Autor(es):
Varum, Humberto Salazar Amorim 
Data: 2003
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/2406
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia civil; Edifícios; Edifícios
Descrição
Sismos recentemente ocorridos em todo o mundo têm demonstrado de forma
dramática que a investigação na engenharia sísmica deve ser direccionada
para a avaliação da vulnerabilidade das construções existentes, desprovidas
de adequadas características resistentes. O seu reforço deve ser realizado,
reduzindo a sua vulnerabilidade e consequentemente risco para níveis
aceitáveis. O estudo e desenvolvimento de novas técnicas de reforço tem um
papel principal no sentido de evitar a perda de vidas humanas e económicas.
Os principais objectivos desta tese são: a avaliação experimental de edifícios
existentes de betão armado, o desenvolvimento de modelos numéricos
refinados capazes de reproduzir rigorosamente a sua resposta estrutural, o
desenvolvimento de metodologias simplificadas para a análise não-linear
dinâmica de estruturas irregulares, e o desenvolvi mento de ferramentas
numéricas para a optimização de reforço para este tipo de estruturas.
São apresentadas as mais comuns causas de dano ou colapso de estruturas
existentes, bem como as técnicas de reparação e reforço adequadas. Em
muitas cidades do sul da Europa, os edifícios existentes, dimensionados e
construídos até finais dos anos 70, sem considerar a acção sísmica,
constituem um elevado risco para as populações.
Dois pórticos de 4 pisos à escala real, representativos da prática de projecto e
construção até finais dos anos 70 na maioria dos países do sul da Europa,
foram dimensionados, construídos e testados para crescentes intensidades de
acção. Os principais objectivos desta série de ensaios foram a avaliação da
capacidade original destes edifícios, com e sem alvenaria, e ainda a validação
experimental da eficiência de várias técnicas de reparação e reforço.
Os ensaios realizados demonstraram que a vulnerabilidade destas
construções, dimensionadas sem características sismo-resistentes, que
constituem uma parte importante dos edifícios existentes na Europa, são uma
fonte de alto risco para as populações. Foi ainda comprovado que soluções de
reforço adequadamente seleccionadas, podem reduzir consideravelmente este
risco para níveis aceitáveis de acordo com a actual filosofia dos códigos de
dimensionamento e avaliação da segurança estrutural.
Foram utilizados modelos numéricos refinados para o pórtico e para a
alvenaria. Os modelos foram calibrados com os resultados dos ensaios à
escala real. Especial atenção foi dedicada ao escorregamento das armaduras
de aderência normal, dada a sua influência na resposta de estruturas
existentes. Os modelos calibrados demonstraram ser adequados na
determinação da resposta não-linear de estruturas existentes.
Adicionalmente é proposta uma metodologia simplificada para a análise
dinâmica não-linear de edifícios baseada no cálculo espectral multi-modal da
resposta sísmica. Esta metodologia apresenta a possibilidade de análise de
estruturas irregulares e constitui-se como uma ferramenta essencial para a
optimização do reforço de edifícios existentes que se desenvolveu no âmbito
da presente tese.
ABSTRACT: Recent major earthquakes around the world have evidenced that research in
earthquake engineering must be directed to the assessment of vulnerability of
existing constructions lacking appropriate seismic resisting characteristics.
Their retrofit or replacement should be made in order to reduce vulnerability,
and consequent risk, to currently accepted levels. The development of
retrofitting techniques represents a key issue in order to avoid both human
casualties and economic losses.
The aims of this thesis are to experimentally study the behaviour of existing
reinforced concrete buildings, to calibrate a refined numerical model in order to
reproduce rigorously their structural behaviour, to develop a simplified
methodology for non-linear dynamic analysis of irregular buildings, and to
propose a methodology for optimum strengthening.
As a background, a theoretical summary on the most common causes of
damage and failure and on repair and strengthening techniques for existing
reinforced concrete buildings is presented. Older buildings, designed and
constructed until the late 1970's, without considering earthquake provisions,
constitute a significant hazard in many cities of southern Europe.
Two full-scale four-storey frame models, representative of the common practice
of construction until the late 1970's in most southern European countries, were
designed, constructed and tested pseudo-dynamically. This experimental study
aimed at assessing the original capacity of existing structures, with and without
infill masonry, and to compare performances of different retrofitting solutions.
The tests have shown that the vulnerability of existing reinforced concrete
frames designed without specific seismic resisting characteristics, which are an
important part of the existing buildings in Europe, constitute a source of high
risk for human life. Furthermore, it was demonstrated that advanced retrofitting
methods, solutions and techniques substantially reduce that risk to levels
currently considered in modern design.
Refined finite element models for the frame and infill masonry were calibrated
with the results of the full-scale tests. Special attention was devoted to bondslip
phenomenon, which is likely to influence the behaviour of existing
reinforced concrete structures with round smooth reinforcing. The improved
models were found capable to analyse existing reinforced concrete structures,
reproducing accurately their non-linear response.
Additionally, it is proposed a simplified methodology for non-linear dynamic
analysis of buildings based on the multi-modal spectral seismic response. This
methodology is a valuable tool to analyse irregular structures and constitutes
an important tool for the optimum strengthening design of existing buildings,
which was also developed in this thesis.
