Seismic behavior of eight towers of the Italian artistic heritage and hypotheses of improvement interventions

The seismic response of masonry buildings is a topic of particular attention nowadays and a subject of strong interest in engineering. Italy, for its part, possesses an artistic heritage of inestimable value that can sometimes be strained by unforeseen events such as earthquakes. Focusing on some particular buildings, for example towers and bell towers, the theme of preservation becomes even more sensitive. Cases of significant damage suffered by buildings with particular height or partial collapse of wall sets in the vicinity of large openings (such as the double lancet windows of a belfry) are in fact not rare. Taking into consideration other aspects arising by the intrinsic weaknesses that a building may have (think for example about a possible inclination that one tower may show) the framework that emerges can be considered more complex. The present thesis has the aim to illustrate the behavior of eight Italian towers of particular artistic interest and value that are distinguished from each other mainly for height, shape, inclination and type of masonry adopted. The tower in question are located, respectively, in three Italian “seismic prone” areas which are precisely the Bologna area, the Ferrara area and the area of the Umbria Region. The study of the above-mentioned structures has required the adoption of Numerical Finite Element Models, in particular each tower has been first modelled starting from the drawings and then processed by the use of the software. Referring to the procedure adopted, through a preliminary modal analysis, the main modes of vibration will be highlighted; a first non-linear dynamic analysis will simulate the seismic event affecting the structures and a second dynamic analysis will intensify the effects of damage to the buildings, through a simulation of a stronger earthquake. Starting from the results obtained from the analysis mentioned above, different types of retrofitting intervention will be adopted; at this point, a new seismic event will be simulated on each tower to evaluate the beneficial effects of the retrofitting improvements.

La risposta sismica degli edifici in muratura è un argomento di particolare attualità ed una tematica di forte interesse nel settore ingegneristico. L’Italia, da parte sua, possiede un patrimonio artistico di inestimabile valore che talvolta può essere messo a dura prova da eventi non prevedibili quali appunto il terremoto. Se ci si concentra poi su particolari tipi di costruzioni, come ad esempio le torri o i campanili, ecco che il tema della salvaguardia diventa ancora più delicato. Non sono rari infatti i casi di danno ingente subito da costruzioni con particolare altezza o, ancora più frequenti, i casi di parziale collasso di setti murari in prossimità di grandi aperture, quali ad esempio le bifore di una cella campanaria. Se a queste caratteristiche si vanno ad aggiungere altri “tasselli” derivanti dalle debolezze intrinseche di ciascuna costruzione (si pensi ad esempio alla possibile inclinazione di una torre rispetto alla verticale) ecco che il quadro che si delinea può considerarsi ben più complesso. La presente tesi ha lo scopo di illustrare il comportamento di otto torri italiane di particolare pregio e interesse artistico che si distinguono l’una dall’altra principalmente per altezza, forma, inclinazione rispetto alla verticale e tipologia di muratura adottata. Le torri in esame sorgono rispettivamente in tre aree Italiane sismicamente “attive” che sono appunto l’area di Bologna, l’area di Ferrara e l’area della regione Umbria. Lo studio delle suddette strutture prevede l’adozione di modelli numerici ad elementi finiti, in particolare ciascuna torre verrà prima modellata partendo dai disegni e dagli elaborati e poi studiata con l’impiego del software. Attraverso un’analisi modale preliminare si metteranno in luce i principali modi di vibrare di ciascuna torre; una prima analisi dinamica non lineare simulerà gli effetti dell’evento sismico sulle costruzioni e una seconda analisi dinamica intensificherà gli effetti di danneggiamento delle costruzioni, attraverso la simulazione di un terremoto più gravoso. Partendo dai risultati ricavati dalle analisi sopra citate, diverse tipologie di intervento verranno ipotizzate; ad intervento avvenuto un nuovo evento sismico sarà poi simulato su ciascuna torre al fine di valutare gli aspetti migliorativi del retrofitting.