Publicação
Evaluation of the seismic response of masonry cross vaults through shaking table tests and numerical analysis
| Resumo: | As abóbadas de aresta de alvenaria representam elementos estruturais que continuam a surpreender os observadores, porém a investigação sobre este tópico ainda é limitada. Sendo vulneráveis aos sismos, a sua salvaguarda é crucial, uma vez que podem causar vítimas e perdas significativas. Esta tese tem por objetivo estudar o comportamento sísmico de abóbadas de aresta submetidas à ação de corte e avaliar a eficiência de uma técnica de reforço através de ensaios sísmicos e da análise numérica. O programa experimental incluiu uma abóbada à escala reduzida, impressa em 3D, com juntas secas e uma abóbada à escala real com juntas de argamassa e tijolos maciços, reparada com injeções e reforçada com reboco armado. A resposta experimental da abóbada reduzida foi analisada em termos de mecanismo de colapso, capacidade sísmica e deslocamentos relativos, e forneceu dados para calibrar os modelos numéricos tridimensionais, nomeadamente o micromodelo de elementos finitos (MEF) e o modelo de elementos discretos (MED), e para realizar análises dinâmicas não lineares. Verificou-se que a calibração da rigidez das juntas, efetuada com base nas propriedades modais, se revelou decisiva para os modelos numéricos. Observou-se ainda que a influência do amortecimento não é relevante para elementos com junta seca. O MEF mostrou ser preciso. No entanto o MED reproduziu melhor o dano e o instante em que este ocorreu. O estudo sobre a influência de diferentes sismos com recurso ao MED, permitiu verificar que o colapso apresenta valores semelhantes da velocidade de pico da acção sísmica, apresentando-se como um parâmetro estável para a avaliação sísmica abóbadas. Na escala real, a abóbada reforçada apresentou uma redução do indicador de dano de 20% relativamente à abóboda não reforçada, para a mesma ação sísmica. Para a mesma amplitude, a abóbada reforçada apresentou apenas fissuras ligeiras, contrariamente ao dano severo da abóboda não reforçada. O reboco armado melhorou o desempenho da abóbada, aumentado a sua capacidade, e resultando eficaz para a redução da vulnerabilidade sísmica das abóbadas. Do ponto de vista numérico, avaliou-se a simulação do mecanismo de colapso e a evolução do dano, que apresentam uma boa correspondência em termos de extensões principais (MEF) e abertura e fecho das juntas (MED). Os deslocamento relativos obtidos através do MEF e do MED são conservadores em comparação com resultados dos ensaios em mesa sísmica. O MED com o critério de rotura clássico de Mohr-Coulomb apresentou maior dificuldade em replicar os deslocamentos últimos e o comportamento histerético do que o comportamento material combinado de Morh-Coulomb com corte, esmagamento e fendilhação, o qual melhorou os resultados em termos de deslocamento e capacidade. Demonstrou-se que o MEF é preciso o suficiente para o estudo do comportamento dinâmico não linear de abóbadas não reforçadas e não reforçadas e reforçadas, no entanto exige um elevado esforço computacional. |
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| Autores principais: | Bianchini, Nicoletta |
| Assunto: | Abóbadas de aresta Análise não linear Ensaios em mesa sísmica MED MEF Cross vaults DEM FEM Non-linear dynamic analysis Shaking table tests |
| Ano: | 2023 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | As abóbadas de aresta de alvenaria representam elementos estruturais que continuam a surpreender os observadores, porém a investigação sobre este tópico ainda é limitada. Sendo vulneráveis aos sismos, a sua salvaguarda é crucial, uma vez que podem causar vítimas e perdas significativas. Esta tese tem por objetivo estudar o comportamento sísmico de abóbadas de aresta submetidas à ação de corte e avaliar a eficiência de uma técnica de reforço através de ensaios sísmicos e da análise numérica. O programa experimental incluiu uma abóbada à escala reduzida, impressa em 3D, com juntas secas e uma abóbada à escala real com juntas de argamassa e tijolos maciços, reparada com injeções e reforçada com reboco armado. A resposta experimental da abóbada reduzida foi analisada em termos de mecanismo de colapso, capacidade sísmica e deslocamentos relativos, e forneceu dados para calibrar os modelos numéricos tridimensionais, nomeadamente o micromodelo de elementos finitos (MEF) e o modelo de elementos discretos (MED), e para realizar análises dinâmicas não lineares. Verificou-se que a calibração da rigidez das juntas, efetuada com base nas propriedades modais, se revelou decisiva para os modelos numéricos. Observou-se ainda que a influência do amortecimento não é relevante para elementos com junta seca. O MEF mostrou ser preciso. No entanto o MED reproduziu melhor o dano e o instante em que este ocorreu. O estudo sobre a influência de diferentes sismos com recurso ao MED, permitiu verificar que o colapso apresenta valores semelhantes da velocidade de pico da acção sísmica, apresentando-se como um parâmetro estável para a avaliação sísmica abóbadas. Na escala real, a abóbada reforçada apresentou uma redução do indicador de dano de 20% relativamente à abóboda não reforçada, para a mesma ação sísmica. Para a mesma amplitude, a abóbada reforçada apresentou apenas fissuras ligeiras, contrariamente ao dano severo da abóboda não reforçada. O reboco armado melhorou o desempenho da abóbada, aumentado a sua capacidade, e resultando eficaz para a redução da vulnerabilidade sísmica das abóbadas. Do ponto de vista numérico, avaliou-se a simulação do mecanismo de colapso e a evolução do dano, que apresentam uma boa correspondência em termos de extensões principais (MEF) e abertura e fecho das juntas (MED). Os deslocamento relativos obtidos através do MEF e do MED são conservadores em comparação com resultados dos ensaios em mesa sísmica. O MED com o critério de rotura clássico de Mohr-Coulomb apresentou maior dificuldade em replicar os deslocamentos últimos e o comportamento histerético do que o comportamento material combinado de Morh-Coulomb com corte, esmagamento e fendilhação, o qual melhorou os resultados em termos de deslocamento e capacidade. Demonstrou-se que o MEF é preciso o suficiente para o estudo do comportamento dinâmico não linear de abóbadas não reforçadas e não reforçadas e reforçadas, no entanto exige um elevado esforço computacional. |
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