Redução da vulnerabilidade sísmica de edifícios de alvenaria com recurso a dispositivos viscoelásticos

Abstract

Os edifícios de alvenaria constituem uma das tipologias de edifícios mais vulneráveis à ação sísmica. A fraca resistência à tração e ao corte que os diferentes tipos de alvenaria apresentam, juntamente com a elevada massa que caracteriza este material, é favorável à ocorrência do colapso destes edifícios quando sujeitos à ação sísmica. O colapso para fora do plano das paredes de alvenaria representa o tipo de dano mais destrutivo deste tipo de edifícios. Os edifícios antigos de alvenaria não reforçada foram construídos sem recurso a regulamentos estruturais de resistência sísmica e aplicando técnicas construtivas inadequadas para resistir às forças horizontais do sismo. A ligação efetiva entre paredes ortogonais e entre estas e os pavimentos não era assegurada, o que contribui para uma resposta sísmica inadequada do edifício. Assim, é percetível a necessidade de intervir estruturalmente nestes edifícios, por forma a reduzir a sua vulnerabilidade sísmica. Apesar de terem sido desenvolvidas várias técnicas tradicionais, a sua utilização nas intervenções de reabilitação ainda é escassa. Ao longo dos anos, as abordagens baseadas na dissipação de energia têm sido cada vez mais investigadas. Esta dissertação visa explorar o comportamento sísmico de edifícios de alvenaria e reduzir a sua vulnerabilidade sísmica através da aplicação de dispositivos de dissipação de energia viscoelásticos. Assim, foram desenvolvidos modelos numéricos utilizando o método dos elementos finitos com elementos de estado plano de tensão. Utilizou-se uma análise não linear dinâmica com integração do tempo, com recurso a um método explícito, no programa Abaqus. Este estudo permitiu obter uma comparação entre diferentes técnicas de reforço sísmico tradicionais e os dispositivos viscoelásticos de dissipação de energia. Além disso, possibilitou validar a eficiência destes dispositivos para a redução da vulnerabilidade de edifícios de alvenaria existentes e obter as propriedades mecânicas e configuração mais adequada para o material e os dispositivos viscoelásticos. Por fim, este trabalho forneceu recomendações sobre os usos destes dispositivos para o reforço de edifícios de alvenaria.

Masonry buildings is one of the most vulnerable types of buildings to the seismic action. The low tensile and shear strength that different types of masonry present, together with the high mass that define this material, is favorable to the collapse of the buildings when subjected to seismic action. Out-of-plane failure of masonry walls represents the most destructive type of damage in the masonry buildings. Ancient masonry buildings were built without taking into account structural codes of seismic resistance and applying inadequate construction techniques. The efficient connection between orthogonal walls and floors was not ensured, which contributed to the inadequate seismic response of the building. Thus, the need to intervene structurally in these buildings is noticeable, in order to reduce their seismic vulnerability. Although many traditional techniques have been developed, their use in rehabilitation interventions is still scarce. Over the years, approaches based on energy dissipation have been increasingly investigated. This thesis aims to explore the seismic behavior of masonry buildings and reduce their seismic vulnerability through the application of viscoelastic energy dissipation devices. Thus, numerical models were developed using the finite element method (FEM) with plane stress elements. The non-linear dynamic analysis with time integration was performed, using an explicit method, in the Abaqus program. This study allowed to obtain a comparison between different traditional seismic strengthening techniques and viscoelastic energy dissipation devices. Furthermore, allow to confirm the efficiency of these devices for the seismic vulnerability reduction of existing masonry buildings and to obtain the most appropriate mechanical properties and configuration for the material and viscoelastic devices. Finally, this work provided recommendations on the application of these devices for strengthening masonry buildings.