GETI: GEological-geoTechnical Index for Natural Risks Assessment with a Multi-Hazard Approach, Applied to Linear Infrastructure [GETI: Indice GEologico-geoTecnico per la Valutazione dei Rischi Naturali con un Approccio Multi-Pericolosità, Applicato alle Infrastrutture Lineari]

This thesis introduces the Geological-Geotechnical Index (GETI), a novel tool for multi-hazard risk assessment of linear infrastructures, particularly road and highway bridges and viaducts. GETI employs a Probabilistic Graphical Model (PGM), combining Bayesian Network (BN) and Fault Tree Analysis (FTA) to evaluate seismic hazards and their secondary effects. The index considers earthquakes as the primary hazard, with secondary effects including landslides/rockfall, soil liquefaction/lateral spreading, and ground shaking. These secondary hazards are treated as acting simultaneously on structures, with distinguishable and non-overlapping effects. The hybrid BN-FTA model allows for the maintenance of effect independence and the application of conditional probability to calculate expected structural damage during seismic events. GETI is not a risk index in sensu stricto, as it uses a fixed earthquake scenario based on prescribed peak ground acceleration or acceleration response spectra associated with a selected return period. The index aims to provide infrastructure managers with an effective tool for assessing seismic risk from a multi-hazard perspective and establishing priorities for mitigation actions. Two case studies were used to test GETI's functionality: a viaduct in Avezzano, Italy, and the Cherry Hill Interchange in Farmington, Utah, USA. These studies demonstrated the index's applicability under different conditions and knowledge levels, as well as its sensitivity to changing ground conditions. The case studies revealed that GETI can effectively highlight individual hazard contributions to total earthquake-induced damage, allowing for easy identification of predominant impacts on structures. The index also proved capable of quantifying damage probability reductions resulting from vulnerability mitigation interventions. Limitations of the current GETI formulation include its applicability only to seismic hazards and the assumption of independent damaging effects acting simultaneously. Future developments aim to address these issues and extend the index to a true multi-hazard context. Despite these limitations, GETI achieves its goal of determining expected damage percentages during earthquakes while accounting for secondary effects. The index provides an effective tool for network managers to assess seismic risk and prioritize mitigation actions for linear infrastructure.

Questa tesi introduce l’Indice Geologico-geoTecnico (GETI), un nuovo strumento per la valutazione del rischio in ottica multi-pericolosità applicata alle infrastrutture lineari, in particolare ponti e viadotti stradali e autostradali. GETI utilizza un Modello Grafico Probabilistico (PGM), che combina la Rete Bayesiana (BN) e l’Analisi degli Alberi dei Guasti (FTA) per valutare la pericolosità sismica e i suoi effetti secondari. L’indice considera i terremoti come pericolo primario, mentre gli effetti secondari includono frane/caduta massi, liquefazione del suolo/espansione laterale e scuotimento del terreno. Queste pericolisità secondarie sono trattate come agenti simultaneamente sulle strutture, con effetti distinguibili e non sovrapposti. Il modello ibrido BN-FTA consente di mantenere l’indipendenza degli effetti e applicare la probabilità condizionata per calcolare i danni strutturali attesi durante eventi sismici. GETI non è un indice di rischio in senso stretto, poiché utilizza uno scenario sismico fisso basato su un’accelerazione massima del suolo prescritta o basata su spettri di risposta all’accelerazione relativi a un periodo di ritorno selezionato. L’indice ha l’obiettivo di fornire ai gestori delle infrastrutture uno strumento efficace per valutare il rischio sismico da una prospettiva multi-pericolosità e stabilire le priorità per le azioni di mitigazione. Due casi di studio sono stati utilizzati per testare la funzionalità del GETI: un viadotto nel comune di Avezzano, Italia, ed uno a Farmington, Utah, USA. Questi studi hanno dimostrato l’applicabilità dell’indice in condizioni e livelli conoscitivi differenti, nonché la sua sensibilità alle variazioni delle condizioni del terreno. I casi di studio hanno evidenziato che GETI può evidenziare efficacemente i contributi delle singole pericolosità ai danni totali indotti dai terremoti, consentendo una facile identificazione degli impatti predominanti sulle strutture. L’indice si è anche dimostrato in grado di quantificare la riduzione della probabilità di danno conseguente a interventi di mitigazione della vulnerabilità. Le limitazioni dell’attuale formulazione del GETI includono la sua applicabilità solo ai pericoli sismici e l’assunzione di effetti dannosi indipendenti che agiscono simultaneamente. Sviluppi futuri mirano ad affrontare queste problematiche ed estendere l’indice a un vero contesto multi-pericolosità. Nonostante queste limitazioni, GETI raggiunge il suo obiettivo di determinare le percentuali di danno atteso durante i terremoti tenendo conto degli effetti secondari. L’indice costituisce uno strumento efficace per i gestori delle reti al fine di valutare il rischio sismico e stabilire le priorità per le azioni di mitigazione delle infrastrutture lineari.