Modellazione e analisi di vulnerabilità sismica del Torrione di Bobbiano

This thesis in focused on the seismic vulnerability analysis of the Bobbiano tower (PC), a complex masonry tower with vaulted floors, built in the Middle Ages and recognized today as a tied architectural and cultural heritage. The aim is to understand its global behavior following the seismic event, adopting different modeling criteria and performing different analyzes. The first part of the paper concerns the knowledge process of the structure in all its aspects. The model is first created in Revit Structure, in which the information relating the cognitive investigations carried out was also included, and then, thanks to the interoperability of the software, it is imported into Midas Gen (plate elements) and in Midas FEA NX (solid elements). A linear dynamic analysis using behavior factor prescribed by NTC18 is performed and the results are interpreted in terms of state of stress and interstory drifts to the Damage and Safeguarding life Limit States. The model is evaluated by comparing the mass from software with that from manual calculation and comparing the fundamental period from model with that from simplified models with distributed and concentrated mass, and with that obtained from literature formulas. The nonlinear analyzes are then performed: the Material Non Linear Analysis in Midas Gen with Concrete Damage Plasticity constitutive law and the Construction Stage Analysis in Midas FEA NX with Concrete Smeared Crack constitutive law, performed with the application of increasing static forces. For each analysis and direction, the load multipliers which lead the material to overcome resistance and the state of stress are evaluated, comparing the results obtained by the two models. The Pushover analysis was then performed defining the capacity curves and the effective behavior factor. Verification of displacement between capacity and demand was performed. Before of lower ductility than required by law, the state of stress was calculated again with the reduced behavior factor. By performing the shear verification it has been confirmed the flexional failure mechanism of the tower. The results in terms of state of stress in the base section, both with using the behavior factor obtained from NTC18 and with the effective behavior factor, confirms the consistency by the different modeling and analyzes performed, showing that the section is at the beginning of the plastic field. Then the seismic safety indices by EL1 and EL3 approaches were calculated, respectively with the simplified approach for the analysis of global seismic performance and through the PGA of capacity obtained from the pushover analysis. The indices from two approaches, although of increasing complexity, were however compared and both show a situation that requires interventions.

Il presente elaborato tratta l’analisi di vulnerabilità sismica del Torrione di Bobbiano(PC), una complessa torre in muratura con solai voltati, eretta in epoca medievale e riconosciuta oggi come bene architettonico e culturale vincolato. Lo scopo è quello di coglierne il comportamento globale in seguito all'evento sismico, adottando criteri di modellazione differenti ed eseguendo diverse analisi. La prima parte riguarda il percorso di conoscenza della struttura in tutti i suoi aspetti. Il modello viene dapprima realizzato in Revit Structure, arricchendolo delle informazioni inerenti le indagini conoscitive svolte, e poi, sfruttando l'interoperabilità dei software, viene importato in Midas Gen (elementi plate) e in Midas FEA NX (elementi solidi). Viene svolta l’analisi dinamica lineare con fattore di comportamento da NTC18, guardando agli spostamenti di interpiano all'SLD e all'SLV e di stato di sforzo. Il modello viene valutato confrontando la massa da software con quella da calcolo manuale e confrontando il periodo fondamentale da modello con quello derivante da modelli semplificati a massa distribuita, concentrata e con quello ottenuto da formule di letteratura. Vengono poi svolte le analisi non lineari: le analisi Material Non Linear Analysis in Midas Gen con legame costitutivo Concrete Damage Plasticity e la Construction Stage Analysis in Midas FEA NX con legame costitutivo Concrete Smeared Crack, eseguite con l’applicazione di forze statiche crescenti. Per ciascuna analisi e direzione vengono valutati i moltiplicatori di carico che portano il materiale al superamento di resistenza e lo stato di sforzo, confrontando i risultati ottenuti dai due modelli. È stata poi svolta l’analisi Pushover ottenendo le curve di capacità e il fattore di comportamento effettivo. È stata eseguita la verifica di spostamento tra capacità e domanda. A fronte di una duttilità inferiore rispetto a quanto previsto da normativa, è stato calcolato nuovamente lo stato di sforzo con il fattore di comportamento ridotto. È stata poi svolta la verifica a taglio, osservando che l’esaurimento della resistenza a taglio non anticipa il collasso per pressoflessione. Il confronto dei risultati in termini di sforzo nella sezione di base della torre, sia con fattore di comportamento da normativa che con quello effettivo, conferma la coerenza delle modellazioni e delle analisi, osservando che la sezione si trova all'inizio del ramo plastico. Sono stati calcolati gli indici di rischio secondo i livelli di valutazione LV1, con approccio semplificato per analizzare le prestazioni sismiche globali, ed LV3 con la PGA di capacità ottenuta dalla Pushover. Il calcolo dell’indice con i due livelli, seppur di complessità crescente, ha comunque permesso di confrontarli, evidenziando una situazione che denuncia necessità di intervento.