Politecnico di Torino (logo)

Grande, Sara

Modellazione numerica di torri in muratura: la Torre Astesiano ad Alba.

Rel. Stefano Invernizzi, Giuseppe Lacidogna. Politecnico di Torino, Corso di laurea in Architettura, 2004

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

Uno degli approcci possibili per studiare il comportamento statico di una struttura è quello di realizzare un modello numerico virtuale, tenendo in considerazione le sue caratteristiche geometriche, le sollecita zìoni a cui è soggetta, il tipo di materiale impiegato. A tal fine è largamente diffuso l'utilizzo di software strutturali. Oggetto del presente studio è stato un edificio in muratura di origini medievali e precisamente la Torre Astesiano di Alba. Per l'analisi del suo comportamento statico è stato utilizzato il codice DIANA, prodotto dall'ente olandese TNO in collaborazione con la TU Del$, e ci si è avvalsi dell'utilizzo del Server Castigliano del dipartimento di Ingegneria strutturale del Politecnico di Torino. Per introdurre il problema, si è inizialmente descritto lo scenario storico ed architettonico della città di Alba e delle sue torri, che, secondo antichi cronisti, dovevano essere in gran numero, tanto da far definire Alba la Città dalle cento torri. La Torre Astesiano è la terza torre di Alba per altezza, e presenta un quadro fessurativo che da anni è oggetto di studi. Attraverso un rilievo viene riportata la morfologia della torre comprensiva dello stato di degrado attuale. La trattazione prosegue con la descrizione del comportamento meccanico dei materiali fragili, per poi affrontare le proprietà meccaniche di unaa muratura. In particolare vengono trattati i fattori che ne influiscono la resistenza a compressione, le indagini sperimentali effettuate su una muratura, le teorie elastiche, fino alle cause dello schiacciamento nelle murature reali. Il metodo numerico utilizzato per l'analisi é il metodo degli elementi finiti. Tale metodo consiste nella discretizzazione di una struttura al fine di determinare lo stato di sollecitazione in un ben determinato numero di elementi costituiti da punti detti nodi. Il problema si riduce quindi alla determinazione di una configurazione di equilibrio, da cui, per interpolazione si ottiene il campo degli spostamenti di tali nodi. Per derivazione poi si ottengono le componenti di deformazione e mediante le equazioni costitutive, si risale al campo tensionaíe. II grado di approssimazione dell'analisi dipende dal numero dei nodi con cui è stata discretizzata la struttura e dal comportamento costitutivo ipotizzato. Per considerare l'esatta posizione delle aperture e i cambiamenti di sezione nello spessore dei muri ai vari livelli la struttura della torre è stata modellata tramite 1144 elementi finiti tridimensionali, ciascuno caratterizzato da 20 nodi. Le diverse problematiche incontrate nella costruzione del modello, quali: generazione della geometria, vincoli, proprietà dei materiali costituenti la torre, definizione dei carichi, sono descritte in dettaglio nella tesi. L'analisi numerica è stata condotta considerando come carichi il peso proprio e l'azione del vento che è stata calcolata secondo la normativa. Sono state considerate due configurazioni: un primo modello si propone di descrivere la situazione ideale della struttura integra, senza il danneggiamento attuale, che è poi la soluzione alla quale si vuol tendere, proponendo un intervento di consolidamento. Il secondo modello è stato messo a punto per descrivere il comportamento della struttura con la presenza della fessura del prospetto sud. Per validare i modelli ci si è avvalsi di dati acquisiti in precedenti studi e monitoraggi compiuti sulla torre, ed in particolare si sono confrontati i dati ricavati dalle prove non distruttive effettuate con l'utilizzo dei martinetti piatti, con quelli ricavati dall'analisi di calcolo. Dallo studio condotto si è constatato come sostanzialmente sotto 1'azione dei carichi ipotizzati, gli spostamenti verticali ottenuti da entrambi i modelli hanno valori simili. Mentre gli spostamenti orizzontali assumono valori maggiori nel caso del secondo modello. Lo stato di fessurazione rilevato e considerato nel modello danneggiato influenza decisamente lo stato defonnativo della struttura nel piano orizzontale. Situazione da tenere in conto nel caso di un possibile evento sismico, non considerato nel calcolo eseguito. Per suggerire una proposta di intervento statico sulla torre, si sono considerati possibili interventi alternativi realizzabili su strutture in muratura, e precisamente: iniezioni di miscele leganti, posa di tiranti metallici previe perforazioni, metodologia del cuci - scuci. Si è deciso di proporre come possibile intervento di consolidamento la metodologia del cuci - scuci, scelta principalmente dettata dalla tipologia di muratura costituente la torre.

Relatori: Stefano Invernizzi, Giuseppe Lacidogna
Parole chiave: Torre Astesiano. Alba
Soggetti: T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
R Restauro > RD Tecniche del restauro
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TA Consolidamento
Corso di laurea: Corso di laurea in Architettura
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/147
Capitoli:

1. Cronologia essenziale.

1.1. Dalle origini alla romanizzazione

1.2. Il periodo medievale

1.3. L'epoca comunale

1.4. La dominazione sabauda

1.5. La città nell'ottocento e novecento

1.6. Alba e le sue torri

2. Torre Astesiano

2.1. Introduzione

2.2. La torre oggi

2.2.1. Il rilievo

2.3. Fenomeni di degrado della torre

2.3.1. Primo livello torre

2.3.2. Secondo livello torre

2.3.3. Terzo, quarto, quinto livello torre

2.3.4. Prove non distruttive

3. Comportamento meccanico dei materiali fragili

3.1. Introduzione

3.2. Criterio energetico di Griffith

3.3. Metodo di Westergaard

Modi elementari di sollecitazione della fessura

Relazione tra energia di frattura GIC e il valore critico KIC del

fattore di intensificazione degli sforzi

3.4 Zona plastica all'estremità della fessura

3.5 Effetti dimensionali e transizione duttile - fragile

3.6 Modello della fessura coesiva e fenomeno dello snap - back

4. Proprietà meccaniche della muratura

4.1. Compressione semplice

4.2. Fattori che influenzano la resistenza a compressione

4.3. Indagini sperimentali

4.4. Teorie elastiche

4.5. Teoria di Hilsdorf

4.6. Lo schiacciamento nelle murature reali

4.6.1 Cause dello schiacciamento

4.6.2. Effetto del peso proprio

4.6.3.Effetti del peso proprio in presenza di aperture

4.6.4. Effetto di carichi concentrati

4.6.5. Evoluzione dello schiacciamento

5. Il metodo degli elementi finiti

5.1. Sistema ad un grado di libertà

5.2. Principio di minimo dell'energia potenziale totale

5.3. Metodo di Ritz-Galerkin

5.4. Principio dei lavori virtuali

5.5. Condizioni al contorno di tipo cinematico

6. Modello numerico della Torre Astesiano.

6.1. Il codice DIANA

6.2. Costruzione del modello

6.2. L Generazione della geometria

6.2.2. Generazione della mesh

6.2.3. Definizione delle proprietà

6.2.3.1. Materiali

6.2.3.2. Vincoli

6.2.3.3. Carichi

6.3. Analisi

6.4. Post - processing

6.5. Descrizione dei files di input utilizzati

6.5.1. Modello torre integra

6.5.2. Modello torre con il danneggiamento

6.6. Risultati dell'analisi e validazione del modello

6.6.1. Analisi elastica lineare torre integra

6.6.2. Validazione del modello

6.6.3. Effetti del danneggiamento

7. Interventi statici sulle torri in muratura.

7.1. Introduzione

7.2. Interventi nelle strutture soggette a schiacciamento

7.2.1. Iniezioni di miscele leganti

7.2.3. Impiego dei tiranti in acciaio

7.3. Dissestî da pressoflessîone nei campanili e nelle torri

7.4. Proposta di intervento

7.2.2. Costruzione muraria

Bibliografia:

BARBI, BATI, RANOCCHIAI, Il comportamento meccanico di laterizi di nuova e antica produzione, in Costruire in laterizio n. 36, 1993.

L. BINDA, E. BERTOCCHI, D. TRUSSARDI, Torri in muratura: una metodologia per la valutazione della sicurezza, in Recupero e conservazione, n.18, 1997.

A. BUTI, Consolidamento come restauro statico, in Recupero e conservazione, n. 17.

L. CALECA, A. DEVECCHI, Tecnologie di consolidamento delle strutture murarie, ed. Flaccovio, Palermo, 1987.

I.CARBONE, A.FIORE, G.PISTONE, Le costruzioni in muratura - Interpretazione del comportamento statico e tecniche di intervento, ed. Hoepli, Milano, 2001.

P. CARBONE, Il muro. Terminologia e morfologia delle murature, in Recupero e conservazione, n.l l, ago - sett 1996.

G. CIGNI, Il consolidamento murario, tecniche d'intervento, ed. Kappa, Roma, 1978.

M. COLLEPARDI, Il restauro delle murature negli edifici storici, in Recupero e conservazione, n.12, sett-ott. 1996.

F. DE CESARIS, Gli elementi costruttivi tradizionali. Le murature, in Trattato di restauro architettonico, G.Carbonara (a cura di), vol.3, ed. Utet, pag. 207-211, I laterizi: restauro del mattone; pag 387 Interventi su strutture ed elementi costruttivi: le murature portanti.

G. DEL PIERO, (a cura di), Le costruzioni in muratura, CISM, Udine, 1984.

S. DI PASQUALE, Strutture murarie: il metodo degli elementi finiti, in Restauro, n.35, 1978.

D. FIORANI, Problemi di conservazione delle strutture murarie medievali, in Recupero e conservazione, n. 11, ago - sett 1996.

F. GALLONI, (a cura di), Il restauro delle costruzioni in muratura, Atti del secondo Corso di informazione ASS.I.R.CO, ed. Kappa, Venezia, 21 - 22 - 23 Maggio, 1980.

A. W. HENDRY, Statica delle strutture in muratura di mattoni, Patron editore, Bologna, 1986.

R. IENTILE, (a cura di), Il consolidamento dei manufatti storici, ed. Celid, Torino, 2002.

R. S. OLIVITO, Statica e stabilità delle costruzioni murarie, ed. Pitagora, Bologna, 2003.

T. P. TASSIOS, Meccanica delle murature, ed. Liguori, Napoli, 1988.

C.BONARDI, Spazio urbano e architettura tra X e XVI secolo, in E.MICHELETTO (a cura di), Una città nel medioevo Archeologia e architettura ad Alba dal VI al XV sec. ed. Famija albèisa, 1999.

A. CAVALLARI MURAT, Tessuti urbani in Alba, Istituto di architettura tecnica del politecnico di Torino, Città di Alba, 1975.

V. COMOLI (a cura di), Aspetti della fenomenologia urbana e territoriale, in Piano del centro storico: 1 rapporto sulle indagini, Città di Alba, 1976.

E. DE MINICIS, E. GUIDONI, (a cura di), Case e torri medievali, ed. Kappa, 1996. Atti del Il convegno di studi La città e le case. Tessuti urbani, domus e case - torri nell'Italia comunale, Città della Pieve, 1992.

N. GABIANI, Le torri, le case -forti ed i palazzi nobili medievali in Asti, ed. Forni, Bologna, 1978.

F. GIORDANO, (a cura di), La torre Garisenda, Bologna, 2000.

G. NIGRA, Torri, castelli e case forti nel Piemonte novarese dal 1000 al sec. XVI.

F. PANERO, Comuni e borghi franchi nel Piemonte medievale, ed. Clueb, Bologna.

F. PERNICE, (a cura di), La torre medievale di Cartosio: restauro, Torino, 1993.

Modifica (riservato agli operatori) Modifica (riservato agli operatori)