Studio della risposta sismica della Torre Civica dell’Aquila: calibrazione del modello numerico da dati sperimentali e analisi statiche non lineari

Abstract

Il presente elaborato analizza il comportamento sismico della Torre Civica dell’Aquila, edificio storico in muratura danneggiato dal sisma del 2009. L’obiettivo è valutare il comportamento dinamico attraverso modellazione numerica agli elementi finiti, calibrata su dati sperimentali. Lo studio si inserisce nel progetto “MONNALISA”, che integra dati da monitoraggio vibrazionale e satellitare per creare un Digital Twin, utile alla gestione informatizzata e al miglioramento decisionale per la Piccola e Media Impresa. Dopo l’inquadramento storico, architettonico e geotecnico, è stato elaborato un modello CAD della Torre, poi trasferito su Abaqus per eseguire analisi modale e statiche non lineari. Un’analisi preliminare di sensibilità è stata svolta in SAP2000 su un modello sintetico di mensola incastrata con incastro semi-rigido alla base e molle laterali, per valutare l’influenza di parametri meccanici chiave – modulo elastico, densità, rigidezza dei vincoli – sulle frequenze modali. I risultati hanno guidato la calibrazione del modello 3D in Abaqus, con vincoli elastici “coupling” per simulare l’interazione Torre-Palazzo. È stato implementato il legame CDP (Concrete Damage Plasticity), già validato per strutture murarie, per condurre analisi pushover nello stato di fatto e di progetto. L’assenza del vincolo col Palazzo riduce la rigidezza globale, ma gli interventi di consolidamento (giunto sismico, reticolatus, micropali) aumentano la capacità di spostamento e la sicurezza strutturale. Il confronto con lo spettro di risposta mostra un miglioramento significativo post-intervento. Infine, si osserva come il vincolo elastico sia efficace in ambito lineare, ma presenti limiti nel non lineare. Si propongono futuri sviluppi tramite contatti degradabili, link non lineari e una migliore caratterizzazione dell’interazione terreno-fondazioni-struttura.

This paper analyses the seismic behaviour of the Civic Tower of L'Aquila, a historic masonry building damaged by the 2009 earthquake. The aim is to evaluate its dynamic behaviour through finite element numerical modelling, calibrated on experimental data. The study is part of the “MONNALISA” project, which integrates vibration and satellite monitoring data to create a Digital Twin, useful for computerised management and improved decision-making for small and medium-sized enterprises. After the historical, architectural and geotechnical framework was established, a CAD model of the Tower was developed and then transferred to Abaqus to perform modal and non-linear static analyses. A preliminary sensitivity analysis was performed in SAP2000 on a synthetic model of a cantilever with semi-rigid connection at the base and lateral springs to evaluate the influence of key mechanical parameters – elastic modulus, density, stiffness of constraints – on modal frequencies. The results guided the calibration of the 3D model in Abaqus, with elastic “coupling” constraints to simulate the interaction between the tower and the building. The CDP (Concrete Damage Plasticity) link, already validated for masonry structures, was implemented to conduct pushover analyses in the actual and design states. The absence of the constraint with the building reduces the overall stiffness, but the consolidation measures (seismic joint, reticulatus, micropiles) increase the displacement capacity and structural safety. Comparison with the response spectrum shows a significant improvement after the intervention. Finally, it can be seen that the elastic constraint is effective in the linear domain but has limitations in the non-linear domain. Future developments are proposed through degradable contacts, non-linear links and better characterisation of the soil-foundation-structure interaction.