património cultural construído face ao risco sísmico · asnas de madeira ligações parede-piso...
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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
3|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
I t d ã 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
4|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
PROJETO NIKER (2010-2012)
T f i t i d l id UMi h Tarefas experimentais desenvolvidas na UMinho
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5|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering
6|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
I t d ã 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
7|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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)
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8|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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9|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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10|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
P i d d
DESENVOLVIMENTO DE UMA CALDA DE TERRA
Fl id i tê iPropriedades
Fluidez elevada
Fluidez vs. resistência…
Retração mínima
Resistência mecânica
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11|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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)
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12|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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%
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13|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
I t d ã Introdução
Paredes de taipap
Paredes de frontal
Asnas de madeira
Ligações parede-piso e parede-frontal
Conclusões Conclusões
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14|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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15|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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16|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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17|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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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
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19|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
Horizontal displacement [mm]
0
10
20
30
40
50
Ver
tical
upl
ift [m
m]
BM
-150
-100
-50
0
50
Loa
d [k
N]
Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering
-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100-10
0
Horizontal displacement [mm]
-200
20|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
I t d ã Introdução
Paredes de taipap
Paredes de frontal
Asnas de madeira
Ligações parede-piso e parede-frontal
Conclusões Conclusões
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21|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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”
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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
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23|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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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)
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ENSAIOS CÍCLICOS
Atuador 1 Atuador 2 Atuador 3 Atuador 4 Atuador 5
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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
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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)
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28|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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)
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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
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Introdução
Paredes de taipa Paredes de taipa
Paredes de frontal
Asnas de madeira
Ligações parede-piso e parede-frontal
Conclusões Conclusões
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31|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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)
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39|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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40|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
I t d ã Introdução
Paredes de taipap
Paredes de frontal
Asnas de madeira
Ligações parede-piso e parede-frontal
Conclusões Conclusões
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41|Os ensaios experimentais realizados na UMinho no âmbito do projeto NIKER Daniel Oliveira et al.
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
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