Modellazione DEM e analisi della vulnerabilità delle scale elicoidali presenti nelle rocche medievali. Il caso studio della Rocca Roveresca di Senigallia.

In our Country the continuous occurrence of disastrous events such as earthquakes which affect mainly central Italy, constantly keeps the spotlight on issues such as seismic risk and the vulnerability of buildings. The purpose of the following thesis is the analysis of the structural behavior and static safety of the helical staircase present in the Della Rovere’s Castle of Senigallia, in the province of Ancona. Consequently this aspect is attributable as a typical behavior of a generic helical staircase or spiral staircase often present in medieval historical fortresses and / or in the relative towers. The modeling and analysis was carried out using two different structural analysis and calculation software: Midas FEA ad 3DEC. The first one is a cutting-edge software that defines a new paradigm for advanced linear, non-linear and detailed analyzes of civil structures and infrastructures. The second one is a three-dimensional numerical modeling code for advanced geotechnical analysis of soil, rock, groundwater, structural support and masonry, simulating the response of discontinuous supports subject to static and dynamic loads. The staircase examined was modeled considering a large surrounding of the Della Rovere’s Castle in order to evaluate the overall behavior and to have results as close as possible to reality. Due to the fact that the steps of the staircase are monolithic bodies and the fortress is a masonry structure it was necessary to proceed with the modeling of discrete elements (DEM - Discrete Element Method). This technique schematizes the system as an assembly of rigid or deformable blocks connected together through the relative points of contact. The numerical results of the static response of the mansory model was obtained thanks to distributed load cycles at each step. In this way it was possible to highlight the critical points of the helical stair. The vulnerability was consequently assessed in case of a minor clamping of steps in the masonry in order to understand the importance of this aspect.

Nel nostro Paese il continuo verificarsi di eventi disastrosi come quello del sisma, perlopiù caratterizzante il centro Italia, tiene costantemente accesi i riflettori su temi quali, il rischio sismico e la vulnerabilità del costruito. Lo scopo della seguente tesi è l’analisi del comportamento strutturale e della sicurezza statica della scala elicoidale presente nella Rocca Roveresca di Senigallia, in provincia di Ancona; di conseguenza attribuibile come comportamento tipico di una generica scala elicoidale o scala a chiocciola spesso presente nelle rocche storiche medievali e/o nei relativi torrioni. La modellazione e l’analisi è stata effettuata utilizzando due diversi software di analisi e calcolo strutturale: il Midas FEA, un software all’avanguardia che definisce un nuovo paradigma per le analisi avanzate lineari, non lineari e di dettaglio di strutture e infrastrutture civili ed il 3DEC, un codice di modellazione numerica tridimensionale per analisi geotecniche avanzate di suolo, roccia, acque sotterranee, supporto strutturale e muratura, simulando la risposta di supporti discontinui soggetti a carico statico e dinamico. La scala presa in esame è stata modellata considerando un ampio intorno della Rocca Roveresca, in modo da valutarne il comportamento d’insieme ed avere risultati più possibile prossimi alla realtà. Essendo i gradini della scala dei corpi monolitici e la rocca una struttura in muratura si è proceduto con la modellazione ad elementi discreti (DEM – Discrete Element Method), metodo discontinuo che schematizza il sistema come un assemblaggio di blocchi rigidi o deformabili connessi tra loro attraverso i relativi punti di contatto. I risultati numerici della risposta statica del modello in muratura hanno dato una visione approfondita della vulnerabilità della scala elicoidale, mettendo in evidenza i punti critici della stessa, sottoposta a cicli di carico distribuito ad ogni gradino. Ne è stata conseguentemente valutata la vulnerabilità nel caso di un minore ammorsamento dei gradini nella muratura, per capire l’importanza di questo aspetto.