Titolo della tesi: Modelling of unreinforced masonry churches: analysis and reduction of their seismic vulnerability
Le chiese rappresentano una parte significativa del patrimonio religioso, storico e artistico di molti paesi in tutto il mondo. Quando tali paesi presentano una pericolosità sismica da moderata a marcata, si possono osservare frequentemente danni (Brandonisio et al., 2013), (S. Lagomarsino & Podestà, 2004a), (Marotta et al., 2017), (Penna et al., 2019a), (Sorrentino et al., 2014). Il comportamento sismico delle chiese può essere valutato ricorrendo a modelli di diversa complessità e onere computazionale. Le linee guida italiane per la valutazione e la riduzione del rischio sismico degli edifici storici (DPCM, 2011) consentono una valutazione statistica basata su modificatori di vulnerabilità (S. Lagomarsino & Podestà, 2004b) o per analisi approfondite dei meccanismi di collasso locali (Borri et al., 2019) o per l'implementazione di modelli globali più complessi (Bertolesi et al., 2018), (Jain et al., 2020), (Mendes et al., 2020), (Pantò et al., 2016). Il terzo approccio è ovviamente il più impegnativo, ma elimina la necessità di ipotesi convenzionali su risposte predeterminate e distribuzione dei carichi tra macroelementi. Questa tesi si propone di indagare la vulnerabilità sismica delle chiese italiane. Analizzeremo le caratteristiche strutturali che le rendono soggette a crollo durante i terremoti, esamineremo i danni passati come insegnamenti per la pratica attuale, esploreremo metodologie per la loro protezione e il loro rafforzamento e approfondiremo la comprensione sismica delle chiese italiane. Inoltre, è stato condotto uno studio sulla modellazione e la verifica della Cattedrale di Troia (Foggia). La risposta sismica dell'aggregato è stata studiata con riferimento ai meccanismi di collasso locali, sia in termini di forza che di spostamento, tenendo conto delle limitazioni di capacità poste dalle strutture trasversali orizzontali, come solai e volte. Data la presenza di muratura in blocchi di pietra squadrati, è stato modellato il contributo del serraggio per attrito. Per eseguire una valutazione della vulnerabilità sismica, è stata implementata una procedura per creare un modello numerico tridimensionale basato sulla documentazione disponibile, utilizzando la modellazione agli elementi finiti (FE) e adottando un modello di danno per la muratura. La procedura ha previsto l'utilizzo di diversi software: AUTOCAD, RHINOCEROS, GRASSHOPPER e FEAP, che hanno consentito l'elaborazione dei dati di input e la generazione di un modello numerico FE ottimizzato, progettato per l'esecuzione di analisi non lineari, statiche e dinamiche. Parallelamente, con l'obiettivo di ottenere geometrie rappresentative utili alla realizzazione di un prototipo di chiesa, si è lavorato applicando il "Foglio Cartis Chiesa 2020", integrato con campi aggiuntivi, a una collezione di 108 chiese situate in diverse regioni italiane in zona 1 o zona 2 secondo l'OPCM (2005), le due aree a più alta sismicità secondo le normative edilizie italiane. Il prototipo di chiesa in muratura risultante è stato, in una prima fase, modellato e analizzato nella sua condizione non rinforzata utilizzando sia l'analisi modale, per indagare le caratteristiche dinamiche della struttura, sia l'analisi pushover, per valutarne le prestazioni sismiche non lineari e i meccanismi di collasso. These results provided valuable insights into the intrinsic weaknesses and collapse modes of the building in its original state. In a second phase, intervention strategies aimed at improving the seismic resilience of the church prototype were applied to the model. Modal and pushover analyses were repeated on the same numerical model, incorporating these interventions, with the aim of quantifying their contribution in terms of changes in dynamic properties, improved load-bearing capacity, and reduced seismic vulnerability.