A mechanically derived vulnerability index method for seismic risk assessment of existing RC school buildings

The seismic vulnerability of RC school buildings is a very important issue in Italy, as shown from recent earthquakes that caused heavy damage of several school buildings. Most of Italian schools were built between the 50s and the 90s, so without or with low seismic resistance criteria. In this study a methodology for rapid seismic risk assessment of RC school buildings is developed. It is based on the vulnerability index method, assuming 15 vulnerability indicators to which assign scores on the base of expert judgment. The scores were determined through pushover analyses performed on several structural models representative of the main characteristics of the Pre 1974 and Post 1974 school building stocks. To this aim a set of about 40 high schools were analysed to detect typical and specific vulnerabilities, and a simulated design procedure was carried according to the Codes in force in the two reference periods. Correlations between the global vulnerability index Iv and the capacity in terms of PGA, for both slight damage and collapse, were determined to obtain trilinear damage curves such as in GNDT method. The numerical validation of the proposed method was made by comparing the trilinear damage curves obtained for two prototype buildings, representative in average of the Pre 1974 and Post 1974 classes, with analytical damage curves provided for the same buildings by both pushover and incremental dynamic analyses. Also, experimental validation was carried out by comparing, for the high schools of the provinces of Ancona and Macerata, the damage occurred because of the Centre Italy 2016 seismic sequence, with the damage estimated, for the same intensity level, through the proposed method. Both validation procedures have confirmed a good reliability of the proposed method for rapid and comparative evaluations. Finally, two typologies of rapid damage scenarios were developed for the building stock, in order to estimate physical, human and economic losses. The first typology considers uniform seismic hazard on the whole territory and increasing intensity levels, instead the second one considers three single events on the base of the fault system of the region (fixing for each an epicentre, magnitude and depth), thus the PGA values are calculated for every school building by means an attenuation law.

La vulnerabilità sismica degli edifici scolastici in C.A. è un aspetto molto importante in Italia, come mostrato da recenti terremoti che hanno causato danni rilevanti in diverse scuole. La maggior parte delle scuole italiane è stata costruita tra gli anni ’50 e ’90, quindi in assenza o con basso livello di resistenza sismica. Nel presente studio è stata sviluppata una metodologia per la valutazione speditiva del rischio sismico è stata sviluppata. Essa si basa sul metodo dell’indice di vulnerabilità, assumendo 15 indicatori di vulnerabilità a cui assegnare dei punteggi sulla base di un giudizio esperto. I punteggi sono stati determinati mediante analisi pushover effettuate su diversi modelli strutturali rappresentativi delle principali caratteristiche dei due campioni di scuole Pre 1974 e Post 1974. A tal fine un set di circa 40 istituti scolastici superiori è stato analizzato per rilevare le vulnerabilità tipiche e specifiche, ed una progettazione simulata è stata effettuata in accordo ai Codici in vigore nei due periodi di riferimento. Delle correlazioni tra l’indice di vulnerabilità globale Iv e la capacità in termini di PGA, sia per lo stato di danno leggero che per il collasso, sono state determinate per ottenere curve di danno trilineari così come nel metodo GNDT. La validazione numerica del metodo proposto è stata effettuata confrontando le curve di danno trilineari ottenute per due edifici prototipo, rappresentativi in media delle classi Pre 1974 e Post 1974, con le curve di danno analitiche fornite per gli stessi edifici sia da analisi pushover che dinamiche incrementali. Inoltre, una validazione sperimentale è stata fatta confrontando, per le scuole superiori delle province di Ancona e Macerata, il danno subito a causa della sequenza sismica del centro Italia del 2016, con il danno stimato, per lo stesso livello di intensità, mediante il metodo proposto. Entrambe le procedure di validazione hanno confermato una buona affidabilità del metodo proposto per valutazioni rapide e di tipo comparativo. Infine, due tipologie di scenari di danno rapido sono state sviluppate per il campione di edifici, al fine di stimare le perdite fisiche, umane ed economiche. Il primo tipo considera una pericolosità sismica uniforme sull’intero territorio e livelli di intensità crescenti, invece l’altra tipologia considera tre singoli eventi sulla base del sistema di faglie presente nella zona di interesse (fissando per ognuno un epicentro, magnitudo e profondità), quindi i valori di PGA sono calcolati per ogni edificio mediante una legge di attenuazione.