A INFLUÊNCIA DAS PAREDES DE ENCHIMENTO NA .A influência das paredes de enchimento na resposta sísmica

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  • Paredes divisrias: Passado, presente e futuro, P.B. Loureno et al. (eds.) 111

    A INFLUNCIA DAS PAREDES DE ENCHIMENTO NA

    RESPOSTA SSMICA DE ESTRUTURAS DE EDIFCIOS

    Humberto VARUM

    Professor Associado

    Universidade de Aveiro, Aveiro

    Hugo RODRIGUES

    Investigador

    Universidade de Aveiro, Aveiro

    Romeu VICENTE

    Professor Auxiliar

    Universidade de Aveiro, Aveiro

    Anbal COSTA

    Professor Catedrtico

    Universidade de Aveiro, Aveiro

    SUMRIO

    comum considerar que as paredes de alvenaria de enchimento em edifcios tm uma

    contribuio favorvel para a resposta destes s aces horizontais, e assim o seu efeito

    normalmente desprezado no clculo estrutural. Neste artigo feita uma reviso dos aspetos

    relacionados com a influncia dos painis de alvenaria de enchimento no comportamento

    ssmico dos edifcios de beto armado. So brevemente analisadas diferentes estratgias de

    modelao destes. Como analisado neste artigo, sismos recentes evidenciam inmeros casos de

    danos severos e colapsos em edifcios devido s alteraes no comportamento das estruturas

    induzidas pelas paredes de alvenaria. As ferramentas numricas disponveis, em conjugao o

    estipulado em normas e recomendaes internacionais, possibilitam a verificao da segurana

    ssmica dos edifcios com paredes de alvenaria, como analisado no caso de estudo apresentado.

    1. INTRODUO

    Os painis de alvenaria de enchimento so amplamente utilizados em estruturas porticadas de

    beto armado como elementos de compartimentao, proteo para o exterior, contribuindo

  • A influncia das paredes de enchimento na resposta ssmica de estruturas de edifcios 112

    para o conforto trmico e acstico, podendo ter ainda funes estruturais, como elemento

    resistente a esforos verticais e/ou horizontais. Um painel de alvenaria pode ter apenas uma

    destas funes, ou combinar vrias.

    Quer na avaliao da segurana dos edifcios existentes, quer mesmo no dimensionamento de

    edifcios novos, estes elementos so normalmente considerados como no estruturais e, assim,

    desprezada a sua contribuio para a resposta global dos edifcios. Esta simplificao tende a

    ser considerada como conservativa para a segurana dos edifcios s aes gravticas, no

    entanto, o mesmo poder no acontecer para as aes horizontais, particularmente para as

    aes induzidas pelos sismos.

    As normas ssmicas atuais j prevem a considerao dos painis de alvenaria na modelao do

    comportamento das estruturas e at propem regras simples para a verificao da sua

    segurana para solicitaes no plano e fora do seu plano.

    A observao dos danos e colapsos de edifcios em sismos recentes, relacionados com a

    participao dos painis de alvenaria na resposta global das estruturas justificaram a realizao

    de diversos estudos recentes, experimentais e numricos, que procuram compreender melhor a

    influncia dos painis de alvenaria de enchimento na resposta global dos edifcios.

    No presente artigo so analisados os danos mais frequentes em edifcios de beto armado,

    observados em sismos recentes, associados s alteraes no comportamento estrutural devido

    contribuio dos painis de alvenaria. So revistas as principais estratgias de modelao para

    a considerao do seu efeito na anlise estrutural global, so analisados os efeitos nestes

    elementos observados em sismos recentes e, por fim, apresentado um caso de estudo

    correspondendo verificao da segurana ssmica de um edifcio existente, onde se analisa a

    influncia das paredes de alvenaria de enchimento.

    2. COMPORTAMENTO DAS PAREDES DE ENCHIMENTO FACE AOS SISMOS

    2.1. Introduo

    reconhecido que os painis alvenaria podem alterar de forma significativa o comportamento

    das estruturas de beto armado quando sujeitas a aes horizontais, alterando: i) a rigidez; ii) a

    resistncia mxima; e iii) a capacidade de dissipao de energia, podendo introduzir danos

    severos ou mecanismos de colapso no previstos [1].

    A no considerao da influncia destes elementos no dimensionamento de estruturas novas, e

    na verificao de segurana de estruturas existentes, sem dvida uma simplificao, pois

    mesmo tendo estes elementos uma abordagem simplificada em projeto e execuo, eles alteram

    de forma significativa a resistncia e rigidez lateral dos edifcios, atraindo foras para

    elementos que no foram dimensionados para tal [2]. Mas, em certas situaes de distribuio

    regular das paredes e para certos nveis de ao ssmica, a contribuio dos painis de alvenaria

    pode n contribuir para a reduo dos deslocamentos relativos entre pisos, conduzindo a

    menores danos em elementos estruturais e no estruturais como canalizaes, juntas de

    dilatao, equipamentos, etc. [3].

    A presena dos painis de alvenaria pode introduzir irregularidades na resposta ssmica dos

    edifcios, em altura e em planta. A existncia de pisos comerciais no rs-do-cho dos edifcios,

    ou de pisos tcnicos, lojas, escritrios em pisos superiores pode introduzir uma

    descontinuidade da distribuio da rigidez em altura, podendo originar mecanismos de colapso

    que mobilizam apenas alguns pisos. A distribuio irregular das paredes de alvenaria no piso,

    quando no considerada em dimensionamento, introduz irregularidades em planta, com uma

    toro global do edifcio que poder induzir esforos adicionais no considerados no

    dimensionamento. Este efeito tende a solicitar com maior intensidade os prticos exteriores dos

    edifcios [4]. Alm dos mecanismos globais, as paredes podem ainda induzir mecanismos de

    colapso local, por exemplo associados s aberturas dos painis de alvenaria na localizao das

    portas e janelas, que provocam um altura de pilar livre mais curta que a prevista em projeto

  • H. Varum, H. Rodrigues, R. Vicente, A. Costa 113

    (normalmente, a altura entre pisos), tendo assim uma rigidez bastante superior que pode tender

    a originar um mecanismo de pilar curto com rotura por corte (ver exemplo na Figura 1) [5].

    Figura 1 : Rotura por corte de um pilar junto a uma abertura (mecanismo tipo pilar curto) [6]

    A evoluo do comportamento no plano de um painel de alvenaria confinado por um prtico de

    beto armado, quando sujeito a aes horizontais cclicas crescentes, pode ser caracterizada em

    trs fases. Inicialmente, o prtico e a parede de alvenaria apresentam um comportamento

    monoltico, no havendo separao entre os mesmos, e resistem a nveis de carga elevados sem

    apresentar fendilhao significativa. A durao desta fase depende principalmente das

    condies de ligao prtico-parede. Esta fase termina quando surgem escorregamentos e

    abertura de fendas na interface, principalmente nos cantos das paredes. Aps o dano nos cantos

    do painel d-se o incio da segunda fase, em que se verifica uma progresso das fendas ao

    longo do painel, dirigidas para os cantos comprimidos, tendendo a parede a funcionar como

    uma biela diagonal comprimida em cada direo de solicitao. A terceira caracteriza-se pela

    rotura, que pode ocorrer pela alvenaria ou pelo prtico dependendo da resistncia relativa,

    ocorrendo em algumas situaes a rotura prematura dos pilares, como discutido anteriormente.

    O mecanismo de rotura da alvenaria influencia a resposta das estruturas aps a sua ocorrncia.

    Para os casos em que a resistncia dos pilares seja suficiente de modo a evitar a sua rotura

    prematura, a rotura das paredes de alvenaria pode ocorrer segundo um dos seguintes

    mecanismos, ou at como resultado da combinao dos mesmos: i) rotura por deslizamento ao

    longo das juntas horizontais de argamassa (Figura 2a); ii) rotura por trao com fendilhao na

    direo diagonal comprimida do painel (Figura 2b); iii) rotura por esmagamento localizado nos

    cantos comprimidos (Figura 2c).

    a) b) c)

    Figura 2 : Mecanismos de rotura de painis de alvenaria: a) rotura ao longo das juntas; b)

    rotura diagonal; c) rotura por esmagamento dos cantos comprimidos [1]

    2.2. Modelao do comportamento estrutural de painis de alvenaria de enchimento

    Nos ltimos anos tm sido desenvolvidos inmeros estudos numricos, com vrios tipos de

    abordagem e complexidade, bem como ensaios experimentais, com o objetivo de interpretar os

    fenmenos de interao entre os painis de alvenaria e os prticos envolventes.

    Polyakov [7] desenvolveu estudos sobre os mecanismos de interao entre painis de alvenaria

    e elementos de beto sujeitos a foras horizontais, introduzindo o conceito de biela equivalente.

    P

    P

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    P

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  • A influncia das paredes de enchimento na resposta ssmica de estruturas de edifcios 114

    Seguiram-se vrios estudos com o objetivo de aprofundar este conceito e determinar a largura

    da biela equivalente. Descries resumidas destes mtodos podem encontram-se em [8].

    A modelao da participao da parede de alvenaria pode ser realizada com recurso a vrias

    estratgias, que se podem dividir em dois grandes grupos: i) micro-modelos, em que a

    discretizao feita ao nvel do elemento (Figura 3a), separando os elementos de tijolo dos

    elementos de junta, atravs de elementos de interface, podendo ser atribudas diferentes

    caractersticas de comportamento a cada tipo de elemento; e ii) macro-modelos, em que apenas

    necessria uma lei constitutiva global para a alvenaria exigindo assim um grau de

    refinamento menor (Figura 3b).

    a) b)

    Figura 3 : Exemplos de modelao de painis de alvenaria a) Modelo refinado[9]; b) Modelo

    simplific