L’influenza della stereotomia nella risposta dinamica delle strutture storiche monumentali: il caso di studio della Rocca di Arquata del Tronto

This thesis work has as its object the realization of a numerical model of a monumental mason building, in order to analyze and deepen the dynamic structural behavior of the building. The case study chosen is the Rocca di Arquata del Tronto, in the province of Ascoli Piceno; an imposing medieval fortress that stands on the cliff north of the historic village of Arquata del Tronto, exposed to the seismic sequence that hard hit Central Italy in 2016. The analysis of the structural seismic behavior of historic buildings, especially if of significant artistic and architectural value, today represents a precious tool in order to design and introduce targeted reinforcement and protection interventions. Upstream of these analyzes, there is the construction of a representative model of the structure. To evaluate the response under seismic forcing of the Rocca di Arquata del Tronto, the LMGC90 software was used ( Logiciel de Mècanique Gèrant le Contact), a computational code, with discrete elements that uses three-dimensional numerical simulations of real seismic actions. The masonry under consideration was modeled as a discrete system of rigid blocks (multi-body system) through the use of MIDAS FEA software. The software implements the Non-Smooth Contact Dynamics (NSCD) method, which for discontinuous structures, i.e. consisting of blocks, brick or stone, connected together by means of mortar joints or without the latter, proves to be a powerful seismic response of the building. Parametric analyzes were performed considering real accelerograms, according to the three directions, applied to the base of the three-dimensional model of the fortress. Subsequently, the results of the analyzes thus performed were studied using the Paraview software, which allowed to highlight the damage mechanisms that can be activated and the causes of the possible collapses of the structure. Furthermore, keeping all the parameters unchanged, the model object of the thesis having 5,411 blocks was compared with a model previously performed by another graduate student having 42,639 blocks. This made it possible to investigate the seismic behavior of the Rocca di Arquata Tronto as the degree of simplification adopted in the modeling varies.

Il presente lavoro di tesi ha come oggetto la realizzazione di un modello numerico di un edificio monumentale in muratura, allo scopo di analizzare e approfondire il suo comportamento dinamico strutturale. Il caso di studio scelto è la Rocca di Arquata del Tronto, in provincia di Ascoli Piceno; un’imponente fortezza medievale che sorge sulla falesia a nord del borgo storico di Arquata del Tronto, esposta alla sequenza sismica che ha duramente colpito l’Italia Centrale nel 2016. L’analisi del comportamento sismico strutturale degli edifici storici, soprattutto se di rilevante valore artistico e architettonico, rappresenta oggi un prezioso strumento al fine di progettare e introdurre interventi di rinforzo e di tutela mirati. A monte di queste analisi, c’è la costruzione di un modello rappresentativo della struttura. Per valutare la risposta sotto forzante sismica della Rocca di Arquata del Tronto è stato utilizzato il software LMGC90 (Logiciel de Mècanique Gèrant le Contact), un codice di calcolo, ad elementi discreti che utilizza simulazioni numeriche tridimensionali di azioni sismiche reali. La muratura in esame è stata modellata come un sistema discreto di blocchi rigidi (multi-body system) attraverso l’utilizzo del software MIDAS FEA. Il software implementa il metodo Non-Smooth Contact Dynamics (NSCD), che per strutture discontinue, ossia costituite da blocchi, laterizio o pietra, connessi tra loro mediante giunti di malta oppure senza quest’ultima, dimostra essere un potente strumentoper lo studio della risposta sismica del manufatto. Sono state eseguite le analisi parametriche considerando accelerogrammi reali, secondo le tre direzioni, applicati al basamento del modello tridimensionale della fortezza. Successivamente i risultati delle analisi così eseguite, sono stati studiati mediante il software Paraview, che ha permesso di evidenziare i meccanismi di danno attivabili e le cause dei possibili crolli della struttura. Inoltre, mentendo invariati tutti i parametri, si è confrontato il modello oggetto della tesi avente 5.411 blocchi, con un modello eseguito precedentemente da un altro tesista avente 42.639 blocchi. Questo ha permesso di indagare il comportamento sismico della Rocca di Arquata Tronto al variare del grado di semplificazione adottato nella modellazione.