Analisi di vulnerabilità sismica di quattro chiese a pianta basilicale

This dissertation deals with the seismic vulnerability assessment of four masonry churches located in the Southern Italian region of Campania. Namely, three of them are lo-cated in the city of Naples, while the last one is located in another area named Irpinia. The first part of this work presents a recap of the geological structure of Campania, recalls its seismic classification over the recent years, and gives some historical background con-cerning past seismic events, with a special focus on the devastating earthquake that oc-curred in Irpinia in 1980 (Chapter 2). The following chapter deals with the description of the four churches here investigated, offering also some historical background (Chapter 3). The theory behind numerical non-linear analyses (both static and dynamic) is then de-scribed, along with some remarks about their inclusion in the more recent Italian Building Codes (Chapter 4), whereas the presentation of the numerical models of the four churches, consisting of hexahedral elements and implemented in Finite Element software Abaqus, is offered in the next chapter (Chapter 5). The second part of this work is thoroughly devoted to a lengthy description of the results obtained from the static and dynamic non-linear analyses performed on the models of the four churches, which serve the purpose of investigating their structural response when sub-jected to horizontal, seismic-like actions (Chapter 6). The non-linear static analyses are in-deed the so-called “pushover” analyses, where a distribution of horizontal loads is incre-mentally applied to the structure until it reaches its collapse condition. In this case, four different ratios of tensile/compressive strength are used for the material model of masonry to perform a sensitivity analysis in terms of structural response related to this ratio. In general, the results show how the numerical models of the churches are robust enough to perform both types of non-linear analyses. More importantly, it is shown that the pushover analyses in all cases are able to predict the local collapse mechanisms of each church, which are later confirmed by the more computationally demanding non-linear dynamic analyses. However, these are more accurate in describing the structural response of the four churches when seismic loads are modelled as accelerations applied at the base of the models.

Il presente elaborato di tesi ha come scopo la valutazione della vulnerabilità sismica di quattro chiese in muratura situate nella regione Campania. In particolare, tre di queste si trovano a Napoli, mentre la quarta si trova in un’altra area della suddetta regione, chiamata Irpinia. La prima parte di questo lavoro contiene un riepilogo riguardante la struttura geologica del-la Campania, alcuni richiami legati alla sua classificazione sismica e fornisce alcuni cenni storici riguardanti eventi sismici del passato, con particolare attenzione al devastante terre-moto che si è verificato in Irpinia nel 1980 (capitolo 2). Il capitolo seguente tratta invece della descrizione delle quattro chiese oggetto di studio, attraverso alcuni cenni storici (capi-tolo 3). Viene successivamente descritta la teoria delle analisi non lineari (sia per quanto riguarda la statica che la dinamica), insieme ad alcune osservazioni sulla loro inclusione nelle più recen-ti norme tecniche italiane (capitolo 4). Nel capitolo seguente vengono invece presentati i modelli numerici dei quattro edifici di culto, costituiti da elementi esaedrici ed implementa-ti nel programma ad elementi finiti Abaqus (capitolo 5). La seconda parte di questo lavoro è interamente dedicata ad una lunga descrizione dei ri-sultati ottenuti dalle analisi non lineari sopra citate eseguite sui modelli delle quattro chiese, con lo scopo di indagare la loro risposta strutturale se soggette ad azioni sismiche orizzonta-li (capitolo 6). Le analisi statiche non lineari sono le cosiddette analisi “pushover”, in cui una distribuzione di carichi orizzontali viene applicata in modo incrementale alla struttura fino a raggiungere la condizione di collasso. In questo caso, per il modello di materiale della muratura, vengono utilizzati quattro diversi rapporti tra la resistenza a compressione e la re-sistenza a trazione, per eseguire un’analisi di sensitività in termini di risposta strutturale cor-relata a questi rapporti. In generale, i risultati mostrano come i modelli numerici delle chiese siano abbastanza robu-sti da eseguire entrambi i tipi di analisi non lineari. Ancora più importante, è dimostrato che le analisi pushover in tutti i casi sono in grado di prevedere i meccanismi di collasso locale di ogni chiesa, che sono successivamente confermati dalle analisi dinamiche non lineari, che sono più onerose dal punto di vista computazionale. Tuttavia, queste sono più accurate nel descrivere la risposta strutturale dei quattro edifici di culto quando i carichi sismici sono modellati come accelerazioni applicate alla base.