241   Maggio - Giugno  2022
ISSN 2282-3794
THE INTERNATIONAL SUMMER SCHOOL ON HISTORIC MASONRY STRUCTURES
of
Maurizio Angelillo, 
Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Salerno, Italy
mangelillo@unisa.it
Gianmarco De Felice, 
Dipartimento di Ingegneria, Università di Roma 3, Italy
gianmarco.defelice@uniroma3.it
Santiago Huerta
ETS de Architectura, Universidad Politecnica de Madrid, Spain
santiago.huerta@upm.es

Since the beginning of the 20th Century, the progressive advent of new materials and technologies on top of old building rules has dramatically broken with the millenary history of masonry construction, leading to a progressive loss of knowledge of the traditional building techniques. In addition, the introduction of elastic analysis in the current practice of structural design and its indiscriminate use has led to a systematic erroneous assessment of safety with harmful effects on structural interventions on existing masonry buildings. There is a need to regain the knowledge of traditional construction techniques and recover the understanding of the structural behavior of historic buildings for a proper and reasonable approach to their preservation, restoration, re-use and, at the same time, design.
We witness a lack of teaching about these topics in Schools of Architecture and Engineering, and the difficulty of compensating this deficiency with specialized education.
This wealth of knowledge should be re-learnt on site, through fieldwork experiences, open-air laboratories, and practical construction stages. The International Summer School on Historic Masonry Structures represents a first step in this direction.
 

Abstract
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LA SCUOLA INTERNAZIONALE SULLE STRUTTURE IN MURATURA STORICHE

Sin dall’inizio del ‘900, la progressiva sostituzione di nuovi materiali e tecnologie al posto dei tradizionali canoni costruttivi ha interrotto drasticamente la storia millenaria delle costruzioni in muratura, portando ad una progressiva perdita di conoscenza delle tecniche costruttive antiche. Al tempo stesso, l’introduzione dell’analisi elastica nella pratica corrente della progettazione strutturale e il suo uso indiscriminato ha comportato una sistematica sottovalutazione della sicurezza della costruzioni antiche con effetti dannosi sugli interventi strutturali sugli edifici in muratura esistenti.
Appare necessario recuperare la conoscenza delle tecniche costruttive tradizionali e migliorare la comprensione del comportamento strutturale degli edifici storici per un approccio corretto e ragionevole alla conservazione, restauro, riuso delle strutture antiche e, al tempo stesso, alla progettazione di strutture in muratura moderne.
La scarsità di materie di insegnamento su questi temi nelle Scuole di Architettura e Ingegneria è difficilmente compensabile con una successiva formazione specialistica.
Questo patrimonio di conoscenze dovrebbe essere riappreso attraverso l’introduzione di corsi specifici teorici e pratici nei primi anni di studio, attraverso esperienze di lavoro sul campo, laboratori a cielo aperto e laboratori pratici di costruzione. La “International Summer School on Historic Masonry Structures” rappresenta un primo passo in questa direzione.
 

A GEOMETRIC APPROACH TO EVALUATE THE SAFETY OF MASONRY CONSTRUCTIONS:
the case of St. Scolastica Abbey in Subiaco
of
Nandini Priya THATIKONDA, 
Università IUAV di Venezia, Italy
npthatikonda@iuav.it
Vittorio PARIS, 
Università degli Studi di Bergamo, Italy
vittorio.paris@unibg.it
Concetta CUSANO, 
Università degli Studi della Campania “Luigi Vanvitelli”, Italy
concetta.cusano84gmail.com
Ricardo MAIA AVELINO, 
ETH Zürich, Switzerland
maia@arch.ethz.ch
Francesca GOBBIN, 
Università degli Studi di Bergamo, Italy
franci.gobbin@gmail.com
Nicola LEPORE
Politecnico di Bari, Italy
nicola.lepore@poliba.it

The paper presents the structural assessment of the neoclassical Church at the Abbey of St. Scholastica in Subiaco, located close to Rome, Italy. Here the Renaissance and gothic layers, along with the neoclassical reconstructions from 1769, are uncovered to study their role in the overall stability of the structure. With the aid of historic references, on-site visual inspection and a laser-scanning survey conducted, an understanding of the geometrical and structural configuration that defines this historic construction was established.
Adopting an assessment methodology based on limit analysis and graphic statics, the structural evaluation was conducted for each of the individual structural elements i.e., by isolating the arches, vaults, buttresses, and for the integrated system as a whole. Through this analysis, the Geometric Factor of Safety (GFS) related to the global equilibrium of the church’s section was calculated. Without any claim of comprehensiveness in the case study, this work stands as a paradigmatic example for people intending to check the stability of historical buildings. In fact, the purpose of the research is to present, through a case study and with the aid of limit analysis approach, how the use of GFS can characterise the degree of safety in a simple and straightforward manner.

Abstract
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APPROCCIO GEOMETRICO PER LA VALUTAZIONE DI STRUTTURE IN MURATURA:
il caso della chiesa del monastero di Santa Scolastica in Subiaco

L’articolo presenta la valutazione della sicurezza strutturale della chiesa neoclassica del monastero di Santa Scolastica di Subiaco. La compresenza di elementi gotici, rinascimentali e neoclassici è analizzata allo scopo di valutarne il ruolo nella stabilità dell’intera costruzione. A partire dall’analisi storico-critica della costruzione, da sopralluoghi in situ e accurati rilievi laser-scanner, si fornisce una più chiara comprensione della configurazione geometrica e strutturale della chiesa. Su tale fondamento, tramite gli strumenti propri dell’Analisi Limite e della Statica Grafica, si è condotta una valutazione della sicurezza strutturale della costruzione analizzando dapprima ciascuno elemento strutturale come volte, archi e contrafforti, e infine l’intero sistema strutturale. I risultati evidenziano come l’interazione tra le diverse stratificazioni storiche risulti di fondamentale importanza ai fini della sicurezza dell’intera costruzione. Rispetto al caso studio, il Fattore Geometrico di Sicurezza, introdotto da Heyman, è stato assunto per valutare la qualità della soluzione ammissibile trovata. Senza alcuna pretesa di completezza, la ricerca ha l’obiettivo di fornire un esempio per ricercatori e professionisti sulla possibilità di qualificare soluzioni equilibrate ottenute utilizzando gli strumenti della statica grafica.

TRADITIONAL TOOLS AND MODERN TECHNOLOGIES FOR THE ANALYSIS OF MASONRY STRUCTURES:
the case of the Church of Saint Andrea in Anagni
of
Vittorio Paris, 
University of Bergamo, Italy
vittorio.paris@unibg.it
Nicolò Damiani, 
Marianthi Sousamli, 
TU Delft, Netherlands
m.sousamli@tudelft.nl
Ines Ehrenbach, 
Technische Universität München, Germany
ge49moq@mytum.de
Mario Lorello, 
Roma Tre University, Italy
mario.lorello@uniroma3.it
Alessandro Nettis, 
Polytechnic University of Bari, Italy
alessandro.nettis@poliba.it
Andrea Montanino, 
University of Naples Federico II, Italy
andrea.montanino@unina.it
Pietro Meriggi
Roma Tre University, Italy
pietro.meriggi@uniroma3.it

The assessment of the structural state of historical masonry buildings is a theme of urgent necessity for preserving the Italian and European Cultural Heritage. In this sense, this study, carried out in the framework of the 3rd International Summer School on Historic Masonry Structures (Anagni, 2021), intends to provide a schematic guideline for conducting preliminary analysis to evaluate the static behaviour of historic masonry buildings. In particular, the present work focuses on the case study of the Church of Saint Andrea in the historical centre of Anagni.
The structural state of the church’s principal elements is established starting from historical analysis and integrating with an accurate survey of the current crack pattern. A detailed survey carried out using the latest technology provides an accurate description of the church’s geometry: of the exterior and the interior, which are used to study the state of the main arch, of the vault, and of the lateral lunettes. The analyses have been executed adopting traditional tools of the graphical statics, i.e., using Thrust Line (TL) approach and under the hypothesis of the Limit Analysis for rigid no tension materials. In this manner, no software is needed, and the structural state can be easily estimated. Without any claim of completeness for the case study, this work stands as a paradigmatic guide for people who intend to approach the stability check of historical buildings, integrating modern technologies with traditional instruments.

Abstract
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STRUMENTI TRADIZIONALI E TECNOLOGIE MODERNE PER L’ANALISI DI STRUTTURE IN MURATURA:
il caso della chiesa di Sant’Andrea in Anagni

La valutazione dello stato di conservazione degli edifici storici in muratura riveste un ruolo centrale nell’ambito della protezione del patrimonio culturale italiano ed europeo.
A tale riguardo, il presente studio, nato nell’ambito della 3a edizione dell’International Summer School on Historic Masonry Structures (Anagni, 2021), intende fornire una linea guida schematica per la conduzione di analisi preliminari per la valutazione del comportamento statico di edifici storici in muratura. In particolare, il lavoro si concentra sul caso studio della Chiesa di S. Andrea, sita nel centro storico di Anagni.
Lo stato strutturale in cui riversano i principali elementi costruttivi della chiesa viene stabilito partendo dall’analisi storica, integrata con un accurato rilievo dell’attuale quadro fessurativo. Un dettagliato rilievo dell’involucro esterno e dei locali interni del manufatto, effettuato con le più moderne tecnologie, fornisce una descrizione accurata della geometria della chiesa, e viene adottato per studiare la sicurezza statica di un arco principale, di una volta a botte e di lunette laterali. Le analisi sono state eseguite adottando gli strumenti tradizionali della statica grafica, ossia l’approccio della curva delle pressioni, sotto le ipotesi dell’Analisi Limite per materiali rigidi non resistenti a trazione. Tale metodo consente di stimare lo stato strutturale degli elementi, senza ricorrere ad alcun software di calcolo. Senza alcuna pretesa di completezza per il caso di studio, questo lavoro si pone come una guida paradigmatica per chi intende avvicinarsi alla verifica di stabilità degli edifici storici, integrando le moderne tecnologie con gli strumenti tradizionali.

AN INTEGRATED APPROACH TO THE STRUCTURAL ASSESSMENT OF HISTORIC BUILDINGS:
the case of St. Angelo Church in Anagni
of
Ricardo Maia Avelino, 
ETH Zürich, Switzerland
maia@arch.ethz.ch
Carlo Oliveri, 
University of Salerno, ItalyUniversity of Salerno, Italy
colivieri@unisa.it
Elodie Donval, 
CSTB/École des Ponts, France
elodie.donval@cstb.fr
Rebecca Fugger, 
Roma Tre University, Italy
rebecca.fugger@uniroma3.it
Matteo Lai, 
Università degli Studi di Cagliari, Italy
matteolai@unica.it
Mariaceleste Lasorella, 
Politecnico di Bari, Italy
mariaceleste.lasorella@poliba.it
Ylenia Saretta, 
University of Padova, Italy
ylenia.saretta@phd.unipd.it
Anjo Weichbrodt, 
ETH Zürich, Switzerland
aweichbrodt@ethz.ch
Marialuigia Sangirardi
University of Oxford, United Kingdom
marialuigia.sangirardi@eng.ox.ac.uk

This paper tackles the problem of the safety assessment of St. Angelo church in Anagni (Italy) through an integrated approach linking geometrical survey with structural analysis. A historic analysis is first performed collecting information from ancient drawings and on-site observations identifying the main construction phases and interventions executed throughout the centuries and highlighting the different materials adopted in the construction. Terrestrial and aerial close-range photogrammetry is executed to reconstruct the geometry of both the interior and the exterior of the building, resulting in a fully three-dimensional digital model of the building and its surroundings. From this model, the main structural elements of the structure were identified, and a structural assessment was performed adopting the lower-bound theorem of limit analysis. The main vaults are analysed through a graphics slicing technique and the overall geometric safety factor of the representative structural section of the church is obtained. The paper illustrates a pipeline adapted to the assessment of existing structures, where safety factors can be obtained in a relatively short time directly from the data obtained through the survey and with fair compromise between complexity and accuracy. Coherent and appropriate use of modern technologies for geometrical survey and simple and clear mechanical theories allowed a multidisciplinary group of architects, conservators, and structural engineers to carry out a preliminary structural assessment of St. Angelo Church under gravitational loads. The conclusions drawn in light of the results of this analysis is that the Church can be considered safe.

Abstract
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UN APPROCCIO INTEGRATO PER LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA STRUTTURALE DEGLI EDIFICI STORICI:
il caso della Chiesa di Sant’Angelo ad Anagni

In questo articolo viene affrontato il problema della valutazione della sicurezza della chiesa di Sant’Angelo ad Anagni (FR), presentando la metodologia adottata. È stata dapprima eseguita un’analisi della storia dell’edificio, ricostruendo a partire dai disegni storici e dalle ispezioni in sito, la sequenza costruttiva e le diverse fasi che, susseguendosi, hanno determinato l’attuale configurazione della chiesa. Con l’ausilio di tecniche di fotogrammetria è stata ricostruita fedelmente la geometria sia dell’interno, che dell’esterno della Chiesa, rendendo possibile la creazione di un modello geometrico tridimensionale, sulla base del quale eseguire le analisi strutturali, secondo i principi dell’analisi limite e, in particolare, riferendosi al teorema statico (o del limite inferiore). Viene presentato dunque lo studio di dettaglio di una sezione trasversale, assunta di sufficiente generalità, a valle di un esempio di calcolo della spinta trasmessa dalla volta a crociera che sovrasta la navata centrale. Lo studio della sezione con i metodi tradizionali della statica grafica consente di valutare infine un fattore di sicurezza geometrico, considerato qui rappresentativo delle condizioni della struttura rispetto ai carichi gravitazionali, considerati nel calcolo.
Con questo contributo si intende mostrare come l’uso efficiente, consapevole e combinato di strumenti avanzati di rilievo fotogrammetrico e di metodi di analisi relativamente semplici abbia consentito ad un gruppo costituito da ingegneri, architetti, conservatori, di valutare la sicurezza, da un punto di vista statico, della chiesa di Sant’Angelo.

A STRAIGHTFORWARD INTEGRATED APPROACH FOR THE PRELIMINARY STATIC ASSESSMENT OF HISTORIC MASONRY CONSTRUCTIONS:
the Saint Agostino Church in Anagni
of
Concetta Cusano, 
Università degli Studi della Campania “Luigi Vanvitelli”, Aversa, Italy
concetta.cusano84@gmail.com
Paola Sorrentino, 
University of Naples Federico II, Italy
paola.sorrentino@unina.it
Viviana Lionti, 
Università di Pisa, Italy
v.lionti@studenti.unipi.it
Giacomo Destro Bisol, 
Sapienza Univ. of Rome, Italy
giacomo.destrobisol@uniroma1.it
Fabiàn Bernal Orozco Barrera, 
National Autonomus University of Mexico, CDMX, Mexico
fabian.orozco@fa.unam.mx
Antonino Iannuzzo
ETH Zurich, Switzerland
iannuzzo@arch.ethz.ch

Restoration of historic monuments is a complex and holistic process. It must consider the most relevant artistic, architectural, spatial, urban, geographical and climatic, colour and material, historical and traditional connotations of buildings. Therefore, different expertise must be joined to preserve architectural heritage. The present paper proposes the analysis of Sant’Agostino church, a Roman Catholic church located in Anagni, Province of Frosinone, region of Lazio, Italy. It was entirely developed during the Summer School on Historic Masonry Construction (SSHMC) held in Anagni in September 2021 by one group of students. It provides a quick overview of what would be an ideal assessment strategy that combines together historic analysis, visual inspection, geometric processing through e.g. laser scanner, old assessment strategies and new computational approaches. Particularly, the structural assessment is performed using the Thrust Line Analysis (TLA), the Thrust Network Analysis (TNA) and Piecewise Rigid Displacement (PRD). It mainly looks at the stability of the dome, which is the most relevant element of the church as its hemispherical shape is intersected by four barrel vaults. The stability of the church is carried out by focusing on the internal stress state and explaining the relevant crack pattern present on the dome. Finally, an Appendix reporting a linear and nonlinear kinematic analysis of the facade shows that the only structural weakness of the building is sthe gable, which was restored in 2019.

Abstract
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UN APPROCCIO INTEGRATO PER LA VALUTAZIONE STATICA PRELIMINARE DI COSTRUZIONI STORICHE IN MURATURA:
la chiesa di Sant’Agostino ad Anagni

Il restauro dei monumenti storici è un processo complesso e olistico. Deve considerare le connotazioni artistiche, architettoniche, spaziali, urbanistiche, geografiche e climatiche, cromatiche e materiali, storiche e tradizionali più rilevanti degli edifici. Pertanto, diverse competenze devono essere unite per preservare il patrimonio architettonico. Il presente lavoro propone l’analisi della chiesa di Sant’Agostino, una chiesa cattolica romana situata ad Anagni, provincia di Frosinone, regione Lazio, Italia. È stato interamente sviluppato durante la Summer School on Historic Masonry Construction (SSHMC) tenuta ad Anagni nel settembre 2021 da un gruppo di studenti. Esso fornisce una rapida panoramica di quella che sarebbe una strategia di valutazione ideale che combina insieme analisi storica, ispezione visiva, elaborazione geometrica attraverso, ad esempio, il laser scanner, vecchie strategie di valutazione e nuovi approcci computazionali. In particolare, la valutazione strutturale viene eseguita usando la Thrust Line Analysis (TLA), la Thrust Network Analysis (TNA) e il Piecewise Rigid Displacement (PRD). Si esamina principalmente la stabilità della cupola, che è l’elemento più rilevante della chiesa in quanto la sua forma emisferica è intersecata da quattro volte a botte. La stabilità della chiesa viene effettuata concentrandosi sullo stato di stress interno e spiegando il relativo modello di frattura presente sulla cupola. Infine, un’appendice che riporta un’analisi cinematica lineare e non lineare della facciata mostra che l’unica debolezza strutturale dell’edificio è il timpano, che è stato restaurato nel 2019.