A avaliação do comportamento sísmico deste tipo de estruturas é fundamental, tanto nos estudos de riscos sísmicos, como na avaliação probabilística da segurança e reabilitação sísmica das construções [43, 44]. Conscientes da exposição de Portugal à ação sísmica, há uma necessidade premente que os edifícios projetados sem resistência sísmica suficiente sofram processos de reabilitação, o que implica estudos de avaliação quanto à sua vulnerabilidade. Pretende-se abordar os métodos práticos de análise da vulnerabilidade sísmica das alvenarias antigas e estabelecer uma análise comparativa entre os testes experimentais, os métodos dos elementos finitos (MEF) e outros programas de análise numérica.
Capítulo 2 – Construções em Alvenaria Antiga
2.3.1. Análise da vulnerabilidade sísmica nas alvenarias
Numa perspetiva ampla, de acordo com Roque [29], a vulnerabilidade sísmica pode depender de vários fatores: “o risco sísmico geográfico, a aptidão das características estruturais, arquitetónicas e de utilização das construções, os planos e meios para a imediata intervenção em situações de acidente, bem como, a capacidade técnica e financeira para a reparação dos danos materiais”.
Diferentes autores [45-50] defendem que a vulnerabilidade é o fator que assume maior importância dentro do risco sísmico, ainda que isso não justifique o menosprezo pelos restantes fatores, como a exposição e a perigosidade. Existem três níveis de vulnerabilidade sísmica: a vulnerabilidade estrutural, a vulnerabilidade não - estrutural e a vulnerabilidade funcional, destacando-se sobretudo a vulnerabilidade estrutural.
A aplicação dos métodos simplificados para a determinação da vulnerabilidade de um edifício obriga a que “a estrutura seja regular e simétrica, que os pavimentos de piso
constituam diafragmas rígidos e que o modo de colapso condicionante ocorra por corte no plano das paredes” [39, 51]. Contudo, nem sempre é possível respeitar todas estas
condições, nomeadamente as duas últimas, pelo que estes métodos apenas servirão de referência e complemento a resultados provenientes de ensaios experimentais e/ou análises numéricas.
Identificam-se três Métodos Simplificados (a percentagem da área em planta, a razão entre área efetiva e o peso e o método do “corte basal” [29, 39, 51]), podendo-se identificar outros métodos como o método do índice de vulnerabilidade sísmica que atribuiu valores fiáveis para fachadas dos edifícios [52] e ainda métodos mais complexos recorrendo a análises não-lineares.
O primeiro método, bastante simples, considera apenas as dimensões em planta dos elementos de alvenaria resistentes, com mais de 0,4m de espessura [3], o que o torna num método muito limitado na avaliação da vulnerabilidade sísmica. Já o segundo, avalia a razão entre a área efetiva e o peso, tem em consideração as dimensões em planta e a altura do edificado, fazendo dele um método mais eficiente. Por último, o método do corte basal baseia-se na comparação do esforço de corte total ou força sísmica (em análise estática) e a capacidade resistente ao corte das paredes da estrutura
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2.3.2. Ferramentas numéricas para avaliação da vulnerabilidade
sísmica
Embora a aplicação de métodos simplificados seja importante na avaliação da vulnerabilidade sísmica de estruturas, a tecnologia disponível nos dias de hoje justifica a otimização das capacidades dos computadores por intermédio do recurso a diferentes programas de cálculo. Para a avaliação do comportamento sísmico das estruturas torna- se, por conseguinte, indispensável o conhecimento dos métodos de análise das estruturas, a saber: análise elástica, métodos “pushover”, análise limite com macro- blocos e análise não-linear dinâmica com integração no tempo [1].
No caso de estruturas bi ou tridimensionais complexas é frequente o uso de programas de cálculo automático baseados no Método dos Elementos Finitos (MEF) [53]. No entanto, existem métodos baseados no método POR (método “mecanismo de piso”) e em macro-blocos mais apropriados para o dimensionamento e para avaliação do comportamento sísmico de estruturas de alvenaria [1]. No caso dos programas 3MURI e ANDIL/SAM II, com formulações propostas por Magenes & Fontana [54] e Gamboratta & Lagomarsino [55], é possível simular corretamente os mecanismos de rotura de painéis de alvenaria, através de análise não-linear estática (análise “pushover” em alvenaria com diagrama rígido).
No caso do 3MURI, o programa apresenta algumas exigências, como o facto de os edifícios terem de ser simétricos, com paredes de secção não variável (inércia constante) e homogéneas, permitindo apenas uma análise correta de três andares, no máximo.
O RAN é um método de macro-blocos com base no método POR, que desenvolve um equilíbrio pseudo-global assente na resposta adicional de cada piso da estrutura [56]. No caso das estruturas homogéneas mais recentes, como os pórticos, é comum usar-se o programa SAP2000 que adota uma análise elástica ou análise “pushover” e que tem como objetivo modelar os mecanismos de rotura de flexão e corte [57].
Através da comparação dos diferentes tipos de análise estrutural de alvenarias antigas, conclui-se que o comportamento não-linear é muito relevante, sabendo-se que a sua resistência à tração é reduzida. Por outro lado, a análise linear não traduz toda a realidade neste tipo de estruturas.
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Em termos da avaliação de segurança/dimensionamento e do reforço de estruturas de alvenaria, verifica-se que a análise pushover serve apenas de “referência” uma vez que os métodos de macro-blocos conduzem a melhores resultados para o projeto [1].
Uma boa forma de testar os programas automáticos que auxiliam nas modelações é pelo recurso à comparação, recorrendo a exemplos concretos de testes experimentais. Esta solução foi testada por Rizzano & Sabatino [58] ao ensaiar a construção "Wall Pavia
Door" (estrutura de alvenaria de dois andares, assimétrica e com paredes de secção
constante) nos diferentes programas, comparando os resultados no Frema (Frame
Equivalent Masonry Analysis), no SAM [54], no 3MURI [59] e uma simulação MEF
realizada por Calderini et al. [60]. Esta experiência demonstrou um acordo satisfatório entre o teste experimental e a maioria dos programas. A curva experimental resultar da envolvente monótona de uma curva cíclica (que representa o limite inferior da resposta real monótona).
Todavia, pelo método proposto por Building Code do M.I.T. [61], pode-se observar que a curva de deslocamento/força obtida do comportamento à flexão da estrutura menospreza a força real e a rigidez da parede (ver Figura 10), daí a diferença discrepante se comparado aos restantes métodos em análise [58].
Figura 10: Caracterização geométrica da construção “Pavia Door Wall” e diagrama com as curvas que relacionam o esforço de corte na base total com o deslocamento no topo da estrutura. Fonte: [58].
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