Structural performance of the Esfahan Shah Mosque

Structural assessment and seismic vulnerability of ancient masonry buildings is a difficult task even when employing advanced specialized technical skills, which requires a complex study. This paper aims to assess the structural and seismic safety of the Esfahan Shah Mosque in Iran by numerically investigating the nonlinear behavior of the mosque for different scenarios and identifying if there is a correlation between crack patterns resulting from numerical analysis, inspection, and historical evidence. First, the numerical model of the mosque is developed and updated using the experimental parameters obtained from a nondestructive test (NDT) campaign that included ambient vibration and sonic testing. Second, the finite element calibrated model is used to evaluate the structural behavior of the mosque under vertical loading, including the influence of the soil and a sensitivity analysis varying the masonry material properties. Besides, the paper discusses the structural behavior of radial stiffening walls that connect the inner and outer domes of the mosque. Finally, pushover analysis was performed to assess the seismic safety of the building and the efficiency of the structural strengthening implemented in the early 20th century. The different technical observations and analyses lead to a better understanding of the double dome and the eyvan (a rectangular space, usually vaulted, walled on three sides, with one end entirely open) as the most vulnerable parts of the structure, which validates the structural strengthening of the 1930s. Yet, improving the connection between the stiffening walls and the two domes could effectively increase the global structural performance of the building.Special thanks to the Esfahan Cultural Heritage Organization, the staff of Meidan Naghsh-e Jahan World Heritage Site, and the restoration workshop of the Shah Mosque to facilitate in situ experimental tests that were supported by the SAHC MSc programme in Structural Analysis of Monuments and Historical Constructions

Uniparental markers of contemporary Italian population reveals details on its pre-Roman heritage.

BACKGROUND: According to archaeological records and historical documentation, Italy has been a melting point for populations of different geographical and ethnic matrices. Although Italy has been a favorite subject for numerous population genetic studies, genetic patterns have never been analyzed comprehensively, including uniparental and autosomal markers throughout the country. METHODS/PRINCIPAL FINDINGS: A total of 583 individuals were sampled from across the Italian Peninsula, from ten distant (if homogeneous by language) ethnic communities--and from two linguistic isolates (Ladins, Grecani Salentini). All samples were first typed for the mitochondrial DNA (mtDNA) control region and selected coding region SNPs (mtSNPs). This data was pooled for analysis with 3,778 mtDNA control-region profiles collected from the literature. Secondly, a set of Y-chromosome SNPs and STRs were also analyzed in 479 individuals together with a panel of autosomal ancestry informative markers (AIMs) from 441 samples. The resulting genetic record reveals clines of genetic frequencies laid according to the latitude slant along continental Italy--probably generated by demographical events dating back to the Neolithic. The Ladins showed distinctive, if more recent structure. The Neolithic contribution was estimated for the Y-chromosome as 14.5% and for mtDNA as 10.5%. Y-chromosome data showed larger differentiation between North, Center and South than mtDNA. AIMs detected a minor sub-Saharan component; this is however higher than for other European non-Mediterranean populations. The same signal of sub-Saharan heritage was also evident in uniparental markers. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Italy shows patterns of molecular variation mirroring other European countries, although some heterogeneity exists based on different analysis and molecular markers. From North to South, Italy shows clinal patterns that were most likely modulated during Neolithic times

Valutazione delia sicurezza strutturale deila Moschea delio Shah in Isfahan, Iran

Dissertação de mestrado em Structural Analysis of Monuments and Historical ConstructionsThe structural analysis of monuments and historical construction has nowadays become a fundamental theme in order to preserve and maintain the cultural heritage for future generations. The target to achieve is to make the building live forever, but this goal, both from a technical point of view and from a scientific point of view, is rather complex. Furthermore, the theme of masonry structures, especially if they are located in seismic areas, has become an extremely actual subject. The study of complex monumental structures such as the Shah Mosque, the subject of this thesis, can and must become a useful research tool for the study of building heritage in general, aimed at reducing risk and protecting human life. This thesis focuses on the study of the structural stability of the Shah Mosque in Isfahan in Iran. The building was built in 1611, becoming an integral part of the urban transformation of the city of Isfahan, which became the new capital of Persia, by the will of the Safavid dynasty (whose dominion extended from 1501 to 1722). The mosque, which became a UNESCO heritage site since 1979, is characterized by an enormous hybrid bulbous double dome, formed by two shells, stiff masonry elements between the two domes and wooden elements. It can certainly be counted among the largest masonry bulb domes in the world, which are not yet fully known, especially in terms of static behavior. The research process is essentially based on four phases; (a) an initial state-of-the-art (b) a preliminary structural assessment, based on the information obtained in the literature (c) a series of in situ tests, aimed at characterizing the overall behavior of the structure and elastic properties of the material (d) a structural analysis aimed at understanding the performance of the building subject to gravitational loads and seismic action. During the thesis, attention will be paid, as far as the state-of-the-art is concerned, to the study of the genesis of the double dome, to the evaluation of the strengthening interventions suffered by the structure in the last century and to an evaluation of the previous structural analysis made on the Shah Mosque. As regards the tests carried out in situ, the study will focus on determining the dynamic properties of the structure and elastic properties of the constituent material, with particular attention to methods for evaluating the reliability of experimental data. Finally, with regard to the structural analysis, the interest will be directed to non-linear analysis. With particular regard to; (a) finite element modeling (b) material model (c) integration methods for iterative-incremental analysis (d) study of the results in terms of stress, strain and displacement. The results obtained allow to assess the performance of the building. As regards vertical loads, the structure seems to have an adequate safety level. Seismic analysis allowed to evaluate the main collapse mechanisms of the building, even if an implementation of this study in terms of expected earthquake and further analysis is strongly recommended. Finally, additional research to carry out on the structure will be proposed, in order to increase the level of knowledge on its static performance.A análise estrutural de monumentos e construções históricas tornou-se hoje um tema fundamental para preservar e manter o patrimônio cultural das gerações futuras. A meta a alcançar é fazer com que o edifício viva para sempre, mas esse objetivo, tanto do ponto de vista técnico quanto do ponto de vista científico, é bastante complexo. Além disso, o tema das estruturas de alvenaria, especialmente se elas estão localizadas em áreas sísmicas, tornou-se um assunto extremamente atual. O estudo de estruturas monumentais complexas como a Mesquita do Xá, objeto desta tese, pode e deve se tornar uma ferramenta de pesquisa útil para o estudo do patrimônio edilício em geral, visando reduzir riscos e proteger a vida humana. Esta tese enfoca o estudo da estabilidade estrutural da Mesquita do Xá, em Isfahan, no Irã. O edifício foi construído em 1611, tornando-se parte integrante da transformação urbana da cidade de Isfahan, que se tornou a nova capital da Pérsia, pela vontade da dinastia Safávida (cujo domínio se estendeu de 1501 a 1722). A mesquita, que se tornou patrimônio da UNESCO desde 1979, é caracterizada por uma enorme cúpula dupla híbrida bulbosa, formada por duas conchas, elementos de alvenaria rígidos entre as duas cúpulas e elementos de madeira. Pode certamente ser contado entre as maiores cúpulas de bulbo de alvenaria do mundo, que ainda não são totalmente conhecidas, especialmente em termos de comportamento estático. O processo de pesquisa é essencialmente baseado em quatro fases; (a) um estado inicial da técnica (b) uma avaliação estrutural preliminar, com base nas informações obtidas na literatura (c) uma série de testes in situ, visando caracterizar o comportamento geral da estrutura e propriedades elásticas do material (d) uma análise estrutural destinada a compreender o desempenho do edifício sujeito a cargas gravitacionais e ação sísmica. Durante a tese, será dada atenção, no que diz respeito ao estado da arte, ao estudo da gênese do duplo domo, à avaliação das intervenções de reforço sofridas pela estrutura no século passado e a uma avaliação da análise estrutural anterior feita na Mesquita do Xá. No que diz respeito aos ensaios realizados in situ, o estudo incidirá na determinação das propriedades dinâmicas da estrutura e das propriedades elásticas do material constituinte, com especial atenção aos métodos de avaliação da fiabilidade dos dados experimentais. Finalmente, no que diz respeito à análise estrutural, o interesse será direcionado para análise não linear. Com especial atenção para; (a) modelagem de elementos finitos (b) modelo de material (c) métodos de integração para análise incremental iterativa (d) estudo dos resultados em termos de tensão, deformação e deslocamento. Os resultados obtidos permitem avaliar o desempenho do edifício. No que diz respeito às cargas verticais, a estrutura parece ter um nível de segurança adequado. A análise sísmica permitiu avaliar os principais mecanismos de colapso do edifício, mesmo que uma implementação deste estudo em termos de sismos esperados e análise adicional seja fortemente recomendada. Por fim, serão propostas pesquisas adicionais para realizar a estrutura, a fim de aumentar o nível de conhecimento sobre seu desempenho estático.L'analisi strutturale delle costruzioni storiche e monumentali è diventato oggigiorno un tema fondamentale al fine di preservare e conservare il patrimonio cuituraie alle future generazioni. L'obiettivo da perseverare è quello di far vivere per sempre l'edificio, ma tale obiettivo, sia da un punto di vista tecnico che da un punto di vista scientifico risulta piuttosto complesso. Inoltre, il tema delle costruzioni in muratura, specialmente se si trovano in zona sismica, è diventato un tema di estrema attualità. Lo studio di strutture monumentali complesse come ad esempio la Moschea dello Shah, oggetto di questa tesi, può e deve diventare uno strumento di ricerca utile allo studio del patrimonio edilizio in generale, finalizzato alla riduzione del rischio e alla protezione della vita umana. Questa tesi è incentrata sullo studio della stabilità strutturale della Moschea dello Shah ad Isfahan in Iran. L'edificio venne costruito nel 1611 divenendo parte integrante della trasformazione urbana della città di Isfahan, da poco diventata nuova capitale della persia, per volontà della dinastia Safavide (il cui dominio si è esteso dal 1501 ai 1722). La moschea, diventata patrimonio UNESCO dal 1979, è caratterizza da un enorme doppia cupola a bulbo ibrida, formata da due gusci, elementi irrigidenti in muratura tra le due cupole ed elementi lignei. Essa è di certo annoverabile tra le più grandi cupole a bulbo in muratura al mondo, delle quall ancora non si ha una piena conoscenza, speciaimente dal punto di vista del funzionamento statico. Il processo di ricerca di basa sostanzialmente su quattro fasi; (a) un iniziale stato dell'arte (b) una preliminare valutazione strutturale, basate sulle informazioni ottenute in letteratura (c) una serie di test in situ, finalizzati alla caratterizzazione del comportamento globale della struttura e delle proprietà elastiche del materiale (d) un'analisi strutturale finaiizzata a capire le prestazioni dell'edificio soggetto ai carichi gravitazionali ed all'azione sismica. Durante lo svolgimento della tesi, l'attenzione sarà rivolta, per quanto riguarda lo stato dell'arte, ad uno studio della genesi della doppia cupola, alla valutazione degli interventi di rinforzo subiti dalla struttura nell'ultimo secolo ed a una valutazione delle precedenti analisi strutturali effettuate sulla Moschea dello Shah. Per quanto concerne i test effettuati in situ, lo studio sarà focalizzato sulla determinazione delle proprietà dinamiche della struttura e delle proprietà elastiche del materiale costituente, con particolare attenzione ai metodi per valutare l'affidabilità dei dati sperimentali. Infine, riguardo l'analisi strutturale, i'interesse sarà rivolto alle analisi non lineari. Con particolare riguardo a; (a) modellazione agli elementi finiti (b) modelli per Ia descrizione del materiaie (c) metodi solutivi per analisi iterative-incrementali (d) analisi dei risultati. I risultati ottenuti consentono di valutare le prestazioni dell'edificio. Per quanto concerne i carichi verticali, la struttura sembra avere un adeguato livello di sicurezza. L'analisi sismica ha permesso di valutare i principali meccanismi di collasso dell'edificio, anche se un'implementazione di questo studio in termini di sisma atteso e di ulteriori analisi è fortemente raccomandato. Infine, si proporranno delle aggiuntive ricerche da effettuare sulla struttura, al fine di accrescere il livello di conoscenza sulle sue prestazioni statiche