Introduzione
La ricchezza del patrimonio edilizio storico in Italia, così come il problema della sua conservazione e valorizzazione, è da sempre un tema di grande attualità.
L'ambito del restauro delle costruzioni è indubbiamente vasto, spazia da operazioni di consolidamento strutturale e di recupero di elementi danneggiati ai più minuziosi interventi di conservazione delle caratteristiche estetiche dei beni. La questione del consolidamento costituisce un tema particolarmente delicato: nell'intento di tramandare l'opera ai posteri nella sua integrità, esso si confronta con il problema della sicurezza e ciò costituisce l'elemento distintivo del consolidamento nel restauro che non può essere in alcun modo assimilato a un intervento di restauro pittorico. Una volta presa coscienza della vulnerabilità del nostro patrimonio storico-artistico, il conseguimento della sicurezza strutturale diviene infatti l'obiettivo prioritario sia per la conservazione materiale, sia, ancora più, per la salvaguardia delle persone.
D'altra parte, la valutazione della sicurezza nelle antiche costruzioni è particolarmente complessa sia per la mancanza di conoscenza delle antiche tecniche costruttive, sia per la difficoltà di comprensione della morfologia degli elementi costruttivi e delle caratteristiche dei materiali, ciò che comporta l'inattendibilità di molte previsioni analitiche.
In questa ottica, un grande significato riveste dunque il momento di studio e diagnosi che precede il progetto dell'intervento. Migliore è l'indagine, più raffinato sarà l'intervento di consolidamento e rispettoso del valore dell'opera.
Inoltre, la presenza in cantiere di un gruppo di lavoro multidisciplinare costituito da esperti nei diversi settori, strutture, rilievo topografico, petrografia, archeologia, architettura, storia dell'arte, è indispensabile per una corretta comprensione dell'edificio nelle sue fasi costruttive, quindi del suo comportamento statico.
La mancanza di risorse rende comunque questa fase particolarmente complicata: la sola ispezione visiva risulta problematica per le altezze in gioco e richiede costose opere provvisionali; i saggi, utilissimi per comprendere la morfologia degli elementi strutturali, sono spesso non realizzabili perché di pregiudizio per la conservazione delle superfici o degli elementi di pregio; i rilievi, condotti allo scopo della valutazione
di stati deformativi o anche semplicemente per la ricognizione geometrica, richiedono tempi e costi notevoli.
Una volta in possesso di un'adeguata quantità di informazioni sull'edificio e sui dissesti in atto, la modellazione analitica, pur non potendosi sostituire all'intuizione del progettista, è in grado di apportare un importante contributo di conoscenza, con la prerogativa di fornire informazioni quantitative sul grado di sicurezza della struttura e previsioni sull'efficacia di interventi di rinforzo.
In questa tesi si mostra l'importanza dell'interazione tra le diverse discipline, oltre che il valore del contributo della modellazione per la comprensione di un dissesto e per l'ideazione del progetto di rinforzo.
In particolare, un contratto di ricerca sul duomo di Massa Marittima ha offerto l'opportunità di far parte di un gruppo di lavoro multidisciplinare e i lavori in corso nell'area del presbiterio e dell'abside hanno fornito la disponibilità di strutture provvisionali. In questo ambito è stata effettuata l'analisi della cupola e delle strutture di sostegno. I dati forniti dal gruppo di lavoro, le ricerche di archivio, insieme ai saggi conoscitivi appositamente effettuati sulle strutture e le integrazioni del rilievo geometrico hanno costituito la base per una prima valutazione del dissesto.
I modelli di calcolo, una volta calibrati sull'evidenza del quadro fessurativo e deformativo rilevati, hanno confortato le ipotesi iniziali e hanno fornito valutazioni quantitative sulle risultanti e sui valori puntuali di tensione, permettendo di individuare le zone critiche, il grado di sicurezza statica della struttura e di prevederne il modo di vibrare.
La valutazione dell'efficacia di interventi di rinforzo è stata verificata attraverso modellazioni analitiche che hanno simulato possibili configurazioni di carico sovrapposte alla condizione di equilibrio ottenuta in presenza del solo peso proprio.
Più in particolare la tesi è strutturata nel seguente modo:
Nel primo capitolo è riportata l’analisi storica del Duomo di Massa Marittima, con informazioni relative al Duomo e all'assetto urbanistico della cittadina.
Nel secondo capitolo sono mostrate le indagini condotte per l’inquadramento geologico e morfologico dell’area.
Nel terzo capitolo è descritta la fase di rilievo geometrico e strutturale, la classificazione degli elementi resistenti e la valutazione dello stato di conservazione degli stessi.
Nel quarto capitolo è stata eseguita l’analisi di vulnerabilità sismica del Duomo.
Nel quinto capitolo sono descritte le principali caratteristiche del codice di calcolo NOSA agli elementi finiti impiegato insieme a Straus7 per le analisi strutturali.
Il sesto capitolo descrive le analisi strutturali della cupola e presenta il confronto tra i risultati del calcolo e l'evidenza del dissesto.
Nel settimo capitolo sono proposte alcune soluzioni per il consolidamento statico della cupola e per il miglioramento sismico dell'intero edificio. Attraverso i modelli di calcolo è stata effettuata la previsione dell'efficacia dei possibili interventi di consolidamento della cupola.
Nell'ottavo capitolo è presentato lo studio dei modi di vibrare dell'intera struttura, con particolare riferimento agli effetti sulla cupola.
Nel nono capitolo sono esposte alcune riflessioni sulle possibili vicende costruttive della cupola validate sulla base di modelli numerici.
