miglioramento delle prestazioni sismiche di un edificio in muratura mediante un esoscheletro in acciaio

This thesis is concerned with analyzing the behavior of a masonry structure following a given seismic load. The main purpose was to bring the structure to the collapse limit state, and then improve performance through a lightweight steel exoskeleton. Despite its positive qualities, masonry shows some limitations, especially with regard to its poor tensile strength. Consequently, it is essential to design the structure so that all elements are always subject to compression. However, various circumstances such as ground subsidence or the impact of seismic events can cause tensile stresses in specific parts of the structure, leading to damage and potential structural problems. The application of the steel exoskeleton allows us to obviate the problem of tensile stresses that may occur within the masonry. The main objective in using exoskeletons for seismic retrofitting or improvement of existing buildings is to safeguard human life (SLV). This objective is pursued by increasing the load-bearing capacity of the structure to horizontal actions, both in terms of strength and overall stiffness. Two types of analysis were carried out against this goal: push over, using ProSap software, and a simplified calculation, considering a single wall. The results of the two analyses were compared, and following careful consideration, the location of the structure was changed to ensure high seismic strength. The study is then carried out for the de facto state and the design state. In the de facto state, as a result of the seismic forcing, displacements exceeding the established limits occurred, which generated various collapse mechanisms. In the design state, performance was improved, managing to keep the structure in the plastic field without ever reaching collapse, with displacements accepted by legal limits.

La presente tesi si occupa di analizzare il comportamento di una struttura in muratura a seguito di un determinato carico sismico. Lo scopo principale è stato quello di portare la struttura allo stato limite di collasso, per poi migliorare le prestazioni attraverso un esoscheletro leggero in acciaio. Nonostante le sue qualità positive, la muratura mostra alcune limitazioni, soprattutto per quanto riguarda la sua scarsa resistenza alla trazione. Di conseguenza, è essenziale progettare la struttura in modo che tutti gli elementi siano sempre soggetti a compressione. Tuttavia, diverse circostanze come il cedimento del terreno o l'impatto di eventi sismici possono causare tensioni di trazione in specifiche parti della struttura, causando danni e potenziali problemi strutturali. L’applicazione dell’esoscheletro in acciaio ci permette di ovviare il problema delle tensioni di trazione che possono presentarsi all’interno della muratura. L'obiettivo principale nell'utilizzo degli esoscheletri per l'adeguamento o il miglioramento sismico delle costruzioni esistenti è la salvaguardia della vita umana (SLV). Questo obiettivo viene perseguito mediante un aumento della capacità portante della struttura alle azioni orizzontali, sia in termini di resistenza che di rigidezza complessiva. A fronte di questo obiettivo sono state effettuate due tipologie di analisi: push over, tramite il software ProSap, e un calcolo semplificato, considerando una sola parete. I risultati delle due analisi sono stati messi a confronto e a seguito di un'attenta considerazione è stata cambiata l'ubicazione della struttura per garantire una forza sismica elevata. Lo studio viene quindi effettuato per lo stato di fatto e per lo stato di progetto. Nello stato di fatto, a seguito della forzante sismica, si sono verificati spostamenti superiori ai limiti stabiliti, che hanno generato diversi meccanismi di collasso. Nello stato di progetto sono state migliorate le prestazioni, riuscendo a mantenere la struttura in campo plastico senza mai arrivare al collasso, con spostamenti accettati dai limiti di legge.