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Avaliação estrutural de edifícios antigos DREAM DEC, IPViseu, 01/04/2012 Luís Martins (Dep. Projecto, Martifer Alumínios)

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  • Avaliao estrutural de

    edifcios antigos

    DREAM DEC, IPViseu, 01/04/2012

    Lus Martins (Dep. Projecto, Martifer Alumnios)

  • Sumrio:

    1. Paredes de alvenaria em edifcios antigos

    2. Materiais de construo em alvenaria

    3. Comportamento mecnico de alvenaria: compresso

    4. Comportamento mecnico de alvenaria: corte

    5. Mecanismos fora-do-plano

    6. Mecanismos no plano

    7. ASPAS 1.1

  • 1- Paredes de alvenaria em edifcios

    antigos

    Diversidade de paredes multiplicidade de

    classificaes de paredes

    Objectivo: Agrupar para conquistar! sistematizao do uso de tipologias definidas optimiza os recursos necessrios anlise estrutural simplificada

  • 1- Paredes de alvenaria em edifcios

    antigos

  • 1- Paredes de alvenaria em edifcios

    antigos

  • 1- Paredes de alvenaria em edifcios

    antigos

  • 1- Paredes de alvenaria em edifcios

    antigos

  • 1- Paredes de alvenaria em edifcios

    antigos

  • 1- Paredes de alvenaria em edifcios

    antigos

    extremamente importante a ligao entre os

    panos de alvenaria

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

    Alvenaria: associao de um conjunto de unidades de alvenaria (tijolos, blocos, pedras, etc.) e ligante(s) que resulta num material compsito que possuiu propriedades mecnicas intrnsecas capaz de constituir elementos estruturais

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

    Materiais ptreos: Essenciais alvenaria: principal material em peso,

    em volume, e em importncia.

    O tipo de pedra utilizado fortemente condicionado pela geologia do local onde se encontra o edifcio, a qualidade dessa mesma pedra, e a acessibilidade e distncia de locais com rochas mais resistentes.

    frequente a heterogeneidade das pedras utilizadas num conjunto habitacional, ou at mesmo num nico edifcio.

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

    Materiais ptreos: A qualidade das pedras utilizadas era muito

    dspar, inclusive num mesmo edifcio.

    as pedras podiam ser muito trabalhadas ou, pelo contrrio, serem utilizadas tal qual aparecem na natureza.

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

    Materiais ptreos: As pedras de cantaria, substancialmente mais

    caras que as pedras ditas ordinrias, eram normalmente destinadas ao guarnecimento de vos, enquanto as pedras com acabamento mais grosseiro eram destinadas a incorporarem a parede propriamente dita.

    Quase exclusivamente em edifcios monumentais, nomeadamente igrejas, as paredes eram constitudas por cantaria na totalidade do seu perfil ou apenas nos panos exteriores.

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

    Argamassas: Generalidade das argamassas tradicionais

    constitudas principalmente por cal area;

    Os adjuvantes mais comuns so o gesso e pozolanas (ligantes hidrulicos naturais ou artificiais);

    Os agregados mais usados na antiguidade foram as areias fluviais.

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

    Argamassas:

  • 2- Materiais de construo em alvenaria

    Madeiras: A madeira pode ter duas utilizaes principais em

    edifcios antigos de alvenaria:

    em elementos de madeira incorporados no seio das paredes de alvenaria,

    como elementos estruturais acessrios superestrutura, como o caso dos pavimentos, coberturas e paredes no resistentes (tabiques, etc.).

    Usos comum aps o sismo de 1755.

    Principais espcies encontradas nos edifcios antigos em Portugal: carvalho, o castanho, o pinho e a casquinha.

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    A resistncia compresso talvez o valor mais importante para a caracterizao de uma alvenaria.

    uma propriedade do material, e no da parede.

    Assume-se um estado uniaxial de compresso, embora muitas vezes o estado de tenso seja triaxial na maior parte do volume da parede (nomeadamente no interior de paredes muito espessas).

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    A resistncia compresso uma propriedade extremamente varivel espacialmente:

    A variao num mesmo edifcio bastante significativa; o EC6 toma esta disperso em considerao, e aconselha valores mnimos de amostragem que influenciam directamente os resultados da anlise estrutural atravs de incluso de factores de segurana distintos;

    A utilizao de valores mdios poder ser conduzir a sobredimensionamentos de partes considerveis dos edifcios.

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    Estudos realizados em alvenarias portuguesas apresentam intervalos de resistncia compresso entre 0,40 e 1,00 MPa, sendo estes valores coincidentes com indicaes presentes em estudos no estrangeiro.

    Estudos sobre paredes pombalinas da baixa lisboeta forneceram valores de resistncia compresso de 0,8 a 1,5 MPa para paredes de taipal e 3 a 5 MPa para enxilharia.

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    A determinao terica da resistncia compresso de alvenaria de pedra ainda uma rea pouco desenvolvida, e de resultados pouco fiveis.

    Existem 2 mtodos de determinao terica da resistncia compresso: mtodos simplificados (terico, emprico-tericos ou empricos), e mtodos numricos (FEM e DEM).

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    Os mtodos simplificados utilizam uma srie de caractersticas dos componentes da alvenaria de modo a determinar a resistncia compresso, fk.

    Os valores mais importantes para esta determinao so a resistncia compresso dos elementos de alvenaria e da argamassa, e os mdulos de elasticidade respectivos.

    Outros valores podem ter influncia significativa em determinadas metodologias.

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    Os mtodos simplificados apresentam grande disperso de resultados, e um valor mdio significativamente superior ao previsvel dada a tipologia da alvenaria e ao conhecimento emprico adquirido com campanhas de ensaios.

    Os mtodos numricos contnuos, que se baseiam no mtodo de elementos finitos, podem ser homogneos ou heterogneos, consoante fazem distino entre os vrios elementos que compem a alvenaria.

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    Os mtodos contnuos apresentam tambm valores superiores aos reais da alvenaria que simulam, embora sejam mais fiveis que os mtodos simplificados.

    Os mtodos numricos descontnuos, que utilizam mtodos de elementos discretos, esto ainda pouco aplicados modelao de alvenarias, pelo que ainda no se podem fazer consideraes sobre a sua fiabilidade.

    Apresentam no entanto um grande inconveniente: necessitam de parmetros de muito difcil determinao experimental!

  • 3- Comportamento mecnico de

    alvenaria: compresso

    Concluses: Com o actual conhecimento de modelao, os

    mtodos simplificados e numricos para determinao da resistncia compresso de alvenaria de pedra no apresentam resultados fiveis;

    Conseguem no entanto ter mais eficcia no caso de alvenarias modernas!

    Devem portanto ser usados sempre como complemento/verificao de valores reais da alvenaria em estudo, ou de alvenarias similares.

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte A resistncia ao corte de uma alvenaria uma

    caracterstica extremamente importante no seu comportamento, especialmente quando se efectuam verificaes envolvendo uma componente horizontal considervel (aco ssmica).

    A resistncia ao corte depende fortemente do estado de tenso da alvenaria.

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte O modelo mecnico mais utilizado o de Mohr-

    Coulomb, em que a resistncia ao corte directamente proporcional tenso de compresso do material, neste caso a alvenaria.

    Este modelo tem o inconveniente de no considerar um valor mximo para a resistncia ao corte, no coincidindo com os resultados experimentais.

    Embora no sendo fivel para tenses de compresso considerveis, este modelo pode ser utilizado com segurana para os estado de tenso em que as estruturas correntes se encontram.

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte O modelo de Turnsek-Cacovic prev tambm

    uma nica curva para a relao tenso de compresso-resistncia ao corte, embora esta seja aproximadamente uma parbola.

    Os modelos mais evoludos, em que se destacam os de Berndt e de Mann-Muller, prevm 3 zonas distintas para a resistncia ao corte.

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte A primeira zona corresponde a uma relao

    linear (modelo de Mohr-Coulomb).

    A segunda zona um patamar (modelo de Berndt) ou uma recta com declive positivo (modelo de Mann-Muller).

    O valor mximo de resistncia ao corte atingido nesta 2 zona do modelo.

    A terceira fase do modelo corresponde a uma diminuio brusca da tenso resistente ao corte, desde o valor mximo at a um valor nulo.

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte O modelo de Mohr-Coulomb o utilizado no

    EC6, para alvenarias modernas, atravs da expresso

    Em que a tenso resistente ao corte, c a coeso (resistncia ao corte sob tenso de compresso nula), =tan() o coeficiente de atrito ( o ngulo de atrito interno da alvenaria), e a tenso

    actuante de compresso.

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte O EC6 considera sempre =0,4 para alvenaria de

    blocos. O valor de =0,4 pode ser conservativo, como nos

    casos descritos por Vasconcelos e Loureno (2006), em que pode chegar a 0,65 para paredes de alvenaria de pedra natural, quer de junta seca quer de junta preenchida com argamassa de baixa resistncia.

    A coeso ronda normalmente valores entre 100 e 150 KPa para alvenarias antigas de pedra, embora seja um parmetro extremamente varivel, e altamente dependente das juntas da alvenaria (disposio e preenchimento).

  • 4- Comportamento mecnico de

    alvenaria: corte O EC6 considera sempre =0,4 para alvenaria de

    blocos. O valor de =0,4 pode ser conservativo, como nos

    casos descritos por Vasconcelos e Loureno (2006), em que pode chegar a 0,65 para paredes de alvenaria de pedra natural, quer de junta seca quer de junta preenchida com argamassa de baixa resistncia.

    A coeso ronda normalmente valores entre 100 e 150 KPa para alvenarias antigas de pedra, embora seja um parmetro extremamente varivel, e altamente dependente das juntas da alvenaria (disposio e preenchimento).

  • 5- Mecanismos cinemticos

    Existem 2 grupos de modos de ruptura de paredes de alvenaria antiga:

    Mecanismos fora-do-plano

    Mecanismos no plano

    Os mecanismos fora-do-plano consistem fundamentalmente em tombamento de paredes.

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

    Pode-se tambm incluir neste grupo a flexo fora-do-plano, embora no seja usualmente considerada dado no ser um mecanismo preponderante para a ruptura das paredes antigas.

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

    A verificao da segurana fora-do-plano efectuada atravs do uso de modelos cinemticos.

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

    Estes consistem numa comparao da aco ssmica actuante na parede (materializada por uma acelerao horizontal) com a acelerao mnima necessria para levar ao tombamento da parede.

    Esta verificao feita atravs do coeficiente de colapso c:

    ca/g

    Em que a a acelerao ssmica do local e g a acelerao da gravidade, ambas em m/s2.

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

    O coeficiente de colapso c o valor mnimo da acelerao ssmica/acelerao da gravidade necessrio para que o momento derrubador seja superior ao momento estabilizador da parede.

    Caso ca/g ento a parede entra em colapso atravs do tombamento da parede.

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

    O coeficiente de colapso uma caracterstica de cada parede, e no depende do local onde esta se encontra.

    Dada a dificuldade de estabelecer expresses que forneam c para cada parede a analisar, existem frmulas gerais, que cobrem a maioria dos tipos de tipologias de parede existentes, e que permitem calcular o coeficiente de colapso atravs das caractersticas dimensionais e estruturais do elemento a analisar.

  • 5- Mecanismos fora-do-plano

    Um exemplo de uma dessas expresses :

  • 6- Mecanismos no plano

    Os mecanismos no plano normalmente passveis de ocorrncia em paredes de alvenaria de pedra so:

    Corte no plano

    Encurvadura

    A resistncia ao esforo de corte no plano da parede depende do tipo de ruptura que a parede ir sofrer, e por conseguinte das foras exteriores nela aplicadas, bem como das suas condies de apoio.

  • 6- Mecanismos no plano

    Definem-se usualmente 3 tipos de ruptura por corte em paredes de alvenaria:

  • 6- Mecanismos no plano

    No existem limites rgidos definidos para os trs modos propostos, sendo por vezes nebulosa a distino entre eles.

    possvel no entanto estabelecer alguns guias de previso do modo de ruptura, de acordo com a geometria do painel e as cargas neles instaladas:

  • 6- Mecanismos no plano

    ruptura por flexo-compresso: ocorre normalmente em painis esbeltos e com compresses verticais pequenas;

  • 6- Mecanismos no plano

    ruptura por cisalhamento-escorregamento: ocorre geralmente em painis abatidos e com compresses verticais pequenas;

  • 6- Mecanismos no plano

    ruptura por cisalhamento com fissurao diagonal: ocorre em painis no muito esbeltos nem muito abatidos (ou seja, aproximadamente quadrados), e para compresses verticais mdias a elevadas.

  • 6- Mecanismos no plano

    O EC6 apresenta algumas expresses para a determinao da fora horizontal resistente de um painel de alvenaria, para os trs modos referidos.

    Apenas se consideram resistentes as paredes que cumprirem os seguintes requisitos:

  • 6- Mecanismos no plano

    O fenmeno de encurvadura em paredes no normalmente determinante para a estabilidade a curto prazo, sendo no entanto o mecanismo mais comum de deformao de paredes de alvenaria antiga na ausncia de aces ssmicas.

    Os modelos mais utilizados consideram que as paredes so monolticas, de uma nica folha, com ligao eficaz entre os diversos constituintes da alvenaria, e considerando a parede plana.

    Estes pressupostos no so muitas vezes confirmados pela realidade, pelo que as verificaes devem ser utilizadas com precauo.

  • 6- Mecanismos no plano

  • 6- Mecanismos no plano

    A verificao contida no EC6 compara a fora axial actuante na estrutura com a fora axial resistente, por faixas de metro.

    A fora axial resistente consiste na tenso resistente compresso multiplicada pela espessura da parede (obtendo assim a fora resistente nessa faixa de metro de parede), reduzido pelo coeficiente de reduo da capacidade .

  • 6- Mecanismos no plano

    O coeficiente de reduo da capacidade entra em linha de conta a fluncia, as excentricidades das cargas, defeitos de construo, e a esbelteza da parede.

  • 9- ASPAS 1.1

    ASPAS: Anlise Simplificada de Paredes de Alvenaria Simples de pedra

    O ASPAS um pequeno aplicativo para PC cujo objectivo fornecer ferramentas para uma avaliao expedita e simplificada de estruturas de alvenaria antiga.

  • 9- ASPAS 1.1

    O ASPAS inclui os seguintes mdulos: determinao de propriedades mecnicas da

    alvenaria,

    verificaes simplificadas de edifcios,

    avaliao do comportamento fora-do-plano de paredes por modelos cinemticos,

    verificao do esforo de corte no plano,

    verificao do esforo axial.

  • 9- ASPAS 1.1

    O ASPAS possui dentro do seu cdigo a dissertao de mestrado Desenvolvimento de ferramenta de clculo para uma avaliao expedita de estruturas de alvenaria antiga de pedra, onde so abordados de forma mais aprofundada os contedos constantes nesta apresentao, bem como um manual do utilizador, onde explicada em detalhe a metodologia de funcionamento do software.

  • 9- ASPAS 1.1