Seismic vulnerability assessment of four masonry towers located in Northern Italy and comparison with the results of non-smooth contact dynamics analysis

Masonry towers are very dispersed in Italy and represent important part of built cultural heritage which must be preserved. Since they are usually located in earthquake-prone regions, it is of great importance to protect them from future seismic activities. Namely, the master thesis deals with assessment of seismic vulnerability of four masonry towers located in Northern Italy with the aim at making comparative discussion of the results obtained by means of non-linear static (pushover) and dynamic analyses, on the one side, and non-smooth contact dynamics analyses whose outcome has been put at disposal a priori, on the other side. Four masonry towers differ in masonry material, geometrical properties such as slenderness, inclination, thickness of the perimeter walls, height, percentage of perforations, etc. which may be responsible for their different dynamic response under the same seismic excitations. The numerical assessment includes modal analysis, non-linear static (pushover) and full non-linear dynamic analysis which have been performed in commercial code Abaqus. Modal analysis is carried out in order to calibrate numerical models with respect to experimental frequencies that has been found out by means of dynamic identification campaign for all four towers under consideration. The calibration is performed using Young’s modulus as calibrating parameter whose values are chosen relying on Italian norms. Once calibrated, the numerical models are suitable to be used for non-linear static and full dynamic analyses as the most refined tools for evaluating seismic vulnerability. In all cases, full spatial realistic FE models have been made using tetrahedron finite elements with four nodes. For both non-linear analyses, concrete damaged plasticity material model with distinct damage parameters in tension and compression has been adopted. The results of all performed analyses are relatively in good agreement suggesting similar conclusions in terms of general dynamic response and seismic vulnerability of the towers.

Le torri in muratura sono molto disperse in Italia e rappresentano una parte importante del patrimonio culturale costruito che deve essere preservato. Poiché di solito si trovano in regioni soggette a terremoti, è di grande importanza proteggerle dalle future attività sismiche. In particolare, la tesi di master si occupa della valutazione della vulnerabilità sismica di quattro torri in muratura situate nel Nord Italia con l'obiettivo di fare una discussione comparativa dei risultati ottenuti mediante analisi statiche non lineari (pushover) e dinamiche, da un lato, e analisi di dinamiche di contatto non lisce il cui risultato è stato messo a disposizione a priori, dall'altra parte. Quattro torri in muratura si differenziano per materiali in muratura, proprietà geometriche come snellezza, inclinazione, spessore delle pareti perimetrali, altezza, percentuale di perforazioni, ecc. Che possono essere responsabili della loro diversa risposta dinamica sotto le stesse eccitazioni sismiche. La valutazione numerica comprende analisi modale, statica non lineare (pushover) e analisi dinamica completa non lineare che sono state eseguite nel codice commerciale Abaqus. L'analisi modale viene effettuata al fine di calibrare i modelli numerici rispetto alle frequenze sperimentali che sono state scoperte mediante una campagna di identificazione dinamica per tutte e quattro le torri in esame. La calibrazione viene eseguita utilizzando il modulo di Young come parametro di calibrazione i cui valori vengono scelti in base alle norme italiane. Una volta calibrati, i modelli numerici sono adatti per essere utilizzati per analisi non lineari statiche e dinamiche complete come strumenti più raffinati per la valutazione della vulnerabilità sismica. In tutti i casi, i modelli FE realistici spaziali completi sono stati realizzati utilizzando elementi finiti tetraedri con quattro nodi. Per entrambe le analisi non lineari, è stato adottato un modello di materiale plastico danneggiato in calcestruzzo con parametri di danneggiamento distinti in tensione e compressione. I risultati di tutte le analisi eseguite sono relativamente in buon accordo, suggerendo conclusioni simili in termini di risposta dinamica generale e vulnerabilità sismica delle torri.