METODOLOGIE PER L’IDENTIFICAZIONE DINAMICA DI TORRI STORICHE IN MURATURA. Rilievo, cronologia costruttiva e misurazioni sperimentali in situ per l’affinamento della modellazione a elementi finiti di dettaglio

Masonry towers are a significant part of the European architectural heritage of cultural relevance. The geometric and construction peculiarities of these structures result in specific vulnerabilities and, conjunctly, in recurrent characteristics of their dynamic behavior, such as an ordered sequence of vibration modes and the belonging of the modal frequencies to a narrow interval. To correctly understand the structure of the towers, it is necessary to achieve an adequate level of knowledge through bibliographic and archival research, direct inspection, survey and in situ investigations. The operational difficulties related to protection requirements limit the options for diagnostic activity to non-destructive or weakly destructive tests only. Operational Modal Analysis (OMA) allows the dynamic identification of a structure in a rapid, cheap and non-invasive way, presenting itself as an optimal alternative in the case of heritage structures. The results of OMA can be used to calibrate Finite Element models, to increase their adherence to reality and their reliability as a design and verification tool of retrofitting interventions. Through photogrammetric digital survey techniques it is possible to eliminate the geometric uncertainty of the model and to focus on the assignment of the values of the mechanical parameters and the correct boundary conditions. In this study a methodology for the refinement of finite element models of slender masonry towers has been developed using these mentioned tools. Through sensitivity analyses, the control parameters and the level of detail that are relevant for modelling purposes have been selected. The first-step values assigned to the mechanical parameters of the model materials have been taken from existing literature for similar types of masonry and then they have been calibrated with manual model updating procedures. The proposed methodology has been applied to three case studies: the bell tower of the church of San Giuseppe in Aci Castello (Sicily), the southern tower of the Cathedral of Acireale (Sicily) and the Torre dos Clerigos in Porto (Portugal).

Le torri in muratura costituiscono una parte rilevante del patrimonio architettonico europeo di rilevanza culturale. Dalle peculiarità geometriche e costruttive di questi manufatti derivano specifiche vulnerabilità e, congiuntamente, caratteristiche ricorrenti del comportamento dinamico, quali una ordinata sequenza di modi di vibrare e l’appartenenza delle frequenze modali ad un intervallo ristretto. Per una corretta comprensione del funzionamento dell’organismo resistente delle torri occorre raggiungere un adeguato livello di conoscenza attraverso ricerca bibliografica e archivistica, ispezione diretta, rilievo e indagini in situ. Le difficoltà operative legate ad esigenze di tutela restringono le opzioni per l’attività diagnostica alle sole prove non distruttive o debolmente distruttive. L’Operational Modal Analysis (OMA) consente l’identificazione dinamica di una struttura in modo rapido, economico e non invasivo, presentandosi come una alternativa ottimale nel caso di manufatti di pregio. I risultati di OMA possono essere impiegati per procedere alla calibrazione di modelli a elementi finiti ed incrementarne l’aderenza al vero e l’affidabilità come strumento di progetto e verifica dell’efficacia degli interventi di miglioramento strutturale. Il ricorso a tecniche di rilievo digitale fotogrammetrico permette di azzerare l’incertezza geometrica del modello e concentrare l’attenzione sull’assegnazione dei valori dei parametri meccanici e delle condizioni al contorno più corrette. Lo studio svolto ha avuto come obbiettivo l’elaborazione di una metodologia per l’affinamento di modelli a elementi finiti di torri snelle in muratura avvalendosi degli strumenti citati. Attraverso analisi di sensitività sono stati selezionati i parametri di controllo ed il livello di dettaglio rilevanti ai fini della modellazione. I valori di partenza dei parametri meccanici dei materiali del modello sono stati desunti dalla letteratura esistente per tipi analoghi di muratura e sono poi stati calibrati con procedure manuali di model updating. La metodologia proposta è stata applicata ai tre casi studio della torre campanaria della chiesa di San Giuseppe ad Aci Castello (Sicilia), della torre meridionale della Cattedrale di Acireale (Sicilia) e della Torre dos Clerigos di Porto (Portogallo).