Non-linear numerical evaluation of baroque epoch foundation structures on the example of the Broumov Group of Churches footings

Abstract

Česká republika je domovem mnoha historických památek a míst, včetně pohádkových hradů, ikonických geografických prvků a malebných vesniček. Mnoho kostelů a kaplí na venkově bylo postaveno v 17. a 18. století barokním architektonickým stylem, který proměnil krajinu. Broumov je jedinečný region na severovýchodě České republiky, který se vyznačuje nejen přírodními podmínkami a krásou, ale také bohatým kulturním dědictvím. Nachází se zde několik desítek architektonicky cenných kulturních památek, které dotvářejí krajinu této oblasti. Pozoruhodný je komplex kostelů, které byly postaveny v krátkém období od roku 1709 do roku 1743 otcem a synem Dientzenhoferem. Tyto kostely, díky své jedinečnosti, jsou známé jako Broumovská skupina kostelů. Hlavním cílem diplomové práce bylo zhodnotit znalosti a dovednosti starověkých zedníků na příkladu čtyř kostelů z Broumovské skupiny. Práce byla zaměřena zejména na základové konstrukce. Určitou specifičností je navíc odhad vlivu financí na kvalitu stavebních prací. Po historickém přehledu a představení geologických podmínek regionu se práce zaměřila na výpočet hloubky deformačních zón v podloží, která zejména ovlivňuje nelineární průběh sedání. K jejich určení bylo použito několik metod. Počínaje analytickou metodou pomocí softwaru DEPTH. Pro numerické řešení byl použit software GEO5 FEM. Stejné výpočty byly také provedeny podle ruského standardu pomocí softwaru Foundation. Toto posloužilo nejen k porovnání uvedených metod, ale k jejich určité verifikaci. Vstupní parametry popisující vlastnosti půdy byly převzaty na základě vizuálních prohlídek a doporučení katedry geotechniky Fakulty stavební ČVUT v Praze. Výsledky získané pomocí těchto různých metod se využily k porovnání kvality základových konstrukcí dílčích kostelů. Nakonec byly analyzovány některé z možných příčin poškození stavebních materiálů, zejména kamene. Pro případ sanace byla navržena doporučení a některá řešení.

The Czech Republic is home to many historical monuments and places, including fairy-tale castles, iconic geomorphological features, and picturesque villages. Many churches and chapels in the countryside were built in the 17th and 18th centuries using a Baroque architectural style to transform the landscape. Broumov is a unique region in the northeast of the Czech Republic, that is distinguished not only by its natural conditions and beauty but also by its rich cultural heritage. There are several dozens of architecturally valuable cultural monuments, that complete the typical landscape of this area. One of remarkable monuments is the complex of churches, that were built in a short period from 1709 to 1743 by famous bohemian architects father and son Dientzenhofer. This complex due to its uniqueness is known as the Broumov group of churches. The main goal of this dissertation was to evaluate the knowledge and skills of ancient masons on the example of four churches in the Broumov group, with a focus on foundation structures. In addition, there is a certain specificity in an estimation of the impact of funding and the amount of money on the quality of the construction work. After a historical overview and presentation of the geological conditions of the region, the work was focused on the calculation of the depth of influence zones in the subsoil, which mainly affects the non-linear character of settlement. Several methods were used to determine them. Starting with the analytical method by means of DEPTH software, then GEO5 FEM software was used for the numerical solution. Additionally, the same calculations were also performed according to the Russian standard using Foundation software. Thus, the methods were not only compared but verified as well. Input parameters describing soil properties were taken based on visual inspections and recommendations of the Department of Geotechnics CTU in Prague. The results obtained using these different methods were used to compare the quality of the foundation structures of particular churches. Finally, some of the possible causes of damage to building materials, especially stone, were analysed. Recommendations and some solutions were proposed for the case of remediation.