Avaliação de soluções de reforço para edifícios com r/c vazado

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1 Avaliação de soluções de reforço para edifícios com r/c vazado André Furtado Aníbal Costa Humberto Varum Hugo Rodrigues Investigador Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Portugal Professor Catedrático Universidade de Aveiro Portugal Professor Associado com Agregação Universidade de Aveiro Portugal Professor Adjunto ESTG - Instituto Politécnico de Leiria Portugal hugo.f.rodrigues@ipleiria.pt SUMÁRIO A avaliação e o reforço de edifícios existentes de betão armado, por forma garantir a sua segurança face a uma dada ação sísmica, é um tópico de elevada importância e premência, como comprovado nos recentes sismos ocorridos por todo mundo, e particularmente em países do sul da Europa. O objetivo principal deste trabalho é o estudo da eficiência de diferentes técnicas de reforço aplicadas a dois edifícios de betão armado com paredes de alvenaria de enchimento com comportamento potencialmente condicionado pelo mecanismo tipo soft-storey. Após avaliada a sua vulnerabilidade foram adotadas diferentes técnicas de reforço nos modelos numéricos, nomeadamente: encamisamento de pilares recorrendo ao betão armado, adição de paredes resistentes de betão armado e introdução de contraventamentos metálicos com e sem elementos dissipadores de energia. Palavras-chave: Edifícios de betão armado, paredes de alvenaria de enchimento, softstorey, vulnerabilidade sísmica, técnicas de reforço 1. INTRODUÇÃO A qualidade do património construído assume um papel fundamental na qualidade da vida das pessoas dado que estas interagem continuamente com espaços construídos quer no trabalho ou em lazer. Em particular a segurança dos edifícios é uma exigência funcional JPEE Instruções para formatação dos textos 1

2 da sociedade civil e permanece uma grande preocupação em zonas sismicamente ativas. Sismos recentes como os de Sichuan (República Popular da China) em 2008, o de Áquila (Itália) em 2009, o de Porto Príncipe (Haiti) em 2010 e o de Lorca (Espanha) em 2011 têm demonstrado que alguns edifícios de betão armado com paredes de alvenaria de enchimento possuem uma elevada vulnerabilidade face a ações sísmicas. Tem-se verificado que a regulamentação para o dimensionamento e verificação da segurança às ações sísmicas das estruturas é fundamental para a redução do risco sísmico dos edifícios, mas não é suficiente. Se a regulamentação para o cálculo estrutural não for corretamente aplicada na conceção do projeto, ou se não existir um apropriado controlo durante a execução da construção podem-se conceber estruturas vulneráveis face a este tipo de ações. Por forma a garantir uma boa resposta estrutural face às ações sísmicas é necessário garantir a qualidade quer do projeto quer da construção. Sismos recentes têm comprovado que a qualidade destas duas vertentes, em especial da qualidade da construção é altamente condicionante do desempenho global da estrutura face a estas ações [1]. Os edifícios em Portugal possuem na sua maioria paredes de alvenaria de enchimento e mesmo sendo um elemento relativamente frágil, desprezar a sua contribuição na resposta estrutural quando solicitada por uma ação sísmica poderá não ser uma medida pelo lado da segurança, podendo reduzir drasticamente o período da estrutura agravando assim a solicitação esperada, assim como podem introduzir mecanismos no edifício inesperados (Figura 1) [2]. Irregularidades de rigidez, massa ou resistência quer em planta quer em altura podem resultar numa distribuição das forças e da deformação muito diferentes daquelas que surgem em edifícios regulares quando sujeitos a ações sísmicas [3]. Um tipo de irregularidade muito comum nos edifícios é a existência de pisos vazados (nomeadamente o piso térreo) para a localização de estacionamentos, lojas ou simplesmente por opções arquitetónicas. Os pisos onde se verifica este tipo de irregularidade assumem-se como os pisos mais vulneráveis do edifício onde ocorre o mecanismo de soft-storey. Os pilares destes pisos quando sujeitos a uma ação sísmica sofrem um deslocamento muito elevado podendo originar levar mesmo originar o seu colapso [4]. O mecanismo de soft-storey é caracterizado pela concentração do deslocamento num determinado piso onde se verifique irregularidade a nível de rigidez (quer seja de elementos estruturais ou não estruturais) podendo dar origem ao colapso do mesmo. a) b) c) Figura 1. Danos em edifícios de betão armado com paredes de alvenaria a) Colapso para fora-do-plano [5] b) Fissuração diagonal [5]. c) Mecanismo de soft-storey [6]. Ao longo do presente trabalho serão estudados dois edifícios de betão armado com résdo-chão vazado e comportamento potencialmente condicionado pelo mecanismo tipo softstorey. Será realizado um estudo da influência da presença das paredes de alvenaria de enchimento na resposta estrutural dos edifícios e após avaliada a vulnerabilidade sísmica JPEE Instruções para formatação dos textos 2

3 foram adotadas nos modelos numéricos diferentes técnicas de reforço, nomeadamente: encamisamento de pilares recorrendo ao betão armado, adição de paredes resistentes de betão armado e introdução de contraventamentos metálicos com e sem elementos dissipadores de energia. 2. CASOS DE ESTUDO O estudo da vulnerabilidade sísmica de edifícios existentes em zonas urbanas sujeitas a um risco sísmico alto/moderado é extremamente importante para avaliação da segurança de acordo com os atuais regulamentos nacionais e internacionais. O elevado número de edifícios existentes em Portugal construídos na década de 50 tem a característica particular, já mencionada anteriormente, que tem revelado um comportamento deficiente em edifícios danificados por sismos recentes. Assim, os casos de estudo correspondem a um edifício existente de habitação situado em Lisboa, denominado edifício IS, construído na década de 50 (Figura A) e a um edifício estudado pelo LNEC no âmbito dimensionamento sísmico de edifícios comum ao construído na época denominado PT8 [7]. Ambos os edifícios são de betão armado com r/c vazado e são representativos do tipo de construção na época designada de Arquitetura de Le Corbusier que assentava em 5 pontos fundamentais: construção assente sobre pilotis; terraço-jardim; planta livre da estrutura; fachada livre da estrutura e janela em fita [8]. 2.1 Descrição dos edifícios estudados O edifício IS possui uma geometria retangular de 11.1m de largura por 47.40m de comprimento (Figura 2) e uma altura correspondente a 8 pisos mais a altura dos pilares do r/c perfazendo uma altura total de 27.40m. Estruturalmente o edifício é composto por 12 pórticos planos transversais de betão armado distanciados de 3.80m entre si. Cada pórtico é suportado por 2 pilares e uma viga em consola de cada lado. Uma característica particular que condiciona o comportamento estrutural deste edifício trata-se da ausência de paredes de alvenaria de enchimento ao nível do rés-do-chão estando assim o edifício suspenso sobre os pilares neste piso [9]. É apresentado na Figura 2a e 2b a visão geral do edifício na realidade e no modelo numérico respetivamente e por fim na Figura 2c é apresentada a planta do edifício. a) b) c) Figura 2. Caso de estudo Edifício IS a) Visão geral b) Modelo Numérico c) Dimensões em planta. O edifício PT8 é um edifício modelo dimensionado pelo LNEC com o objetivo final de demonstrar aplicação de novos regulamentos de dimensionamento tendo em conta a ação JPEE Instruções para formatação dos textos 3

4 sísmica em Portugal [10]. As dimensões em planta são 15m de largura por 20 metros de comprimento, tendo a altura corresponde a 8 pisos de 3m cada. Foi realizada uma adaptação e adicionaram-se paredes de alvenaria, expecto no r/c, com o objetivo de avaliar o efeito da presença destes elementos não estruturais quando sujeitos a uma ação sísmica. É apresentado na Figura 3a e 3b a visão geral do modelo numérico e a planta do edifício respetivamente. b) a) Figura 3. Caso de estudo Edifício PT8 a) Modelo Numérico b) Dimensões em planta. 2.2 Modelação numérica Para simular o comportamento estrutural do edifício em estudo foi utilizado o programa SeismoStruct [11]. Este programa utiliza o modelo de fibras baseado em elementos finitos, com elementos de barra planos. A não linearidade material está explicitamente representada nesta formulação através este modelo que permite a extensão da inelasticidade não só ao longo do desenvolvimento do elemento mas também pela sua secção transversal e assim como a precisa definição da distribuição do dano estrutural. Por forma a representar o comportamento não linear do betão utilizou-se a lei de comportamento de Mander et al [12] e para o aço a lei de comportamento não linear proposta por Menegotto-Pinto [13]. Na modelação numérica das paredes de alvenaria de enchimento foi utilizado o macro modelo da dupla biela diagonal equivalente proposto por Crisafulli e validado por Smyrou [14, 15], como se pode observar na Figura 4. Figura 4. Modelo proposto por Crisafulli (adaptado de [14]). Os resultados apresentados no presente artigo serão apenas referentes ao edifício IS por se tratar de um edifício existente e por se terem verificado conclusões semelhantes para ambos os edifícios. O edifício IS foi analisado nas suas direções principais através de um modelo tridimensional. A validação do modelo numérico foi efetuada através da comparação JPEE Instruções para formatação dos textos 4

5 das medidas das frequências naturais in situ e dos valores das frequências obtidas com os modelos numéricos. Para a modelação numérica foram consideradas constantes as ações verticais distribuídas nas vigas por forma a simular as ações gravíticas respetivas ao peso dos elementos de betão armado e das paredes de alvenaria e também às ações quasepermanentes correspondentes a um edifício de habitação, perfazendo um total de 8.0kN/m 2. A massa da estrutura é assumida como concentrada ao nível dos pisos, sendo que cada piso possui a massa correspondente a metade do peso próprio dos seus elementos estruturais e não estruturais somados às ações quase-permanentes, sendo no total 4Mtons. 3. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA PRESENÇA DAS PAREDES DE ALVENARIA DE ENCHIMENTO A influência da presença das paredes de alvenaria de enchimento na resposta estrutural do edifício face a uma dada ação sísmica foi avaliada através comparação do valor das frequências fundamentais do edifício e da realização de análises não lineares estáticas pushover (uniforme, triangular e adaptativo) com e sem a presença destes mesmos elementos. De seguida foi realizada a avaliação da vulnerabilidade sísmica recorrendo a análises não lineares dinâmicas, através da colocação de acelerogramas que impunham ao edifício acelerações relativas a uma série de sismos escalados para cada período de retorno relativos a um cenário de médio/alto risco europeu. Os resultados serão avaliados em termos de drift máximo do piso 1, corte basal máximo e energia dissipada máxima, sendo o primeiro destes confrontado com limites propostos por recomendações internacionais para avaliar a segurança estrutural do edifício quando sujeito a ações sísmica. 3.1 Resultados das análises não lineares estáticas - Pushover Os resultados das análises pushover permitem afirmar que a presença das paredes de alvenaria de enchimento introduziu um drift concentrado no piso 1 sendo o dos pisos restantes significativamente mais reduzidos. Na Figura 5a está ilustrada a envolvente de drifts máximos resultantes das análises pushover do edifício com (RCV) e sem paredes (BF) de enchimento, e verificou-se que sem as paredes de enchimento os pisos mais vulneráveis são o 1, 2 e 7 na direção longitudinal e os pisos 3 e 8 na direção transversal. Este tipo de mecanismo não seria verificado caso as paredes de enchimento não tivessem sido consideradas na modelação numérica. As curvas de capacidade resultantes das análises pushover, ilustradas na Figura 5b, mostram que o modelo BF possui uma menor rigidez inicial, 30% menos capacidade resistente e maior ductilidade do que o modelo RCV. Através da análise das frequências fundamentais do edifício é possível verificar que estas sofrem um aumento considerável com a presença das paredes de alvenaria de enchimento, verificando-se o maior aumento na direção longitudinal, como se pode observar na Figura 5c. Ao longo da análise é possível observar que as frequências do modelo BF não sofrem grande variação, ao contrário do modelo RCV que tende a aproximar-se dos valores do modelo BF. A não consideração das paredes de enchimento, tipicamente denominadas de elementos não estruturais pode conduzir à não consideração da solicitação sísmica real expectável. JPEE Instruções para formatação dos textos 5

6 Direção Transversal Direção Longitudinal a) b) c) Figura 5. Análises pushover a)envolventes de drifts máximos b) Curvas de capacidade e c) Evolução das frequências fundamentais. 3.2 Avaliação da vulnerabilidade sísmica O edifício em estudo foi submetido a análises não lineares dinâmicas, particularmente a um sismo artificial que foi gerado para um cenário de risco médio/alto europeu para o sul da Europa [16]. Na Figura 6 é ilustrado o registro da ação sísmica para um período de retorno de 2000 anos e no Quadro 1 são apresentadas as acelerações sísmicas de pico para cada período de retorno. Quadro 1. Acelerações de pico correspondentes a cada período de retorno (PR). PR (anos) Aceleração sísmica de pico (m/s 2 ) Acceleration (m/s2) Figura 6. Registro da ação sísmica para um período de retorno de 2000 anos (0.09g) (0.11g) (0.14g) (0.18g) (0.22g) (0.26g) (0.29g) (0.33g) (0.38g) (0.44g) Os resultados obtidos serão utilizados para avaliar a segurança do edifício confrontando estes com níveis de perigo propostos por recomendações internacionais VISION 2000 [17] e FEMA -356 [18]. Foram utilizados como referência limites de drift propostos por Gobarah [19] JPEE Instruções para formatação dos textos 6

7 recomendados para estruturas não dúcteis, o que é o caso da reabilitação/reforço de edifícios existentes. Todos os limites de drift propostos são apresentados no Quadro 2. Quadro 2. Acelerações de pico correspondentes a cada período de retorno (PR). Níveis de Desempenho VISION 2000 [20] FEMA-356 [18] Gobarah[19] Dano moderado (Salvaguarda de vidas) 0.5% 1% <0.5% Danos extensos (Salvaguarda de vidas) 1.5% 1-2% 0.8% Colapso iminente 2.5% 4 >1% Os resultados das análises não-lineares dinâmicas confirmaram que a ausência de paredes de alvenaria de enchimento no rés-do-chão tornou o edifício mais vulnerável, focando todo o deslocamento neste piso. Pode-se verificar que para o período de retorno de 475 anos, definido pelo regulamento sísmico Português RSA [21] como o período de retorno de referência para a avaliação de edifícios existentes, os limites de drifts são ultrapassados não verificando assim a segurança estrutural. Os resultados mostram que, o deslocamento do piso 1 é superior na direção longitudinal do que na direção transversal, sendo a primeira a direção mais vulnerável do edifício (Figura 7a). Confrontando os resultados do drift máximo do piso 1 de ambas as direções do edifício pode-se verificar que a segurança do edifício não é garantida para ambas as direções do edifício (Figura 7b). Observou-se que o corte basal máximo é superior na direção transversal do edifício sendo este duas vezes superior ao da direção longitudinal do edifício (Figura 7c). A energia dissipada máxima foi avaliada tendo-se verificado que a direção transversal possui maior capacidade dissipativa de energia (até 15%) como se pode observar na Figura 7d. Após a análise dos resultados das análises não-lineares dinâmicas pode-se concluir que o edifício estudado necessita de ser reforçado com o objetivo de eliminar/corrigir o mecanismo de soft-storey verificado melhorando assim o seu desempenho quando sujeito a uma ação sísmica. a) b) c) d) Figura 7. Resultados das análises dinâmicas a) drift máximo do piso 1 b) Envolvente de drifts máximos (PR475) c) Corte basal máximo e d) Energia dissipada máxima. JPEE Instruções para formatação dos textos 7

8 4. AVALIAÇÃO DA EDIFICIÊNCIA DE DIFERENTES SOLUÇÕES DE REFORÇO A definição da técnica de reforço sísmico e do tipo de intervenção a adotar, por forma a garantir o comportamento eficiente de um edifício é um processo bastante complexo pois existem fatores que condicionam este processo tais como: questões socioeconómicas, o binómio custo-importância do edifício, a duração do trabalho/interrupção da utilização do edifício, a funcionalidade e compatibilidade estética e arquitetónica da intervenção com o projeto inicial [22]. Em qualquer caso a seleção da estratégia de reforço a adotar para um edifício e a sua implementação, deve ser desenvolvida com base nos resultados de uma prévia avaliação estrutural rigorosa. As estratégias de reforço sísmico das estruturas podem ser classificadas em dois grandes grupos [23]: Reabilitação e/ou melhoramento do sistema estrutural global: As técnicas de reforço associadas a uma estratégia de reforço global da estrutura são na grande maioria das situações menos custosas que o reforço de todos os elementos estruturais, especialmente se este tipo de intervenção obrigar à interdição temporária do edifício, demolição e reconstrução de elementos não estruturais tais como paredes de alvenaria de enchimento ou tetos falsos. Algumas técnicas de reforço global económicas e eficientes são: adição de paredes resistentes de betão armado e de contraventamentos metálicos com e sem elementos dissipadores de energia para correção da distribuição da rigidez e resistência nos pisos do edifício; demolição parcial do edificio (este tipo de técnica poderá implicar um elevado condicionalismo na utilização do edificio); introdução de juntas de dilatação no edificio irregular transformando-o em várias estruturas regulares e utilização de sistemas de isolamento de base. Reabilitação e/ou reforço do sistema local ou dos elementos estruturais: Temse observado que alguns edifícios existentes possuem características de rigidez e resistência apropriadas. No entanto, alguns dos seus elementos estruturais não possuem a adequada resistência, rigidez e/ou capacidade de deformação por forma a satisfazer os objetivos de desempenho impostos à estrutura. Estas tipas de deficiências estruturais locais podem ser corrigidas/eliminadas recorrendo a vários tipos de técnicas. Assim este tipo de técnicas revela-se importante na reparação e/ou reforço de edifícios para os quais existe apenas um número de elementos apresenta deficiências estruturais. Modificações a nível local dos elementos resistentes podem ser realizadas sem no entanto modificar a configuração do sistema global resistente às ações sísmicas. Este tipo de técnicas de reforço poderá ser a solução economicamente mais vantajosa, em situação deficiência de apenas alguns elementos de um edifício. Técnicas como o encamisamento de elementos resistentes são consideradas técnicas de reforço local da estrutura. As técnicas mais comuns de intervenção em elementos existentes são: Encamisamento com CFFRP (Figura 8a), encamisamento com aço (Figura 8b) e encamisamento de betão armado (Figura 8c), injeções nas fissuras, resinas epoxy, técnica de shotcrete etc. Este tipo de reforço local tende a ser mais medida mais económica de reforço quando apenas alguns elementos do edifício são inadequados. JPEE Instruções para formatação dos textos 8

9 a) b) c) Figura 8. Estratégias de reforço Localizadas a) Encamisamento com CFRP b) encamisamento com aço e encamisamento com betão armado. A estratégia de reforço do sistema global é adequada se a maioria dos elementos não forem frágeis e tiverem um bom comportamento face a solicitações sísmicas na estrutura reabilitada. No caso das estruturas em que muitos dos seus elementos possuam um deficiente comportamento face a uma ação sísmica, dificilmente apenas as estratégias de reforço local serão suficientes por forma a garantir uma boa resposta estrutural. Na maioria dos casos a melhor solução de melhoramento do comportamento sísmico da estrutura passa pela combinação de soluções pertencentes a estas duas famílias de estratégias [24]. Qualquer que seja a estratégia adotada, esta não deverá prejudicar a resposta estrutural e respetivamente a segurança de nenhum elemento estrutural em nenhuma característica [25]. 4.1 Encamisamento de pilares de betão armado Quando o elemento é considerado com resistência insuficiente, a técnica de reforço através de encamisamento de betão armado pode ser adotada para melhorar as características de rigidez, resistência e ductilidade. Esta é uma estratégia muito comum aplicada aos métodos de reparação e reforço de pilares de betão armado. Encamisamento de betão pode acomodar a armadura transversal e longitudinal para aumentar a sua resistência à flexão e ao corte, melhorando igualmente as sua ductilidade e resistência ao escorregamento [26]. Esta estratégia de reforço foi proposta e testada numericamente para o edifício em estudo, tendo sido reforçados através de um encamisamento fechado dos pilares do rés-dochão. Para estas novas secções (Figura 10) foram dimensionadas armaduras longitudinais e transversais respeitando os requisitos mínimos exigidos pelo Eurocódigo 2 [27] e Eurocódigo 8 [28] encontrando-se ilustrado na figura a secção transversal dos pilares reforçados e a respetiva localização em planta (Figura 9). JPEE Instruções para formatação dos textos 9

10 Figura 9. Localização dos pilares reforçados através da técnica de encamisamento de betão armado. Tipo A Tipo B Tipo C Figura 10. Secção transversal dos pilares reforçados através da técnica de encamisamento de pilares de betão armado. 4.2 Adição de paredes de betão armado Uma das técnicas de reforço mais comuns utilizadas para melhorar o comportamento dos edifícios quando respondem insatisfatoriamente a ações sísmicas é adicionar um número adequado de paredes de betão armado estruturais. Estes novos elementos estruturais protegem os elementos existentes controlando o drift global lateral. Este tipo de reforço não só aumenta a rigidez lateral significativamente como também alivia os elementos existentes das forças laterais. A adição de paredes de betão armado é um método comum para corrigir as descontinuidades [26]. Foi testada numericamente a adição de 4 paredes de betão armado na direção longitudinal (LRCSW) e 2 na direção transversal (TRCSW) como ilustrado na Figura 11. A espessura e o detalhe de dimensionamento das armaduras foram obtidos de acordo com o Eurocódigo 2 [27] e 8 [28] e encontram-se ilustradas nas Figuras 12a e b. Figura 11. Disposição em planta da adição de paredes resistentes de betão armado. JPEE Instruções para formatação dos textos 10

11 a) b) Figura 12. Secção transversal das paredes resistentes de betão armado a) Longitudinal e b) Transversal. 4.3 Adição de contraventamentos metálicos com e sem dissipador de energia A adição de contraventamentos metálicos concêntricos ou excêntricos pode ser utilizada em estruturas de betão armado para aumentar significativamente a capacidade horizontal e corrigir possíveis irregularidades estruturais e não estruturais existentes. Assim, foi estudado para o presente edifício uma solução de reforço composta por 4 pares perfis metálicos HEA 650 na direção longitudinal e 2 pares de HEB 650 na direção longitudinal e transversal do rés-do-chão do edifício, na mesma localização das paredes de betão armado referidas no ponto anterior e ilustrado na Figura 11. Foi ainda testada uma quarta solução de reforço composta por contraventamentos metálicos com dissipador de energia associado, o que permite aumentar a rigidez e o amortecimento do edifício e consequentemente reduzir a capacidade de deformação deste. Esta técnica de reforço foi baseada na solução proposta por Varum [26] e implementada num programa de cálculo numérico para calibração com um teste experimental à escala real de um pórtico de betão armado reforçado com o mesmo dispositivo de dissipação de energia [26]. O comportamento histerético e a energia dissipada resultante da calibração e a disposição em planta da localização dos contraventamentos metálicos com dissipador de energia são apresentados nas Figuras 13a, b e respetivamente. a) b) Figura 13. Adição de contraventamentos metálicos com dissipador de energia a) Energia dissipada b) Comportamento histerético resultante da calibração e c) disposição em planta dos elementos de reforço. c) JPEE Instruções para formatação dos textos 11

12 4.4 Eficiência das soluções de reforço - Resultados Todas as técnicas de reforço melhoram a resposta estrutural do edifício através da redução do drift máximo do piso 1 (Figura 14a), cumprindo assim os objetivos de reduzir/eliminar o mecanismo de soft-storey. Observou-se que a técnica mais eficiente em termos de redução do drift máximo do piso 1 foi a adição de contraventamentos metálicos, destacando-se dos resultados obtidos pelas restantes soluções de reforço. Esta foi a única técnica que eliminou por completo o mecanismo de soft-storey, tendo as restantes técnicas reduzindo o drift máximo para cerca de metade do valor originalmente verificado. As diferentes técnicas de reforço introduziram um aumento considerável do corte basal máximo (Figura 14b) na estrutura, sendo em particular a técnica da adição de contraventamentos metálicos a técnica com maior aumento (cerca de 7 vezes o valor originalmente verificado). A técnica de reforço que menor aumento do corte basal máximo introduziu na estrutura foi a adição de contraventamentos metálicos com dissipador de energia, aumentando apenas para o dobro do valor originalmente verificado. Relativamente à dissipação de energia (Figura 14c) verificou-se que a técnica de reforço mais eficiente foi igualmente a técnica de contraventamentos metálicos nas duas direções da estrutura, sendo a técnica de encamisamento de pilares de betão armado e de contraventamentos metálicos com dissipador de energia a segunda e terceira técnica mais efetiva respetivamente. Direção Transversal Direção Longitudinal a) b) c) Figura 14. Resultado das técnicas de reforço a) Drift máximo do piso 1 b) Corte basal máximo e c) energia dissipada máxima. Foi igualmente estudado se a introdução das técnicas de reforço aumentaram o drift dos pisos superiores, em particular se causaram drift suficiente para danificar as paredes de alvenaria de enchimento existentes quando submetidos a ações sísmicas. A definição dos estados limites podem ser diretamente relacionados com o drift entre pisos. Baseados no modelo da biela, Magenes e Pampanin [29] propuseram uma avaliação empírica para o nível de dano nas paredes de enchimento correspondente a certo drift limite, dependendo da sua deformação axial. Os regulamentos internacionais FEMA-306 [30] e FEMA-307 [31] fornecem valores de referência para o drift entre-pisos de edifícios de betão JPEE Instruções para formatação dos textos 12

13 armado com paredes de alvenaria de enchimento. O drift limite proposto para alvenaria de tijolo é de 1.5%, e podem ser encontrados valores limite para o inicio da fissuração diagonal para 0.25% [32] como pode ser observado na Figura 15. Figura 15. Drifts limite para paredes de alvenaria de enchimento para diferentes níveis de dano (adaptado de [33]). Através dos resultados do drift máximo entre-pisos (Figura 16a) pode-se concluir que apenas as soluções de reforço compostas por contraventamentos metálicos e paredes resistentes aumentaram ligeiramente o drift dos pisos superiores. Após analisada a resposta estrutural do edifício com as diversas soluções de reforço verificou-se que apenas a solução de contraventamentos metálicos introduz fissuração diagonal para um período de retorno de 2000 e 3000 anos nas duas direções do edifício (Figura 16b). As restantes técnicas de reforço não introduziram qualquer dano nas paredes de enchimento do edifício. Direção Transversal Direção Longitudinal a) c) Figura 16. Resultado das técnicas de reforço a) drift máximo entre-pisos e b) drift máximo nos pisos superiores. JPEE Instruções para formatação dos textos 13

14 5. CONCLUSÃO A segurança global de um edifício existente com potencial mecanismo de soft storey foi investigada assim como a influência da presença das paredes de alvenaria na resposta estrutural do edifício. Verificou-se que a avaliação da segurança de edifícios existentes de betão armado com paredes de alvenaria só pode ser conseguida tendo em conta a presença destes elementos não estruturais. Os resultados das análises pushover permitiram verificar preliminarmente que a ausência de paredes de enchimento no rés-do-chão introduziu o mecanismo de soft-storey na estrutura. Após ser submetido a análises não lineares dinâmicas verificou-se que o edifício não verificava a segurança de acordo com os limites impostos por recomendações internacionais, sendo a direção mais vulnerável do edifício a longitudinal. Foram testadas 4 soluções de reforço, sendo a que foi mais efetiva em termos de redução do drift do piso 1 a adição de contraventamentos metálicos, tendo mesmo eliminado o mecanismo de soft-storey. Esta técnica, no entanto, introduziu o maior aumento do corte basal máximo na estrutura, sendo a solução de contraventamentos metálicos com dissipador de energia a que menos aumentou este valor. Foi ainda avaliado se as soluções de reforço introduziram nas paredes de alvenaria dos pisos superiores algum tipo de dano e verificou-se que apenas se verificou um dano ligeiro (fissuração diagonal) para a solução de reforço de contraventamentos metálicos. REFERÊNCIAS [1] G. Manfredi, P. Ricci, and G. Verderame, "Influence of Infill Panels and their Distribution on Seismic Behavior of Existing Reinforced Concrete Buildings," The Open Construction and Building Technology Journal, vol. 6, pp. (Suppl 1-M15) , [2] F. Crisafulli, "Seismic Behaviour of Reinforced Concrete Structures with Masonry Infills," PhD Thesis, Department of Civil Engineering, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand, [3] N. Neves, A. Arêde, and A. Costa, "Seismic analysis of a building block," Bull Earthquake Eng, vol. 10, pp , [4] M. Dolsek and P. Fajfar, "Soft Storey Effects in Uniformly Infilled Reinforced Concrete Frames," Journal of Earthquake Engineering, pp. 1-12, [5] X. Romão, A. A. Costa, E. Paupério, H. Rodrigues, R. Vicente, H. Varum, and A. Costa, "Field observations and interpretation of the structural performance of constructions after the 11 May 2011 Lorca earthquake," Engineering Failure Analysis, vol. 34, pp , [6] A. A. Costa, M. Ferreira, and C. Oliveira, "O grande sismo de Sichuan: impactos e lições para o futuro," presented at the Sísmica º Congresso de Sismologia e Engenharia Sísmica, Aveiro, [7] E. C. Carvalho and E. Coelho, Análise sísmica de estruturas de edifícios segundo a nova regulamentação - Análise estrutural de um conjunto de 22 edifícios (Vol. II). Lisboa, JPEE Instruções para formatação dos textos 14

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