Construction of Buildings and Infrastructure over Active Faulting Zones

Surface-fault rupture represents a distinct seismic design challenge because it imposes permanent ground displacement (PGD) rather than transient inertial demands. Consequently, conventional force-based seismic design does not directly address the governing compatibility problem created by active faulting zones. In many jurisdictions, the absence of codified deformation-based procedures has encouraged reliance on setback prohibitions. However, for infrastructure corridors and dense urban areas, avoidance is frequently constrained, motivating the need for a structured synthesis of feasible engineering responses under realistic uncertainty. This thesis organizes engineering practice for construction across faulting zones around three response concepts, illustrated through three representative asset classes. For ordinary buildings, the dominant feasible approach is rigid-body tolerance, where robust continuous foundations such as rafts redistribute support and promote coherent deformation, often preserving life-safety while accepting permanent rotation, settlement, and serviceability loss. For buried pipelines, the most mature pathway is displacement-compatible detailing, in which fault movement is treated explicitly as imposed deformation demand and verified using strain acceptance criteria within soil–pipe interaction models. For road corridors, the prevailing strategy is sacrificial zoning with rapid recovery, concentrating damage within a defined crossing segment and enabling restoration through repair, regrading, and operational planning. Across all three classes, the thesis demonstrates that the practicality and credibility of mitigation strategies depend critically on-site characterization: fault location should be treated as a positional envelope, deformation as distributed across a shear band, and displacement as directional and uncertain. This work therefore links engineering choice to achievable investigation resolution by proposing graded investigation levels scaled to project consequence. The principal contribution is a decision-oriented synthesis showing how performance objectives, investigation outputs, and response concepts interact, providing a structured basis for selecting avoidance, tolerance, or compatibility strategies where active faulting cannot be excluded from the built environment.

La rottura per faglia superficiale rappresenta una sfida specifica per la progettazione sismica, poiché impone spostamenti permanenti del terreno (PGD) anziché richieste inerziali transitorie. Di conseguenza, la progettazione sismica convenzionale basata sulle forze non affronta direttamente il problema di compatibilità che regola le zone di faglia attive. In molte giurisdizioni, l'assenza di procedure codificate basate sulle deformazioni ha incoraggiato l'uso di divieti di arretramento. Tuttavia, per i corridoi infrastrutturali e le aree urbane dense, l'evitamento è spesso vincolato, motivando la necessità di una sintesi strutturata di risposte ingegneristiche fattibili in condizioni di incertezza realistica. Questa tesi organizza la pratica ingegneristica per la costruzione in zone di faglia attorno a tre concetti di risposta, illustrati attraverso tre classi di asset rappresentative. Per gli edifici ordinari, l'approccio fattibile dominante è la tolleranza di corpo rigido, in cui fondazioni continue robuste come le piastre ridistribuiscono il supporto e promuovono una deformazione coerente, spesso preservando la sicurezza delle persone e accettando al contempo la rotazione permanente, i cedimenti e la perdita di funzionalità. Per le condotte interrate, il percorso più maturo è la progettazione di dettaglio compatibile con lo spostamento, in cui il movimento della faglia viene trattato esplicitamente come una domanda di deformazione imposta e verificato utilizzando criteri di accettazione della deformazione all'interno di modelli di interazione terreno-tubazione. Per i corridoi stradali, la strategia prevalente è la zonizzazione sacrificale con rapido recupero, concentrando il danno all'interno di un segmento di attraversamento definito e consentendo il ripristino attraverso la riparazione, la riqualificazione e la pianificazione operativa. In tutte e tre le classi, la tesi dimostra che la praticità e la credibilità delle strategie di mitigazione dipendono in modo critico dalla caratterizzazione in sito: la localizzazione della faglia dovrebbe essere trattata come un involucro posizionale, la deformazione come distribuita lungo una fascia di taglio e lo spostamento come direzionale e incerto. Questo lavoro collega quindi le scelte ingegneristiche alla risoluzione investigativa raggiungibile, proponendo livelli di indagine graduati, scalati in base alle conseguenze del progetto. Il contributo principale è una sintesi orientata alle decisioni che mostra come interagiscono obiettivi prestazionali, risultati dell'indagine e concetti di risposta, fornendo una base strutturata per la selezione di strategie di evitamento, tolleranza o compatibilità laddove la fagliazione attiva non possa essere esclusa dall'ambiente costruito.