2D Non-linear analysis of Scalabrini vault in Piacenza,Italy

Abstract This thesis presents an advanced non-linear static modelling strategy to evaluate the behavior under vertical loads of historical masonry vault in Piacenza. Using a 2D Finite Element (FE) approach in Straus7, the study focuses on the unique properties of the arch composed of Italian clay bricks. The model's non-linearities are concentrated at the mortar joints and at the interface with FRP (Fiber-Reinforced Polymer) reinforcement. Through iterative analysis, the model effectively captures the quasi-brittle behavior of joints under tension and the softening response at the FRP-masonry interface. The ultimate collapse load for the arch was further examined. The FRP reinforcement is selected for its compatibility with historic masonry, striking a balance between added strength and the flexibility needed to accommodate structural deformations This research enhances the understanding of the non-linear behavior of masonry arches and provides reliable, targeted reinforcement strategies for preserving historic structures. The aim is to gain a comprehensive insight into the two-dimensional behavior of masonry arches approaching collapse.

Questa tesi presenta una strategia avanzata di modellazione non lineare statica per valutare il comportamento sotto carichi verticali di una volta storica in muratura a Piacenza. Utilizzando un approccio ad Elementi Finiti (FE) bidimensionale in Straus7, lo studio si concentra sulle proprietà uniche dell'arco costituito da mattoni in argilla italiana. Le non linearità del modello sono concentrate nei giunti di malta e all'interfaccia con il rinforzo in FRP (Polimero Rinforzato con Fibre). Attraverso un'analisi iterativa, il modello cattura efficacemente il comportamento quasi-fragile dei giunti in tensione e la risposta di ammorbidimento all'interfaccia tra FRP e muratura. È stato ulteriormente esaminato il carico di collasso ultimo dell'arco. Il rinforzo in FRP è stato scelto per la sua compatibilità con la muratura storica, bilanciando la maggiore resistenza con la flessibilità necessaria per accogliere le deformazioni strutturali. Questa ricerca migliora la comprensione del comportamento non lineare degli archi in muratura e fornisce strategie di rinforzo affidabili e mirate per la conservazione delle strutture storiche. L'obiettivo è ottenere una comprensione approfondita del comportamento bidimensionale degli archi in muratura in prossimità del collasso.