BIM Based seismic assesment of a historical masonry church: from survey data to global and local structural analysis

This thesis presents an HBIM-based workflow for the seismic assessment of the Pieve di Santa Maria Vecchia, a historical masonry church located in Gussago, Italy. The study combines survey data, BIM modelling, finite element modelling, linear dynamic analysis, nonlinear static analysis, and local kinematic assessment. The geometrical reconstruction of the church was developed in Archicad using point cloud data and survey documentation. The BIM model was then used as the geometric basis for the development of a finite element model in MIDAS Gen. The numerical model included the main masonry walls, diaphragm arches, buttresses, presbytery, cross vault, roof system, openings, and infill areas. Modal analysis and response spectrum analysis were performed to identify the main dynamic characteristics of the church and the distribution of stresses and displacements under seismic actions. A nonlinear static analysis was then carried out to investigate the progressive response of the masonry structure. The capacity curve was processed through the N2 procedure to compare the displacement capacity of the structure with the seismic demand. The combined interpretation of the analyses identified critical zones of the church. These zones were further investigated through local kinematic assessments. Finally, the study proposes the representation of structural results, damage information, and possible mechanism zones within the BIM environment, supporting the connection between the architectural model, structural assessment, and future conservation studies.

Questa tesi presenta un flusso di lavoro basato su HBIM per la valutazione sismica della Pieve di Santa Maria Vecchia, una chiesa storica in muratura situata a Gussago, in Italia. Lo studio combina dati di rilievo, modellazione BIM, modellazione agli elementi finiti, analisi dinamica lineare, analisi statica non lineare e valutazione cinematica locale. La ricostruzione geometrica della chiesa è stata sviluppata in ArchiCAD utilizzando dati da nuvola di punti e documentazione di rilievo. Il modello BIM è stato poi utilizzato come base geometrica per lo sviluppo di un modello agli elementi finiti in MIDAS Gen. Il modello numerico ha incluso le principali pareti in muratura, gli archi diaframma, i contrafforti, il presbiterio, la volta a crociera, il sistema di copertura, le aperture e le aree di tamponamento. Sono state eseguite analisi modali e analisi con spettro di risposta per identificare le principali caratteristiche dinamiche della chiesa e la distribuzione delle tensioni e degli spostamenti sotto azioni sismiche. Successivamente, è stata condotta un’analisi statica non lineare per investigare la risposta progressiva della struttura in muratura. La curva di capacità è stata elaborata attraverso la procedura N2 per confrontare la capacità di spostamento della struttura con la domanda sismica. L’interpretazione combinata delle analisi ha identificato le zone critiche della chiesa. Queste zone sono state ulteriormente investigate attraverso valutazioni cinematiche locali. Infine, lo studio propone la rappresentazione dei risultati strutturali, delle informazioni sul danno e delle possibili zone di meccanismo all’interno dell’ambiente BIM, supportando il collegamento tra il modello architettonico, la valutazione strutturale e i futuri studi di conservazione.