Seismic damage scenarios from physics-based ground motion simulations for the L'Aquila 2009 and Irpinia 1980 earthquakes

This Thesis explores the issues related to the generation and validation of seismic damage scenarios of residential buildings using 3D physics-based simulations (PBS) to characterize the ground shaking. PBS are obtained employing the spectral element code SPEED, developed at Politecnico di Milano. To generate damage scenarios, the WebGIS platform EUCLIDE, elaborated by Eucentre, is utilized. This platform applies the SP-BELA methodology to evaluate seismic vulnerability and includes pre-loaded seismic exposure data. For validation, the resulting damage scenarios are compared with observed damage data as collected in the Observed Damage Database - Da.D.O (Dolce et al., 2019). The analysis focuses on two Italian case studies: the Mw6.2 earthquake that struck L'Aquila and surrounding municipalities on April 6, 2009, and the Mw6.8 earthquake that occurred in Irpinia on November 23, 1980. For both cases, localized areas are considered, specifically municipalities that are included in both simulations and observed data. Moreover, this study analyzes the most recent ISTAT census data from 2011 to assess the potential impact if a similar earthquake were to affect the same areas. Social and direct economic losses are also estimated based on damage predictions using available damage-to-consequences models. In this analysis, the main building typologies (masonry and reinforced concrete) are taken into account to evaluate their influence. Overall, the damage scenario calculated with SPEED aligns with observed damage, especially for the L’Aquila case study, whereas larger discrepancies are found for the Irpinia earthquake owing to the significant uncertainties involved for the latter case study.

Questa tesi esplora le problematiche legate alla generazione e alla validazione di scenari di danno sismico per edifici residenziali utilizzando simulazioni 3D basate sulla fisica (PBS) per caratterizzare il moto del suolo. Le simulazioni PBS sono ottenute impiegando il codice agli elementi spettrali SPEED, sviluppato presso il Politecnico di Milano. Per generare gli scenari di danno, si utilizza la piattaforma WebGIS EUCLIDE, elaborata da Eucentre. Questa piattaforma applica la metodologia SP-BELA per valutare la vulnerabilità sismica e include dati di esposizione sismica precaricati. Per la validazione, gli scenari di danno ottenuti vengono confrontati con i dati di danno osservato raccolti nel database di Danno Osservato - Da.D.O (Dolce et al., 2019). L'analisi si concentra su due casi di studio italiani: il terremoto di magnitudo Mw6.2 che ha colpito L'Aquila e i comuni circostanti il 6 aprile 2009, e il terremoto di magnitudo Mw6.8 verificatosi in Irpinia il 23 novembre 1980. Per entrambi i casi, sono considerate aree localizzate, specificamente i comuni inclusi sia nelle simulazioni che nei dati osservati. Inoltre, questo studio analizza i dati dell'ultimo censimento ISTAT del 2011 per valutare il potenziale impatto nel caso in cui un terremoto simile colpisse le stesse aree. Le perdite sociali e le perdite economiche dirette sono stimate in base alle previsioni di danno, utilizzando i modelli disponibili che collegano i danni alle conseguenze. In questa analisi, si considerano le principali tipologie edilizie (muratura e cemento armato) per valutare la loro influenza. Complessivamente, lo scenario di danno calcolato con SPEED è in linea con i danni osservati, soprattutto per il caso di studio de L’Aquila, mentre maggiori discrepanze sono riscontrate per il terremoto in Irpinia a causa delle significative incertezze coinvolte in quest’ultimo caso di studio.