Stability Analysis of St. Barbara Church in Otovice

Abstract

Analýzy stabilita z Kostel sv. Barbory v Broumovsko. Broumovsko a jeho skupina barokních kostelů představuje výjimečný příklad kombinace architektury a venkovské krajiny. Toto zvláštní dědictví vyžaduje speciální odbornou analýzu, aby byla zachována jeho jedinečnost. Kostel svatého Barbory, který byl zkoumán v této diplomové práci, byl vybudovali Kryštof a Kilián Dientzenhoferové. Dnešní obavy, týkající se jeho stability a stavu degradace, vedly k nutnosti hlouběji prozkoumat jeho současnou situaci, která je ovlivněna řadou nejistot. Hlavním cílem práce byla tedy modelování MKP a následné vyhodnocení únosnosti stěn obvodového pláště se zaměřením na vliv degradace podloží. Tato práce, po historickém úvodu, se zaměřila na vybrané poruchy, které jsou na kostele patrné, a stanovení jejich příčin. Následně, bylo pomocí software ATENA 2D provedeno určité mikromodelování různých částí zdi. Toto řešení umožnilo získat mechanické parametry, jež jsou srovnatelné se spolehlivými normami. Tyto hodnoty byly následně použity pro 3D modelování užitím numerického kódu ATENA 3D. Dostupné informace o vlastnostech podloží nám umožnily stanovit celkové sedání stavby pomocí elastické analýzy pomocí kódů GEO5 a ATENA. Získané hodnoty sedání pomocí obou kódů vykazovaly minimální odchylky. Poté pomocí nelineární analýzy jsme prozkoumali různé scénáře zaměřené na nerovnoměrné sedání. Byl vytvořen určitý katalog možných poruch, který bude užitečný pro další analýzu. Mimo to se nám podařilo uspokojivě vysvětlit současný stav porušení prezentovaný sadou zjevných trhlin. Na závěrem je navrženo technické opatření zaměřené na redukování nejistot současného stavu spolu se strategií sledování kostela.

Broumov Region and its group of churches represent a perfect example of symbiosis between Baroque architecture and countryside landscape. This peculiar heritage site requires specialized analysis to preserve its uniqueness. St. Barbara Church in Otovice, the one investigated in this thesis, was built by Christoph and Kilian Dientzenhofer. Nowadays, concerns about its stability and degradation process led to the necessity to investigate more deeply its current condition. Therefore, the main objective of the thesis consisted in the FEM modeling and the evaluation of the bearing capacity of enclosure walls, with particular attention on the influence of the soil deterioration. The thesis, after a historical introduction, focused on a few damages experienced by the church and trials to define their possible causes. After this, micro modeling of different portions of the wall was carried out using ATENA 2D. This approach allowed to obtain mechanical parameters, with values comparable to reliable standards, to be used afterward for the 3D model in ATENA 3D. The information available for the soil properties allowed to determine the overall settlement of the structure, through simple elastic analysis with GEO5 and ATENA 3D. The values acquired with these two different approaches resulted to be similar. After this, the nonlinear analysis explored different scenarios, studying the influence on the structure of possible future differential settlements. Moreover, a reasonable explanation of the currently cracking pattern is provided. In conclusion, technical advice is recommended, along with monitoring strategies.