Cadernos de apoio à avaliação do Risco sísmico e de incêndio nos Núcleos Urbanos Antigos do Seixal - Caderno 2: Evolução Urbana e Tipologias do Edificado

ENSAIOS IN SITU CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E IDENTIFICAÇÃO DINÂMICASeixal | Arrentela | Paio Pires | Amora

CADERNO DE APOIO À AVALIAÇÃO DO RISCO SÍSMICO E DE INCÊNDIO NOS NÚCLEOS URBANOS ANTIGOS DO SEIXALOutubro de 2010

05

universidade de aveiro

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CADERNOS DE APOIO À AVALIAÇÃO DO RISCO SÍSMICO E DE INCÊNDIO NOS NÚCLEOS URBANOS ANTIGOS DO SEIXAL

Orientação científica: Romeu Vicente | J. Ant. R. Mendes da Silva | Humberto Varum | Aníbal Guimarães da Costa Equipa técnica: Ana Subtil | Cátia Santos | Mário Santos | Tiago Ferreira | António Figueiredo | Hugo Rodrigues

ENSAIOS IN SITU

CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E

IDENTIFICAÇÃO DINÂMICA

ii

Cadernos de apoio à avaliação do Risco sísmico e de incêndio nos Núcleos Urbanos Antigos do Seixal

00: Risco sísmico e de incêndio nos Núcleos Urbanos Antigos do Seixal

01: Caracterização construtiva do edificado

02: Evolução urbana e tipologias do edificado

03: Avaliação da vulnerabilidade sísmica

04: Avaliação do risco de incêndio urbano

05: Ensaios in situ: caracterização mecânica e identificação dinâmica

Ficha Técnica

Instituição de acolhimento do projecto:

IPN – Instituto Pedro Nunes

Orientação científica:

Romeu Vicente | Prof. Auxiliar DEC-UA

J. Ant. R. Mendes da Silva | Prof. Associado DEC-FCTUC

Humberto Varum | Prof. Associado DEC-UA

Aníbal Guimarães da Costa | Prof. Catedrático DEC-UA

Equipa técnica:

Ana Subtil | Conservação e Restauro

Cátia Santos | Arquitectura

Mário Santos | Engenharia Civil

Tiago Ferreira | Engenharia Civil

Outras colaborações:

António Figueiredo | Engenharia Civil

Hugo Rodrigues | Engenharia Civil

Agradecimentos:

Câmara Municipal do Seixal

Pelouro da Protecção Civil do Concelho do Seixal

Gabinete da Protecção Civil do Concelho do Seixal

Corporação de Bombeiros do Concelho do Seixal

Versão do relatório: V.001.2010

Data do relatório: 04.10.2010

Instituto Pedro Nunes

Coimbra, 2010

iii

Preâmbulo

A qualidade de vida dos núcleos urbanos constitui uma meta

dinâmica, sempre influenciada pelos processos sociais e

económicos e pela evolução das suas exigências e

expectativas, bem como pela evolução do próprio tecido

urbano, do parque edificado e das infra-estruturas.

Nos núcleos urbanos antigos, são peças fundamentais deste

desafio a garantia de segurança, de conforto e de salubridade,

num equilíbrio – que se deseja sustentado e sustentável – com

a preservação das memórias e da cultura local, que não se

esgota na manutenção, reabilitação e valorização do

património edificado, mas que nele encontra fortes razões e

raízes.

No domínio, ainda mais específico, da segurança assumem

destaque a segurança contra o risco sísmico e a segurança

contra risco de incêndio, cujas graves consequências fazem

parte da memória colectiva e, infelizmente, em alguns casos,

da memória viva de diversas comunidades. A gravidade dos

danos que daí decorrem é motivo suficiente para uma forte

valorização das estratégias de prevenção, planeamento e

mitigação que diminuam a sua probabilidade, limitem as suas

consequências e permitam uma acção continuada de melhoria,

já que só utopicamente se poderá considerar a possibilidade de

transformação integral e imediata das realidades urbanas em

situações de risco “zero”.

Entre as medidas administrativas e legais no domínio da

segurança urbana, os planos de emergência municipais, em

articulação com outras medidas e instrumentos da protecção

civil, têm vindo a constituir um avanço significativo no plano

nacional. Nestes, as componentes técnicas têm assumido

expressões diversas, consoante as diferentes sensibilidades e

especificidades locais.

O presente relatório, elaborado por uma equipa do Instituto

Pedro Nunes (www.ipn.pt), coordenada por investigadores das

Universidades de Coimbra (www.uc.pt) e Aveiro (www.ua.pt),

constitui uma concretização clara do empenho do Município do

Seixal em dotar o seu Plano de Emergência de uma forte

componente técnica no domínio da segurança contra risco

sísmico e de incêndio urbano, cientificamente fundamentada,

para as zonas mais vulneráveis: os Núcleos Urbanos Antigos

do Seixal, Arrentela, Amora e Paio Pires.

A iniciativa é inovadora e potencia futuros desenvolvimentos

interdisciplinares no domínio da reabilitação urbana, que se

espera possam vir a contribuir, como desejado, para uma

progressiva melhoria da qualidade de vida das comunidades e

uma valorização sustentada dos núcleos urbanos antigos.

http://www.ipn.pt/

http://www.uc.pt/

http://www.ua.pt/

Caderno 5 – Ensaios in situ: caracterização mecânica e identificação dinâmica

v

Índice 1. Ensaios de caracterização mecânica das alvenarias do Seixal ...................................... 1

1.1. Enquadramento, objectivos e descrição geral dos ensaios ..................................... 1

1.1.1. Enquadramento e objectivos dos ensaios ........................................................ 1

1.1.2. Campanha de ensaios realizados .................................................................... 1

1.1.3. Princípios e condicionantes de ensaio ............................................................. 3

2. Ensaios simples ............................................................................................................. 5

2.1. Descrição geral do ensaio simples .......................................................................... 5

2.2. Estimativa das tensões instaladas ........................................................................... 7

3. Ensaios duplos ............................................................................................................... 9

3.1. Descrição geral do ensaio duplo ............................................................................. 9

3.2. Resultados em termos de deformabilidade e resistência ........................................11

3.3. Estimativa do módulo de elasticidade ....................................................................14

4. Ensaios de Caracterização Dinâmica ............................................................................15

4.1. Frequências naturais e modos de vibração ............................................................15

4.1.1. Edifício Z2SE036 (Farmácia na Rua Paiva Coelho) ........................................16

4.1.2. Edifício Z2SE054 (Edificio habitacional contíguo à Mundet) ............................17

5. Comentários Finais .......................................................................................................19

6. Referências Bibliográficas .............................................................................................20


1

1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DAS ALVENARIAS DO SEIXAL

1.1. ENQUADRAMENTO, OBJECTIVOS E DESCRIÇÃO GERAL DOS ENSAIOS

1.1.1. Enquadramento e objectivos dos ensaios

As intervenções em edifícios antigos, com paredes de alvenarias resistentes, assumem com

frequência uma extensão e complexidade que obriga a um estudo, conhecimento e

caracterização prévia dos seus materiais constituintes. Os trabalhos preparatórios de

caracterização dos materiais, bem como das soluções construtivas existentes, são

fundamentais para a definição de uma estratégia interventiva correcta, evitando o uso de

técnicas exageradamente intrusivas que descaracterizam a autenticidade do património

construído e, por vezes, até incompatíveis mecanicamente com o existente.

No presente caderno apresentam-se os resultados de ensaios de caracterização do

comportamento mecânico das alvenarias (recorrendo a ensaios de macacos planos) mais

representativas do edificado do Seixal. Esta campanha de ensaios é uma acção

complementar a toda a informação recolhida localmente nas inspecções aos edifícios, que

servirá de apoio a uma avaliação da segurança estrutural do edificado mais rigorosa e da

sua vulnerabilidade sísmica.

Com recurso a estes ensaios é possível estimar o estado de tensão instalada nas paredes,

a sua resistência à compressão e o seu módulo de elasticidade, que correspondem a

parâmetros fundamentais na análise de segurança estrutural das construções. A sua

aplicabilidade e procedimento a seguir encontram-se documentados pelas normas técnicas

ASTM C 1196-91 (1991a) (norma americana) e RILEM LUM.D.2 (1990a) (norma europeia).

Com as informações recolhidas decorrentes dos ensaios de macacos planos (caracterização

dos materiais e métodos construtivos subjacentes à construção), procura-se criar uma base

de dados que permita sustentar e promover correctas técnicas de reabilitação e avaliar o

nível de vulnerabilidade sísmica destes edifícios.

1.1.2. Campanha de ensaios realizados

As paredes de alvenaria em estudo, foram, numa primeira fase, avaliadas através de uma

inspecção visual detalhada, de forma a definir um local estratégico de ensaio tendo em

conta o esquema estrutural do edifício.

A caracterização mecânica da alvenaria com recurso a ensaios de macacos planos passou

de forma etápica pela realização de ensaios simples, seguidos de ensaios duplos,

aproveitando-se o mesmo pano de parede para a execução de ambos. Com os ensaios

simples de macacos planos (em que se usa apenas um macaco) consegue-se estimar a

tensão instalada nas paredes de alvenaria. Com o ensaio duplo, é possível caracterizar o

comportamento mecânico das paredes (resistência e deformabilidade), que se encontram

confinadas inferiormente e superiormente por dois macacos planos. É importante referir que

não foi possível controlar as condições de humidade das paredes que foram ensaiadas,

reconhecendo-se que este factor poderá afectar os resultados.


2

Em função da heterogeneidade encontrada nas respectivas alvenarias e por condicionantes

habitacionais e de uso dos edifícios, definiu-se a estratégia para a escolha dos locais de

ensaio. Os levantamentos e o conhecimento prévio dos edifícios pelo preenchimento das

fichas foram os factores que conduziram a selecção desses locais.

Na Figura 1a) identifica-se a localização dos edifícios onde foram ensaiadas as paredes. Os

ensaios encontram-se numerados na planta de 1 a 3. No interior do edifício da Figura 1b)

efectuaram-se dois ensaios, o primeiro numa parede de compartimentação e o segundo

numa parede da envolvente externa. Na Figura 1c) observa-se o edifício onde se efectuou o

terceiro ensaio, cuja localização espacial se encontra marcada com um círculo vermelho.

Figura 1: Localização dos edificios ensaiados e zonas de ensaio: a) localização e numeração dos ensaios;

b) Ensaio 1 e 2 de macacos planos no interior da moradia; c) Ensaio 3 de macacos planos

É de salientar que os ensaios foram realizados em edifícios recentemente devolutos, que se

encontram em medíocre estado de conservação, mas sem problemas estruturais visíveis ou

aparentes, sendo desta forma representativos do edificado do Seixal. Refere-se ainda que

a)

b) c)


3

as zonas de paredes ensaiadas ofereciam as condições e requisitos impostos pelas normas

ASTM C 1196-91 (1991a) e RILEM LUM.D.2 (1990a).

Na Tabela 1 está indicada a localização dos edifícios ensaiados assim como uma breve

referência às características das paredes em estudo. Esta informação poderá revelar-se

como uma ferramenta fundamental na interpretação de alguns dos resultados obtidos, nos

ensaios simples e duplos.

Tabela 1: Localização e identificação da zona das paredes ensaiadas

ID do ensaio Localização do edifício Face da parede

ensaiada Algumas observações

1 Rua Cândido dos Reis, Nº. 173 Face interior Material muito homogéneo

2 Rua Cândido dos Reis, Nº. 173 Face interior Reboco de espessura considerável e

alvenaria muito irregular. Paredes com elevados níveis de humidade aparente

3 Praça Mártires da Liberdade, Nº. 31 Face exterior Reboco com argamassa de base

cimentícia

1.1.3. Princípios e condicionantes de ensaio

Existem alguns princípios e condicionantes associados aos ensaios de macacos planos,

nomeadamente ao nível de execução, de tratamento de dados e das características das

alvenarias (Rufo, 2010). As premissas deste tipo de ensaio são:

O estado de tensão inicial instalado nas paredes de alvenaria é de compressão e é

uniforme ao longo da sua espessura, não considerando a possibilidade de existência

de estados de tensão diferentes numa e noutra face da parede, nem a existência de

um núcleo menos rígido;

A alvenaria na vizinhança dos cortes é homogénea;

A alvenaria deforma-se simetricamente em relação ao eixo dos cortes horizontais,

assumindo que as deformações inelásticas são distribuídas ao longo do

comprimento do corte;

A tensão aplicada pelos macacos planos sobre a alvenaria é considerada uniforme;

Na alvenaria deve estar instalado, antes do ensaio, um estado de tensão que não

ultrapasse o limite linear elástico.

Como condicionantes que poderão provocar algumas incertezas nos resultados tem-se:

Reduzida confiança nos resultados dos ensaios simples para valores de carga muito

reduzidos, dados pequenos níveis de deformações impostas;


4

Cargas insuficientes sobre a zona da parede em ensaio, provocando condições de

reacção insuficientes à pressão mínima introduzida pelo macaco plano;

Dificuldade na interpretação dos resultados em situações de alvenarias muito

heterogéneas, com materiais muito fracos e soltos;

As tensões estimadas nas paredes podem não corresponder às tensões

efectivamente instaladas devido a uma distribuição assimétrica, uma vez que a

morfologia heterogénea das alvenarias permite que se estabeleçam caminhos

preferenciais de concentração de tensões;

Registo da área de carregamento efectivo dos macacos planos, durante o ensaio,

para os vários níveis de tensão e área de carregamento final;

Influência nos resultados em função das secções/zonas ensaiadas devido à

proximidade de pontos singulares da parede de alvenaria (aberturas, cunhais,

mudanças na espessura das paredes);

Planeza, espessura e paralelismo dos cortes. Este último factor, no caso do ensaio

duplo, por vezes, obriga ao calçamento do macaco plano de forma diferenciada ao

longo do corte;

Cumprimento das normas, relativamente à localização e distância das miras de

controlo de deformação em relação ao corte e entre si. Estas disposições poderão

ser claramente condicionadas pela disposição dos elementos (pedras, blocos,

material cerâmico, cascalho), pelas juntas que constituem a parede de alvenaria e

sobretudo pela sua irregularidade.

É importante salientar que a maior condicionante associada aos ensaios de macacos planos

corresponde à estimativa da área de carregamento, ou seja a área de contacto entre o

macaco plano e a parede. Esta condicionante deverá ser alvo de um tratamento mais

cuidado, tentando-se estimar o seu valor com o menor erro possível. Refere-se também que

esta área de contacto é variável durante a aplicação de pressões no macaco com as

correspondentes deformações associadas (aumenta com o desenvolvimento do ensaio).

A estratégia utilizada para estimar a área de contacto consistiu na interposição de uma folha

de papel químico entre o macaco e o corte, estimando-se assim a área de carregamento

para o máximo de tensão instalada. Este procedimento já foi realizado anteriormente por

Lourenço e Gregorczyk, (2000). Com o valor da área de contacto consegue-se determinar o

factor de correcção, ka, que representa o quociente entre a área do corte e a área

efectivamente carregada da parede (ASTM C1197-91, 1991). Não existe uma relação

directa para a área de carregamento, embora nos presentes ensaios, e dadas as

semelhantes condições e características das alvenarias, se tenham obtido carregamentos


5

(Figura 2) com pequenas variações da área de carregamento (aproximadamente entre 65%

e 80% da área total do macaco).

Figura 2 – Exemplo da estimativa da área de contacto entre a parede e o macaco: a) área de carregamento

do macaco plano inferior do ensaio 2; b) área de carregamento do macaco plano inferior do ensaio 3

2. ENSAIOS SIMPLES

2.1. DESCRIÇÃO GERAL DO ENSAIO SIMPLES

O equipamento e o procedimento de tarefas a seguir para a realização dos ensaios simples

de macacos planos, está descrito nos seguintes pontos e na Figura 3:

Máquina de corte, com disco ou serra de corte apropriado ao tipo de alvenaria e ao

formato do macaco plano a utilizar;

Macaco plano (nos ensaios descritos neste capitulo usaram-se macacos planos

semi-ovais);

Sistema transmissor hidráulico de altas pressões, constituído por bomba e

manómetros para controlo da pressão;

Tubagem apropriada a altas pressões, que permite a ligação entre o sistema

transmissor hidráulico e os macacos planos;

Sistema de monitorização de deformações, designadamente miras e alongâmetro;

Sistema de monitorização de pressão constituído por célula de pressão, placa de

aquisição de dados e computador portátil;

Equipamento de segurança individual (óculos, luvas, botas de protecção, etc).

Na Figura 3 observam-se as etapas inerentes ao ensaio simples dispostas

cronologicamente.

a) b)


6

a) Marcação do corte e colocação das miras

b) Abertura do corte até atingir a geometria do macaco

c) Avaliação das distâncias entre miras após o corte

d) Inserção do macaco plano no interior do corte e) Aplicação de incrementos de pressão com registo

da resposta da parede

Figura 3 – Sequencia de operações de um ensaio simples de macacos planos

De uma forma sucinta pode-se resumir o ensaio simples nos três pontos seguintes:

Registo das distâncias iniciais entre miras de controlo, dispostas perpendicularmente

e simetricamente antes de se proceder à abertura do corte na parede (a colagem das

miras foi efectuada com resina epóxi de duas componentes);

Feita a libertação do estado de tensão, através da realização de um corte na parede

de alvenaria (com a dimensão do macaco plano) que provoca o fecho do corte,

registam-se novamente as distâncias entre miras após a remoção do material solto

do interior do corte;

Em seguida insere-se o macaco plano no interior do corte e este é pressurizado

gradualmente até atingir um determinado patamar definido previamente. Os níveis de

carga são dados com incrementos constantes, até à reposição da leitura inicial da

distância entre miras, atingindo-se o chamado “ponto de equilíbrio” ou de

restabelecimento da tensão inicial.


7

Como correcção às incertezas dos coeficientes de área carregada e do atrito do sistema

hidráulico e rigidez do macaco plano, utiliza-se a seguinte expressão no cálculo do valor da

tensão σm.

(1)

Em que:

Os ensaios simples de macacos planos por vezes também são utilizados no registo contínuo

da evolução da tensão instalada durante um determinado período de tempo. Um exemplo

desta aplicação é o processo de reabilitação da Catedral de Pavia [Macchi, 2005), em que

os pilares centrais da catedral foram monitorizados com macacos planos para avaliar a

evolução e eficiência das soluções de reforço adoptadas.

2.2. ESTIMATIVA DAS TENSÕES INSTALADAS

De seguida nas Figuras 4, 5 e 6 apresentam-se os resultados relativamente aos ensaios

simples. Nos gráficos apresentados, observa-se a evolução dos deslocamentos com a

correspondente tensão aplicada na parede de alvenaria pelo macaco plano.

Figura 4: Resultados do ensaio simples 1

0,00 0,03 0,06 0,09 0,12

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

Tensão (MPa)

Deslo

cam

ento

(m

m)

Estado de

tensão médio

σo

coeficiente (adimensional) que reflecte a rigidez do macaco plano e o atrito do sistemahidráulico, determinado no procedimento de calibração (de acordo com a norma ASTM C1197-91 (1991b))

coeficiente (adimensional) que traduz a relação entre a área do macaco e a área do corte

pressão (em MPa), medida na célula de pressão de aquisição

tensão (corrigida com os coeficientes, e ) (em MPa)


8



O estado de tensão médio observado nos gráficos é obtido através da tensão instalada na

parede ao nível da secção ensaiada, pela média dos registos de deformação dos

alinhamentos. Note-se que no ensaio 2 um dos alinhamentos foi eliminado por apresentar

um comportamento desviante da tendência do conjunto, em termos de reposição de

tensões. A análise dos resultados deverá ser crítica, observando-se e eliminando-se

possíveis resultados desviantes. Por vezes, as causas desses desvios encontram-se

associadas a fragilizações localizadas na alvenaria, junto às extremidades dos cortes, ou a

casos com baixos níveis de tensão instalada na zona do corte. Recomenda-se que após a

0,00 0,03 0,06 0,09 0,12

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

Tensão (MPa)

Deslo

cam

ento

(m

m)

Estado de

tensão médio

σo

0,00 0,03 0,06 0,09 0,12

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

Tensão (MPa)

De

slo

ca

me

nto

(m

m)

Estado de

tensão médio

σo


9

execução dos ensaios se controle visualmente a área da parede circundante ao corte, pois

as deformações inelásticas poderão ocorrer de forma mais pronunciada nos alinhamentos

das miras mais interiores e ao centro do corte. Dadas estas condicionantes, este tema foi

debatido por Noland et al., (1990) e Binda et al., (2003) e assume-se como valor de tensão

de equilíbrio o valor associado ao deslocamento residual (correspondente ao ponto de

intersecção dos registos dos alinhamentos).

Dos resultados obtidos e apesar de uma amostra experimental de apenas três resultados, é

possível concluir que as paredes ensaiadas apresentam uma reserva de segurança a

acções verticais elevada. Estes dados são confirmados pelos resultados obtidos dos

ensaios de macacos planos duplos expressos na Secção 3.2, em que a tensão de rotura da

alvenaria é claramente superior à tensão instalada.

3. ENSAIOS DUPLOS

3.1. DESCRIÇÃO GERAL DO ENSAIO DUPLO

É técnica habitual aproveitar-se o corte usado no ensaio simples para a execução do ensaio

duplo, evitando-se desta forma novos cortes na parede. O procedimento seguido para o

ensaio duplo foi o seguinte:

Após a abertura do primeiro corte (onde se realiza o ensaio simples) é aberto o

segundo corte, paralelo ao primeiro e respeitando as distâncias normativas para a

execução do ensaio duplo;

Após a inserção do segundo macaco no corte são fixados os sensores de

deslocamentos para monitorizar as deformações verticais e horizontais da alvenaria.

A distância entre os dois pontos de monitorização segue os requisitos das normas

ASTM C1197-91 (1991b) e RILEM LUM.D.3 (1990b), que fixam uma distância

mínima de 400mm (permitindo abranger duas juntas de argamassa da alvenaria) e

máxima de uma vez e meio o comprimento dos macacos;

Os macacos planos são ligados em paralelo ao sistema de pressurização, aplicando-

se incrementos de pressão previamente definidos tendo em conta as características

da alvenaria em ensaio. A aquisição dos resultados (tensões e deformações) é

realizada em modo contínuo durante os vários ciclos do ensaio (carga/descarga).

Nos presentes ensaios usou-se potenciómetros para o registo dos deslocamentos e

uma célula de pressão para o registo das pressões, ligados a uma placa de

aquisição com correspondente gravação dos dados através de uma aplicação em

LabView®;

Finaliza-se o ensaio quando ocorre a rotura da alvenaria, que se verifica pelo

relaxamento da pressão.

Através da Figura 7 observam-se algumas etapas importantes da realização de um ensaio

duplo.


10

a) Colocação do segundo macaco no corte superior e

fixação das astes

b) Fixação das astes e correspondentes sensores de

deslocamentos

c) Instrumentação final de um ensaio duplo

Figura 7 – Sequência de operações na preparação de um ensaio duplo

Com o ensaio duplo de macacos planos é possível caracterizar o comportamento mecânico

da alvenaria, reproduzindo condições análogas à de um ensaio uniaxial convencional de um

provete de parede. Estes ensaios permitem estimar para a alvenaria valores do módulo de

elasticidade, da resistência à compressão, entre outras características e parâmetros do

comportamento mecânico.

Na Tabela 2 indicam-se os valores dos coeficientes de correcção (ka, km) utilizados na

estimativa da tensão aplicada na alvenaria.

Tabela 2 – Coeficientes de correcção, km e ka para os ensaios duplos

Ensaio Referência do macaco plano

(S – superior; I – Inferior) km ka

1

M1S

0,800

0,810

M2I 0,698

2

M3S 0,687

M4I 0,704

3

M5S 0,641

M6I 0,729

Por várias calibrações efectuadas aos macacos planos usados nestes ensaios, atribuiu-se

um valor médio para o coeficiente de correcção (km) de 0,800. Em relação aos valores de

correcção ao coeficiente de área efectiva (ka) observa-se uma ligeira variação dos valores

entre o mínimo e o máximo de aproximadamente 20%.


11

3.2. RESULTADOS EM TERMOS DE DEFORMABILIDADE E RESISTÊNCIA

No ensaio duplo o número dos ciclos de carga/descarga foi variável de acordo com a

resistência oferecida pela alvenaria. Os ensaios foram realizados com quatro sensores

verticais e um horizontal. Refere-se que devido a elevados desvios nos resultados em dois

dos sensores do ensaio número 3 apenas foram considerados como válidos dois dos

alinhamentos.

Figura 8 – Registos em termos de tensão-extensão do ensaio duplo número 1


-3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Extensão ( )

Te

nsã

o (

MP

a)

Ensaio 1 (σ - ϵ)

σi=0,080MPa

‰

Ensaio 2 (σ - ϵ)

σi=0,082MPa

-3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Extensão ( )

Tensão (

MP

a)

‰


12


Conforme se pode observar nos gráficos das Figuras 8, 9 e 10 e como referido

anteriormente na Secção 2.2 as paredes apenas estão carregadas em aproximadamente

15% da sua capacidade resistente. Na Figura 11 podem-se observar os danos visíveis no

final dos ensaios duplos.

a) Fissuras visíveis após o ensaio duplo 1

b) Fissuras visíveis após o ensaio duplo 3

Figura 11 – Registo de fissuração após os ensaios duplos

Dos alinhamentos de cada ensaio foi calculada a deformação média (Figura 12) para ter em

conta a deformabilidade global da secção da parede estudada.

-3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Extensão ( )

Te

nsã

o (

MP

a)

Ensaio 3 (σ - ϵ)

σi=0,100MPa

‰


13

Figura 12 – Deformação média para cada um dos ensaios realizadas

Na Tabela 3 é possível observar um resumo de todos os resultados mais importantes dos

ensaios realizados, nomeadamente: tensão instalada in-situ, tensão máxima atingida,

módulo de elasticidade inicial e o coeficiente de Poisson.

Tabela 3 – Principais resultados dos ensaios

Propriedades mecânicas estimadas

Ensaio

1 2 3

Tensão “in-situ”, σi (MPa) 0,08 0,082 0,10

Máximo valor da tensão atingida, σmáx (MPa) 0,840 0,560 0,900

Módulo de elasticidade, E0 (MPa) 1100 1097 1372

Coef. Poisson, ν, (regime elástico) 0,304 0,427 0,186

‰

σ - ϵ (média dos ensaios 1-2-3)

-3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Extensão ( )

Tensão (

MP

a)


14

3.3. ESTIMATIVA DO MÓDULO DE ELASTICIDADE

Das curvas tensão-extensão médias dos alinhamentos dos ensaios duplos é estimado o

módulo de elasticidade médio da alvenaria.

A tensão é estimada com os factores de correcção apresentados na expressão 1) na

Secção 2.1. O cálculo da extensão é estimado através da seguinte fórmula:

2)

Em que:

– extensão média estimada;

– distância final medida entre pontos de controlo (mm);

– distância inicial medida entre pontos de controlo (mm).

Segundo o EC6 (CEN, 2005), o cálculo do módulo de elasticidade pode ser estimado, de

forma simplificada, como sendo 1000 fk, em que fk representa o valor característico da

resistência à compressão. Com os resultados dos ensaios, que aparentemente atingiram

valores de tensão próximos da rotura, consideram-se os valores nominais máximos da

tensão atingida, de forma simplificada, valores de tensão última, σúlt. De acordo com as

recomendações do EC8 (CEN, 2004), o valor de fk pode-se obter por multiplicação do valor

médio por um factor de 0,7. No entanto, a norma indica que o valor nominal determinado

para a resistência à compressão pode ser tomado como valor de cálculo, no caso de

estruturas antigas de alvenaria. Obtêm-se assim, o valor de 1000fk, constante na seguinte

tabela (Tabela 4).

Tabela 4 – Valores dos módulos de elasticidade

Ensaio E0 (MPa) (MPa)

1 1100 840

2 1097 560

3 1372 900

Média 1190 767

Apesar da amostra de resultados ser baixa para retirar uma correlação fiável, observa-se

que a fórmula apresentada pelo EC6 encontra-se mais afinada para alvenarias tradicionais

correntes.


15

4. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DINÂMICA

4.1. FREQUÊNCIAS NATURAIS E MODOS DE VIBRAÇÃO

Foram efectuadas medições dinâmicas in situ de acelerações com três sismógrafos da

GeoSIG, modelo GSR-18 (GeoSIG, 1999), com o objectivo de estimar as frequências

naturais dos edifícios a fim de calibrar futuros modelos numéricos (Figura 13). Este aparelho

possui um acelerómetro triaxial, responsável pelas leituras das acelerações, e uma memória

interna, que permite a gravação dos registos de forma autónoma. Possui ainda um

digitalizador de 18bits que assegura a conversão do sinal analógico (contínuo) em sinal

digital (discreto) a uma resolução adequada ao trabalho a realizar.

Figura 13: Sismógrafos utilizados nas medições dinâmicas

Foram efectuadas medições de aceleração em dois edifícios: 7 medições no edifício com o

código Z2SE036 e 4 medições no edifício com o código Z1SE054. As direcções

consideradas (longitudinal, transversal e vertical) foram definidas de acordo com o

referencial local dos sismógrafos. A Figura 14 apresenta a localização dos dois ensaios

realizados.

Figura 14: Localização dos dois ensaios realizados


16

Dos registos de acelerações obtidos foram determinadas as correspondentes densidades

espectrais de potência, com recurso a procedimentos baseados na transformada rápida de

Fourier (Fast Fourier Transform, FFT), que fornecem uma estimativa das funções de

transferência nos graus de liberdade instrumentados. Com base no software GeoDAS 2.18

para a obtenção da transformada de Fourier, lista-se de seguida a sequência de operações

efectuadas no tratamento dos sinais (Costa, 2002):

Aplicação de filtros de Hanning a janelas temporais dos registos de aceleração como

forma de contrariar o efeito de Leakage;

Filtragem digital dos registos com um filtro pass-baixo regulado para 1/8 da

frequência de amostragem de modo a contrariar o efeito de Aliasing e eliminar as

componentes de frequência alta;

Filtragem digital dos registos com filtro passa-alto regulado para 1 Hz;

Correcção baseline para anulamento do valor residual médio do registo;

Determinação da FFT.

4.1.1. Edifício Z2SE036 (Farmácia na Rua Paiva Coelho)

Os registos foram efectuados nos pavimentos e segundo a localização e a ordem

apresentada na Figura 15. Os dados recolhidos in situ permitiram determinar uma lista de

frequências fundamentais associadas preferencialmente a cada direcção de vibração.

Figura 15: Localização em planta das leituras realizadas com o sismógrafo e representação esquemática

das direcções de leitura

LONG

VERT TRAN

SISM.


17

Na Figura 16 apresentam-se os conteúdos espectrais em potência, obtidos a partir das

acelerações medidas na parede do edifício Z2SE036. Note-se que nesta campanha de

medição de acelerações foram realizadas 7 medições, expondo-se neste documento apenas

os resultados mais relevantes a usar na futura calibração de um modelo estrutural. A partir

dos valores de pico desses espectros estimaram-se frequências naturais da estrutura na

zona de influência da parede sobre a qual foi feita cada medição.

Figura 16: Transformada de Fourier das acelerações para os pontos de medição S7-S02 e S7-S01

As frequências de 15.7 Hz foram estimadas para as acelerações médias nas medições S7-

S02 e S7-S01 na direcção transversal às paredes. Estas frequências estarão associadas a

modos de vibração que envolvem o movimento transversal destas paredes (a energia

associada à direcção transversal é mais importante do que nas outras duas direcções, no

que respeita à identificação do modo) (Vicente, 2008). Na direcção longitudinal às paredes,

foram estimadas frequências da ordem dos 7.2 Hz.

4.1.2. Edifício Z2SE054 (Edificio habitacional contíguo à Mundet)

Seguindo o procedimento adoptado na Secção 4.1.1, os registos obtidos para o edifício

Z2SE054 foram efectuados nos pavimentos e segundo a localização e a ordem apresentada

na Figura 17. Uma vez mais, os dados recolhidos in situ permitiram determinar uma lista de

frequências fundamentais associadas preferencialmente a cada uma das três direcções de

vibração.


18

Figura 17: Localização em planta das leituras realizadas com o sismógrafo e representação esquemática

das direcções de leitura

Na Figura 18 apresentam-se os conteúdos espectrais em potência, obtidos a partir das

acelerações medidas na parede do edifício.

Figura 18: Transformada de Fourier das acelerações para os pontos de medição S3-S01 e S1-S02

LONG

VERT TRAN

SISM.


19

Note-se que embora esta campanha de medição de acelerações tenha compreendido a

realização de 4 medições, nesta secção apresentam-se apenas os resultados mais

relevantes a usar na futura calibração de um modelo estrutural. A partir dos valores de pico

desses espectros estimaram-se frequências naturais da estrutura na zona de influência da

parede sobre a qual foi feita cada medição.

As frequências de 9.0 Hz foram estimadas para as acelerações médias nas medições S3-

S01 e S1-S02 na direcção transversal às paredes. Estas frequências estarão associadas a

modos de vibração que envolvem o movimento transversal ao desenvolvimento da banda

onde se encontra inserido o edifício (a energia associada à direcção transversal é mais

importante do que nas outras duas direcções, no que diz respeito à identificação do modo)

(Vicente, 2008). Na direcção longitudinal às paredes, foram estimadas frequências da ordem

dos 17.1 Hz.

5. COMENTÁRIOS FINAIS

Os ensaios realizados com macacos planos permitem retirar informação relativa às

propriedades mecânicas das alvenarias para a análise estrutural, mesmo reconhecendo as

limitações e cuidados necessários na interpretação de resultados.

Os ensaios com macacos planos podem ser considerados um dos melhores ensaios semi-

destrutivos que permitem fazer medições sobre uma amostra não alterada com dimensões

suficientes para representar o comportamento in situ do material. O nível de rigor obtido por

um ensaio desta natureza é claramente compatível com a informação necessária para

calibrar os modelos de análise e para apoiar as acções de reabilitação e reforço, pela

definição de níveis de intervenção das várias técnicas de reforço das alvenarias. Considera-

se assim um teste simples e útil de custos associados reduzidos.

No entanto, os ensaios de macacos planos requerem um determinado nível de perícia e

experiência, já que muitas são as condicionantes e problemas que poderão influenciar a

obtenção de resultados fiáveis. O ensaio permite avaliar uma fracção de parede até uma

profundidade de 10cm, mas que não poderá ser representativa das propriedades da parede

de uma forma global, isto é, no caso de paredes de constituição muito heterogénea, em que

o interior da parede poderá ter propriedades significativamente diferentes das faces

exteriores, não se verifica uma distribuição uniforme de tensões.

Reconhece-se que seria necessário um maior número de ensaios para obter resultados

mais fiáveis associados à morfologia, aspectos de assentamento das alvenarias estudadas

e estado de conservação, bem como, para o estabelecimento de correlações entre as

grandezas e propriedades resistentes, como o módulo de elasticidade, constituição (%

pedra, argamassa e vazios), coeficiente de Poisson, etc.

A catalogação das alvenarias, baseada na observação, é fundamental no contexto da

reabilitação e reforço das paredes de alvenaria, registando, para além das suas

características morfológicas, os valores das resistências mecânicas, os seus módulos de

elasticidade, as configurações típicas de rotura e os mecanismos de fissuração. O

conhecimento mais aprofundado constitui uma “mais-valia” em qualquer nível de avaliação


20

da vulnerabilidade sísmica e no auxílio de interpretação de danos e problemas estruturais.

Esta campanha de ensaios revelou que existem muitas estruturas de alvenaria em boas

condições e com capacidade resistente para as acções verticais, e forneceu informação

acerca das suas características resistentes, podendo indicar valores de referência para

utilização em acções de verificação da segurança sobre construções semelhantes.

A campanha de ensaios de identificação dinâmica permitiu identificar as frequências

fundamentais associadas a modos de vibração que envolvem o movimento transversal dos

edifícios. Estes resultados são muito relevantes a usar na futura calibração de modelos

numéricos que presentemente estão a ser desenvolvidos no âmbito de teses de mestrado.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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measurements, ASTM Standard C 1196-91.

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NDT&E International, Vol. 36, pp. 215–227.

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rules, seismic actions and rules for buildings. European Committee for Standardisation,

Brussels.

CEN (2005). Eurocode 6: Part 1-1 – General Rules for buildings – Rules for reinforced and

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Costa, C. (2002). Análise do Comportamento da Ponte da Lagoncinha sob a Acção do

Tráfego Rodoviário. Tese de Mestrado em Estruturas. FEUP, Porto, Portugal.

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de Engenharia Civil da Universidade do Minho, No. 9, Guimarães.

Macchi, G. (2005). Short Course on Structural Assessment of Heritage Buildings; Rose

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Noland, J.L.; Atkinson, R.H.; Schuller, M.P. (1990). A review of the flat-jack method for

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RILEM LUM.D.3 (1990b), In-situ strength/elasticity tests on masonry based on the flat jack.

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Vicente, R. (2008). Estratégias e metodologias para intervenções de reabilitação urbana.

Avaliação da vulnerabilidade e do rísco sísmico do edificado da Baixa de Coimbra.

Universidade de Aveiro, Portugal.

Documents

Cadernos de apoio à avaliação do Risco sísmico e de incêndio nos Núcleos Urbanos Antigos do Seixal - Caderno 2: Evolução Urbana e Tipologias do Edificado