Vulnerabilità sismica di strutture in legno : effetti degli interventi sul comportamento di una struttura di copertura

The thesis studies the seismic behavior of a traditional timber roof structure. The case of the roof of a church in Vimercate, which underwent structural modifications over time, has been analyzed. Three numerical models, which describe the structural scheme of the roof with the changes performed over time, have been implemented using a finite element program. The first model presents the purlins in contact with the facade wall. The second scheme adds three diagonal struts directed to the facade wall, while the third eliminates contact of the roof structure with the masonry wall by the application of a new truss close to the façade; the purlins end at the truss without interfering with the wall. For each of these structural patterns three numerical models have been developed: one that presents the roof structure made of rafters disposed in a semi-conical shape over the apse of the church, one without this part and a third eliminating also the struts that connect the post with the ridge beam at each truss. A static analysis, modal analysis and seismic response spectrum analysis were developed for each of the cases described above, with reference to the site of Vimercate. In addition, the limit mechanism rotating out-of-plane the tympanum in the facade of the church has been examined, in order to evaluate the situation in the present configuration. The results obtained from the analyses in terms of seismic displacements and internal forces presented very low values; this is due to the very rigid behavior of the structure and the low seismicity of the site examined. Therefore the seismic thrust of the roof structure acting on the wall should have no significant effect on the structure examined.

La tesi studia il comportamento sismico delle strutture di copertura tradizionali in legno. È stato analizzato il caso della copertura della Chiesa di Vimercate, la quale nel tempo ha subito delle modifiche agli elementi strutturali. In particolare sono stati implementati tramite un programma di analisi a elementi finiti dei modelli di calcolo, che descrivono lo schema strutturale delle modifiche subite nel tempo dalla copertura. Il primo schema presenta gli elementi orizzontali, terzere e trave di colmo, vincolati alla facciata. Il secondo schema aggiunge a contatto con la parete di facciata tre puntoni diagonali, mentre il terzo elimina il contatto della struttura di copertura con la parete in muratura tramite l’apposizione di una nuova capriata a ridosso della parete di facciata. Per ognuno di questi schemi strutturali sono stati sviluppati tre modelli di calcolo: uno che presenta la struttura di copertura dell’abside posteriore della chiesa, uno che la elimina ed uno privo anche delle saette longitudinali che collegano il monaco alla trave di colmo. Sono state sviluppate le analisi statiche, le analisi modali e quelle sismiche relative ai modelli descritti e riferiti al sito di Vimercate. Inoltre, è stato valutato il meccanismo di ribaltamento del timpano di facciata della chiesa, per valutare la situazione attuale della facciata stessa. I risultati ottenuti, in termini di spostamenti e azioni interne di origine sismica, sono risultati molto bassi. Ciò è dovuto sia al comportamento molto rigido della struttura, sia alla bassa sismicità del sito esaminato. Pertanto, le spinte della copertura dovute al sisma e agenti sulla parete del timpano di facciata non avrebbero un effetto rilevante sulla struttura esaminata.