S eismic fragility curves with unconventional intensity measures from physics-based simulations

This thesis investigates the applicability of 3D physics-based simulations (PBS) of ground shaking scenarios for seismic fragility studies. Specifically, the aim is to validate their use for empirical fragility functions estimation employing both conventional and unconventional ground motion intensity measures (IMs). This approach takes advantage of the PBS ability to obtain peak, spectral, and integral IMs in a wide range of locations, compared to the few accelerometric stations that typically record the ground motion during an earthquake. Given the existence of a detailed damage database that includes building typologies representative of the Italian context, as well as a validated PBS ground shaking scenario, the case study chosen for this analysis is the April 6th, 2009, L’Aquila earthquake. Empirical fragility curves were estimated avoiding aggregation of data for effectively reducing possible uncertainty in resulting estimates. For validation, the resulting empirical fragility functions were compared with those obtained in a previous work using ShakeMap for the ground motion characterization. Finally, two different approaches were employed to compare the fragility curves for a wide range of IMs, including unconventional such as Housner Intensity (HI), Cumulative Absolute Velocity (CAV), amongst others, and to find the optimal one for fragility function derivation. The results from both methods highlighted that peak ground acceleration (PGA) was consistently recognized as a reliable and robust IM for fragility assessments across different building types. Notably, peak ground displacement also performed well consistently, except when used for reinforced concrete (RC) structures. However, there were discrepancies in identifying the least effective IMs between the two approaches. In the cross-validation approach, CAV and Arias intensity (AI) consistently ranked as the least effective IMs, while in the mean damage approach, AI was identified as the poorest performer, sometimes in combination with peak ground velocity (PGV).

Questa tesi indaga l'applicabilità di simulazioni 3D basate sulla fisica (PBS) di scenari di scuotimento al suolo per studi di fragilità sismica. In particolare, l'obiettivo è quello di validare il loro utilizzo per la stima delle funzioni di fragilità empiriche utilizzando misure di intensità del moto del suolo (IMs) sia convenzionali che non convenzionali. Questo approccio sfrutta la capacità del PBS di ottenere IM di picco, spettrali e integrali in un'ampia gamma di località, rispetto alle poche stazioni accelerometriche che tipicamente registrano il moto del suolo durante un terremoto. Data l'esistenza di un database dettagliato dei danni che include tipologie di edifici rappresentative del contesto italiano, nonché di uno scenario di scuotimento al suolo PBS validato, il caso di studio scelto per questa analisi è il terremoto de L'Aquila del 6 aprile 2009. Le curve di fragilità empiriche sono state stimate evitando l'aggregazione dei dati per ridurre efficacemente la possibile incertezza nelle stime risultanti. Per la validazione, le funzioni di fragilità empiriche risultanti sono state confrontate con quelle ottenute in un precedente lavoro che utilizzava ShakeMap per la caratterizzazione del moto del suolo. Infine, sono stati utilizzati due diversi approcci per confrontare le curve di fragilità per un'ampia gamma di IM, comprese quelle non convenzionali come l'intensità di Housner (HI) e la velocità assoluta cumulativa (CAV), tra le altre, e per trovare quella ottimale per la derivazione della funzione di fragilità. I risultati di entrambi i metodi hanno evidenziato che l'accelerazione di picco al suolo (PGA) è stata costantemente riconosciuta come una IM affidabile e robusta per la valutazione della fragilità in diverse tipologie di edifici. In particolare, anche lo spostamento di picco al suolo ha dato buoni risultati, tranne quando è stato utilizzato per le strutture in cemento armato (RC). Tuttavia, sono emerse discrepanze nell'identificazione dei GI meno efficaci tra i due approcci. Nell'approccio di convalida incrociata, CAV e l'intensità di Arias (AI) si sono costantemente classificati come i GI meno efficaci, mentre nell'approccio del danno medio, AI è stato identificato come il più scarso, a volte in combinazione con la velocità di picco al suolo (PGV).