Negli ultimi decenni consistenti risorse sono state stanziate per la conservazione del patrimonio culturale architettonico. I fattori di rischio per il patrimonio sono molteplici e le soluzioni di intervento per limitare o prevenire il degrado costituiscono un settore di ricerca che presenta forti innovazioni. Le attività di restauro e consolidamento dei monumenti coinvolgono un'ampia gamma di conoscenze e costituiscono un settore di ricerca multidisciplinare.
All'interno di questo ambito così esteso, la ricerca proposta è finalizzata allo studio del comportamento strutturale di edifici storici in muratura, materiale che caratterizza la maggior parte del patrimonio storico architettonico europeo, inclusa l'architettura storica minore. L'obiettivo è di implementare e integrare le procedure esistenti per la valutazione della sicurezza strutturale di tali edifici. I regolamenti in vigore sulle murature storiche consentono una stima globale delle proprietà meccaniche della muratura, spesso basata sull'impiego di formule pratiche dal carattere talvolta troppo conservativo.
Inoltre, tali normative permettono una valutazione solamente qualitativa dell'efficacia e dell'affidabilità degli interventi di rinforzo. E' quindi fondamentale descrivere più precisamente le caratteristiche delle strutture murarie.
Viene proposto un approccio integrato "multi-scala", che tiene conto delle diverse scale di osservazione della struttura. Diversamente dalle specifiche proposte dalle normative vigenti, che implicitamente si limitano alla sola scala macroscopica, si intende valutare quantitativamente la sensibilità del comportamento meccanico delle murature relativamente alle proprietà geometriche e meccaniche dei materiali impiegati e l'interazione tra i costituenti.
Parallelamente si propone uno studio per la caratterizzazione meccanica di materiali compositi innovativi, che possono avere un importante impiego nel consolidamento delle murature storiche.
I regolamenti in vigore sulle murature storiche consentono una stima globale delle proprietà meccaniche della muratura, spesso basata sull'impiego di formule pratiche dal carattere talvolta troppo conservativo. Inoltre, tali normative permettono una valutazione soprattutto a livello globale dell'efficacia e dell'affidabilità degli interventi di rinforzo. La legislazione tecnica Italiana più recente (DM 2008, Norme Tecniche per le costruzioni; DIR PCM "Valutazione e riduzione del rischio sismico per il patrimonio culturale", "Linee Guida per i BBCC") riconosce la difficoltà e le incertezze legate alla modellazione delle strutture murarie, consentendo in caso di necessità di ricorrere al confronto tra diversi modelli e approcci. La normativa non ha ancora individuato procedure affidabili e condivise per la valutazione della sicurezza strutturale delle strutture in muratura. Con riferimento alla concezione delle nuove costruzioni in muratura esiste già un Eurocodice (EC6). Tuttavia, con riferimento a strutture storiche e a monumenti antichi, l'EC6 risulta inadeguato.
Non bisogna dimenticare che un numero consistente di monumenti è situato in zone sismicamente attive (soprattutto nel bacino del Mediterraneo). Peraltro la loro antichità non costituisce una prova della loro resistenza a sisma. Un tipico esempio è quello della Cittadella di Bam, iscritta nella lista del patrimonio culturale dell'UNESCO, che è stata completamente distrutta (all'80%) da un sisma nel 2003, a distanza di 2500 anni dalla sua costruzione. Con riferimento al rischio sismico, l'Eurocodice (EC8) dedica alla muratura solo poche pagine.
Sebbene importanti risorse siano state destinate negli utlimi decenni al patrimonio monumentale, appare ormai evidente che l'approccio alla conservazione del patrimonio architettonico vada estesa dal patrimonio monumentale al suo contesto, la cosiddetta architettura minore che costituisce il "paesaggio culturale" in cui il monumento è inserito. Questo approccio è peraltro ben delineato anche dalle raccomandazioni UNESCO, recepite dal Consiglio d'Europa già nel 1995 e ulteriormente sviluppate nel 2005 con la definizione del "urban landscape", che ne estende ulteriormente i confini alla città nel suo contesto. Questo patrimonio architettonico minore è quello che però negli ultimi anni è stato maggiormente a rischio per una serie di fattori: sia antropici che naturali, come il rischio idrogeologico o quello sismico. Gli ultimi eventi sismici che hanno colpito il centro Italia hanno rivelato ancora una volta la vulnerabilità del patrimonio storico architettonico.
In questo contesto appare pertanto di grande importanza la definizione di procedure di analisi strutturale affidabili e applicabili. La corretta valutazione del comportamento meccanico e della sicurezza strutturale costituiscono una base fondamentale per la definizione dei metodi di rinforzo che possano migliorare la risposta strutturale dell'architettura muraria, sia monumentale che minore, nei confronti delle sollecitazioni dovute ai rischi naturali. Inoltre, il miglioramento del comportamento strutturale consente anche di contrastare i fattori di rischio antropici, ad esempio facendo fronte alla aumentata domanda di prestazioni strutturali degli edifici legata a necessità di adeguamento funzionale, permettendo così il loro riuso e quindi favorendo la loro conservazione anche come patrimonio tecnico-costruttivo. Nel momento in cui questo approccio viene esteso più in generale alla riqualificazione urbana, l'attenzione deve essere rivolta al patrimonio edilizio abitativo facente parte dell'architettura minore.
Rispetto alla modellazione delle strutture in muratura, questo progetto vuole valutare la sensitività del comportamento non-lineare di edifici storici in muratura rispetto alla microstruttura del materiale (es. mattoni, malta, eterogeneità). L'approccio proposto si basa basa su tecniche di analisi multi-scala. Lo studio teorico verrà supportato da analisi numeriche svolte con codici ad hoc e i modelli sviluppati saranno valutati e confrontati con modelli già esistenti. Le proprietà "macroscopiche" (muro/struttura) saranno definite considerando una scala "microcopica" (tessitura muraria, presenza di malta) che dipende dalle proprietà dei materiali (mattoni, malta). I risultati ottenuti saranno confrontati con quelli riscontrabili nella letteratura tecnico-scientifica e con eventuali risultati sperimentali disponibli in letteratura.
Tecniche di analisi multi-scala verranno utlizzate anche per la modellazione di materiali compositi dotati di micro-struttura random. Particolare attenzione verrà posta sulla omogeneizzazione di questa tipologia di materiali. Una delle problematiche da affrontare è legata ai grandi oneri computazionali necessari per l'applicazione di procedure di omogeneizzazione a base statistiche.