Exploring cost-benefit analysis for earthquake risk reduction

Abstract

Los edificios de mampostería comprenden más del 50% del parque de edificios de mampostería en Portugal según el censo nacional de 2011. Esta tipología constructiva ha revelado un pobre desempeño durante los eventos destructivos que tuvieron lugar en Portugal en el siglo pasado. Los esfuerzos anteriores para caracterizar la vulnerabilidad sísmica de este tipo de construcción se han centrado principalmente en edificios individuales. En esta disertación, se realizan análisis de costo-beneficio para un conjunto de técnicas de rehabilitación compatibles con edificios de mampostería. El Capítulo 1 presenta los objetivos, las motivaciones y el alcance de la investigación, explicando así el contexto de la presente investigación. En el Capítulo 2, se presenta una revisión de la literatura con el propósito de introducir al lector en los temas asociados a esta investigación. Se abordan temas importantes como la caracterización del parque de edificios, la evaluación de daños físicos y fatalidades, la modernización y el análisis de costo-beneficio. El Capítulo 3 está dedicado a la caracterización geométrica y mecánica de las dos tipologías de construcción de mampostería de piedra más comunes en Portugal, piedra caliza y granito. Se hace un tratamiento estadístico y se definen funciones de densidad de probabilidad para características estructurales importantes. El Capítulo 4 tiene como objetivo implementar modelos numéricos avanzados y desarrollar funciones de fragilidad de daño para edificios de mampostería. El Capítulo 5 analiza el estado de la práctica en la evaluación de fatalidades y presenta los resultados del análisis estructural avanzado para proponer un nuevo marco de evaluación de fatalidades. En el Capítulo 6, se modelan y evalúan numéricamente técnicas de rehabilitación compatibles con edificios de mampostería en Portugal, para desarrollar funciones de vulnerabilidad de fragilidad y fatalidad. El Capítulo 7 comprende la implementación de las funciones de consecuencia a escala nacional. Finalmente, los principales resultados, las principales conclusiones y la investigación futura se discuten en el Capítulo 8.

Masonry buildings comprise more than 50% of the masonry building stock in Portugal according to the 2011 national census. This construction typology has revealed a poor performance during the destructive events which took place in Portugal in the last century. Past efforts to characterize the seismic vulnerability of this type of construction have focused mostly on individual buildings. In this dissertation, cost-benefit analyses are performed for a set of retrofitting techniques compatible with masonry buildings. Chapter 1 presents the aims, motivations and scope of the research, hence explaining the context of the current research. In Chapter 2, a literature review is presented with the purpose to introduce the reader to topics associated to this research. Important topics are addressed as building stock characterisation, physical damage and fatality assessment, retrofitting and cost-benefit analysis. Chapter 3 is devoted to the geometric and mechanical characterization of the two most common stone masonry building typologies in Portugal, limestone and granite. A statistical treatment is made, and probability density functions are defined for important structural features. Chapter 4 aims at implementing advanced numerical models and developing damage fragility functions for masonry buildings. Chapter 5 discusses the stateof-the-practice in fatality assessment and introduces the outcomes of the advanced structural analysis to propose a new fatality assessment framework. In Chapter 6, retrofitting techniques compatible with masonry buildings in Portugal are modelled and numerically assessed, to develop fragility and fatality vulnerability functions. Chapter 7 comprises the implementation of consequence functions at the national scale. Finally, the main outcomes, principal conclusions and future research is discussed in Chapter 8.

Os edifícios de alvenaria representam mais de 50% do parque habitacional de alvenaria em Portugal de acordo com o recenseamento nacional de 2011. Este tipo de construção revelou ter um fraco desempenho durante os eventos destrutivos ocorridos em Portugal no século passado. Os esforços anteriores para caracterizar a vulnerabilidade sísmica deste tipo de construção concentraram-se principalmente em edifícios individuais. Nesta tese é realizada uma análise custo-benefício para um conjunto de técnicas de reforço compatíveis com edifícios de alvenaria. O Capítulo 1 apresenta, de forma sucinta, os objetivos, motivações, e a estrutura da tese. No Capítulo 2, é apresentada uma revisão da literatura com o objetivo de apresentar aos leitores tópicos relacionados com esta investigação desenvolvida. O Capítulo 3 é dedicado à caracterização geométrica e mecânica de dois tipos de edifícios de alvenaria de pedra mais comuns em Portugal, calcário e granito. É frito um tratamento estatístico a partir do qual são definidas funções de densidade de probabilidade para caracterizar os parâmetros estruturais mais importantes. O Capítulo 4 visa a implementação de modelos numéricos avançados e o desenvolvimento de funções de fragilidade para edifícios de alvenaria. No Capítulo 5 discute-se o estado da prática na avaliação de fatalidades e apresentamse os resultados da análise estrutural avançada no procedimento de avaliação de fatalidades. No Capítulo 6, são avaliadas com recurso a modelos numéricos um conjunto de técnicas de reforço compatíveis com edifícios de alvenaria em Portugal e são ainda desenvolvidas funções de vulnerabilidade e fragilidade para fatalidades, tendo em conta o impacto dessas técnicas no comportamento sísmico destes edifícios. O Capítulo 7 cobre a implementação das funções de consequência à escala nacional. Finalmente, o Capítulo 8 compila as principais conclusões e apresenta sugestões de futura investigação a desenvolver neste campo.