Structural assessment for cultural heritage : the church of S. Pietro in Casolate

The goal of the thesis is to characterize the structural conditions and behaviour of cultural heritage masonry assets with limited diagnostics and well-focused simplified analyses. The church of St. Peter in Casolate (LO) is an example of the most frequent historical and cultural heritage buildings. This gives the possibility to apply the procedure suggested by Italian structural design code NTC 2018 and the Guidelines issued by the Cultural Heritage Ministry. The procedure is based on a historical analysis of the construction through plans based on the documental material preserved in the Archives; a geometrical and photographic relief of the present state; analysis of the materials and construction techniques also through NTD diagnostic approach (for this case thermography and water content analysis with gravimetric method); structural modelling. The structure is analysed globally, with reference to the so called first level approach LV1, to define qualitatively not only the seismic vulnerability through acceleration capacity and return period but also the possibility of collapse mechanisms. The elements are then studied locally (LV2) considering the activation of the tympanum collapse comparing demand on the site and response of the structure. It turns out that, the masonry is uniform for all the structural components (in terms of orientation and pattern) and dry (R.H. lower than 1%), and the work stress level moderate; yet the qualitative parameters highlight a seismic vulnerability in both the two principal directions. This can depend on the discontinuities present (e.g. due to lateral chapels and similar) and a limited portion of resisting area in the transversal direction (E-W) that makes this direction the weakest one asking for higher attention.

L’obiettivo della tesi è quello di caratterizzare le condizioni e il comportamento strutturale di un edificio in muratura classificato come bene culturale attraverso un numero limitato di prove in sito e di prove mirate. La chiesa di San Pietro a Casolate (LO), studiata nella presente tesi, è esemplificativa dei beni culturali e storici più diffusi in Italia. Ciò consente, quindi, di applicare i criteri suggeriti dalle norme tecniche NTC 2018 e dalle relative Linee Guida del Ministero dei Beni Culturali. La procedura prevede una ricostruzione storica del complesso attraverso piante, sezioni e prospetti grazie anche a quanto custodito negli archivi storici; un rilievo geometrico e fotografico dello stato attuale; studio dei materiali e delle tecniche costruttive attraverso approcci diagnostici (nello specifico termografia e studio del contenuto d’acqua con metodo ponderale); modellazione strutturale. La struttura è analizzata globalmente, secondo un approccio cosiddetto di primo livello (LV1) al fine di determinare qualitativamente non solo la vulnerabilità sismica in funzione dell’accelerazione e del periodo di ritorno, ma anche la presenza di meccanismi di collasso. Il complesso è analizzato anche localmente (LV2) computando l’attivazione del meccanismo di collasso del timpano confrontando la domanda al sito con la risposta della struttura. Lo studio ha messo in luce, per l’edificio analizzato, una muratura non solo uniforme per tutti gli elementi strutturali (anche per orditura e orientamento) ma anche secca (U.R. inferiore a 1%) e un basso livello di sforzo in esercizio. I parametri qualitativi evidenziano tuttavia una vulnerabilità strutturale di tipo sismico in tutte e due le principali direzioni. Ciò si ritiene dipendente dalla discontinuità causata da aperture evidenti (cappelle e simili) e da una limitata porzione di area resistente nella direzione trasversale (E-O) coincidente con la direzione più vulnerabile, a fronte tuttavia di una sismicità locale di basso livello. Lo studio ha permesso di verificare l’efficacia della procedura adottata.