Analysis of Christchurch Catholic Basilica, New Zealand

Abstract

Cultural heritage buildings are structures that enclose a set of particular values which symbolically allow to become part of a given culture identity and continuity. Nowadays, the conservation interventions on these particular structures aim to retain its historic integrity, identity and symbolism by taking into account centuries of ideological evolution, related to aesthetic and technical issues. The interventions in cultural heritage buildings should only be taken after a careful analysis, which includes a diagnosis, safety assessment and the design of possible solutions. Despite the need for some conservation interventions due to lack of maintenance and progressive deterioration, situations of sudden destruction of cultural heritage buildings deserves a special reflection. A numerical model is invariably a valuable tool to assess the structural behavior of these buildings and to influence the final act decision. The present study case is the Christchurch Catholic Basilica, also known as Cathedral of the Blessed Sacrament. It is located in New Zealand and is listed as category I heritage in New Zealand – International or National significance. The four earthquakes events in an approximate period of nine months (September 2010 to June 2011) led to a progressive damage and local collapses. In order to study its structural behavior, a seismic analysis was carried out. The seismic assessment of the Cathedral involved the preparation and calibration of a tri-dimensional numerical model based on the Finite Element Method. Two models were prepared, an undamaged and a damaged one once the structure was already damaged at the time of the dynamic identification tests. The calibration process was not accomplished once the dynamic properties obtained from the dynamic identification tests do not fit well with the numerical results. The main cause is the interior damage that was not inserted (it is unknown). In order to evaluate the dynamic behavior of the Cathedral were carried out pushover analyses proportional to the mass in each direction. These analyses allowed collecting the damage patterns, the vulnerable elements and the ductile behavior using capacity curves. Having in account this information a comparison between the numerical and real behavior was affordable and a reasonable agreement was obtained.

Edifícios pertencentes ao Património cultural são estruturas que integram um grupo particular de valores intangíveis que simbolicamente possibilitam que estas façam parte da identidade e continuidade de uma dada cultura. As intervenções de conservação têm em conta, atualmente, séculos de evolução ideológica relacionada com aspetos estéticos e técnicos que procuram reter a sua integridade histórica, identidade e simbolismo. A intervenção sobre este tipo de estruturas deve ser realizada após um estudo criterioso, que inclui um diagnóstico, avaliação da segurança estrutural e desenvolvimento de possíveis soluções. Apesar da necessidade de conservação de estruturas pertences ao património cultural devido à falta de manutenção e consequente progressiva deterioração, situações em que ocorre o seu colapso súbito merecem uma reflexão especial. Um modelo numérico é invariavelmente uma ferramenta valiosa para avaliar o seu comportamento estrutural e influenciar a tomada de decisão final. O presente estudo trata do caso da Basílica Católica de Christchurch, também conhecida como Catedral do Sagrado Sacramento. Está localizada na Nova Zelândia e consta na categoria I da lista do património da Nova Zelândia – importância Nacional e Internacional. Os quatro eventos sísmicos num período aproximado de nove meses (Setembro de 2010 até Junho de 2011) levou a um dano progressivo e colapsos locais. Objetivando o estudo do comportamento estrutural foi realizada uma análise sísmica. A avaliação sísmica da Catedral envolveu a preparação de um modelo numérico tridimensional através do método de elementos finitos. Uma vez que a estrutura já se apresentava danificada, aquando os ensaios de identificação dinâmica, dois modelos foram preparados: um com dano e outro sem dano inserido. A calibração do modelo não foi conseguida uma vez que o dano interior, não inserido por não ser conhecido, impossibilitou um ajuste correto das propriedades dinâmicas obtidas nos testes de identificação dinâmica. Para avaliar o comportamento dinâmico da Catedral foram realizadas análises pushover proporcionais à sua massa em cada direção. Estas análises permitiram coletar o dano, os elementos vulneráveis e a ductilidade da estrutura através de curvas de capacidade. Tendo em conta esta informação, uma comparação entre o comportamento real e numérico foi possível, tendo sido obtido uma concordância razoável entre os mesmos.