Seismic response and strengthening of masonry constructions

The present thesis has the aim to illustrate the behaviour of different buildings (a cathedral, a church, two aggregates and five bell towers) of particular artistic interest and value that are distinguished from each other for dimension, shape and building material, located respectively in two Italian areas characterized in the past by many seismic events, which are precisely the Ferrara-Mantova area in the north and the central Italy area (in particular the Sora area, in Lazio region). In order to study these structures, the Numerical Finite Element Method is applied; for each building a 3D model is first created from the drawings and then analysed numerically by the use of the software Abaqus. With this tool, the response of each structure to seismic solicitations of different magnitudes is modelled through non-linear dynamic analyses where different values of peak ground acceleration (PGA) are applied. The results of these analyses (in term of displacements, shear and energy dissipated through damage) are then processed in order to make some comparisons among different cases and different structures. Starting from these results, a retrofitting intervention is applied to some of the structures and a new seismic event is simulated on these buildings in order to determine the effectiveness of the intervention and to evaluate its beneficial effects and differences with the original model.

Questa tesi ha lo scopo di illustrare il comportamento di diverse strutture (un duomo, una chiesa, due aggregati e cinque torri campanarie) di particolare pregio e interesse artistico che si distinguono l’una dall’altra per dimensione, forma e materiale di costruzione, rispettivamente collocate in due aree italiane colpite in passato da diversi eventi sismici, che più precisamente sono l’area di Ferrara-Mantova al nord e l’area del centro Italia (in particolare l’area di Sora, nella regione del Lazio). Lo studio di queste strutture prevede l’utilizzo di modelli numerici ad elementi finiti; ogni edificio è stato prima modellato partendo da disegni tecnici ed elaborati e poi studiato con l’impiego del software Abaqus. Con questa procedura, un’analisi dinamica non lineare a diverse intensità è stata applicata simulando gli effetti dell’evento sismico su ciascuna costruzione dove sono stati applicati diversi valori di PGA. I risultati di queste analisi (in termini di spostamenti, taglio e energia dissipata attraverso il danno) sono stati rielaborati per effettuare alcuni confronti tra casi differenti e strutture diverse. Facendo riferimento proprio a questi risultati, un intervento di sostegno è stato poi applicato ad alcune strutture e una nuova simulazione sismica è stata applicata su di esse affinché si potesse verificare l’efficienza dell’intervento, gli eventuali effetti benefici e le differenze con il modello originale.