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La Chiesa di San Francesco costituisce un importante manufatto storico e architettonico per la città di Pisa. L'obiettivo è quello di studiare l'edificio in muratura in un'ottica multidisciplinare, avvalendosi anche di rilievi e indagini sui materiali svolti precedentemente. La prima fase è stata quella della costruzione del modello agli elementi finiti, ipotizzando i parametri meccanici della muratura. Il fulcro della tesi è rappresentato dalla sperimentazione svolta sul transetto della chiesa, al fine di identificare il comportamento dinamico di questa porzione. L'elaborazione dei dati ha permesso di trovare le forme modali e le frequenze proprie della struttura in esame: queste sono state confrontate con i modi propri di vibrare, individuati attraverso l'analisi modale svolta sul modello FE della Chiesa. Ciò ha permesso di aggiornare i parametri meccanici della muratura, al fine di ottenere un modello calibrato che rispecchi il comportamento dinamico dell'edificio. La fase successiva è stata quella dello svolgimento delle analisi sismiche. La vulnerabilità sismica è stata analizzata sia con metodi tabellari, utilizzando la scheda "chiese di II livello", e mediante lo studio dei principali meccanismi di collasso locali: su questi ultimi sono state svolte analisi cinematiche lineari e non lineari. I risultati hanno permesso di individuare le zone critiche della Chiesa di San Francesco, sui quali è stato necessario prevedere degli interventi di consolidamento.