Influenza della rigidità dei giunti sulla risposta degli archi in muratura a grandi spostamenti di supporto: Uno studio agli elementi finiti.

Abstract

La stabilità degli archi in muratura è cruciale per la conservazione del patrimonio architettonico. I metodi analitici tradizionali spesso non riescono a descrivere con precisione il comportamento strutturale in presenza di ampi spostamenti dei vincoli, tendendo a sovrastimare la capacità di spostamento ultimo a causa della semplificazione dei giunti come indeformabili. Questa tesi dimostra come un approccio di micro-modellazione possa superare le limitazioni dei modelli rigidi e no-tension, permettendo una stima più accurata sia dello spostamento ultimo che della progressione dei meccanismi di collasso.

L'efficacia della micro-modellazione dipende tuttavia dalla corretta definizione della rigidezza dei giunti, la cui calibrazione richiede solitamente test sperimentali e simulazioni su modelli ridotti. Per superare questa criticità, lo studio si propone di individuare un intervallo di rigidezze d'interfaccia che possa essere utilizzato preventivamente per diversi archi, limitando il ricorso a costose campagne di calibrazione. A tal fine, viene condotta un'analisi numerica su modelli in scala ridotta tratti dalla letteratura, con differenti configurazioni geometriche. I risultati numerici vengono confrontati con dati sperimentali, permettendo l'identificazione dei parametri di rigidezza più coerenti con il comportamento osservato.

Infine, lo studio esplora l’estensione del modello FEM alla scala reale, confrontando le risposte di modelli in scala reale con quelli in scala ridotta. Si osserva che, sebbene la sola scala geometrica conservi il comportamento globale, trascurare la coerenza delle proprietà meccaniche può introdurre errori significativi. Se opportunamente calibrato, il modello FE riesce però a rappresentare fedelmente la risposta degli archi in scala reale, confermandone la validità per analisi strutturali e interventi conservativi.

The stability of masonry arches are crucial aspects in the conservation of building heritage. Traditional analytical approaches often struggle to accurately predict the structural response in the event of large displacements of the supports, typically overestimating the limit displacement capacity due to the neglect of joint deformability. This thesis demonstrates that a micro-modelling approach can overcome the limitations of rigid, no-tension models, offering more reliable predictions of both the limit displacement and the evolution of collapse mechanisms. However, the effectiveness of micro-modelling is strongly affected by the accurate definition of joint stiffness parameters. Their calibration typically requires extensive experimental campaigns and multiple simulations on small-scale samples. To address this challenge, the work aims to identify a reliable range of normal stiffness values for the interface that can be applied a priori in the modelling of different arch geometries, thus reducing the need for costly experimental calibrations. This objective is achieved through the numerical analysis of well-documented small-scale arches previously studied in the literature and characterized by different geometric properties. By comparing the simulation results with the experimental ones, the optimal stiffness values that reproduce the observed mechanical behaviour are identified. The study then investigates the applicability of the proposed modelling strategy to full-scale structures, comparing scaled models with a small-scale reference configuration. The results reveal that, while geometric scaling alone maintains qualitative behaviour, neglecting mechanical similarity, especially in interface properties, can lead to significant inaccuracies. However, when properly calibrated, the FE micro-model effectively captures the response of full-scale masonry arches with realistic material characteristics, validating its use for structural assessment and conservation.