Autor(es):
Haach, V.
Data: 2009
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/1822/9596
Origem: RepositóriUM - Universidade do Minho
Descrição
Tese de doutoramento em Engenharia Civil (ramo do conhecimento Estruturas) Masonry walls consist of the main elements responsible for the global stability of masonry
buildings when subjected to lateral loads such as wind and seismic forces. These elements
are subjected to gravity forces, bending moments and shear forces due to the horizontal
loading. The masonry beams above the openings are important structural elements
promoting the coupling behaviour of the masonry piers enabling the transfer of forces
between them. Besides, the consideration of these elements leads to higher stiffness of the
building. The anisotropic behaviour added to bi-axial stress state generated by the
combination of those efforts becomes the behaviour of masonry walls and beams very
complex. Therefore, this research aims at better understanding the behaviour of masonry
walls and beams subjected to in-plane loading and propose analytical methodology for their
design. Based on the literature review, an extensive experimental program is planned, being
composed by experimental tests for the characterization of mechanical behaviour of masonry
and masonry materials, in-plane cyclic tests on masonry walls and tests on masonry beams
under flexure and shear. Based on experimental results, calibration of numerical micro-model
using software DIANA® is presented. Moreover, a parametric analysis of masonry walls and
beams is performed in order to assess the influence of different boundary conditions, aspect
ratios, loading and reinforcement arrangements that could not by studied in experimental
program. Results indicates that masonry walls and beams are described by similar flexural
and shear resisting mechanisms. Unreinforced walls and beams present a very brittle
behaviour. On the other hand, the application of reinforcement increases the deformation
capacity, controls the crack opening and allows a better distribution of stresses. Longitudinal
reinforcements (vertical in case of walls and horizontal in case of beams) increase the
flexural strength, even if they seem not to influence the shear behaviour. Transversal
reinforcements (horizontal in case of walls and vertical in case of beams) increase the shear
strength, even if they do not influence the flexural behaviour. Effectiveness of reinforcements
on the increase of the resistance of masonry walls and beams is highly related to the failure
mode of the element. Based on numerical and experimental results, a new analytical method
is proposed for the design of masonry walls and beams subjected to in-plane loading.
Comparison between the results provided by the proposed method with other design
methods presented in literature and experimental results of several authors is presented. As paredes consistem no elemento estrutural responsável pela estabilidade global dos
edifícios em alvenaria estrutural quando sujeitos a acções laterais como vento e sismos.
Estes elementos estão sujeitos a forças verticais e adicionalmente a momentos flectores e
esforços de corte devido as forças laterais. Um elemento estrutural secundário mas muito
importante na interacção de paredes são as vigas sobre as aberturas. Este elemento
permite a transferência de esforços entre os troços de parede e confere uma maior rigidez à
estrutura. O comportamento anisotrópico da alvenaria aliado ao estado bi-axial de tensão
provocado pela combinação dos esforços referidos torna o comportamento das paredes e
vigas bastante complexo. Desta forma, este trabalho tem como principal objectivo a melhor
compreensão do comportamento de paredes e vigas de alvenaria quando sujeitos a acções
no plano e a proposição de um método de dimensionamento para estes elementos. Assim,
com base na revisão bibliográfica relativa ao comportamento de paredes e vigas de
alvenaria, tanto em termos numéricos quanto experimentais, é proposto um plano extenso
de ensaios para a caracterização mecânica dos materiais, para o estudo do comportamento
de paredes sob a acção combinada de forças verticais e horizontais cíclicas aplicadas no
plano das paredes e, finalmente, para o estudo do comportamento de vigas de alvenaria
sujeitos à flexão e ao corte. Com base nos resultados experimentais é feita a calibração de
um micro-modelo numérico com o aplicativo DIANA®, utilizando como ferramenta básica o
método dos elementos finitos (MEF). Além disso, uma análise paramétrica é realizada nas
paredes e nas vigas para avaliar o efeito das condições de fronteira, da geometria, da
relação altura/largura dos elementos e das percentagens de armadura transversal e
longitudinal. Os resultados indicam que o comportamento das paredes e vigas é descrito
pelos mesmos mecanismos de resistência. Ambos os elementos apresentam um
comportamento bastante frágil quando não são armados. Por outro lado, a utilização de
armaduras aumenta a capacidade de deformação, controla a abertura de fissuras e permite
uma melhor distribuição de tensões. As armaduras longitudinais (verticais no caso das
paredes e horizontais no caso das vigas) aumentam a resistência à flexão dos elementos
mas parecem não ter grande influência no comportamento ao corte. As armaduras
transversais (horizontais no caso das paredes e verticais no caso das vigas) aumentam a
resistência ao corte dos elementos não tendo grande influência no comportamento à flexão.
A eficiência das armaduras no aumento de resistência das paredes e vigas está bastante
relacionada com o modo de ruptura. Com base nos resultados numéricos e experimentais é
proposto um método de dimensionamento de paredes e vigas sujeitos a acções no plano. A
comparação dos resultados fornecidos pelo método proposto e por outros métodos de
dimensionamento com resultados experimentais de diversos autores é apresentada.
Tipo de Documento
Tese de Doutoramento
Idioma
Inglês
Orientador(es)
Lourenço, Paulo B.; Vasconcelos, Graça