Metodologias inovadoras no cálculo sísmico de estruturas em alvenaria simples e confinada

Abstract

As construções em alvenaria representam uma parte importante do legado construído e cultural do passado, mas também uma solução sustentável para o futuro. Esta é a principal premissa que motivou este trabalho, assim como o desenvolvimento significativo verificado na indústria de produtos para alvenaria nos últimos anos, apesar do panorama atual em que o material alvenaria é essencialmente usado em paredes de preenchimento das estruturas. Neste trabalho estudam-se as possibilidades de construção e o cálculo moderno de estruturas em alvenaria. É apresentado o estado da arte de procedimentos de cálculo sísmico, os quais derivaram sobretudo da experiência acumulada na observação pós-sismo na ex-Jugoslávia e em Itália. Nestes países verificou-se uma grande preocupação na avaliação sísmica de estruturas existentes e na continuidade da construção com alvenaria estrutural, através da realização de amplos estudos experimentais, do desenvolvimento de ferramentas de simulação analítica, da elaboração de normas para cálculo e da disponibilização de software apelativo. Os procedimentos e ferramentas desenvolvidos para aplicação baseiam-se, em geral, no uso de métodos de macro-elementos para análise pushover, com uma verificação da segurança baseada em desempenho. Neste trabalho, estas ferramentas são comparadas e avaliadas, sendo também proposto um método simplificado para análise da resposta global de edifícios, o qual tem em consideração a capacidade inelástica das estruturas. Visando a melhoria do comportamento sísmico de estruturas em alvenaria, é feito um estudo aprofundado da tipologia de alvenaria confinada, para a qual são propostos modelos numéricos e analíticos para cálculo sísmico. Finalmente, são apresentados vários casos de aplicação, incluindo a avaliação sísmica de um edifício histórico, a comparação de diferentes tipologias estruturais na construção de um edifício unifamiliar, e a aplicação das ferramentas modernas de análise no projeto de construção nova em alvenaria. As ferramentas usadas demonstram fiabilidade e robustez computacional, e permitem comprovar a viabilidade e as vantagens de construção com estruturas de alvenaria, tendo em conta um futuro mais sustentável.

Masonry construction represents an important part of the built and cultural heritage, but also a sustainable solution for the future. This is the main reason for this work, jointly with the recent relevant developments in the masonry industry, despite the fact that presently masonry is mainly used as infill of structures. This work addresses the possibilities of construction and modern design for masonry structures. First, a state-of-art of procedures for seismic design is presented, which were derived mainly from the post-earthquake experience in former Yugoslavia and Italy. In these countries a great effort was made to assess existing structures and to keep construction with structural masonry alive, namely by carrying extensive experimental and analytical studies, jointly with the development of modern codes and easyto- use software. The procedures and tools developed for practitioners have been generally based in the use of macro-element methods for pushover analysis, which establishes a framework of performance-based safety assessment. In this work, these tools are compared and evaluated, being also proposed a simplified method for global analysis of buildings that considers the inelastic capacity of masonry structures. The confined masonry typology is studied as an improvement to the masonry structures, developing numerical and analytical models for seismic design. Finally, several case studies are presented, namely the seismic assessment of a historical building, the comparison of several typologies for construction of modern housing, and the application of modern design tools for new masonry buildings. The used tools presented reliability and computational efficiency, which allowed verifying the practicability and advantages of structural masonry, aiming at a more sustainable future.