Estudo Sísmico de Edifícios Antigos Engenharia Civil

128 Pages·2009·3.33 MB·Portuguese

Estudo Sísmico de Edifícios Antigos
Reforço e análise não linear

Diogo Filipe de Sousa Micael Pereira

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil

Júri
Presidente: Prof. José Manuel Matos Noronha da Câmara
Orientador: Prof. António Manuel Candeias de Sousa Gago

Vogal: Prof. Luís Manuel Coelho Guerreiro

Novembro 2009

Agradecimentos
Agradecimentos

Ao Professor António Sousa Gago pela orientação neste trabalho.
À minha família por todo o apoio e interesse demonstrados.

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Resumo
Resumo
A consciência da importância social e cultural da preservação do património histórico conduz a
uma responsabilidade colectiva de salvaguarda dos edifícios antigos. Para que os edifícios antigos
possam perdurar é necessário mitigar o efeito do envelhecimento dos materiais, das marcas de
utilização e das anomalias resultantes de catástrofes naturais. É neste âmbito que surge o reforço
sísmico e a ponderação das fases que devem pautar seu procedimento.
Em Portugal, a entrada em vigor dos Eurocódigos constitui um primeiro passo para a
regulamentação do reforço sísmico de edifícios de estrutura em alvenaria e madeira, recuperando o
interesse da comunidade por técnicas construtivas tradicionais, como é testemunhado por esta
dissertação de Mestrado.
O presente documento é iniciado com uma caracterização estrutural dos edifícios antigos,
estudando as propriedades dos seus materiais, os seus sistemas construtivos e os seus mecanismos
de colapso. Posteriormente, efectua-se uma resenha das técnicas de reforço mais comuns,
especificando campos de aplicação em função dos objectivos pretendidos.
Como as boas práticas de projecto ditam que o reforço de edifícios, em particular os de alvenaria
estrutural, seja tanto de índole experimental como numérica, o documento incide sobretudo na
análise não linear de edifícios antigos. Na segunda parte da dissertação, duas paredes de um edifício
do Século XIX da cidade de Catania são idealizadas em pórticos equivalentes. Os modelos
numéricos são submetidos a uma análise estática não linear – Static Pushover Analysis – e a uma
análise dinâmica não linear – Incremental Dynamic Analysis.
A presente dissertação de Mestrado pretende contribuir para o desenvolvimento e divulgação de
uma modelação numérica rápida e eficaz, aplicável a análises estáticas e dinâmicas não lineares,
num software corrente (SAP2000 ®). Estas análises devem constituir a base da concepção do reforço
sísmico de paredes de alvenaria de edifícios antigos.

Palavras-chave: edifício antigo; alvenaria; reforço sísmico; análise dinâmica não linear.
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Abstract
Abstract
Society’s social and cultural awareness for the importance of historic buildings is leading to a
generalized effort for preservation. Most ancient buildings desperately need retrofit in order to mitigate
the effects of material aging, of intensive use and of the pathologies resultant from natural disasters.
The systemization of seismic retrofitting is the expected course of action.
In Portugal, the implementation of the Eurocodes represents the first step towards the regulation of
seismic retrofit of ancient wood and masonry buildings and is being accompanied by the recovery of
traditional constructive techniques, as this Master’s thesis witnesses.
In the first part of this paper, a structural characterization of ancient buildings is established by
studying its material properties, its building systems and its collapse mechanisms. Afterwards, the
most common strengthening methodologies are reviewed, specifying its employability according to its
purpose’s fulfilment.
For a successful design of seismic strengthening, the proceeding ought to be based on
experimental and numerical studies. Thus, this paper mainly focuses on the assessment of ancient
building’s non linear behaviour. Therefore, in the second part of this paper, two walls of a 19th Century
building of the city of Catania are idealized into equivalent frames. The numerical models are
submitted to a non linear Static Pushover Analysis and to a non linear Incremental Dynamic Analysis.
The main purpose of the present paper is to contribute to the development and discloser of a
numerical model to easily and efficiently perform non linear static and dynamic analyses of ancient
masonry buildings, on current software (SAP2000 ®). The strengthening design ought to be based on
this sort of analyses.

Keywords: ancient building; masonry; seismic retrofit; non linear dynamic analysis.
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Índice

Índice de Figuras..................................................................................................................................ix
Índice de Tabelas................................................................................................................................xiii

1. Introdução......................................................................................................................................1

PARTE 1 – CARACTERIZAÇÃO E REFORÇO DE EDIFÍCIOS ANTIGOS
2. Caracterização Estrutural de Edifícios Antigos.........................................................................5
2.1. Introdução..................................................................................................................................5
2.2. Materiais....................................................................................................................................6
2.2.1 Alvenaria.............................................................................................................................7
2.2.2 Madeira.............................................................................................................................10
2.3. Sistemas Construtivos de Paredes de Alvenaria....................................................................12
2.4. Mecanismos de Colapso de Paredes de Alvenaria.................................................................14
2.5. Avaliação da Resistência de Panos de Parede de Alvenaria.................................................17

3. Reforço Sísmico de Edifícios Antigos.......................................................................................19
3.1. Introdução................................................................................................................................19
3.2. Patologias de Paredes de Alvenaria........................................................................................21
3.3. Técnicas de Reforço de Paredes de Alvenaria.......................................................................22
3.3.1 Adição de Elementos Metálicos (Pregagens)...................................................................22
3.3.2 Adição de Reboco Armado...............................................................................................24
3.3.3 Adição de Elementos de Material Compósito (FRP)........................................................25
3.3.4 Injecção de Formulações Ligantes...................................................................................27
3.3.5 Outras Técnicas................................................................................................................30

PARTE 2 – ANÁLISE DO COMPORTAMENTO SÍSMICO NÃO LINEAR DE EDIFÍCIOS ANTIGOS
4. Modelação Numérica do Comportamento Sísmico..................................................................33
4.1. Introdução................................................................................................................................33
4.2. Regulamentação......................................................................................................................35
4.3. Geometria do Modelo..............................................................................................................39
4.4. Metodologia de Análise utilizando o Sap2000 ®.....................................................................40
4.4.1 Modelação........................................................................................................................41
4.4.2 Análise Estática – Static Pushover Analysis (SPO).........................................................49
4.4.3 Análise Dinâmica Incremental – Incremental Dynamic Analysis (IDA)............................50
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5. Análise Estática Equivalente através do SAP2000 ®...............................................................53
5.1. Introdução................................................................................................................................53
5.2. Descrição do Edifício...............................................................................................................54
5.3. Análise da Parede A................................................................................................................57
5.4. Análise da Parede B................................................................................................................63
5.5. Discussão de Resultados........................................................................................................67
5.5.1 Parede A...........................................................................................................................67
5.5.2 Parede B...........................................................................................................................70
5.5.3 Conclusão.........................................................................................................................73

6. Análise Dinâmica Incremental através do SAP2000 ®............................................................75
6.1. Introdução................................................................................................................................75
6.2. Análise da Parede A................................................................................................................78
6.3. Análise da Parede B................................................................................................................81
6.4. Discussão de Resultados........................................................................................................83
6.4.1 Conclusão.........................................................................................................................85

7. Considerações Finais..................................................................................................................87
7.1. Introdução................................................................................................................................87
7.2. Conclusão................................................................................................................................87
7.3. Desenvolvimentos Futuros......................................................................................................89

8. Bibliografia...................................................................................................................................91

ANEXOS
A. Caracterização Estrutural de Edifícios Antigos......................................................................A.1
A.1. Mecanismos de Colapso........................................................................................................A.1

B. Reforço Sísmico de Edifícios Antigos......................................................................................B.1
B.1. Adição de Reboco Armado.....................................................................................................B.1
B.2. Injecção de Formulações Ligantes.........................................................................................B.2

C. Análise Estática Equivalente através do SAP2000 ®..............................................................C.1
C.1. Análise da Parede A...............................................................................................................C.1
C.2. Análise da Parede B...............................................................................................................C.4

D. Análise Dinâmica Incremental através do SAP2000 ®...........................................................D.1
D.1. Análise das Paredes...............................................................................................................D.1
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