L'ingegneria strutturale applicata alla conservazione di monumenti archeologici in area sismica. Il caso studio delle terme-chiesa di Hierapolis di Frigia.

The present work concerns the prevention and the conservation of the so called Terme-Chiesa. It is part of a bigger project consisting of the proposal of the archeo-seismologic site of Hierapolis. The analysis of this complex, very peculiar in its morphology, evolution and damage, constituted a research methodology also applicable to monuments technologically different but with the same preservation purpose. The methodology is based on an interdisciplinary approach, taking into account the requirements of the Italian and international codes. Skills from different areas contributed to the conservation of the structures following the knowledge process and to an integrated design method based on the synergy between technology and historical-archeological conservation. The complex of the Terme-Chiesa has been analyzed from a historical, archeological and architectonical point of view. Graphical representation helped understanding the construction techniques, as well as the conservation conditions. In-situ experimental campaigns were carried out in2014 and 2015. Those investigations included several surveys and non obtrusive investigations such as: endoscopy inspections, sonic and dynamic identification tests. Seismic analyses and geophysical studies provided further information, such as the properties of the soil. This information contributed identifying the fault system which characterizes the Hierapolis site. The geophysical data was also crossed with the engineering evaluation of structural damage suffered by the monument and related to past ground motion. Samples of mortar and travertine stone were drawn. Future analysis on these samples will show evolutionary states and will give information about possible restoration performed on some parts of the building in the past. Moreover, analytical and numerical modeling valuations were performed. Starting from the results obtained from the dynamic identification, the Finite Element Model (FEM) was calibrated and validated. To better understand the dynamic behavior of the structure, a Discrete Element Model (DEM) was also implemented, through non-linear dynamic analyzes based on real and artificial accelerograms.

La presente tesi si inserisce nelle attivita' di studio e prevenzione finalizzate alla conservazione delle Terme-Chiesa e, su scala piu' ampia, all'interno di un esteso progetto di creazione di un parco archeo-sismologico nel sito di Hierapolis. L'analisi dell'unicita'  che le contraddistingue per morfologia, evoluzione e danno subito costituisce di per se' una metodologia di studio applicabile anche a monumenti tecnologicamente diversi, ma accomunati dalla medesima finalita'  di conservazione. All'interno del quadro normativo italiano ed internazionale, la metodologia sviluppata si basa su un approccio interdisciplinare, poiche' nel processo della conoscenza le diverse competenze concorrono ad apportare contributi indispensabili per procedere alle analisi finalizzate alla conservazione del bene, in ultima istanza ad una progettazione integrata fondata su una sinergia tra tecnologia e consapevole tutela storico-archeologica. Il complesso delle Terme-Chiesa viene quindi analizzato da un punto di vista storico, archeologico ed architettonico, anche tramite il supporto di rappresentazioni grafiche che permettono di approfondire lo studio delle tecniche costruttive e l'analisi dello stato di conservazione del complesso. Sono state condotte due campagne di attivita'  in sito negli anni 2014 e 2015, che hanno previsto, oltre alle necessarie attivita'  di rilievo, anche l'esecuzione di indagini non distruttive, fra le quali endoscopie, prove soniche e prove di identificazione dinamica sperimentale. Prospezioni sismiche ed indagini geofisiche hanno permesso, inoltre, di integrare le informazioni disponibili sulla caratterizzazione del suolo, apportando un notevole contributo a livello di sito nell'identificazione del proseguimento del sistema di faglie che lo caratterizza. Il dato geofisico e' stato inoltre correlato alla valutazione ingegneristica del danno strutturale subito dal monumento e connesso al movimento del suolo, in un approccio tecnico-ingegneristico trasversale fra le discipline. Sono stati prelevati campioni di malte e travertino, sui quali eseguire future analisi di laboratorio, che permetteranno di confermare ipotesi sugli stati evolutivi e sui restauri succedutisi nelle varie parti dell'antico edificio. Si e' proceduto, infine, con valutazioni ingegneristiche sia di tipo analitico che tramite modellazioni numeriche. A partire dai risultati dell'identificazione dinamica e' stato calibrato e validato il modello costruito con il metodo ad elementi finiti (FEM). Al fine di identificare il comportamento dinamico della struttura e' stato costruito un ulteriore modello tramite metodo ad elementi discreti (DEM), eseguendo analisi dinamiche non lineari sulla base sia di accelero grammi reali che artificiali.