Seismic vulnerability assessment of the triumphal arch of Caracalla in Volubilis (Morocco): past events and provisions for the future

Lo studio della vulnerabilità sismica dei monumenti storici è un tema di grande rilevanza nell’ambito dell’ingegneria strutturale e dell’archeologia. La valutazione del danno provocato dai terremoti su edifici in muratura secca e la ricostruzione dei meccanismi di collasso rappresentano un’importante sfida scientifica. In questo contesto, diversi studi hanno dimostrato che l’analisi numerica basata su modelli a blocchi rigidi con giunti elastici è efficace nel simulare il comportamento strutturale di rovine archeologiche. Tuttavia, ogni lavoro deve essere comprendere la fase di rilevamento dei dati e dello stato di conservazione in cui si torva il monumento indispensabili per procedere alla corretta calibrazione delle proprietà dei materiali e la considerazione degli effetti del suolo sono fondamentali per migliorare l’attendibilità delle previsioni. Questo studio, ha avuto inizio con il rilevamento del monumento, per il quale viste le circostanze del contesto logistico, è stato optato per una metodologia basata sulla fotomodellazione SfM (Structure from motion) e la persa di alcune misure con rilievo diretto per la messa in scale del rilievo. Il alvoro è proseguito concentrandosi sulla ricostruzione della sequenza di eventi sismici che hanno portato al collasso dell’Arco di Trionfo di Caracalla nel sito archeologico di Volubilis durante il terremoto del 1755. È stato utilizzato un modello numerico basato su blocchi rigidi assemblati con giunti elastici per simulare il comportamento strutturale dell’arco sotto l’azione ciclica delle forze orizzontali. L’analisi è stata iterata più volte, rimuovendo progressivamente i blocchi collassati e invertendo la direzione delle forze sismiche. I risultati, pur essendo conservativi a causa della semplificazione delle proprietà del materiale e dell’assenza di effetti del suolo, offrono una prima valutazione della vulnerabilità sismica del monumento. Lo studio introduce un approccio metodologico e sistematico, che prende avvio dal rilievo del manufatto per poi passare alla ricostruzione storica dei danni sismici subiti dai monumenti, contribuendo alla comprensione dei meccanismi di collasso di strutture in muratura secca. L’analisi fornisce una base per la valutazione della vulnerabilità sismica secondo il regolamento marocchino RPS 2000 e sottolinea la necessità di un’indagine più approfondita che consideri le proprietà effettive dei materiali e gli effetti del suolo. I risultati ottenuti possono supportare strategie di conservazione preventiva e indirizzare futuri studi su edifici storici esposti al rischio sismico. The study of the seismic vulnerability of historic monuments is a highly rel evant topic in the fields of structural engineering and archaeology. Assessing the damage caused by earthquakes to dry masonry buildings and reconstructing collapse mechanisms represent a significant scientific challenge. In this context, several studies have demonstrated that numerical analysis based on rigid block models with elastic joints is effective in simulating the structural behavior of archaeological ruins. However, each study must include a data survey phase and an assessment of the monument's current state of conservation, which are essential for the correct calibration of material properties and the consideration of soil effects to improve the reliability of predictions. This study began with the survey of the monument. Given the logistical constraints of the site, a methodology based on SfM (Structure from Motion) photogrammetry was chosen, combined with direct measurements to properly scale the survey. The research then focused on reconstructing the sequence of seismic events that led to the collapse of the Arch of Caracalla in the archaeological site of Volubilis during the 1755 earthquake. A numerical model based on rigid blocks assembled with elastic joints was used to simulate the structural behavior of the arch under the cyclic action of horizontal forces. The analysis was iterated multiple times, progressively removing collapsed blocks and reversing the direction of seismic forces. The results, while conservative due to the simplification of material properties and the absence of soil effects, provide an initial assessment of the monument's seismic vulnerability. The study introduces a methodological and systematic approach, starting with the monument survey and progressing to the historical reconstruction of seismic damage suffered by monuments, contributing to a better understanding of the collapse mechanisms of dry masonry structures. The analysis provides a basis for assessing seismic vulnerability according to the Moroccan RPS 2000 regulations and highlights the need for a more in-depth investigation that considers the actual properties of materials and soil effects. The results obtained can support preventive conservation strategies and guide future studies on historic buildings exposed to seismic risk.