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TitleStructural analysis of the church of the Monastery of São Miguel de Refojos
Other titlesAnálise estrutural da igreja do Mosteiro de São Miguel de Refojos
Análisis estructural de la iglesia del Monasterio de San Miguel de Refojos
Author(s)Álvarez de Lara, Rafael Ramirez
Advisor(s)Lourenço, Paulo B.
Mendes, Nuno Adriano Leite
Issue date2016
Abstract(s)Contemporary approaches for the conservation of historical constructions imply criteria of minimum intervention with maximum efficiency, durability and reliability. Together with historical research, in situ inspections and laboratory testing, the analysis of the structural behaviour is one of the most important tools currently available to determine the most appropriate techniques for preserving or strengthening ancient constructions and monuments. In this sense, numerical modelling is a fundamental tool to evaluate the overall behaviour of historical buildings, since it can be used to reproduce the real behaviour of their structures and simulate different scenarios, assess safety levels, and evaluate and compare the efficiency of different strengthening techniques. This thesis addresses the study of the conservation status and structural stability of the church of the Monastery of São Miguel de Refojos, located in Cabeceiras de Basto (Portugal). The church and the sacristy of the ancient Benedictine monastery are classified as Public Interest Building since 1993. The church corresponds to a monumental building in Baroque and Rococo style, and it presents low to moderate structural damage, as well as several non-structural problems mostly related to the high presence of water. The research process is divided into three main phases, namely state-of-the-art and diagnosis, creation and calibration of a 3D numerical model based on the Finite Element Method, and finally, structural analyses to identify the cause of the existing damage of the structure, as well as to assess its safety. In the last step of the works, the non-linear behaviour of the structure is evaluated for vertical loading and the pushover analysis is applied to assess the seismic performance. The interaction soil-structure is also addressed, including the soil effect through the application of springs at the base of the walls. The results of the analyses are studied in terms of the capacity curves, deformation, structural damage patterns and collapse mechanisms. The results allowed to evaluate the structural behaviour of the church, as well as to identify the most vulnerable elements of the structure. According to the analyses, the building has a considerable safety level in terms of vertical loading, as well as a good overall seismic performance. Although the model is proven useful to assess the global behaviour of the structure and validate the assumptions, additional works are recommended in order to improve the current conclusions on the structural behaviour of the church.
Abordagens contemporâneas para a conservação das construções históricas implicam critérios de intervenção mínima com a máxima eficiência, durabilidade e confiabilidade. Juntamente com a pesquisa histórica, as inspeções no local e os ensaios em laboratório, a análise do comportamento estrutural é uma das ferramentas disponíveis atualmente mais importantes para determinar as técnicas mais adequadas para a preservação e reforço de construções antigas e de monumentos. Nesse sentido, a modelação numérica é uma ferramenta fundamental para avaliar o comportamento global dos edifícios históricos, uma vez que pode ser utilizada para simular o comportamento real das estruturas e simular diferentes cenários, avaliar os níveis de segurança, e avaliar e comparar a eficiência de diferentes técnicas de reforço. Esta tese aborda o estudo do estado de conservação e a estabilidade estrutural da igreja do Mosteiro de São Miguel de Refojos, localizado em Cabeceiras de Basto (Portugal). A igreja e a sacristia do antigo mosteiro beneditino estão classificados como Imóvel de Interesse Público desde 1993. A igreja corresponde a um edifício monumental, em estilo barroco e rococó, e apresenta danos estruturais com severidade baixa a moderada, bem como várias anomalias não-estruturais associadas sobretudo à elevada presença de água. Os trabalhos de pesquisa estão dividido em três fases principais, nomeadamente, na revisão do estado da arte e diagnóstico, na criação e calibração de um modelo numérico 3D baseado no Método dos Elementos Finitos e, por último, nas análises estruturais para identificar a causa do dano existente da estrutura, bem como para avaliar a sua segurança. Na última fase dos trabalhos foi avaliado o comportamento não-linear da estrutura para as cargas verticais e foi efetuada a análise não linear estática para avaliação do comportamento sísmico. A interação soloestrutura foi também é efetuada, incluindo o efeito do solo através da aplicação de elementos de mola na base da estrutura. Os resultados das análises foram avaliados através das curvas de capacidade, da deformação da estrutura, dos padrões de dano e dos mecanismos de colapso. Os resultados permitiram concluir sobre o comportamento da igreja, bem como identificar os elementos mais vulneráveis da estrutura. Os resultados demonstram que a igreja apresenta um nível de segurança considerável para as cargas verticais do peso próprio, assim como um comportamento sísmico adequado. Embora o modelo se tenha mostrando útil para avaliar o comportamento global da estrutura e validar alguns das considerações, recomenda-se efetuar trabalhos adicionais que permitam reforçar as conclusões sobre o comportamento estrutural da igreja.
Los planteamientos contemporáneos sobre la conservación de construcciones históricas implican criterios de mínima intervención con la máxima eficacia, durabilidad y fiabilidad. Junto con la investigación histórica, las inspecciones in situ y los ensayos de laboratorio, el análisis del comportamiento estructural es una de las herramientas más importantes disponibles actualmente para determinar las técnicas más adecuadas para la preservación y el refuerzo de construcciones antiguas y monumentos. En ese sentido, el modelado numérico es una herramienta fundamental para evaluar el comportamiento global de edificios históricos, ya que puede ser utilizado para reproducir el comportamiento real de las estructuras y simular diferentes escenarios, validar los niveles de seguridad, y evaluar y comparar la eficacia de diferentes técnicas de refuerzo. Esta tesis aborda el estudio del estado de conservación y la estabilidad estructural de la iglesia del Monasterio de São Miguel de Refojos, localizado en Cabeceiras de Basto (Portugal). La iglesia y la sacristía del antiguo monasterio benedictino están clasificados de Interés Público desde 1993. La iglesia constituye un edificio monumental en estilo barroco y rococó, y presenta daños estructurales de severidad baja a moderada, así como varias anomalías no estructurales asociadas principalmente a la elevada presencia de agua. El proceso de investigación se divide en tres fases principales, a saber, el estado de la cuestión y diagnosis, la creación y calibración de un modelo numérico 3D basado en el Método de Elementos Finitos, y, por último, los análisis estructurales para identificar la causa del daño existente en la estructura, así como para evaluar su seguridad. En la última etapa de los trabajos, el comportamiento no-lineal de la estructura se evalúa en condiciones de carga vertical y el análisis estático no-lineal se aplica para evaluar el comportamiento sísmico. La interacción suelo-estructura también se analiza, incluyendo el efecto del suelo mediante la aplicación de muelles en la base de los muros. Los resultados de los análisis se estudian a través de curvas de capacidad, deformaciones, patrones de daño estructural y mecanismos de colapso. Los resultados permitieron evaluar el comportamiento estructural de la iglesia, así como identificar los elementos más vulnerables de la estructura. Atendiendo a los análisis, el edificio presenta un nivel de seguridad considerable en términos de carga vertical, así como un adecuado comportamiento sísmico. Aunque se ha demostrado la utilidad del modelo para analizar el comportamiento global de la estructura y validar las hipótesis iniciales, se recomiendan trabajos adicionales con el fin de profundizar en las conclusiones sobre el comportamiento estructural de la iglesia.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado em Structural Analysis of Monuments and Historical Constructions
URIhttp://hdl.handle.net/1822/42873
AccessEmbargoed access (3 Years)
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado
ISISE - Dissertações de Mestrado

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