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Património Cultural Construído Face ao Risco Sísmico

16 de maio de 2013, Lisboa

OS ENSAIOS EXPERIMENTAIS

REALIZADOS NA UMINHO NO

ÂMBITO DO PROJETO NIKERÂMBITO DO PROJETO NIKER

Daniel OliveiraUniversidade do Minho

2|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.

I t d ã

Conteúdo

Introdução

Paredes de taipap

Paredes de frontal

Asnas de madeira

Ligações parede-piso e parede-frontal

Conclusões Conclusões

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering


I t d ã Introdução

Paredes de taipap

Paredes de frontal

Asnas de madeira





PROJETO NIKER (2010-2012)

T f i t i d l id UMi h Tarefas experimentais desenvolvidas na UMinho



TRABALHOS EXPERIMENTAIS NA UMINHO

El t ti i Elementos verticais Ligações

Elementos horizontais (coberturas)R13 R15

R4

R13

R20R22

R14

R16

R17R18

R1R3 R2

R12

R21R24

R5

R11

R23 R25

R26

R8 R7

R6

R9

R10




Paredes de taipap

Paredes de frontal

Asnas de madeira





REPARAÇÃO DE PAREDES DE TAIPA COM INJEÇÃO DE CALDAS

O i d f dilh ãOrigens da fendilhação

Atividade biológica (plantas e animais)

Fundação deficiente

Outros problemas estruturais (ex: relacionados com conceção e ã )execução)



REPARAÇÃO DE PAREDES DE TAIPA COM INJEÇÃO DE CALDAS

I tâ i d ãImportância da reparação

Impedir infiltração de água e progressão do dano

Recuperar (boa parte da) resistência e rigidez iniciais das paredes

Recuperar o comportamento monolítico



C it

INJEÇÃO DE CALDAS

Conceito

Restabelecer a integridade estrutural e promover a durabilidade

Complementar outro tipo de intervenções, como pregagens e ancoragens

Problema

Caldas usadas na consolidação de alvenarias históricas não são adequadaspara construções em terra (são demasiado resistentes e rígidas)

Incompatibilidade físico-mecânica entre materiais pode implicar menor fi iê i bl d d bilid deficiência e problemas de durabilidade

Necesidade de desenvolver caldas de injecção específicas



P i d d

DESENVOLVIMENTO DE UMA CALDA DE TERRA

Fl id i tê iPropriedades

Fluidez elevada

Fluidez vs. resistência…

Retração mínima

Resistência mecânica



C t

DESENVOLVIMENTO DE UMA CALDA DE TERRA

Componentes

Argila (terra peneirada ou pó de caulino)

Filer (pó de calcário)

Desfloculante (promover fluidez)

Água (promover fluidez + ativar a resistência da argila)



VALIDAÇÃO EXPERIMENTAL

E i d fl ã ã édi d i tê i t 55 74% Ensaio de flexão: recuperação média de resistência entre 55 e 74%

Ensaio de compressão diagonal: recuperação média de resistência de 66%




Paredes de taipap

Paredes de frontal

Asnas de madeira





S l ã i i t t t di i l t d Li b t bé

PAREDES DE FRONTAL

Solução sismo-resistente tradicional, encontrada em Lisboa mas também no norte.

Típico edificio Pombalino (Mascarenhas 2004)

Paredes de frontal em Guimarães



Nã é l ã ó t (é tili d i i )

PAREDES DE FRONTAL

Não é uma solução só portuguesa… (é utilizada em varios paises)

E também:E também:• Itália• Espanha• França

Germany

a ça• Grecia• Inglaterra• ...Germany

Turkey(G lk & L b h 2004) India(Gulkan & Langenbach 2004) (Langenbach 2007)

India

A grande difusão e importância cultural deste tipo de construção torna A grande difusão e importância cultural deste tipo de construção tornafundamental a sua preservação



Obj ti b t t d d & t d ti l i

ENSAIOS EM PAREDES DE FRONTAL

Objetivo: perceber o comportamento das paredes & estudar tipologiasde reforço

Dimensões e ligações tradicionais dos frontais pombalinosp



ENSAIOS EM PAREDES DE FRONTAL REFORÇADAS

Ti d f Tipos de reforço:

Parafusos nas Chapas nas ligações Chapas nas ligaçõesParafusos nasligações principais

Chapas nas ligaçõesprincipais

Chapas nas ligaçõesprincipais

Objectivo: Melhorar o comportamento às ações sísmicas



RESULTADOS DAS PAREDES NÃO REFORÇADAS

Comportamento dominante de corte (não preenchidas) e flexão (preenchidas)

Material de preenchimento aumenta a resistencia e rigidez das paredes, e a capacidade de dissipar energiacapacidade de dissipar energia

Carga vertical maior aumenta a resistência, a rigidez e a capacidade dissipativadas paredesdas paredes



RESULTADOS DAS PAREDES REFORÇADAS

80 200

O reforço com parafusos nãoaumentou a resistência das paredes, mas melhorou o 30

40

50

60

70

al u

plift

[mm

]

RIGHT LEFT MIDDLE

-50

0

50

100

150 RIW50_B UIW50

Load

[kN

]

pfuncionamento das ligações da madeira

-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100-10

0

10

20

Ver

tic

Horizontal displacement [mm]

-200

-150

-100

-50 L

O reforço com chapasaumentou a resistência das

40

50

60

70

80

plift

[mm

]

BR BL BM

0

50

100

150

200

RTW50_P_M UTW50

[kN

]

aumentou a resistência das paredes até 88%, a rigidez até77% e a capacidade dissipativaté 60%

-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100-10

0

10

20

30

Ver

tical

up

-200

-150

-100

-50 Loa

d

até 60%

60

70

80

BRBL

100

150

200 RIW50_P UIW50


0

10

20

30

40

50

Ver

tical

upl

ift [m

m]

BM

-150

-100

-50

0

50

Loa

d [k

N]


-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100-10

0


-200



Paredes de taipap

Paredes de frontal

Asnas de madeira





COMPORTAMENTO EXPERIMENTAL DE ASNAS TRADICIONAIS

R ã d 3 Recuperação de 3 asnas(12.6m vão) de uma antiga fábricado distrito de Aveiro

Objetivo: Objetivo:

Avaliar o comportamento da asnaoriginaloriginal

Avaliar a eficiência de técnicas de reforço “simples”



COMPORTAMENTO EXPERIMENTAL DE ASNAS TRADICIONAIS

I ã i l di ó ti d t d d ã d l t Inspeção visual e diagnóstico do estado de conservação dos elementos emmadeira

Ensaios cíclicos simulando a aplicação de cargas in situ

1 asna original (sem reforço)

1 asna reforçada com parafusos autoperfurantes

1 asna reforçada com esquadros metálicosaparafusados



DIAGNÓSTICO DO ESTADO DE CONSERVAÇÃO

Kp

R S

RiS

RQp

RR

KpLiS

LeS

LQp

RRInspeção visual

ReSRPp

LeSLPp

Insect Attack

Tb

Joint Anomalies Advanced Decay

Ensaios de Pylodin (dureza superficial)

10-12 mm 13-15 mm 16-18 mm3-6 mm<3 mm 7-9 mm >18 mm



DIAGNÓSTICO DO ESTADO DE CONSERVAÇÃO

R13R16

R15

Resistógrafo (resistência à perfuração)

R1 R21

R4R24

R20R22

R14

R17R18

R23 R25R1R3 R2

R12

R21R5

R11

R23

R26

R8 R7

R6

R9

R10

500

600

700

ance

500

600

700

ance

R10

200

300

400

rillin

g re

sist

a

R18200

300

400

rillin

g re

sist

a R10

0 20 40 60 80 100 1200

100

Dr

D illi l h ( )

R18

0 20 40 60 80 100 1200

100

Dr

D illi l h ( )Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Drilling length (mm) Drilling length (mm)


ENSAIOS CÍCLICOS

Atuador 1 Atuador 2 Atuador 3 Atuador 4 Atuador 5



ENSAIOS CÍCLICOS

C í li 5 ó d

100

Carga cíclica em 5 nós da asna

50

75

ad (k

N)

25

Tota

l Loa

0 700 1400 21000

Step

11

LF 1

3

12

LV_1 LV_3

LF 2

LF 7

LF

LF 5

LV_2

LF 3

LF

LF 4

LV_11LV

_10

LV_9

LV_7

LF 1

LF 8

LF 1

5



RESULTADOS: ASNA ORIGINAL (NÃO REFORÇADA)

Bom comportamento global (ligações comozonas críticas)

Rotura por esmagamento da madeira (lado

100

esquerdo) e por corte na ligação (lado direito)

75

100

(kN

) LF15

25

50

Tota

l Loa

d (

0,0 2,5 5,0 7,50

T

Displacement (cm)



REFORÇO DAS ASNAS

P f t f tParafusos autoperfurantes

(ligações perna-linha)

E d áli f dEsquadros metálicos aparafusados

(ligações perna-linha,

pendural-pernas e

pendural-escoras)



EFICIÊNCIA DO REFORÇO

200

160

180

200

rotura (b)

t ( )

100

120

140

(kN

)

rotura (a)

rotura (c)

60

80

100

Forç

a ( rotura (a)

0

20

40 Sem reforço(a) Parafusos auto-perfurantes (b) Chapas metálicas (c)

0 10 20 30 40 50 60 70 800

Deslocamento (mm)

Melhoria do comportamento estrutural das asnasdeve incluir reforço das juntas



Introdução

Paredes de taipa Paredes de taipa

Paredes de frontal

Asnas de madeira





LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS VERTICAIS E HORIZONTAIS

Si t t l d d d l i f d Sismos recentes apontam o colapso de paredes de alvenaria para fora do seu plano como um dos mecanismos de colapso mais comuns

Colapsos para fora do plano estão associados à inexistência de ligações Colapsos para fora do plano estão associados à inexistência de ligações estruturais apropriadas

A redução da vulnerabilidade sísmica passa também pelo reforço apropriado A redução da vulnerabilidade sísmica passa também pelo reforço apropriado das ligações

O comportamento sísmico das ligações é ainda muito pouco conhecido

Ligações parede-piso

Ligações parede-frontal



LIGAÇÃO PAREDE-PISO

Cantoneira estabelece a ligação entre o elemento de madeira e a parede de alvenaria

Sistema de ancoragem atirantado

Placa de ancoragem + tirante + sistema fixaçãoaca de a co age t a te s ste a ação



LIGAÇÃO PAREDE-FRONTAL

C Cantoneira estabelece a ligação entre o elemento de madeira e a parede de alvenaria

Sistema de ancoragem chumbado na parede

Mangas injetadas na parede



ENSAIOS DAS LIGAÇÕES

Caracterização estrutural de todos os componentes (pedra, argamassa, alvenaria e varões)

Construção de XXX paredes de alvenaria de calcário à escala real para a li ã d i tó i í li à li õrealização de ensaios monotónicos e cíclicos às ligações

Desenvolvimento de um sistema de ensaio autoequilibrado

Parede-pisoParede piso



ENSAIOS DAS LIGAÇÕES

Caracterização estrutural de todos os componentes (pedra, argamassa, alvenaria e varões)

Construção de XXX paredes de alvenaria de calcário à escala real para a li ã d i tó i í li à li õrealização de ensaios monotónicos e cíclicos às ligações

Desenvolvimento de um sistema de ensaio autoequilibrado

Parede-frontalParede frontal



RESULTADOS: LIGAÇÃO PAREDE-PISO

Oti i ã d li ã d t i Otimização da ligação durante os ensaios (crescente valor da força de arrancamento e deslocamentos)

Forças de arrancamento elevadas (entre 85 kN e 111 kN) Forças de arrancamento elevadas (entre 85 kN e 111 kN)

Elevada capacidade de dissipação de energia

80

100

kN)

80

100

mm

)

40

60

arra

ncam

ento

(

40

60

rran

cam

ento

(m

0

20

Forç

a de

a0

20

Forç

a de

a

0 20 40 60 80 100

-20

Deslocamento (mm)0 20 40 60 80 100

-20

Deslocamento (mm)



RESULTADOS: LIGAÇÃO PAREDE-PISO

R t d t d d Rotura por cone de punçoamento da parede

Rotura por esmagamento da madeira na ligação aparafusada



RESULTADOS: LIGAÇÃO PAREDE-FRONTAL

El d f d t ( t 77kN 108 kN) Elevada força de arrancamento (entre 77kN e 108 kN)

Alguma capacidade de dissipação de energia

Rápida degradação para desloc > 8cm

100

120

)

WT.40.I: 2B 2C

1A90

100110120

N)

WT.40.I.1A

60

80

anca

men

to (k

N 1A 1D 1C 2D

4050607080

rran

cam

ento

(k

20

40

Forç

a de

arra

-100

102030

Forç

a de

ar

0 10 20 30 400

Deslocamento sT (mm)0 5 10 15 20

-30-20

Deslocamento sT (mm)



R t d id à f ã d d t t d

RESULTADOS: LIGAÇÃO PAREDE-FRONTAL

Rotura devido à formação de cone de punçoamento e escorregamento da manga injetada




Paredes de taipap

Paredes de frontal

Asnas de madeira





E t d d 4 “ t ” t t i ti t t d lit t

PRINCIPAIS CONCLUSÕES

Estudo de 4 “componentes” estruturais praticamente ausentes da literatura

Caracterização detalhada do comportamento estruturalç p

Desenvolvimento e validação de soluções de reforço eficientes e compatíveis

Criação de base de dados experimental para suporte à modelação numérica



Muito obrigado pela vossa atenção e interesseMuito obrigado pela vossa atenção e interesse


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