Physically-based seismic damage scenarios: application to the 2009 L'Aquila earthquake (Italy)

This thesis investigates the evaluation of seismic damage scenarios through the use of physics-based ground shaking simulations coupled with mechanic-based structural models, which involve the use of elastoplastic oscillators. The proposed approach is based exclusively on physics in contrast to more traditional approaches that employ empirical methods. The latter involves the use of empirical ground-shaking models and fragility curves to represent the vulnerability of buildings. The approach proposed in this thesis considers the implementation of 3D simulations (PBS) for the assessment of ground shaking and the use of mechanic-based structural models for the representation of vulnerability. This allows to consider the site-specific characteristics and the entire time history of the accelerograms, in contrast to the use of fragility curves that only consider a representative value of the intensity of motion (IM). The case study chosen for this thesis is the earthquake that occurred in L'Aquila, Italy, on 6th April 2009, for which a database is available containing the damage state of buildings following the seismic event and their main characteristics, such as the number of floors and the construction typologies. The results obtained show a seismic damage scenario compatible with the damage states observed during the surveys carried out on the buildings. The damage scenario is represented in terms of ductility, and damage state.

Questa tesi indaga la valutazione di scenari di danno sismico mediante l’utilizzo di simulazione dello scuotimento del suolo basati sulla fisica accoppiati a modelli strutturali meccanici che prevedono l’utilizzo di oscillatori elastoplastici. L'approccio proposto è basato esclusivamente sulla fisica a differenza di approcci più tradizionali che impiegano metodi empirici. Quest’ultimi prevedono l’utilizzo di modelli per lo scuotimento del suolo empirici e curve di fragilità per rappresentare la vulnerabilità degli edifici. L’approccio proposto in questa tesi considera l’implementazione di simulazioni 3D (PBS) per la valutazione dello scuotimento del suolo e l’impiego di modelli strutturali meccanici per la rappresentazione della vulnerabilità. Ciò permette di considerare le caratteristiche specifiche del sito e l’intera storia temporale degli accelerogrammi, a differenza dell'utilizzo di curve di fragilità che considerano solamente un valore rappresentativo dell’intensità del moto (IM). Il caso di studio scelto per questa tesi è il terremoto avvenuto a L’Aquila, Italia, il 6 Aprile 2009, per il quale è disponibile un database contenente lo stato di danno riscontrato sugli edifici a seguito dell’evento sismico e le principali caratteristiche degli edifici come il numero di piani e la tipologia costruttiva. I risultati ottenuti mostrato uno scenario di danno sismico compatibile con gli stati di danno osservati durante le investigazioni effettuate sugli edifici. La scenario di danno è rappresentato in termini di duttilità e stato di danno.