Descrição das técnicas de reforço

As técnicas de reforço que se descrevem de seguida foram estudadas de modo a permitir não só reduzir a vulnerabilidade sísmica dos protótipos seleccionados como também a serem de aplicação fácil e generalizada a toda a tipologia dos edifícios “gaioleiros”. Embora cada edifício possa apresentar individualmente diferentes combinações dos factores que influenciam negativamente a sua vulnerabilidade, nem todas podem ser consideradas quando se realiza um estudo que se pretende aplicar a um conjunto de edifícios, tanto mais que o número de ensaios é forçosamente limitado. É necessário pois classificar aqueles factores quanto à sua contribuição relativa para a vulnerabilidade sísmica de um edifício e quanto à sua representatividade no conjunto de edifícios em análise para se poderem seleccionar os mais significativos. Neste contexto são considerados como factores principais aqueles que conduzem ao colapso prematuro dos edifícios quando sujeitos à acção dos sismos, e que estão fundamentalmente relacionados com as paredes de alvenaria e sua interligação com os restantes elementos do edifício, deixando os restantes para serem tratados caso a caso.

Capítulo 3: Descrição dos ensaios As soluções de reforço idealizadas procuram melhorar o comportamento sísmico da tipologia ao evitar o colapso das paredes para fora do seu plano, melhorar o comportamento das paredes no seu próprio plano e controlar a fendilhação generalizada das paredes relacionada com a fraca resistência à tracção do tipo de alvenaria utilizado. Assim, foram definidas três soluções de reforço distintas:

1. Reforço das ligações das paredes aos pavimentos, por meio de conectores metálicos e faixas de fibras de vidro coladas com resinas epoxy: o reforço das ligações é executado nos pisos 3 e 4 junto aos nembos (fachadas) e nos apoios das vigas de madeira (empenas);

2. Ligação de paredes opostas por meio de tirantes ao nível dos pisos: os tirantes são colocados ao nível dos pisos 3 e 4, ligando fachadas opostas com 3 tirantes por piso e empenas opostas com 4 tirantes por piso;

3. Reforço dos nembos existentes nas fachadas por meio de faixas de fibras de vidro coladas com resinas epoxy e conectores metálicos [Silva, 2001]: os reforços são colocados pelo lado exterior em toda a altura dos nembos, formando uma malha cruzada em duas direcções.

Conforme se descreve adiante, cada uma destas técnicas procura controlar pelo menos um dos aspectos desfavoráveis do comportamento sísmico deste tipo de edifícios acima mencionados. Os pormenores apresentados foram desenvolvidos pela firma STAP [STAP, 2003] com a colaboração do LNEC.

A primeira técnica de reforço utiliza conectores metálicos e faixas de fibras de vidro coladas com resinas epoxy para reforçar as ligações das paredes aos pavimentos. Dada a diferença nas ligações do pavimento às fachadas e às empenas, os pormenores de reforço são de dois tipos: junto às fachadas os reforços são colocados no alinhamento dos nembos, simultaneamente nas faces superior e inferior do pavimento (ver Figura 3.5), enquanto nas empenas os reforços são colocados no alinhamento das vigas de madeira do pavimento e apenas na face inferior destas (ver Figura 3.6). Caso seja necessário reforçar também o pavimento, está prevista a aplicação de uma tela de fibra de vidro colada com resina epoxy sobre o soalho. Os reforços serão colocados apenas nos dois últimos andares, isto é, nos pisos 3 e 4, e distribuídos da forma indicada na Figura 3.7. Conforme se pode ver nestas figuras, a maior parte das peças de reforço é aplicada no interior do edifício, apenas os discos metálicos são colocados pelo exterior, o que tem como vantagem reduzir as alterações na envolvente do edifício.

Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios de alvenaria

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Discos metálicos

φ80mm, e=2mm

Varões aço roscados φ 8 com anilha e porca nas duas extremidades

Cantoneira metálica L 50x50x2mm

Tela colada com epóxido

Painéis de MDF com e=12mm pregados ou agrafados

Barrotes desempenados de madeira de pinho com 50x75mm

Parafusos roscados φ 8

50 mm 150 mm

70m^m

a) Esquema de ligação junto à fachada (exemplo para a face superior)

50 50 50 ² 25 350 60 60 10 10 50 50 60 60 350 50 25 2 50 50 A A CORTE A-A ALÇADO PLANTA

b) Dimensões da cantoneira metálica

Capítulo 3: Descrição dos ensaios Parafusos roscados φ 8 75 mm 250 m^m 100 mm 50 mm 37.5 mm 90 m^m 80 m^m

80 m^m Chapa metálica e=2 mm

a) Esquema de ligação junto à empena

250 10 10 2 2 10 75 100 75 25 25 90 80 2 80 25 25 250 100 50 PLANTA CORTE B-B ALÇADO B B

b) Dimensões da chapa metálica

Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios de alvenaria

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a) Pisos 3 e 4 b) Fachadas

Figura 3.7 – Localização dos reforços do Modelo 1

Com esta técnica procuram melhorar-se as ligações entre as paredes e os pavimentos para, dessa forma, limitar os movimentos das paredes para fora do seu plano tirando partido de um certo efeito de diafragma dos pavimentos que permita redistribuir as forças horizontais para as paredes perpendiculares apesar da flexibilidade inerente aos soalhos de madeira. À partida a sua aplicação só será viável nos casos em que a estrutura do edifício e a qualidade dos materiais estruturais, alvenaria de pedra e madeira, o permitir visto que apenas se actua ao nível local das ligações.

A segunda técnica de reforço utiliza tirantes nos pisos 3 e 4, posicionados por baixo das vigas do pavimento e a ligar paredes opostas, i. e., empena com empena e fachada com fachada (ver Figura 3.8). São colocados ao todo sete tirantes em cada piso, três na direcção longitudinal e quatro na direcção transversal, dispostos de forma a impedir a abertura de fendas nas paredes, como é o caso dos tirantes junto às fachadas e empenas, e os movimentos das paredes para fora do seu plano nos restantes casos. Por estes motivos está prevista a aplicação de um pré-esforço inicial nos tirantes de forma a garantir a eliminação de eventuais folgas prejudiciais ao bom funcionamento do sistema de reforço e assegurar o confinamento do conjunto. As peças de ligação dos tirantes às paredes (ver Figura 3.9) foram desenhadas de

Capítulo 3: Descrição dos ensaios forma a que a transmissão de forças não provoque o punçoamento destas, o que inviabilizaria a solução. Conforme se pode ver nestas figuras, estas peças estão localizadas no exterior do edifício, ao contrário das da técnica de reforço anterior, o que tem como vantagem limitar as obras a executar no interior do edifício praticamente apenas à abertura de furos nas paredes para o atravessamento dos tirantes.

a) Plantas dos pisos 3 (à esquerda) e 4 (à direita)

b) Alçados Norte (à esquerda) e Este (à direita) Figura 3.8 – Localização dos reforços do Modelo 2

Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios de alvenaria 120 PLANTA ALÇADO Placa de neoprene Perfil UNP 65 Perfil UNP 65 Chapa metálica φ90 15 Varão φ12 5 8 40 Sistema porca-contraporca 90 Varão φ12 230

Figura 3.9 – Peças de fixação dos tirantes às paredes colocadas nos pisos 3 e 4

Esta técnica pode ser considerada “clássica” no sentido em que tem sido utilizada em estruturas de alvenaria para resolver patologias como a abertura de fendas e o controlo da deformação, mas também no reforço sísmico de edifícios de alvenaria [Modena et al., 2000]. A colocação dos tirantes, funcionando à tracção, aliada ao funcionamento dos pavimentos como diafragmas, mesmo que flexíveis, permite limitar os movimentos das paredes para fora do seu plano e redistribuir as forças horizontais pelas paredes perpendiculares. Esta conjugação de efeitos traduz-se num confinamento do edifício ao nível dos pisos 3 e 4 favorável ao seu comportamento sísmico mas, novamente, a viabilidade desta técnica depende da qualidade da estrutura do edifício e dos materiais estruturais que terão de suportar na totalidade os esforços induzidos.

A terceira e última técnica de reforço vem no seguimento de trabalhos experimentais realizados anteriormente para a firma STAP sobre nembos isolados carregados no próprio plano [Silva, 2001] [Campos Costa et al., 2004]. Os nembos serão reforçados por meio de faixas de fibras de vidro dispostas em diagonais e coladas com resina epoxy. Adicionalmente serão colocados tirantes no piso 3 ligando apenas fachadas opostas e no piso 4 ligando tanto fachadas opostas como empenas opostas. Na Figura 3.10 apresenta-se um esquema com a localização dos reforços. Esta é a única das três técnicas em que se procura melhorar um dos materiais estruturais, a alvenaria de pedra, para aumentar a capacidade resistente do edifício. Conforme ficou demonstrado nos ensaios referenciados, a utilização desta técnica assegurou o confinamento dos nembos de alvenaria isolados e permitiu melhorar a sua capacidade de deformação e de dissipação de energia quando sujeitos a acções no próprio plano, pelo que se perspectiva um melhor comportamento sísmico dos modelos particularmente no plano das

Capítulo 3: Descrição dos ensaios paredes de fachada. Contudo, dado que a nível do comportamento global subsiste uma deficiência na resposta às acções para fora do plano das paredes, serão colocados tirantes à semelhança do que acontece na anterior técnica de reforço para fazer face a este problema.

a) Plantas dos pisos 3 (à esquerda) e 4 (à direita)

b) Alçados Norte (à esquerda) e Este (à direita) Figura 3.10 – Localização dos reforços do Modelo 3

Definidas as soluções de reforço, e os modelos, descrevem-se na próxima secção a construção dos modelos utilizados nos ensaios e as dificuldades enfrentadas nesse processo.

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