Assessment of seismic vulnerability of historical defensive walls

This paper presents a study on the behaviour of the walls of the Rocca Roveresca of Senigallia in Italy built in the XIV century on the ruins of a former Roman defensive struc-ture. This is a peculiar example of a small fortress that had undergone in the XV century im-portant modifications of the plant in order to enhance its defensive performances. A linear finite element model is first developed in order to understand the dynamic behaviour of a ge-neric portion of the wall and to detect the probable incipient failure mechanisms. A subse-quent static nonlinear analysis is carried out, with the same finite element model, to investigate the formation of the cracking layout and to detect the position of plastic hinges. The last analysis level is carried out with a tailored macro-element constituted by three bod-ies, namely the two external curtains and the inner fill for which a degradation of the behav-iour is considered. The results obtained demonstrates the efficiency of the wall against earthquakes characterized by return times typical for ultimate limit states. Same issues that deserve further investigation are highlighted

Risk assessment and prevention priorities in cultural heritage preservation

European Union has been promoting research actions on cultural heritage, recognizing and underlining its central role for the community policies and establishing its safeguard and valorisation as urgent priorities for the future. A research on rational tools for establishing seismic risk, intervention priorities, and decision-making on renovation of historical buildings and museums, just started at the University of Camerino, School of Architecture and Design, is described in this paper. The basic idea of the research is to develop a probabilistic methodology for the assessment of seismic risk of cultural Heritage starting from the Pacific Earthquake Engineering Research (PEER) approach, consisting of a general framework where the risk problem is decomposed into its three main features (i.e. seismic hazard, vulnerability and losses), analysed in a rigorous and consistent interdependent manner. The application of this methodology to cultural heritage requires investigations and original proposals on various open issues. This paper reports some results concerning the general methodology and preliminary analyses of a case study

Experimental analysis and modelling of historical masonries

La preservazione e la conservazione delle murature storiche si basano anche su un’appropriata conoscenza delle loro tecniche costruttive e del loro comportamento meccanico. In passato la mancanza di un’appropriata conoscenza dell’influenza delle tecniche costruttive delle murature sul loro comportamento meccanico ha spesso causato interventi errati e poco efficaci e, in alcuni casi, l’incremento delle vulnerabilità strutturali. La scelta dei parametri che influenzano il comportamento meccanico delle murature non può essere demandato unicamente alla letteratura tecnica che spesso descrive solo le tipologie di muratura più diffuse e non tiene conto dell’influenza della tecnologia costruttiva locale sulle prestazioni meccaniche delle murature investigate. Partendo da queste considerazioni generali, alcune murature romaniche di una chiesa, costituite da frammenti di tegole e di mattoni di reimpiego, sono state studiate attraverso un approccio multidisciplinare. La prima fase della ricerca è stata l’analisi delle tecniche costruttive. Nella seconda fase sono state eseguite analisi di laboratorio per determinare le proprietà chimiche, fisiche e meccaniche dei materiali in opera (frammenti di tegole e di mattoni, malta). In una terza fase sono stati riprodotti dei provini di muratura impiegando gli stessi materiali e la stessa tecnica costruttiva delle murature investigate. Le prove di compressione sui provini di muratura hanno permesso di accertare l’influenza della tecnologia e della tecnica costruttiva sull’intero comportamento meccanico delle murature investigate ed, in generale, di incrementare la conoscenza attuale sulle murature storiche. Infine, il metodo NSCD (Non-Smooth Contact Dynamics method) è stato applicato per investigare il comportamento dinamico delle strutture in esame. Sono state eseguite delle analisi parametriche applicando un accelerogramma reale al basamento del modello tridimensionale della chiesa

Seismic design of innovative steel frames with partially‐prefabricated infill walls

Hybrid steel and concrete seismic-resistant systems made by steel frames with reinforced concrete infill walls (SRCWs) have potential advantages over structural solutions made only by steel or reinforced concrete (RC). In fact, the high initial stiffness of concrete is useful to minimize the damage of non-structural elements under frequent (low to moderate) earth-quakes while the ductility and dissipative capacity of the steel allow good performances under rare (high-intensity) events. Eurocode 8 considers SRCW systems to behave essentially as RC walls. However, numerical analyses on SRCWs, designed according to the Eurocodes, pointed out an unsatisfactory seismic behaviour with discrepancies between the behaviour assumed in the design and the simulated response under seismic actions. Indeed, the idea of stiffening a steel frame with a RC infill leads complex mechanisms that are difficult to control as being affected by many variables. In this study, some of the recent developments made for innovative SRCW are transferred to hybrid steel and concrete walls with partially-prefabricated infills. Numerical models are analysed to understand the global behaviour of the considered SRCWs and to provide a preliminary validation of the proposed structural solution

Studi sulla vulnerabilità sismica della rocca di Senigallia

Il presente contributo ha lo scopo di illustrare il percorso metodologico utilizzato per gli studi sulla vulnerabilità sismica della Rocca di Senigallia. La rocca, monumento simbolo della città si presenta, oggi, nella sua configurazione tardo quattrocentesca - edificio simmetrico, geometricamente semplice, di forma quadrangolare con quattro torrioni circolari nei vertici. L’antica costruzione offre lo spunto per riflettere sulla complessità delle strutture di difesa, le quali presentano specificità di natura tipologico – costruttiva. Essa possiede, infatti, caratteristiche strutturali molto diverse rispetto agli edifici in muratura ordinari: i vani sono in buona parte ricavati all’interno di masse murarie disomogenee, presentano complesse articolazioni nello spazio e le murature nascondono al loro interno superfici di discontinuità dovute alle continue lavorazioni, ottenute principalmente per successive addizioni, in relazione alle modifiche dei sistemi di difesa nel tempo. La complessità della fabbrica è stata analizzata attraverso un rilievo geometrico integrato mediante utilizzo di laser-scanner. Le informazioni ottenute hanno permesso di definire le variazioni delle quote altimetriche che si riferiscono alle varie zone del complesso e che rappresentano uno dei aspetti più complessi della costruzione. La ricerca delle vulnerabilità nascoste, che possono generare meccanismi di rottura non usuali, ha richiesto specifici metodi di analisi, a partire dagli approfondimenti preliminari degli aspetti storico - critici e geometrico – tipologici, per consentire l’ individuazione delle varie fasi di trasformazione della fabbrica e la relativa evoluzione costruttiva e materica. Attraverso una sintesi delle informazioni raccolte e soprattutto mediante una discretizzazione degli elementi costruttivi, si è pervenuti alla realizzazione di un modello di studio e sul quale sono in corso una serie di approfondimenti strutturali per la definizione dei criteri tecnico-scientifici di verifica dello stato di sicurezza

Studi sulla vulnerabilità sismica della rocca di Senigallia

Il presente contributo ha lo scopo di illustrare il percorso metodologico utilizzato per gli studi sulla vulnerabilità sismica della Rocca di Senigallia. La rocca, monumento simbolo della città si presenta, oggi, nella sua configurazione tardo quattrocentesca - edificio simmetrico, geometricamente semplice, di forma quadrangolare con quattro torrioni circolari nei vertici. L’antica costruzione offre lo spunto per riflettere sulla complessità delle strutture di difesa, le quali presentano specificità di natura tipologico – costruttiva. Essa possiede, infatti, caratteristiche strutturali molto diverse rispetto agli edifici in muratura ordinari: i vani sono in buona parte ricavati all’interno di masse murarie disomogenee, presentano complesse articolazioni nello spazio e le murature nascondono al loro interno superfici di discontinuità dovute alle continue lavorazioni, ottenute principalmente per successive addizioni, in relazione alle modifiche dei sistemi di difesa nel tempo. La complessità della fabbrica è stata analizzata attraverso un rilievo geometrico integrato mediante utilizzo di laser-scanner. Le informazioni ottenute hanno permesso di definire le variazioni delle quote altimetriche che si riferiscono alle varie zone del complesso e che rappresentano uno dei aspetti più complessi della costruzione. La ricerca delle vulnerabilità nascoste, che possono generare meccanismi di rottura non usuali, ha richiesto specifici metodi di analisi, a partire dagli approfondimenti preliminari degli aspetti storico - critici e geometrico – tipologici, per consentire l’ individuazione delle varie fasi di trasformazione della fabbrica e la relativa evoluzione costruttiva e materica. Attraverso una sintesi delle informazioni raccolte e soprattutto mediante una discretizzazione degli elementi costruttivi, si è pervenuti alla realizzazione di un modello di studio e sul quale sono in corso una serie di approfondimenti strutturali per la definizione dei criteri tecnico-scientifici di verifica dello stato di sicurezza

SEISMIC DESIGN AND PRELIMINARY ANALISES OF A MODULAR HYBRID STEEL-CONCRETE WALL

Steel frames with reinforced concrete infill walls (SRCWs) are an interesting structural solution for applications in seismic areas if designed to exploit the stiffness of reinforced concrete (RC) and the ductility and dissipative capacity of steel. Three horizontal resisting mechanisms can be identified in SRCW: 1) contribution of the steel frame; 2) direct interactions between the steel frame and the compression strut in the RC infill walls; 3) interactions between steel frame and the RC infill wall through friction and shear connectors. While Eurocode 8 considers SRCWs to behave essentially as RC walls, numerical analyses demonstrated that this assumption may be far from reality. Innovative solutions for SRCW and relevant design approaches were eventually proposed in order to achieve a structural system able to fully exploit the advantages of the steel and RC components. In this context, the present study investigates a type of innovative modular SRCW through numerical simulations allowing a better understanding of its structural behaviour and seismic performance

Preliminary studies on a prefabricated hybrid steel-concrete seismic-resistant wall

Steel frames with reinforced concrete infill walls (SRCWs) have potential advantages as seismic-resistant systems. However, the review of the state of the art highlighted how the behaviour of hybrid shear walls is rather difficult to be controlled due to ambiguities in the definition of the resisting mechanism and lack of capacity design rules. While Eurocode 8 considers SRCWs to behave essentially as reinforced concrete walls, numerical analyses carried out on SRCWs demonstrated that this assumption may be far from reality. In this study an innovative structural concept of hybrid shear walls made of steel and partially precast concrete is presented. Numerical models are used to investigate the seismic performances of the proposed SRCW system and its components when connected to steel and steel-concrete composite frames

Experimental Analysis of Romanesque Masonries Made by Tile and Brick Fragments Found at the Archaeological Site of S. Maria in Portuno

The reuse of ancient ceramic fragments in Romanesque masonries was a common practice in the Medieval era. A cultural impoverishment of the masonry building art characterized this period. Pre-existing structures were often exploited to build new masonries, both for civil and religious purpose. Starting from these general considerations, a specific construction technique of some Romanesque masonries of the Church of S. Maria in Portuno (Italy) and made by tile and brick fragments, was studied by a multidisciplinary approach. Analyses of the chemical, physical, and mechanical properties of the original materials (tile and brick fragments, mortars) were carried out by laboratory tests. Furthermore, some wall specimens were reproduced through the same ceramic materials and construction technique of the original masonries. Compression tests were carried out on these wall specimens so as to understand the influence of this construction technique on their compressive strength, Young\u2019s modulus, and failure mode. The results allowed increased current knowledge on historical materials and on the mechanical behavior of these specific historical masonries. Useful data obtained by experimental characterization of the materials and walls will also allow to guide future restoration works on these masonries