Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios de

alvenaria

P. CandeiasE. Coelho

P. LourençoA. Campos Costa

LNEC, 2012-06-20

2

Introdução

>Estudo do comportamento sísmico dos edifícios “gaioleiros”, sem e com reforço sísmico, recorrendo a ensaios experimentais e a simulações numéricas, tendo em vista a avaliação da sua vulnerabilidade sísmica

>Ensaios realizados no âmbito do projeto “Mitigação do risco sísmico em Portugal” (FCT)

>Trabalho desenvolvido no âmbito do projeto “Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios antigos de alvenaria” (FCT)

Edifícios “gaioleiros”

>Edifícios com estrutura de alvenaria construídos entre meados do século XIX e princípios do século XX

>Apresentam quatro pisos ou mais, planta retangular e pavimentos de madeira

Edifícios “gaioleiros”

>A vulnerabilidade sísmica deste tipo de edifícios é influenciada pela sua geometria e estrutura, pelos materiais utilizados e qualidade de construção, pelo estado de conservação e sua localização no quarteirão

Seleção de protótipos

Protótipo S

Protótipo B

Protótipo E

Soluções de reforço

>Solução 1: Reforço das ligações das paredes aos pavimentos, por meio de conectores metálicos e faixas de fibras de vidro coladas com resinas epoxy

Soluções de reforço

>Solução 2: Ligação de paredes opostas por meio de tirantes ao nível dos pisos

8

Soluções de reforço

>Solução 3: Reforço dos nembos existentes nas fachadas por meio de faixas de fibras de vidro coladas com resinas epoxy e conectores metálicos [Silva, V.C. – 2001]

Modelos experimentais

>Modelos em escala reduzida 1:3

>Paredes em argamassa de fraca resistência a simular a alvenaria de pedra

>Pavimentos de madeira a simular os soalhos

Modelos experimentais

Modelo 00

Modelo 1

Modelo 3

Modelo 2

11

Descrição dos ensaios

>Ensaios realizados na plataforma sísmica triaxial do LNEC

>Solicitação sísmica de acordo com o espectro de resposta do RSA (sismo 1, zona A, terreno tipo I, majorado 1,5)

Danos observados

Modelo 2Macroelementos

Nó Nembo Lintel Cunhal

Danos observados

Modelo 3

Macroelementos

Cunhal Parede

14

Comportamento sísmico experimental

>Identificação das propriedades dinâmicas dos modelos entre cada ensaio e acompanhamento da sua evolução

2

0,

,, 1

−≈

n

anan f

fD

( )

( )0

13

2

0

13

2

sin10

sin10

≠=

≠=

∑

∑

×

××=

k

k

k

k

fkk

Mag

fkk

Magk

n

Ang

Angf

f

Frequências de vibração iniciais

0

5

10

15

20

25

1ºT 2ºT 1ºL 2ºL

Modo de vibração

Fre

quên

cia

[Hz]

Modelo 0 Modelo 00 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 3

Modelo 1

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 0.2 0.4 0.6 0.8

PGA [g]

Dan

o [-

]

1ºT2ºT1ºL2ºL

15

Comportamento sísmico experimental

>Amplificação global das acelerações de pico

+=

+

+

×=∑

PGAM

PAmãoAmplificaç l

ll

32

1−

=

−

−

×=∑

PGAM

PAmãoAmplificaç l

ll

32

1

Direcção NS

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

-1 -0.5 0 0.5 1

PGA [g]

Am

plifi

caçã

o gl

obal

[-]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

Direcção EW

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

-1 -0.5 0 0.5 1

PGA [g]

Am

plifi

caçã

o gl

obal

[-]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

16

Comportamento sísmico experimental

>Deslocamento, normalizado à altura, do piso 4 relativamente ao nível de referência

mm

Ddrift global 4800

4−

− =mm

Ddrift global 4800

4+

+ =

Parede N fora plano - Piso 4

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

0.60%

0.70%

0.80%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PGA [g]

Des

loca

men

to r

elat

ivo/

Altu

ra

[-]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

Direcção EW - Piso 4

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

0.60%

0.70%

0.80%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PGA [g]

Des

loca

men

to r

elat

ivo/

Altu

ra

[-]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

17

Comportamento sísmico experimental

>Deformação horizontal das paredes no piso 4 medida a meio da largura relativamente à corda que une os cunhais adjacentes e normalizada pela largura da parede

Parede N fora plano - Piso 4

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

0.60%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PGA [g]

Des

loca

men

to re

lativ

o à

linha

méd

ia/L

argu

ra [-

]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

Parede E fora plano - Piso 4

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

0.60%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PGA [g]

Des

loca

men

to re

lativ

o à

linha

méd

ia/L

argu

ra [-

]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

18

Comportamento sísmico experimental

>Curvas de capacidade que representam os valores máximos do coeficiente sísmico e do deslocamento do topo/altura (não simultâneos)

Direcção NS

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

Deslocamento do topo/Altura [-]

Coe

ficie

nte

sísm

ico

[-]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

Direcção EW

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

Deslocamento do topo/Altura [-]

Coe

ficie

nte

sísm

ico

[-]

Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3

19

Análise estática não linear

>Curvas de capacidade numéricas e experimentais do Modelo 0 com o material M1

Parede S no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M1

L3_F_M1

L4_F_M1

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Parede N no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M1

L3_F_M1

L4_F_M1

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

20

Conclusões

>Os padrões de danos observados nos ensaios revelaram que o comportamento sísmico dos modelos é afetado pelas soluções de reforço utilizadas, alterando-se substancialmente e em conformidade com as diferentes características de cada uma das soluções

>O comportamento sísmico global, expresso através de curvas de capacidade, revelou uma ligeira melhoria, quer em força, quer em deformação, nos modelos reforçados relativamente aos não reforçados, tal como a capacidade de dissipação da energia introduzida

21

Conclusões

>Foi ao nível das respostas locais que se registaram as melhorias mais significativas, tendo-se verificado uma redução dos deslocamentos para fora do plano das paredes e, portanto, um melhor controlo dos mecanismos de colapso locais

>Nas análises numéricas obtiveram-se resultados que são comparáveis não só entre modelos numéricos como também com os modelos experimentais

22

Linhas de investigação futura

>Realização de programas experimentais de modo a aprofundar o estudo do comportamento sísmico dos edifícios “gaioleiros”

>Construção de modelos com “verdadeira” alvenaria de pedra

23

Linhas de investigação futura

>Procura de novas soluções de reforço sísmico que permitam, nomeadamente, aumentar a rigidez ou a capacidade resistente dos modelos

>Introdução de peças metálicas horizontais junto às paredes e de tirantes diagonais sob os pavimentos

24

Linhas de investigação futura

>Avaliar a importância do efeito de quarteirão no comportamento sísmico dos edifícios individuais dado que a reconhecida deficiência das ligações entre elementos estruturais e não estruturais existente nestes edifícios também se deverá repercutir no conjunto

>Aplicação de métodos de inferência bayesiana para atualização das curvas de vulnerabilidade sísmica da tipologia

25

Agradecimentos

>Ao LNEC

>À Universidade do Minho

>À Fundação para a Ciência e Tecnologia (Bolsa de Doutoramento SFRH/BD/12469/2004)

>À STAP

26

27

Procedimento de ensaio

Número Ensaio PGA nominal* Ficheiro Amostras

0 Identificação modal 0 ** cat_00.bin 48000

1 Solicitação sísmica 0 20% fct_20.bin 8192

2 Identificação modal 1 ** cat_20.bin 48000

3 Solicitação sísmica 1 50% fct_50.bin 8192

4 Identificação modal 2 ** cat_50.bin 48000

5 Solicitação sísmica 2 75% fct_75.bin 8192

6 Identificação modal 3 ** cat_75.bin 48000

7 Solicitação sísmica 3 100% fct_100.bin 8192

8§ Identificação modal 4 ** cat_100.bin 48000

28

Modelação numérica

>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 00 com o material M2 (controlo em força)

Parede N no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Parede S no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

29

Modelação numérica

>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 1 com o material M2 (controlo em força)

Parede N no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Parede S no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

30

Modelação numérica

>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 2 com o material M2 (controlo em força)

Parede N no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Parede S no plano

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 5 10 15 20 25 30

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

31

Modelação numérica

>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 3 com o material M2 (controlo em força)

Parede N no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Parede S no plano

0

10000

20000

30000

40000

0 10 20 30 40

Deslocamento [mm]

For

ça [N

]

L2_F_M2

L3_F_M2

L4_F_M2

Ensaio 0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Modelo0_L4_F_M1

33

Modelo00_L4_F_M2

34

Modelo1_L4_F_M2

35

Modelo2_L4_F_M2

36

Modelo3_L4_F_M2