Analysis of inelastic demand parameters based on the three-dimensional physics based simulation of the April 6, 2009 L'Aquila earthquake

Seismic risk assessment needs an accurate estimation of earthquake ground motion. This thesis explores the use of three-dimensional (3D) physics-based numerical simulation for earthquake ground motion prediction, with application to the Apr 6, 2009 L’Aquila earthquake in Italy. Simulated ground motions are very useful in seismic areas where there are not enough records, such as in the near-source region, to overcome the uncertainties in the use of standard empirical approaches for earthquake ground motion prediction. In addition, one of the main advantages of physics-based simulations, as opposed to conventional approaches, is the possibility to provide, as output, not only peak ground motion parameters but the entire time history of ground motion. This thesis addresses the 3D numerical simulation of the 2009 L’Aquila earthquake obtained by the open-source code SPEED developed at Politecnico di Milano. After the enrichment in the high-frequency range and the validation against the available earthquake recordings, the simulated waveforms at a dense grid of sites within the urban area of L’Aquila are used as input motions for the response of elasto-plastic Single-Degree-Of-Freedom systems. This allows to couple the regional ground motion simulation with simplified models of inelastic structural response and to provide shaking maps in terms of inelastic demand parameters.

La valutazione del rischio sismico richiede una stima accurata del movimento del suolo sismico. Questa tesi esplora l'uso della simulazione numerica tridimensionale (3D) basata sulla fisica per la previsione del movimento del suolo sismico, con applicazione al terremoto dell'Aquila del 6 aprile 2009 in Italia. I movimenti del suolo simulati sono molto utili nelle aree sismiche dove non ci sono abbastanza registrazioni, come nella regione vicina alla sorgente, per superare le incertezze nell'uso di approcci empirici standard per la previsione del movimento del suolo sismico. Inoltre, uno dei principali vantaggi delle simulazioni basate sulla fisica, rispetto agli approcci convenzionali, è la possibilità di fornire, come output, non solo i parametri di picco del movimento del suolo, ma l'intera cronologia del movimento del suolo. Questa tesi affronta la simulazione numerica 3D del terremoto dell'Aquila del 2009 ottenuta dal codice open-source SPEED sviluppato presso il Politecnico di Milano. Dopo l'arricchimento nella gamma delle alte frequenze e la validazione rispetto alle registrazioni sismiche disponibili, le forme d'onda simulate in una fitta griglia di siti all'interno dell'area urbana dell'Aquila vengono utilizzate come movimenti di input per la risposta di elasto-plastici -Sistemi di libertà. Ciò consente di accoppiare la simulazione del moto del suolo regionale con modelli semplificati di risposta strutturale anelastica e di fornire mappe di shaking in termini di parametri di domanda anelastica.