Structural analysis of the timber structure of Ica Cathedral, Peru

Abstract

The Cathedral of Ica, built in 1759 and damaged by the 2007 Pisco earthquake, is one of the most representative of the churches built in coastal cities of Peru. Declared as national monument in 1982, Ica Cathedral is part of the Seismic Retrofitting Project of the Getty Conservation Institute. Two structural systems are present in Ica Cathedral. At the exterior, a massive and stable load– bearing masonry envelope surrounds the cathedral consisting of the fired brick front façade with two bell towers and thick mud brick lateral walls. On the other hand, the internal space of Ica Cathedral is divided by a series of pillars that support a complex vaulted roof framing system constructed with the quincha technique. In particular, the latter is the main object of this thesis. The important influence of timber connections on the global behaviour of timber structures is investigated by modelling a timber frame wall, analytically and numerically. The architecture, the structural systems and recent damage of Ica Cathedral are presented in details with the construction of 3D–architectural models in AutoCAD. Performing linear elastic analyses on the model of the representative bay in SAP 2000 software, the compliance with the criteria specified by Eurocode is evaluated. Finally, the elastic behaviour of the complete timber structure is investigated by constructing a model in MIDAS FX+ for DIANA software. The results obtained from this thesis represent a starting point for the further research on the numerical model of the combined timber and masonry structures of Ica Cathedral.

A Catedral de Ica, construída em 1759 e danificada pelo terremoto de Pisco em 2007, é uma das mais representativas igrejas construídas nas cidades costeiras do Peru. Declarada como monumento nacional em 1982, a Catedral de Ica é parte do projeto Seismic Retrofitting Project do Getty Conservation Institute. Dois sistemas estruturais estão presentes na Catedral de Ica. No exterior, uma massiva e estável alvenaria estrutural envolve a catedral, consistindo numa fachada frontal em tijolo com duas torres e as paredes laterais de elevada espessura compostas por alvenaria de adobe. Por outro lado, o espaço interno da catedral é dividido por uma série de pilares que suportam a estrutura da cobertura que é composta por um complexo sistema abobadado construído com a técnica de quincha. Em particular, este último é o principal objeto desta tese. A importante influência das ligações de madeira no comportamento global das estruturas de madeira é investigada através da modelação de uma parede de estrutura de madeira, analiticamente e numericamente. A arquitetura, os sistemas estruturais e os danos recentes observados na catedral são apresentados em detalhe com modelos arquitetónicos 3D executados em AutoCAD. Foram realizadas análises elásticas lineares de um modelo representativo da estrutura através do software SAP 2000, avaliando a conformidade com os critérios especificados pelo Eurocode. Finalmente, o comportamento elástico de toda a estrutura de madeira é investigado através da construção de um modelo em MIDAS +FX para o software Diana. Os resultados obtidos com esta tese representam um ponto de partida de um modelo combinado de madeira e alvenaria para a Catedral de Ica.