Earthquake risk mitigation of urban cultural heritage assets

Abstract

The present thesis aims at contributing for the study of the seismic vulnerability assessment of urban cultural heritage assets, and subsequently, for the earthquake risk mitigation in historic centres, through the investigation of the eventual correlation between analytical and semiempirical methods, that could possibly lead to the development of a new hybrid approach. Hence, in Chapter 1, the framework of the main topic of the thesis, and the respective aims and motivations, are presented and briefly discussed, along with the outline and organisation of the document, as well as the list of publications that support the work carried out in this thesis. Chapter 2 provides a comprehensive literature review on disaster risk mitigation of UCH assets located in historic centres, by means of adopting a holistic framework about the features of such a complex system. This exercise is fundamental to understand the current streams of thought and to identify new gaps and opportunities that could eventually enhance the knowledge level on this particular field of research. Chapter 3 discusses some of the main challenges associated with survey and inspection techniques for input data acquisition of UCH assets, with particular focus to the investigation of assets located in historic centres, which are most likely enclosed in aggregate. In a second moment, the main challenges concerning the seismic response assessment of UCH assets are discussed, namely focusing on the pros and cons of macroelement approaches. Chapter 4 presents the main findings of a cost-benefit analysis model applied to investigate the integration of traditional seismic strengthening solutions in the rehabilitation of UCH assets. While in a first phase, only the economic viability of using such strengthening solutions was investigated, in a second phase, a cost-benefit model is applied to four different case studies considered representative of both rural and urban masonry building typologies of Faial island, in Azores. Chapter 5 presents the investigation of the correlation between two well-known approaches for the seismic risk assessment of UCH assets in historic centres: the “vulnerability index” method and the seismic “capacity curve” derived by using a simplified numerical model together with a nonlinear static procedure. Finally, Chapter 6 summarises the key conclusions that have been pointed out in the previous chapters of the thesis and outlines the grounds of future developments and research paths.

A presente tese tem por objetivo contribuir para o estudo da avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios urbanos antigos, e subsequentemente, para a mitigação do risco sísmico em centros históricos, através da investigação da eventual correlação entre métodos analíticos e semiempíricos, que possa levar ao desenvolvimento de uma nova abordagem híbrida. Assim, no Capítulo 1, é feita uma breve contextualização do tópico principal da tese e dos respetivos objectivos e motivações, sendo ainda apresentada a estrutura e organização do documento, assim como a lista das publicações que suportam o trabalho aqui desenvolvido. O Capítulo 2 apresenta uma revisão exaustiva da literatura, de forma a que se possam identificar não só as atuais linhas de investigação neste tópico, mas também lacunas na investigação e eventuais janelas de oportunidade para melhorar o conhecimento científico nesta área específica. No Capítulo 3 são discutidos alguns dos principais desafios associados com as técnicas de inspecção e diagnóstico de edifícios urbanos antigos, com foco para as particularidades dos edifícios integrados em agregados urbanos. Numa segunda fase, são também discutidos os desafios associados à avaliação da resposta sísmica de edifícios urbanos antigos, nomeadamente no que diz respeito às vantagens e limitações da utilização de métodos analíticos baseados em abordagens por macrolementos. O Capítulo 4 apresenta a análise custo-benefício associada à adopção de soluções tradicionais de reforço sísmico na reabilitação de edifícios urbanos antigos. Se numa primeira fase, é analisada, de forma isolada, a viabilidade dessas soluções de reforço, num segundo momento, é aplicado um modelo de análise custobenefício a quatro casos de estudo considerados representativos, quer do edificado rural quer do edificado urbano da ilha do Faial, nos Açores. O Capítulo 5 apresenta o estudo da correlação entre duas abordagens reconhecidas internacionalmente para a avaliação do risco sísmico de edifícios de alvenaria localizados em centros históricos: o método do “índice de vulnerabilidade” e a “curva de capacidade” resultante da utilização de um modelo numérico simplificado juntamente com uma abordagem estática não-linear. Finalmente, no Capítulo 6, são resumidas as principais conclusões de cada um dos capítulos anteriores, assim como as principais linhas orientadoras para novos desenvolvimentos e trabalhos futuros.