Avaliação do desempenho das envolventes dos edifícios face à acção dos sismos

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Main Author: Pereira, Manuel Fernando Paulo
Publication Date: 2013
Language: por
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/1822/25612
Summary: Tese de doutoramento em Engenharia Civil
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spelling Avaliação do desempenho das envolventes dos edifícios face à acção dos sismos624.042.7Tese de doutoramento em Engenharia CivilA envolvente dos edifícios em Portugal é constituída quase exclusivamente por paredes de alvenaria, que têm principalmente a função de vedação. Apesar de não terem função estrutural, as paredes ao interagirem com a estrutura, condicionam o comportamento sísmico dos edifícios, exigindo-se-lhe sob esta óptica, um desempenho adequado, evitando a ocorrência de danos severos nas paredes no seu plano, que conduzam a perdas económicas graves, e o colapso das paredes para fora do plano, que poderão colocar em perigo vidas humanas. Os actuais regulamentos estruturais europeus, no que concerne à segurança sísmica das estruturas exigem a verificação da segurança de elementos não estruturais quando o seu colapso acarreta riscos para pessoas ou para a estrutura principal. Os Eurocódigos estruturais quando entrarem na fase de implementação obrigatória irão impor novas exigências que deverão ser cumpridas pelos edifícios ou pelas suas partes. Tal é o caso das alvenarias de preenchimento, que deverão resistir ao movimento para fora do plano imposto pela acção dos sismos, devendo ser tomadas medidas adequadas para evitar a rotura prematura e desintegração das paredes de preenchimento, bem como, o colapso parcial ou total para fora do plano de painéis de alvenaria. A análise dos edifícios construídos nos últimos vinte anos, concebidos de acordo com os padrões modernos, pode conduzir a conclusões preocupantes. Imagens de expulsões para fora do plano e danos severos no plano de paredes de preenchimento, em recentes actividades sísmicas em todo o mundo, fizeram sentir aos engenheiros as consequências da má prática construtiva, das soluções erradas ou projecto inadequado das estruturas. Este trabalho tem como objectivo principal a avaliação do comportamento das paredes de preenchimento em alvenaria face à acção sísmica, enfatizado na procura da resposta de questões relativas: à caracterização dos tipos de estrutura e envolventes dos edifícios recentes; à avaliação das propriedades dos materiais constituintes das envolventes; à avaliação do comportamento das envolventes actuais, bem como, de novas soluções de envolvente, quando solicitadas pela acção dos sismos; à proposta de técnicas de reforço ou de reabilitação das envolventes; e à obtenção de ensinamentos para o projecto de edifícios novos. Para atingir os objectivos traçados, foi realizada a caracterização do parque habitacional português, com enfoque na tipologia da envolvente e da estrutura, tendo em vista a definição dos edifícios alvo do estudo. Da caracterização destes edifícios, resultou: um modelo que representa o património edificado em Portugal desde a década de 80 do século passado, com estrutura de betão dimensionada seguindo a actual regulamentação nacional e a envolvente de parede dupla, constituída por dois panos de alvenaria rebocados nas faces exteriores; e dois modelos, representando possíveis soluções de futuro, com estrutura de betão dimensionada seguindo a normativa europeia e envolvente constituída por um pano de alvenaria simples de tijolo rebocado em ambas as faces, ou com as juntas de assentamento armadas ou com o pano revestido em ambas as faces por reboco armado. Na prossecução dos objectivos indicados, após a caracterização dos edifícios alvo, foi realizada uma investigação experimental seguindo três vectores: a determinação das propriedades das alvenarias e dos seus componentes; a avaliação do comportamento dos painéis de alvenaria para fora do plano quando sujeitos a dano prévio no plano; e a avaliação do comportamento dos edifícios alvo sujeitos a ensaios dinâmicos em mesa sísmica. Para esclarecimento dos resultados obtidos pela via experimental, foram realizados estudos paramétricos na procura de modelos analíticos simples que pudessem descrever o comportamento no plano e para fora do plano das paredes de preenchimento, permitindo deste modo prever a sua capacidade resistente, para diversas soluções construtivas e de geometria Da investigação realizada foi concluído que na resposta mecânica no plano dos painéis de alvenaria quando solicitados horizontalmente é possível estabelecer uma sequência de dano relacionada com a curva de capacidade do painel, verificando-se que, geralmente, são os interfaces os principais responsáveis pela entrada do painel em regime não linear, seguindose- lhe o dano observado na zona corrente da alvenaria, variando entre a fendilhação diagonal e o esmagamento dos cantos superiores, e por fim, a rotura das ligações da viga com o pilar. Por outro lado, para fora do plano, a solução construtiva não rebocada foi a que apresentou a menor resistência do conjunto dos painéis ensaiados. As soluções construtivas de alvenaria com reboco armado e de alvenaria rebocada com juntas de assentamento armadas, foram aquelas que apresentaram as maiores capacidades resistentes, sendo este acréscimo de resistência conseguido à custa do reboco e da armadura. Em situação intermédia ficaram as soluções de parede dupla rebocada nas faces exteriores dos panos. Da investigação experimental realizada na mesa sísmica foi concluído que o modelo com a estrutura de betão armado dimensionada com recurso à actual regulamentação nacional, com uma envolvente constituída por dois panos rebocados de alvenaria, teve um comportamento sísmico claramente inferior aos modelos dimensionados segundo a regulamentação europeia, com a envolvente constituída por alvenaria simples rebocada e armada. O trabalho de investigação permitiu também, o desenvolvimento de uma metodologia de dimensionamento, apoiada nos resultados obtidos e na pesquisa realizada acerca do estado da arte, relativamente ao comportamento dos painéis no plano e para fora do plano que poderá servir de base para a verificação da estabilidade em projectos de edifícios novos ou a reabilitar.The building envelope in Europe is usually made of masonry walls, with enclosure and infill functions. Masonry walls have a major economic importance and contribute significantly to the building performance. Even if infill walls have no load-bearing function, they contribute significantly to the seismic behavior of buildings. Therefore, their adequate structural performance is needed, avoiding the occurrence of severe in-plane damage, with very large economic losses, and the out-of-plane expulsion, which additionally represents a large hazard for human life. Recent earthquake codes in Europe require the safety assessment of non-structural elements (parapets, veneer masonry walls, infill walls, etc.), when their collapse entails danger for people or for the main structure. The Eurocode standards, entering the mandatory stage now, incorporate new requirements to be fulfilled by buildings or their parts. Such is the case of masonry infilled RC frames whose panels, according to Eurocode 8, are explicitly required to withstand the out-of-plane movement induced by earthquakes. Appropriate measures should be taken to avoid brittle failure and premature disintegration of the infill walls, as well as the partial or total out-of-plane collapse of slender masonry panels. The analysis of buildings constructed in the last 20 years, designed following modern standards, may lead to worrying conclusions. Images of out-of-plane expulsions and severe in-plane damage of infill walls in recent seismic activities around the world reminded engineers of the consequences of bad practice, wrong solutions or inadequate design. This work presents the experimental work and results achieved by applying cyclic out-of-plane loads to damaged masonry infilled RC frames. The masonry panels were previously damaged by applying an in-plane cyclic load after which the cyclic out-of- plane loads were applied. The frames and panels tested follow the traditional Portuguese RC structure construction system to which different types of reinforcement have been introduced in the panels. In order to achieve the proposed goals a residential building characterization was carried out in Portugal and it has focused in the buildings envelope and its structure so that representative samples could be studied. As a result, three models were built: a model which represents the Portuguese traditional buildings since the nineteen-eighties which has a reinforced concrete structurale design according to present codes and cavity walls plastered as envelope solution; two models designed according to European legislation which aim to be a future solution where both are reinforced concrete frame with infilled masonry with either bed joint reinforcement or masonry infilled panels with external reinforcement. An experimental campaign was carried out in order to determine: the masonry properties; outplane panel behavior with previous in-plane damage; and building behavior subjected to dynamic tests performed in the shaking table. Parametric tests were also conducted, to establish analytical models able to reproduce in-plane and out-plane behavior leading to an estimated load bearing capacity for each model. It was concluded that panels subjected to horizontal in-plane loads got a damage condition correlated to the load bearing panel capacity. It was noticed that the interfaces masonry/concrete behavior leads the panel to the nonlinear stage and thereafter masonry cracks in diagonal patterns occur and corners got crushed, until column and beam connection finally fails. For the out-plane tests, traditional walls had the weaker performance and both reinforced solutions had higher loadbearing capacity. From the dynamic experimental campaign performed in the shaking table it was concluded that the traditional walls had clearly a weaker resistance than the reinforced models designed according to the European coded. These studies also made possible the development of a design method, supported by the presented results and in-plane and out-plane behavior of reinforced concrete frames with masonry infill state of the art, can be used to verify the masonry infill stability.Aguiar, J. L. Barroso deLourenço, Paulo B.Camões, AiresUniversidade do MinhoPereira, Manuel Fernando Paulo2013-07-162013-07-16T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/25612por101252757info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T05:46:11Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/25612Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:29:16.039095Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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