Miglioramento sismico di chiese storiche in muratura con diaframma di copertura in cross lam : analisi comparative

The multiple experiences of study and monitoring of the various masonry artefacts present in our territory after seismic events have allowed over time to highlight their numerous fragility. In most cases, the main cause of vulnerability of masonry buildings is the stability of the walls against out-of-plane collapse mechanisms. The theme of conservation and recovery of the historical architectural heritage is therefore of fundamental importance in today's cultural scenery. In particular, the seismic improvement of existing masonry buildings is now of current relevance. The interventions implemented in this sector, in line with the demands of conservative restoration, are characterized by an effective respect for the existing, especially for the historic ecclesiastical buildings, such as churches, cloisters and convents. This has promoted greater attention to the reversibility and minimal invasiveness of the proposed interventions. To respond to the need for intervention, it is important to understand the seismic response of the structure, or to study in detail the behavior of the structural elements of which it is made. From a seismic point of view, a good overall response of the building is activated when the organization of the structure allows a good interaction between horizontal and seismic-resistant walls. The existing intervention techniques for the seismic improvement of masonry buildings, in particular for churches, generally provide for the provision of pitch diaphragms that allow the creation of a box-shaped system capable of resisting the horizontal stresses generated by the earthquake. In recent years, several studies have been undertaken that aim precisely to deepen the feasibility of creating a yielding diaphragm of a stratum capable of dissipating part of the stress generated by the earthquake. Preliminary results have in fact highlighted that the use of roofing devices capable of dissipating energy in a hysteretic way, allows a reduction of the stress actions at the base of the head walls. This thesis is part of this line of research and aims, through the analysis of five case studies, to highlight and quantify the beneficial effect of four deformable and dissipative roofing solutions, with calibrated rigidity and strength, towards the classical intervention technique (box-like roofing). Specifically, the different deformable roofing strategies that will be tested have in common the constituent material, that is the Cross-lam. This is an innovative material whose use has developed considerably in recent years thanks to its competitiveness in improving the transversal response of the building following a seismic event in the face of a very limited intervention invasiveness. In this regard, we will follow the approach indicated by Giuriani (Giuriani 2008) which consists in the creation of an equivalent frame model, which will then be completed by inserting the characteristics of the deformable roof that is intended to be tested, and subjected to non-linear dynamic analyzes through the MidasGen software. This model will allow us to study and quantify the limitation of the amplitude of the out-of-plane oscillations of the side walls (rocking or braking rocking) and the trend of the stresses on the earthquake-resistant walls.

Le molteplici esperienze di studio e monitoraggio dei diversi manufatti in muratura presenti sul nostro territorio a seguito di eventi sismici hanno permesso nel tempo di metterne in evidenza le numerose fragilità. Nella maggior parte dei casi, la principale causa di vulnerabilità degli edifici in muratura risulta essere la stabilità delle pareti nei confronti dei meccanismi di collasso fuori piano. Il tema della conservazione e del recupero del patrimonio storico architettonico è quindi di fondamentale importanza nel panorama culturale odierno in quanto il miglioramento sismico di edifici esistenti in muratura è diventato di rilevanza attuale. Gli interventi attuati in questo settore, in linea con le istanze del restauro conservativo, vedono un crescente rispetto nei confronti degli edifici esistenti, soprattutto se si tratta di strutture storiche di tipo ecclesiastico, quali chiese, chiostri e conventi. Ciò ha promosso una maggiore attenzione alla reversibilità e alla minima invasività possibile degli interventi proposti. Per rispondere all’esigenza d’intervento è importante capire la risposta sismica della struttura, ovvero studiare nel dettaglio il comportamento degli elementi strutturali di cui essa è costituita. Dal punto di vista sismico, una buona risposta globale dell’edificio si verifica quando l’organizzazione della struttura permette una buona interazione tra orizzontamenti e pareti sismo-resistenti. Le tecniche di intervento esistenti per il miglioramento sismico di edifici in muratura, in particolare per le chiese, generalmente prevedono la predisposizione di diaframmi di falda che permettono di realizzare un sistema scatolare in grado di resistere alle sollecitazioni orizzontali generate dal sisma. Negli ultimi anni sono stati intrapresi diversi studi che mirano proprio ad approfondire la fattibilità nel realizzare un diaframma di falda cedevole in grado di dissipare parte della sollecitazione generata dal terremoto. Risultati preliminari hanno infatti messo in evidenza che l’impiego di dispositivi di copertura in grado di dissipare energia in modo isteretico consente ad esempio una riduzione delle azioni di sollecitazione alla base delle pareti di testata. Il presente lavoro di tesi si inserisce in un questo filone di ricerca e mira, attraverso l’analisi di cinque casi studio, a mettere in luce e a quantificare l’effetto benefico di quattro soluzioni di copertura deformabile e dissipativa, con rigidezza e resistenza calibrate, nei confronti della tecnica classica d’intervento (copertura scatolare). Nello specifico, le diverse strategie di copertura deformabile che si andranno a testare hanno in comune il materiale costitutivo, ovvero il Cross-lam. Questo è un materiale innovativo il cui utilizzo si è molto sviluppato negli ultimi anni grazie alla sua competitività nel migliorare la risposta trasversale dell’edificio in risposta ad un evento sismico a fronte di un’invasività di intervento davvero limitata. A tal proposito si seguirà l’approccio indicato da Giuriani (Giuriani 2008) che consiste nella realizzazione di un modello a telaio equivalente, il quale sarà poi completato inserendo le caratteristiche proprie della copertura deformabile che si intende testare; esso sarà poi sottoposto ad analisi dinamiche non lineari attraverso il software MidasGen. Tale modello ci consentirà di studiare e di quantificare la limitazione dell’ampiezza delle oscillazioni fuori piano delle pareti laterali (rocking o dondolio frenato) e l’andamento delle sollecitazioni alle pareti resistenti al sisma.