Structural Assessment and Seismic Retrofitting of Existing Adobe Constructions

Earth is one of the oldest building materials, having been used throughout the world since ancient times until the present day (Houben and Guillaud 1994). Nowadays, a significant percentage of the world population still lives in earthen buildings (Minke 2012). There is also a vast earthen built heritage, with many examples inscribed in UNESCO's World Heritage List (Gandreau and Delboy 2012). In Portugal, adobe, which is one of the most common earthen building techniques, was very used until the mid-twentieth century. At present, there are still many adobe buildings in use, some of which with great cultural and architectural value (Silveira et al. 2013, Oliveira et al. 2013). Earthen constructions have many advantages, such as low cost and reduced environmental impact (Morton et al. 2005, Shukla et al. 2009). However, these constructions, if not effectively designed and strengthened, may perform very poorly when subjected to seismic loads, as has been observed in recent earthquakes (Blondet 2008, Elnashai et al. 2010, Gautam et al. 2016). Knowledge on the mechanical properties and structural behaviour of these constructions is thus fundamental to support their adequate rehabilitation and strengthening. In order to contribute to this knowledge, research on the existing adobe constructions in Aveiro district, Portugal, has been developed in the last decade. A brief overview of some of the studies carried out is presented in the following sections

Survey of the facade walls of existing adobe buildings

Adobe construction was very common in Aveiro district, Portugal, until the middle of the 20thcentury. At present, there are still many adobe buildings in use, a significant percentage of whichhave social, cultural, and architectural value. Many of these buildings, however, are in a poor state ofconservation. The existing problems are partially the result of a lack of knowledge about thematerials and building systems traditionally used. To contribute to this knowledge, a visual anddimensional inspection of the facade walls of twenty one adobe buildings located in Anadia,Murtosa, and Aveiro municipalities, in Aveiro district, was conducted. This article presents adescription and analysis of the construction details, common defects, and state of conservation ofthe facade walls studied. This work aims to contribute with preliminary information that may helpsupport the preservation and rehabilitation of existing adobe buildings

Caracterização mecânica e reforço de construções em alvenaria de adobe

O adobe é um dos materiais de construção tradicionais mais disseminados, sendo empregue com abundância em várias zonas do mundo. Estima-se que cerca de 30% da população mundial vive em edifícios de terra [1], grande parte dos quais em adobe. Em Portugal, especialmente na Beira Litoral, o adobe foi muito utilizado na construção até meados do século XX. Este material aparece em edifícios rurais e urbanos, muitos dos quais continuam, hoje em dia, habitados. Estima-se que na cidade de Aveiro 25% dos edifícios são de adobe e que, considerando todo o distrito, este número atinge os 40%. Vários dos edifícios urbanos têm associado um importante valor arquitectónico, patrimonial e histórico, destacando-se os de estilo Arte Nova. A terra é um material barato, reutilizável, disponível nas proximidades das obras, e está associada a métodos construtivos simples que exigem um reduzido consumo de energia. Este material tem, por isso, sido votado a um interesse crescente nos últimos anos. No entanto, a construção em adobe, se não for devidamente concebida e reforçada, poderá apresentar uma resposta deficiente quando sujeita a acções horizontais cíclicas, como as induzidas por sismos, sofrendo danos estruturais severos e atingindo até, frequentemente, o colapso. Neste trabalho serão apresentados resultados de investigação recente desenvolvida na Universidade de Aveiro no domínio da caracterização mecânica de blocos de adobe e de ensaios de avaliação do comportamento estrutural de paredes de alvenaria de adobe sujeitas a acções horizontais cíclicas. Também são apresentados os resultados de ensaios de soluções de reforço

Caracterização construtiva e mecânica de paredes de alvenaria de adobe de edifícios existentes

Doutoramento em Engenharia CivilEarthen construction has been widely used throughout the world, since approximately 10000 years ago and until the present day. A significant part of the world earthen built heritage – including many properties inscribed on the UNESCO’s World Heritage List –, however, is at risk. In Portugal, earth was also a widely used construction material until the middle of the 20th century. In Aveiro district, in particular, adobe construction was very common. Currently, there are still a great number of adobe constructions in this region, a large part of which are in use. Many of the existing buildings are of social, cultural, and architectural value. Despite their value, however, many of these buildings are in a poor state of conservation, suffering from various structural and non-structural defects. The problems observed in existing adobe buildings result in large part from a lack of knowledge regarding the materials and building systems used in this type of construction. There is, in particular, a lack of knowledge about the properties and behaviour of adobe masonry walls, which are key structural elements that influence the overall behaviour of buildings. The main aim of the research developed and discussed in this thesis is thus to contribute to this knowledge, focusing, in particular, on the adobe buildings of Aveiro district. For this purpose, a visual and dimensional inspection of the facade walls of twenty-one representative adobe buildings was conducted. With this inspection, it was possible to carry out a detailed analysis of the facade walls – including their structural system, coatings, and traditional masonry materials – and to assess the vulnerabilities, common defects, and state of conservation of these elements. A series of experimental tests were also carried out. Simple compression tests were performed on cylindrical and cubic adobe specimens, flexural tests on adobe bricks, and splitting tests on cylindrical specimens. Simple compression and diagonal compression tests were also conducted on ten full-scale adobe masonry wall panels, built with adobes taken from an existing construction. Finally, an in-plane horizontal cyclic test was performed on a full-scale double-T shaped adobe wall, also built with adobes from an existing construction. With the tests carried out, it was possible to characterise the strength, stiffness, stress-strain relationships, and common damage pattern of the test specimens, and to assess correlations between different mechanical properties. It was also possible to develop a comparison between the strength values obtained and the limits indicated in existing standards for earthen construction, and between the results obtained and those determined by other authors for test specimens representative of adobe construction in other countries. The results presented and discussed in this thesis contribute to the enrichment of knowledge that is considered essential to support the conservation and rehabilitation of existing adobe buildings, not only in Portugal, but also in other regions of the world.A construção em terra tem sido muito utilizada em todo o mundo, desde há cerca de 10000 anos atrás e até aos dias de hoje. Uma parte significativa do património mundial construído com terra, incluindo vários bens inscritos na Lista de Património Mundial da UNESCO, encontra-se, no entanto, em risco. Em Portugal, a terra foi também um material de construção muito utilizado até meados do século XX. No distrito de Aveiro, em particular, a construção em adobe era muito comum. Atualmente, existe ainda um elevado número de construções em adobe nesta região, grande parte das quais se encontram em uso. Muitos dos edifícios existentes são de valor social, cultural e arquitetónico reconhecido. No entanto, apesar do seu valor, muitos destes edifícios estão em mau estado de conservação, apresentando anomalias estruturais e não estruturais variadas. Os problemas observados nos edifícios existentes de adobe resultam, em grande parte, de falta de conhecimento sobre os materiais e sistemas de construção utilizados neste tipo de edificação. Há, em particular, falta de conhecimento sobre as propriedades e o comportamento das paredes de alvenaria de adobe, que são elementos estruturais principais que influenciam o comportamento global dos edifícios. Assim, o trabalho de investigação desenvolvido e discutido nesta tese tem como principal objetivo contribuir para este conhecimento, debruçando-se, em particular, sobre as construções em adobe do distrito de Aveiro. Para este efeito, foi realizada uma inspeção visual e dimensional das paredes de fachada de vinte e um edifícios de adobe representativos. Com esta inspeção, foi possível analisar de forma detalhada as paredes de fachada – incluindo o seu sistema estrutural, revestimentos e materiais de alvenaria tradicionais – e avaliar as vulnerabilidades, anomalias comuns e estado de conservação destes elementos. Uma série de ensaios experimentais foi também levada a cabo. Foram realizados ensaios de compressão simples sobre provetes cilíndricos e cúbicos de adobe, ensaios de flexão sobre blocos de adobe e ensaios de compressão diametral sobre provetes cilíndricos. Foram ainda realizados ensaios de compressão simples e compressão diagonal sobre dez painéis de alvenaria de adobe à escala real, construídos com adobes recolhidos de uma construção existente. Por fim, realizou-se o ensaio de uma parede à escala real em forma de ‘duplo T’, construída também com adobes de uma construção existente, sob a ação de uma carga horizontal cíclica, aplicada no plano da parede. Com os ensaios realizados, foi possível caracterizar a resistência, a rigidez, as relações de comportamento tensão-deformação e o padrão comum de dano dos elementos ensaiados, e avaliar as correlações entre diferentes propriedades mecânicas. Foi ainda desenvolvida uma comparação entre os valores de resistência obtidos e os limites indicados nas normas existentes para a construção em terra, bem como entre os resultados obtidos e aqueles determinados por outros autores para a alvenaria de adobe representativa da construção em adobe noutros países. Os resultados apresentados e discutidos nesta tese contribuem para o enriquecimento de conhecimento que é considerado essencial para apoiar a conservação e reabilitação dos edifícios de adobe existentes, não só em Portugal, mas também noutras regiões do mundo

Equações diferenciais descontínuas e inclusões diferenciais

Mestrado em MatemáticaO objectivo desta dissertação é estudar as soluções de equações diferenciais definidas por campos vectoriais descontínuos e suas relações com as inclusões diferenciais. Começamos por analisar a existência, unicidade e dependência contínua dos dados iniciais, das soluções de Carathéodory. De seguida estudamos as soluções generalizadas recorrendo a duas abordagens. Uma primeira abordagem consiste em definir solução generalizada como limite uniforme duma certa sucessão de soluções aproximadas, introduzindo assim as soluções de Hermes e de Euler: A outra abordagem baseia-se em definir solução generalizada, como sendo solução duma inclusão diferencial associada a equação diferencial. Estuda-se desta forma a regularização das equações diferenciais com lado direito descontínuo, e introduz-se os conceitos de solução de Krasowski e de Filippov. ABSTRACT: The aim of this dissertation is to study the solutions of differential equations defined by discontinuous vector fields and its relationship with differential inclusions. We begin by analyzing the existence, uniqueness and continuous dependence with respect to initial data of Carathéodory solutions. Then we study the generalized solutions using two approaches. One approach is to define general solution as uniform limit of a certain sequence of approximate solutions, thus introducing the solutions of Euler and Hermes. The other approach consists on defining general solution as solution of a certain differential inclusion associated with the differential equation, and we use it study the regularization of differential equations with discontinuous right side, and to introduce the concepts of Krasowski and Filippov solutions

Avaliação visual de sujeitos expostos de forma ocupacional a solventes orgânicos através de métodos psicofísicos

Les solvants organiques sont des substances neurotoxiques que peuvent causer des effets préjudiciables dans le système visuel. Lexposition professionnelle de ces types de substances est commune parce quils sont utilisés dans une grande variété dactivités. Ces effets peuvent être quantifiés par des tests spécifiques de psychophysique. Les tests les plus utilisés dans cette évaluation sont, pour la vision des couleurs, le Lanthony Panel D-15 désaturé et le test Farnsworth-Munsell 100-Hue, et pour lévaluation de la sensibilité au contraste, le MCT 8000 Vistech, le VCTS 6500 Vistech et le FACT 101. Généralement, ces tests révèlent une réduction de discrimination des couleurs, des effets dans les axes bleu-jaune et rouge-vert, et une diminution de sensibilité au contraste, spécialement dans les basses fréquences spatiales. Il y a une corrélation positive entre les résultats psychophysiques et les marqueurs biologiques environnementaux, mais cette corrélation dépend du marqueur et du type de solvant auquel le sujet a été exposé. Des facteurs tels que lalcool et le tabac peut nuire à la corrélation des résultats.Los solventes orgánicos son sustancias neurotóxicas que pueden causar efectos dañinos en el sistema visual. La exposición ocupacional a estas sustancias es común, ya que se utilizan en una amplia variedad de actividades. Estos efectos pueden ser cuantificados por las pruebas psicofísicas específicas. Las pruebas más utilizadas para la evaluación de la visión del color son las pruebas de acuerdo, tales como el Panel de Lanthony D-15 desaturado de prueba y la prueba de Farnsworth-Munsell 100-hue, y para evaluar la sensibilidad al contraste, pruebas impresas panel como el MCT 8000 VISTECH, VCTS 6500VISTECH, y el hecho 101 pruebas. En general, estas pruebas demuestran que las pérdidas de color la discriminación en el eje azul-amarillo y rojo-verde, y una disminución de la sensibilidad al contraste, sobre todo a bajas frecuencias espaciales. Hay una correlación positiva entre los resultados de estudios biológicos y psicofísicos marcadores del medio ambiente, pero esta relación depende de la marca y del tipo de disolvente para que los individuos estén expuestos. Factores tales como el alcohol y el tabaco pueden interferir con la correlación de los resultados.Organic solvents are neurotoxic substances that can cause damaging effects in the visual system. Occupational exposure to these substances is common because they are used in a wide variety of activities. These effects can be quantified by specific psychophysical tests. The most commonly used tests for color vision assessment are arrangement tests, such as the Lanthony Panel D-15 desaturated test and the Farnsworth-Munsell 100-hue test, and for contrast sensitivity assessment, printed panel tests such as the MCT 8000 VISTECH, VCTS 6500VISTECH, and FACT 101 tests. Generally, these tests show color discrimination losses in the blue-yellow and red-green axis, and a decrease in contrast sensitivity, mainly at low spatial frequencies. There is a positive correlation between psychophysical results and biological environmental markers, but this correlation depends on the marker and on the kind of solvent to which the individuals are exposed. Factors such as alcohol and tobacco can interfere with the correlation of the results.Os solventes orgânicos são substâncias neurotóxicas que podem causar efeitos danosos sobre as funções visuais. É comum a exposição ocupacional a esses tipos de substâncias, pois elas apresentam grande aplicabilidade em inúmeras atividades. Os efeitos podem ser quantificados por testes psicofísicos. Os testes mais usados nesse tipo de avaliação são de ordenamento de matizes, como o Teste D15 Dessaturado de Lanthony e o Teste dos 100 Matizes de Farnsworth-Munsell, e avaliação de sensibilidade ao contraste espacial de luminância, como MCT 8000 Vistech, VCTS 6500 Vistech e FACT 101. Em geral esses testes descrevem perda de discriminação de cores, afetando tanto o eixo azul-amarelo quanto o eixo verde-vermelho, e diminuição da sensibilidade ao contraste de luminância principalmente para as frequências espaciais mais baixas. Existe correlação positiva entre os resultados da avaliação psicofísica e vários marcadores biológicos e ambientais, mas essa correlação depende do marcador e do tipo de solvente ao qual os indivíduos são expostos. Fatores como alcoolismo crônico e tabagismo inveterado podem interferir no processo de correlacionar esses resultados

Influence of Grid Presence in the Characteristics of Applied Mortars

The most commonly used wall coverings are still, undoubtedly, plasters and renders, whether lime-based or cement-based, whether traditional and prepared in-situ or pre-dosed. In accordance with the available standards, the characterization of these mortars is made on laboratory test specimens, with dimensions, curing conditions and test procedures according to the prescribed. However, when applying these mortars to the real substrates, their behaviour will not be the same. After application of the mortar to the substrate, an interface will be formed, and the interactions that occur after the contact of the mortar, still in the plastic state, with the substrate will change over time due to the hydration kinetics and absorption of the substrate. It is very important to know the real behaviour of mortars after application, in order to ensure their durability. A research project is being developed to analyse the proper behaviour of mortars after application to the substrates. In order to characterize a mortar after application to a substrate, it is necessary to detach it. The introduction of a fiberglass grid in the mortarsubstrate interface makes the detachment easier. The purpose of this study is to determine if the placement of this grid will influence the characteristics of the applied mortar. For this, an experimental campaign was carried out, comparing the characteristics of two mortar formulations, applied to different types of substrate (without introduction of the fiberglass grid), with the characteristics of these mortars applied to the same substrates, but with the introduction of a fiberglass grid at the interface mortar-substrate. In this paper, we present the results obtained for some of the physical and mechanical characteristics of cement and hydraulic lime mortars

Influence of Lightweight Concrete Block Support on Physical and Mechanical Characteristics of Applied Mortars

The objective of the present work is to analyze the influence of the lightweight concrete block support on the physical and mechanical characteristics of the applied mortar. This work aims to understand how the physical and mechanical properties of the mortar are modified by the support. The methodology used consisted of conducting laboratory experimental tests to compare the behavior of mortar molded in standard moulds with the behavior of mortar applied to lightweight concrete block supports. Open porosity, bulk density, capillary water absorption, water vapor permeability and compressive strength were studied. These results have shown how the support influences the characteristics of the mortar, improving the understanding of the performance of the applied mortar. This study provides a global approach to the assessment of mortar characteristics, considering the analysis and comparison of mortar applied to the support and molded in the laboratory, according to current standards. Such understanding may contribute to the reassessment of the way mortars are produced, seeking to optimize their characteristics and compatibility with the support