Analisi strutturali non lineari mediante metodo XFEM della basilica di San Vitale

Il presente lavoro di tesi mira a valutare la sicurezza strutturale a breve e medio termine della Basilica di San Vitale in Ravenna, con particolare riguardo alla descrizione del quadro fessurativo e alla previsione della sua possibile evoluzione temporale sotto cedimenti crescenti nel tempo. A tal fine, sfruttando un modello ad elementi finiti sviluppato in una precedente tesi, vengono condotte analisi numeriche utilizzando il moderno metodo XFEM, in modo da tener conto del comportamento meccanico non lineare della muratura costituente la Basilica. Per ragionevoli motivi di onerosità computazionale, si è ritenuto opportuno effettuare analisi in campo non lineare su una porzione limitata della struttura opportunamente vincolata. Per definire le condizioni al contorno ci si è rifatti alle analisi condotte sull'intera Basilica in campo lineare; successivamente, estraendo una parte di struttura maggiormente danneggiata, si è proceduto a definire le condizioni al contorno che riproducessero al meglio i risultati delle suddette analisi. Le analisi elastiche lineari e le analisi non lineari effettuate nell'ambito del presente lavoro di tesi costituiscono un passo opportuno per la comprensione del comportamento tenso-deformativo della Basilica, in quanto l'ipotesi di comportamento non lineare adottata offre una visione del quadro fessurativo soddisfacente. Nella presente trattazione, la massima attenzione viene posta ai dissesti di archi e volte, poiché i muri perimetrali e i pilastri hanno mostrato di essere stati adeguatamente dimensionati: i valori di compressione in questi elementi risultano sufficientemente lontani dai limiti di rottura del materiale desunti da prove sperimentali. Importante obiettivo di questo studio è stato quello di valutare l'efficacia dell'adozione del moderno metodo degli elementi finiti estesi (XFEM) per analizzare il comportamento a fessurazione di edifici in muratura, tenendo conto di un comportamento elasto-fragile isotropo del principale materiale costituente la Basilica: una muratura che presenta strati di malta di spessore pari quasi a quello dei mattoni. Nello svolgimento delle analisi, infatti, si è subito rilevata l'importanza delle trazioni che nascono in tutte le strutture a volta sotto l'effetto dei soli carichi permanenti: i valori calcolati sono prossimi e in alcuni punti superiori ai limiti di rottura disponibili in letteratura per questo genere di materiali. Inoltre le concentrazioni di sforzo si posizionano in corrispondenza delle lesioni rilevate, dando così una conferma delle cause che hanno portato all'attuale quadro fessurativo. Da ultimo si è evidenziata l'importanza che potrebbe avere il fenomeno di subsidenza qualora le differenze relative tra i cedimenti delle parti strutturali dovessero aumentare di entità con la velocità stimata in un recente quinquennio. In tal caso le trazioni che si creerebbero non solo nel settore S6 studiato, ma nell'intera Basilica, potrebbero seriamente compromettere l'equilibrio dell'edificio.