Comparison between analytical and numerical methods for the assessment of masonry arch bridges: Case study of Clemente Bridge on Savio river

This research has focused on the study of the behavior and of the collapse of masonry arch bridges. The latest decades have seen an increasing interest in this structural type, that is still present and in use, despite the passage of time and the variation of the transport means. Several strategies have been developed during the time to simulate the response of this type of structures, although even today there is no generally accepted standard one for assessment of masonry arch bridges. The aim of this thesis is to compare the principal analytical and numerical methods existing in literature on case studies, trying to highlight values and weaknesses. The methods taken in exam are mainly three: i) the Thrust Line Analysis Method; ii) the Mechanism Method; iii) the Finite Element Methods. The Thrust Line Analysis Method and the Mechanism Method are analytical methods and derived from two of the fundamental theorems of the Plastic Analysis, while the Finite Element Method is a numerical method, that uses different strategies of discretization to analyze the structure. Every method is applied to the case study through computer-based representations, that allow a friendly-use application of the principles explained. A particular closed-form approach based on an elasto-plastic material model and developed by some Belgian researchers is also studied. To compare the three methods, two different case study have been analyzed: i) a generic masonry arch bridge with a single span; ii) a real masonry arch bridge, the Clemente Bridge, built on Savio River in Cesena. In the analyses performed, all the models are two-dimensional in order to have results comparable between the different methods taken in exam. The different methods have been compared with each other in terms of collapse load and of hinge positions.

Modelli semplificati per valutazione di vulnerabilità sismica di strutture in muratura

L'obiettivo della tesi è stato quello di indagare il complesso problema della vulnerabilità sismica dei ponte in muratura ad arco utilizzando modelli semplificati. Dopo una descrizione dei materiali da costruzione impiegati nella realizzazione e dei principali elementi dei un ponti in muratura, si è indirizzato lo studio di un ponte ad arco situato nel comune di San Marcello Pistoiese. Viene mostrato un modello numerico che permette di descrivere il comportamento strutturale del ponte sotto azione sismica e di valutare la capacità di carico del ponte sottoposto ad una azione trasversale. In un secondo momento viene descritta la realizzazione di un modello in scala del ponte, che è stato sottoposto a prove distruttive effettuate per valutare la capacità di carico del ponte rispetto ad un ipotetica azione orizzontale. Si è cercato poi di inquadrare il problema in un modello teorico che faccia riferimento all'analisi limite. Esso descrive un cinematismo di collasso a telaio che prende spunto dal quadro fessurativo del modello in muratura. Infine sono stati presentati modelli FEM numerici in ordine di complessità crescente, cercando di inquadrare il comportamento meccanico del prototipo del ponte. Tre tipi di modelli sono rappresentati: un telaio incernierato alle estremità costituito da elementi beam con resistenza alla flessione . Il secondo tipo è costituito da una reticolare equivalente che mima lo schema del ponte ed è formato solo da bielle. Infine, il terzo tipo cerca di descrivere l'intero modello con elementi tridimensionali.