Avaliação do comportamento sísmico e reforço de abóbadas de aresta

Construções

Figura 1: modelo experimental não reforçado

As abóbadas de aresta de alvenaria correspondem a um elemento estrutural muito frequente em edifícios históricos, tais como igrejas, catedrais, mosteiros. As inspeções pós-sismo efetuadas em edifícios históricos têm demonstrado a elevada vulnerabilidade das abóbadas às ações dinâmicas.

Neste sentido, a análise do comportamento dinâmico tridimensional das abóbadas de aresta é fundamental para contribuir eficazmente para a preservação das construções históricas. No entanto, a maioria dos trabalhos desenvolvidos neste tópico focam-se na análise bidimensional das abóbadas, modelando-as como sequência de arcos, para ações estáticas e dinâmicas. Recentemente, têm sido desenvolvidos estudos que envolvem a análise tridimensional, sobretudo estudos numéricos e experimentais com modelos à escala reduzida com aplicações de ações estáticas ou quase-estáticas (forças e deslocamentos nos apoios).

Face ao exposto anteriormente, esta comunicação apresenta um estudo experimental e numérico sobre o comportamento dinâmico de uma abóbada de aresta de alvenaria à escala real para ação sísmica, e pretende contribuir para o melhor entendimento do comportamento dinâmico tridimensional das abóbadas e, consequentemente, para a proteção dos edifícios históricos de alvenaria.

O estudo experimental foi efetuado com recurso à plataforma sísmica triaxial do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC). Foi construída uma abóbada de aresta de alvenaria à escala real, com tijolos sólidos, juntas com argamassa à base de cal, 3,50 x 350 m² em planta, 0,12 m espessura, dois apoios fixos, dois apoios deslizantes, e dois tirantes metálicos em três vãos (Figura 1). Os apoios do modelo pretendem simular as condições de fronteira assimétricas (rigidez e massa) das abóbadas das naves laterais de igrejas e avaliar o comportamento da abóbada para esforços de corte no plano. O modelo foi ensaiado aplicando dois acelerogramas do sismo de L'Aquila (Itália, 2009, PGA = 0,43 g) nas duas direções horizontais com amplitude crescente, até causar dano severo. Antes do primeiro e após cada ensaio sísmico, foram realizados ensaios de identificação dinâmica com vibração forçada, tendo por objetivo avaliar a redução das frequências dos modos de vibração do modelo e, consequentemente, a redução de rigidez e evolução do dano. Após causar dano severo (75 % da amplitude do sismo), o modelo foi reparado e reforçado através da aplicação de reboco armado no extradorso da abóbada. A reparação do modelo foi efetuada através de injeção das fendas com argamassa fluída à base de cal.

O reboco armado é constituído por: (1) uma camada de argamassa à base de cal hidráulica natural, aplicado sobre o extradorso da abóbada; (2) a rede biaxial de fibra de basalto e micro cabos de aço inox AISI 304 termo soldada e protegida com tratamento resistente aos álcalis; (3) uma camada de argamassa à base de cal hidráulica natural, aplicada sobre a rede biaxial de fibra. O reboco armado foi ainda ligado à alvenaria do enchimento de cada apoio, com recurso à realização de furos preenchidos com rede de fibra de vidro e micro cabos em aço galvanizado e argamassa fluída à base de cal. A resposta dos modelos não reforçado e reforçado foi medida através da aplicação de acelerómetros no extradorso da abóbada (acelerações), sistema ótico nos apoios e no centro da abóbada (deslocamentos), transdutores lineares de deslocamento nos apoios e células de carga nos tirantes (força). O desempenho dinâmico dos modelos foi analisado em termos de mecanismo de colapso, padrão de dano, acelerações e deslocamento máximos, e indicador de dano determinado através da redução das frequências estimadas nos ensaios de vibração dinâmica.

Os ensaios efetuados no modelo não reforçado (10 %, 25 %, 50 %, 75 % da amplitude do sismo) permitiram verificar que a abóbada apresenta fendas diagonais (extradorso e intradorso) e junto do enchimento dos apoios, associadas ao mecanismo de corte no plano e aos deslocamentos relativos significativos entre os dois alinhamentos com diferentes tipos de apoio (fixos e deslizantes). No sismo de 75 %, o modelo não reforçado apresentou dano com severidade moderada a elevada (Figura 3a). As fendas diagonais da abóbada iniciaram-se no sismo de 50 %. Durante os sismos de 10 % e 25 %, o modelo apresentou dano muito reduzido. (...)