Índice de quadros
3. DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS
3.2. Definição de modelos
A definição de modelos experimentais resulta da, por vezes indispensável, adaptação dos protótipos às limitações impostas pelas capacidades reais em termos de realização de ensaios, nos quais se introduzem algumas simplificações sem, no entanto, colocar em causa a validade dos resultados obtidos. No presente caso, pretendia-se avaliar a vulnerabilidade sísmica dos edifícios “gaioleiros”, enquanto tipologia, e testar a eficácia de diferentes soluções de reforço aplicadas aos vários protótipos. Os modelos a construir e ensaiar na plataforma sísmica triaxial do LNEC deveriam reproduzir os aspectos mais relevantes do comportamento dos edifícios “gaioleiros” quando sujeitos às acções sísmicas, o qual é influenciado não só pela geometria do edifício como também pelas características dos diversos materiais utilizados na sua construção. Por este motivo, a geometria dos modelos, bem como os materiais utilizados na sua construção, estão directamente relacionados com os dos protótipos. Apesar disso, alguns pormenores que podem afectar o comportamento, como sejam a variação da espessura das paredes em altura, a cobertura com várias vertentes, a existência de tabiques interiores ou de massas ao nível dos pisos, não foram contemplados dada a dificuldade em os reproduzir nos modelos. Não obstante estas limitações, os modelos deviam simular adequadamente a influência que a flexibilidade dos pavimentos, as ligações entre pavimentos e paredes, e a existência de reforços nos nembos têm no comportamento sísmico destes edifícios. Pretendia-se, desta forma, conduzir o estudo de investigação experimental num contexto relativo, em
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Paredes de empena utilizadas simultaneamente para dividir os lotes de construção e como parede resistente comum a dois edifícios contíguos.
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que a eficiência de diferentes técnicas de reforço é avaliada por comparação com situações de referência não reforçadas.
Os modelos têm todos quatro pisos e paredes resistentes exteriores, podendo possuir, ou não, saguões. Os modelos têm sempre duas fachadas com aberturas distribuídas regularmente, correspondentes a portas, e, nos edifícios com saguões, uma abertura centrada no saguão, correspondente a uma janela. Os ensaios seriam realizados em modelos repartidos por três tipos consoante a geometria, em correspondência directa com os diferentes protótipos, e designados da seguinte forma:
1. Modelo tipo S: correspondente ao protótipo de edifício isolado; 2. Modelo tipo B: correspondente ao protótipo de edifício em banda; 3. Modelo tipo E: correspondente ao protótipo de edifício de esquina.
O número de modelos a construir de cada tipo resulta directamente do número de técnicas de reforço a ensaiar. Desta forma, previu-se a construção de um total de quinze modelos, cinco de cada um dos tipos, dos quais o primeiro a ser ensaiado de cada tipo seria não reforçado, de forma a estimar o comportamento dos protótipos originais. Os restantes quatro modelos de cada tipo seriam reforçados por meio de diferentes técnicas, de forma a determinar as alterações introduzidas no desempenho dos protótipos e permitir a sua apreciação e comparação. Numa das técnicas estava previsto utilizar uma solução com faixas de fibras de vidro e conectores metálicos à semelhança ensaios anteriores sobre nembos isolados [Silva, 2001] [Campos Costa et al., 2004]. Conforme se verá mais adiante, acabaram por ser realizados apenas cinco dos quinze ensaios inicialmente previstos e apenas com um tipo de modelo e três técnicas de reforço.
A plataforma sísmica triaxial do LNEC, onde estava previsto ensaiar os modelos, mede
4,6 m×5,6 m e tem uma capacidade máxima de cerca de quarenta toneladas [LNEC, 2006].
Dado que as dimensões e a massa dos protótipos são superiores à capacidade da plataforma sísmica, os modelos a ensaiar têm de ter uma escala reduzida. A utilização deste tipo de modelos em ensaios dinâmicos obriga ao cumprimento de leis de semelhança [Carvalho, 1998] [Harris & Sabnis, 1999], resultando as propriedades geométricas, físicas e mecânicas dos modelos da combinação de uma lei de semelhança com factores de escala aplicados àquelas propriedades utilizadas na construção dos modelos. Atendendo às dimensões em causa e à natureza dinâmica dos fenómenos envolvidos, foi adoptada a lei de semelhança de Cauchy, um factor de escala de 1:3 e um material com os mesmos módulo de elasticidade e massa específica no protótipo e no modelo, pelo que as relações entre os vários parâmetros de interesse são os apresentados no Quadro 3.2.
Capítulo 3: Descrição dos ensaios Quadro 3.2 – Factores de escala para satisfação da lei de semelhança de Cauchy
Parâmetro Símbolo Unidades Factor de escala
Comprimento L L Lp/Lm=λ=3
Massa específica ρ ρ ρp/ρm=ρ=1
Módulo de elasticidade E FL-2 Ep/Em=e=1
Área A L2 λ2 =9 Volume V L3 λ3 =27 Tempo t T λ=3 Frequência f T-1 λ-1 =1/3 Deslocamento d L λ=3 Velocidade v LT-1 1 Aceleração a LT-2 λ-1 =1/3 Massa M ρL3 λ3 =27 Força F F λ2 =9 Peso W F λ2 =9 Momento M FL λ3 =27 Tensão σ E ou FL-2 1 Extensão ε - 1
Em consequência da aplicação destes factores de escala, os modelos apresentam uma largura total de 3,15 m, um comprimento total de 4,15 m e uma altura total de 4,80 m. A espessura das paredes é de 0,15 m, constante em toda a altura dos modelos, e os saguões, quando existem, têm uma largura de 0,85 m e uma profundidade de 0,50 m. A altura piso a piso é de 1,20 m, e a dimensão das aberturas nas fachadas é de 0,30 m×0,90 m, posicionadas imediatamente acima dos pisos, enquanto a dimensão das aberturas nos saguões é de 0,30 m×0,60 m, posicionadas 0,30 m acima dos pisos. Apresenta-se na Figura 3.2 a geometria dos modelos tipo S e B e na Figura 3.3 a geometria do modelo tipo E.
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a) Modelo tipo S b) Modelo tipo B
Figura 3.2 – Geometria dos modelos tipo S e B
Capítulo 3: Descrição dos ensaios As paredes resistentes dos modelos são construídas com uma argamassa especialmente preparada para o efeito, cujas características simulam o comportamento das paredes de alvenaria dos protótipos, à semelhança do que foi feito em ensaios anteriores sobre nembos isolados [Silva, 2001] [Campos Costa et al., 2004]. Esta opção é motivada pela dificuldade em reproduzir nos modelos as técnicas de construção das paredes de alvenaria resistente dos protótipos. É de referir que se optou por não colocar a estrutura da cobertura nem as paredes que sobem além do nível do último piso para dar lhe apoio pois iriam dificultar a construção do modelo sem apresentar vantagens do ponto de vista da reprodução do comportamento sísmico do modelo.
Os pisos dos modelos são constituídos por uma estrutura de madeira, construída com barrotes de madeira de pinho dispostos na menor dimensão do modelo em planta. Para se evitar a utilização de vigas com uma secção transversal de pequenas dimensões em consequência da aplicação directa do factor de escala, optou-se por as agrupar em conjuntos de três obtendo-se assim barrotes com uma secção transversal de 0,100 m×0,075 m espaçados de 0,25 m. A ligação dos barrotes às paredes de alvenaria é realizada por apoio simples em vigas de madeira denteadas salientes das paredes onde encaixam os barrotes. A ligação destas vigas denteadas às paredes é conseguida por meio de varões roscados que as apertam contra a parede com a ajuda de tacos de madeira colocados no lado exterior. O soalho propriamente dito é simulado através de painéis de MDF com 0,012 m de espessura pregados ou agrafados aos barrotes. Para simular a flexibilidade do pavimento os painéis de MDF são cortados em peças com cerca de 0,57 m×1,05 m colocadas de forma desencontrada com juntas de cerca de 1mm entre elas. Apresenta-se na Figura 3.4 os desenhos de definição da estrutura do pavimento dos modelos tipo S, B e E.
As soluções de reforço a testar não fazem parte da definição dos próprios modelos, pois pretende-se que a sua aplicação seja de âmbito geral e não específica de um determinado modelo, merecendo, por isso, um tratamento separado ao qual se dedica a próxima secção.
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a) Plantas b) Cortes
Figura 3.4 – Geometria dos pavimentos dos modelos tipo S, B e E