Vulnerability assessment of Nepalese temples

Nepal is located in one of the most severe seismically active region in the world. Laying on the collision zone of Indian and Eurasian plate, it has continuous tendency to devastating earthquakes. Materials that constitute its building tradition are timber, which is widely used in Nepalese architecture mainly because of its availability, and unreinforced mud masonry having very poor mechanical properties. Nepalese built heritage concerning multi-tiered temples is of invaluable importance for the local community and also worldwide as a part of complete world heritage, hence it must be thoroughly analyzed in order to develop sustainable strategy for their preservation. The master thesis provides comprehensive theoretical background on multi-tiered temples in Nepal and results of nonlinear sensitivity analysis of multi-tiered temples varying total height and thickness of walls, which govern their complex nonlinear response. After calibration of mechanical properties of Gopinath and Nyatopol temple according to the experimentally recorded frequencies, their main geometrical features are varied and thus modified structures are analyzed through nonlinear static and dynamic procedures. Linear analysis results emphasize the most critical local failure mechanisms referring to elastic response spectrum from Nepalese Building Code. Nonlinear static analysis (NLSA) provide comprehensive comparison in terms of load carrying capacities of multi-tiered temples with different thickness of central core walls and number of tiers. Nonlinear dynamic analysis (NLDA) is performed in order to evaluate characteristic tensile damage patterns, assuming concrete damaged plasticity material model (CDPM) implemented in Abaqus. The results comparatively indicate the weakest zones depending on wall thickness, central core slenderness, opening distribution, box-like confinement, vertical misalignment of walls and so forth. The results of the NLDA affirm high vulnerability of the multi-tiered temples showing extensive cracks at relatively low peak ground accelerations.

Nepal si trova in una delle regioni sismicamente più severe al mondo. Posa sulla zona di collisione della placca indiana ed euroasiatica, ha una continua tendenza a terremoti devastanti. I materiali che costituiscono la sua tradizione costruttiva sono il legname, che è ampiamente utilizzato nell'architettura nepalese principalmente per la sua disponibilità, e la muratura di fango non rinforzata con proprietà meccaniche molto scarse. Il patrimonio nepalese costruito per i templi a più livelli è di importanza inestimabile per la comunità locale e anche in tutto il mondo come parte del patrimonio mondiale completo, quindi deve essere analizzato approfonditamente al fine di sviluppare una strategia sostenibile per la loro conservazione. La tesi di master fornisce un background teorico completo su templi a più livelli in Nepal e risultati di analisi di sensibilità non lineare di templi che variano l'altezza totale e lo spessore delle pareti, che governano la loro complessa risposta non lineare. Dopo la calibrazione delle proprietà meccaniche del tempio di Gopinath e di Nyatopol in base alle frequenze registrate sperimentalmente, le loro principali caratteristiche geometriche sono diverse e quindi le strutture modificate vengono analizzate attraverso procedure statiche e dinamiche non lineari. I risultati dell'analisi lineare enfatizzano i meccanismi di guasto locale più critici che si riferiscono allo spettro di risposta elastico del codice dell'edilizia nepalese. L'analisi statica non lineare (NLSA) fornisce un confronto completo in termini di capacità di carico di templi a più livelli con diversi spessori delle pareti centrali e numero di livelli. L'analisi dinamica non lineare (NLDA) viene eseguita al fine di valutare i modelli di danno tensile caratteristici, assumendo il modello di materiale concrete damaged plasticity (CDPM) implementato in Abaqus. I risultati indicano comparativamente le zone più deboli a seconda dello spessore della parete, snellezza del nucleo centrale, distribuzione dell'apertura, confinamento scatolare, disallineamento verticale delle pareti e così via. I risultati del NLDA confermano l'elevata vulnerabilità dei templi a più livelli che mostrano crepe estese a velocità di picco relativamente basse.