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La chiesa di Santa Maria della Concezione a Cagnano Amiterno (AQ): analisi della vulnerabilita sismica e dei meccanismi di collasso

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Academic year: 2021

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UNIVERSITÀ DI PISA

F

ACOLTÀ DI

I

NGEGNERIA

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Edile

Tesi di Laurea

La chiesa di Santa Maria della Concezione a Cagnano

Amiterno (AQ): analisi della vulnerabilità sismica e dei

meccanismi di collasso

Relatori:

Prof. Ing. Massimo Dringoli Prof. Ing. Mauro Sassu Prof. Ing. Walter Salvatore Dott. Ing. Luca Nardini

Candidato:

Sandro Fiorentini

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2

Sommario

Introduzione ... 6

1 Rischio sismico e patrimonio architettonico ... 9

1.1 Generalità ... 10

1.2 Finalità e criteri... 10

1.3 Requisiti di sicurezza e conservazione ... 11

1.3.1 Strumenti per la valutazione della sicurezza sismica a scala territoriale ... 11

1.3.2 Criteri per la valutazione della sicurezza sismica e dell’efficacia dell’intervento ... 13

1.3.3 Definizione di stati limite di riferimento per il patrimonio culturale ... 15

1.3.4 Livelli di protezione antisismica ... 17

1.3.5 Modellazione strutturale, analisi sismica e progetto degli interventi per il miglioramento 18 1.4 Conoscenza del manufatto... 19

1.4.1 Livelli di conoscenza e fattori di confidenza ... 21

1.5 Le costruzioni storiche in muratura ... 23

1.5.1 Le qualità meccaniche della muratura ... 24

1.5.2 Il comportamento delle strutture in muratura sotto l’azione del sisma. ... 27

1.6 LV3: Valutazione complessiva della risposta sismica del manufatto ... 29

1.7 Strategie per la scelta dell’intervento di miglioramento ... 29

Bibliografia capitolo 1 ... 32

2 Santa Maria della Concezione a Cagnano Amiterno (AQ) ... 33

2.1 Lo stato degli edifici abruzzesi... 34

2.2 Brevi cenni sull’assetto politico e sulla rete viaria degli Abruzzi nel medioevo ... 35

2.3 La fase preromanica e i Benedettini nello sviluppo storico dell’architettura abruzzese ... 35

2.4 L’Aquila e la persistenza del gusto romanico ... 39

2.5 L’architettura dell’epoca barocca in Abruzzo... 40

2.6 Il Comune di Cagnano Amiterno ... 42

2.7 Santa Maria della Concezione, cenni storici ... 47

3.8 Il Rilievo Geometrico e Strutturale ... 57

Bibliografia capitolo 2 ... 64

3 Modellazione Strutturale ... 65

3.1 Il metodo degli elementi finiti nell’Ingegneria delle Strutture ... 66

(3)

3

3.1.2 Discretizzazione del dominio di integrazione ... 68

3.2 La modellazione strutturale ... 72

3.3 I metodi di analisi ... 73

3.4 Caratteristiche meccaniche dei materiali della chiesa di Santa Maria ... 77

3.5 La formulazione del modello agli elementi finiti ... 79

3.5.1 Creazione della meshatura in ambiente CAD... 79

3.5.2 Modellazione tramite codice di calcolo ANSYS 11.0 ... 84

Bibliografia capitolo 3 ... 89

4 Analisi globali ... 90

4.1 LV1 : Determinazione dell’indice di sicurezza sismica prima dell’intervento ... 91

4.2 Analisi statica ... 98

4.3 Analisi lineare dinamica ... 100

4.4 Analisi modale ... 101

4.5 Azione sismica ... 107

4.5.1 Spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti orizzontali ... 107

4.5.2 Spettro di risposta elastico in accelerazione della componente verticale ... 108

4.5.3 Spettro di risposta in spostamento delle componenti orizzontali ... 109

4.5.4 Spettri di progetto per gli stati limite ultimi... 109

4.5.5 Spettro di progetto orizzontale ... 110

4.5.6 Spettro di progetto verticale ... 112

4.7 Analisi spettrale ... 113

4.7.1 Analisi delle tensioni ... 114

4.7.2 Analisi delle deformazioni mediante analisi spettrale ... 119

4.8 Analisi dinamica lineare con accelerogramma ... 126

4.8.1 Le stazioni accelerometriche nella Valle del Fiume Aterno ... 126

4.8.2 La stazione accelerometrica di Montereale (MTR) ... 129

4.8.2.1 Analisi tensionali MTR ... 131

4.8.2.2 Analisi delle deformazioni MTR ... 135

4.8.3 La stazione accelerometrica de L’Aquila (AQA) ... 137

4.8.3.1 Analisi tensionali AQA ... 138

4.8.3.2 Analisi delle deformazioni AQA ... 142

4.9 Conclusioni analisi globali ... 144

Bibliografia capitolo 4 ... 147

(4)

4

5.1 Premessa ... 149

5.2 La facciata ... 151

5.2.1 Ribaltamento della facciata ... 151

5.2.2 Meccanismi nella sommità della facciata ... 152

5.2.3 Meccanismo nel piano della facciata ... 153

5.3 Risposta trasversale dell’aula ... 154

5.4 Espulsione dell’angolata ... 156

5.5 L’approccio normativo ... 157

5.5.1 Analisi cinematica lineare ... 158

5.5.2 Analisi cinematica non lineare ... 159

5.5.3 Verifiche di sicurezza ... 162

5.6 Procedura di Calcolo dei meccanismi di ribaltamento ... 164

5.6.1 Meccanismo di ribaltamento di blocco attorno ad una cerniera... 165

5.6.2 Metodo di Calcolo del meccanismo di ribaltamento di una catena cinematica. ... 167

5.7 Analisi cinematica dei meccanismi principali della chiesa di Santa Maria della Concezione.... 169

5.7.1 Meccanismo 1: Ribaltamento della facciata ... 169

5.7.2 Meccanismo 2: Ribaltamento della facciata con coinvolgimento della parete laterale e della cella campanaria ... 171

5.7.3 Meccanismo 3: Ribaltamento della cella campanaria ... 173

7.7.4 Meccanismo 4: ribaltamento del cantonale e della cella campanaria... 175

5.7.5 Meccanismo 5: ribaltamento del cantonale e della cella campanaria... 179

5.7.6 Meccanismo 6: Ribaltamento della parete laterale ... 182

5.7.7 Meccanismo 7: Risposta trasversale dell’aula con arco di irrigidimento ... 186

5.7.8 Meccanismo 8: Risposta trasversale dell’aula con trave di irrigidimento ... 190

5.8 Quadro riepilogativo dei meccanismi di collasso ... 194

5.9 Interventi di miglioramento sismico ... 198

5.10 Analisi cinematica dei meccanismi della chiesa di Santa Maria della Concezione con inserimento di catene metalliche... 199

5.10.1 Meccanismo 1: Ribaltamento della facciata con inserimento di due catene ... 199

5.10.2 Meccanismo 2: Ribaltamento della facciata con coinvolgimento della parete laterale e della cella campanaria con inserimento di due catene ... 201

5.10.3 Meccanismo 6: Ribaltamento della parete laterale con inserimento di 5 catene ... 203

5.10.4 Meccanismo 7: Risposta trasversale dell’aula con arco di irrigidimento con inserimento di una catena. ... 206

(5)

5 5.10.5 Meccanismo 8: Risposta trasversale dell’aula con trave di irrigidimento con inserimento

di una catena ... 209

5.11 Dimensionamento delle catene ... 212

Bibliografia capito 5... 216

6 Confronto tra le analisi e conclusioni ... 218

6.1 Confronto tra le analisi ... 219

6.2 Conclusioni ... 222

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