Processing earthquake ground motion records for accurate estimates of permanent displacements

Permanent ground displacement is a critical parameter in the seismic assessment and design of near-source structures with extended longitudinal configurations, such as bridges, pipelines, and railway tracks. Near-fault ground motions often contain flingstep effects, which produce permanent offsets that can significantly influence structural performance. However, accurate retrieval of permanent displacement from recorded accelerograms remains challenging. Instrumental distortions, baseline shifts, and sensor noise introduce artificial trends in velocity records, which, when integrated, lead to substantial baseline drift in the computed displacement time history. Furthermore, conventional signal processing techniques, particularly highpass filtering, often remove not only noise but also essential low-frequency components of the signal, resulting in underestimation or loss of permanent displacement information. To address these limitations, several baseline correction techniques have been developed to recover permanent displacement without excessive filtering. Among these, the extended Baseline Correction (eBASCO) method employs a tri-linear piecewise baseline correction approach that removes noise and baseline distortions while preserving the low-frequency content of the signal. Unlike conventional filtering methods, eBASCO processes and corrects the signal without eliminating critical displacement-related information, enabling more reliable recovery of permanent ground displacement. This study evaluates the performance and robustness of the eBASCO technique using the NESS 2.0 near source dataset, along with additional datasets from major seismic events such as the Turkey (2023) and Chi-Chi(1999) earthquakes, to ensure its applicability beyond event-specific conditions. A comprehensive analysis of more than 550 plus ground motion records is conducted to assess the effectiveness, robustness, and limitations of the method in accurately retrieving permanent displacement.

Lo spostamento permanente del terreno è un parametro critico nella valutazione sismica e nella progettazione di strutture vicine alla sorgente con configurazioni longitudinali estese, come ponti, condotte e linee ferroviarie. I moti del terreno prossimi alla faglia spesso presentano effetti di “fling-step”, che generano offset permanenti in grado di influenzare significativamente le prestazioni strutturali. Tuttavia, la corretta determinazione dello spostamento permanente a partire dagli accelerogrammi registrati rimane complessa. Distorsioni strumentali, shift della baseline e rumore dei sensori introducono tendenze artificiali nelle registrazioni di velocità che, una volta integrate, generano un consistente drift della baseline nella storia temporale dello spostamento calcolato. Inoltre, le tecniche convenzionali di elaborazione del segnale, in particolare il filtraggio passa-alto, rimuovono spesso non solo il rumore ma anche componenti essenziali a bassa frequenza del segnale, causando una sottostima o perdita delle informazioni relative allo spostamento permanente. Per affrontare queste limitazioni, sono state sviluppate diverse tecniche di correzione della baseline per recuperare lo spostamento permanente senza ricorrere a filtraggi eccessivi. Tra queste, il metodo di correzione estesa della baseline (eBASCO) utilizza un approccio tri-lineare a tratti per rimuovere rumore e distorsioni della baseline preservando al contempo il contenuto a bassa frequenza del segnale. A differenza dei metodi di filtraggio convenzionali, eBASCO elabora e corregge il segnale senza eliminare informazioni critiche relative allo spostamento, permettendo un recupero più affidabile dello spostamento permanente del terreno. Il presente studio valuta le prestazioni e la robustezza della tecnica eBASCO utilizzando il dataset NESS 2.0 relativo a sorgenti vicine, insieme a dataset aggiuntivi provenienti da eventi sismici maggiori, come i terremoti della Turchia (2023) e di Chi- Chi (1999), per garantirne l’applicabilità al di là delle condizioni specifiche dei singoli eventi. Viene condotta un’analisi completa di oltre 550 registrazioni di moto del terreno per valutare l’efficacia, la robustezza e i limiti del metodo nel recupero accurato dello spostamento permanente.