Comportamento dinamico di strutture curve in muratura: modellazione e sperimentazione su modelli in scala

Recent seismic events have shown that masonry structures are vulnerable to earthquakes. Although there is a growing scientific interest in this issue, seismic assessment of these still remains a challenge. In this context, the thesis is linked to previous studies on dynamic behavior of curved masonry structures and intends to propose, on the basis of an appropriate theoretical approach, a new experimental strategy based on small-scale models capable of reproducing the particular behavior that characterizes the dynamics of real structures. Understanding the dynamics of masonry buildings, especially those of historical interest is particularly complex as it requires the use of non-linear theories capable of describing rocking conditions. In this study, the dynamics of rocking described by Housner and deepened by Oppenheim for the specific case of arches made of blocks is framed in analysis methodologies considering masonry material as a "Normal Rigid No-Tension (NRNT) material": therefore, in a mechanical model that translates Heyman's hypothesis in a rational key. The proposal of a new experimental approach stems from the lack of fully satisfactory results in laboratory tests carried out both on full-scale and reduced-scale models. The adopted strategy follows the idea of exploiting 3D printing techniques to create meta-models of arches to be subjected to dynamic tests. Then meta-models on one hand can correctly represent the scale laws governing the phenomenon of rocking and, on the other hand, present a stereotomy of the voussoirs that allows them to hinge but prevents them from sliding. This system allows making a true estimate of the seismic behavior of masonry arches, for the extension of the proposed approach to more complex curved structures such as masonry vaults and domes.

I recenti eventi sismici hanno mostrato che le strutture in muratura risultano vulnerabili ai terremoti e, nonostante vi sia un crescente interesse scientifico verso questo tema, la loro valutazione sismica rimane ancora oggi una sfida. Questo lavoro quindi si aggancia agli studi sul comportamento dinamico delle strutture curve in muratura ed intende proporre, sulla base di un approccio teorico appropriato, una nuova strategia sperimentale che utilizza modelli in scala ridotta capaci di riprodurre le condizioni specifiche che caratterizzano la dinamica di strutture reali. Cogliere la dinamica delle costruzioni in muratura, specie quelle di carattere storico, è particolarmente complesso in quanto richiede il ricorso a teorie non lineari che vanno sotto il nome di teorie del rocking. In questo studio la dinamica del rocking descritta da Housner e approfondita da Oppenheim, per il caso specifico degli archi costituiti da blocchi, è inquadrata nelle metodologie di analisi che considerano il materiale muratura come materiale “Non Resistente a Trazione”, un modello meccanico che traduce in chiave razionale le ipotesi di Heyman. La proposta poi di un nuovo approccio sperimentale deriva dalla mancanza di risultati pienamente soddisfacenti in prove di laboratorio effettuate sia su modelli in scala reale che su modelli in scala ridotta. La strategia adottata nasce dall’idea di sfruttare le tecniche di stampa 3D per realizzare meta-modelli di archi da sottoporre a prove dinamiche che, da una parte possano interpretare correttamente le leggi di scala che governano il fenomeno del rocking e dall’altra presentare una stereotomia dei conci che ne consenta l’incernieramento ma ne impedisca lo scorrimento. Questo sistema non solo consente di effettuare una stima veritiera del comportamento sismico degli archi, oggetto del presente lavoro, ma può essere esteso a strutture curve più complesse come volte e cupole in muratura.