Neste artigo apresenta-se uma metodologia para o dimensionamento do reforço de edifícios existentes com estrutura em betão armado, sujeitos à acção sísmica. O método de análise é constituído por três fases: avaliação estrutural; avaliação da segurança estrutural e dimensionamento do reforço

Carreira, A. S.

Universidade do Algarve

   
METODOLOGIA PARA O 
DIMENSIONAMENTO DO 
REFORÇO SÍSMICO DE EDIFÍCIOS 
 
Ana Carreira
Área Eng.Civil
EST/UAlg
Resumo 
 
Neste artigo apresenta-se uma metodologia para o 
dimensionamento do reforço de edifícios existentes 
com estrutura em betão armado, sujeitos à acção 
sísmica. O método de análise é constituído por três 
fases: avaliação estrutural; avaliação da segurança 
estrutural e dimensionamento do reforço. 
 
Introdução 
 
A regulamentação Portuguesa no domínio das 
estruturas tem vindo a evoluir no sentido de agravar 
o valor das acções sísmicas a considerar no projecto 
e na introdução de novas regras de pormenorização 
dos elementos estruturais. Verifica-se 
constantemente que as estruturas dos edifícios 
existentes apresentam grandes deficiências ao nível 
da cintagem dos elementos estruturais e da 
amarração dos estribos e dos varões longitudinais 
nos nós. Perante estas situações justifica-se verificar 
se as estruturas existentes resistem às acções 
definidas nos regulamentos actuais, e se cumprem 
as disposições construtivas e caso seja necessário 
proceder ao reforço das mesmas. 
 
Avaliação Estrutural do Edifício Existente 
 
A elaboração de um projecto de reforço deverá ser 
sempre precedida da avaliação da estrutura 
existente, envolvendo: 
 
a) Recolha de informações gerais e históricas 
relativas à obra e projecto, como data da 
construção, regulamento aplicado no projecto 
inicial, estimativa do valor residual do edifício, 
estudo dos documentos de projecto e 
informações sobre as condições do edifício 
incluindo anteriores trabalhos de reparação ou 
reforço. 
 
 
 
b) Realização de uma inspecção que inclua a 
identificação do sistema estrutural, identificação 
de erros relacionados com o projecto, a 
construção e a manutenção, investigação das 
condições dos elementos não estruturais e sua 
possível contribuição estrutural e, nível e 
extensão da possível degradação dos materiais. 
 
 
c) Realização de ensaios “in situ” para avaliar as 
características da estrutura (como a geometria, 
distribuição de armaduras, tensões de rotura dos 
materiais e estado de conservação). Este 
procedimento é, muitas vezes, necessário 
devido à escassez de elementos de projecto para 
avaliar a estrutura. Para além disso os materiais 
podem apresentar-se degradados e a estrutura 
construída nem sempre corresponder 
exactamente ao projecto. 
 
A inspecção dos aspectos geométricos é 
fundamental, evitando-se que suposições 
quanto às dimensões e disposições das peças 
conduzam a modelos estruturais erróneos, não 
compatíveis com o comportamento estrutural 
efectivo. Por outro lado, a inspecção 
geométrica pode ser mesmo imprescindível nos 
casos em que o projecto estrutural não nos é 
facultado. 
 
Entre as várias propriedades mecânicas dos 
materiais empregues nas estruturas de betão 
armado, a resistência do betão à compressão e 
a resistência do aço à tracção, são os 
parâmetros básicos fundamentais para o 
estabelecimento da capacidade resistente da 
estrutura e, por conseguinte, do nível de 
segurança. A caracterização do betão passa 
essencialmente pela determinação das suas 
características mecânicas, isto é tensão de 
rotura à compressão e módulo de elasticidade. 
Na caracterização das armaduras de aço para a 
inspecção de estruturas existentes vários 
aspectos devem ser observados: 
- as propriedades mecânicas à tracção, 
expressas pela classe e categoria dos aços; 
- o aspecto superficial das armaduras, 
identificando-se a existência e o tipo das 
saliências responsáveis pelas condições de 
aderência entre o betão e o aço; 
- a existência ou não de corrosão generalizada 
ou pontual nas armaduras; 
- o conhecimento da distribuição das 
armaduras, diâmetros dos varões e os 
recobrimentos existentes. 
 
d) análise das condições de segurança. 
Sendo a verificação da segurança estrutural o 
objectivo final da avaliação de estruturas 
existentes, o conhecimento das acções que 
actuam a estrutura ou poderão actuar nesta é 
fundamental. Pode também ser indispensável a 
definição de acções que já solicitaram a 
estrutura, muitas vezes causa de anomalias. 
 
Avaliação da Segurança Estrutural do 
Edifício Existente 
 
Nesta fase pretende-se verificar se a estrutura 
existente resiste às acções previstas no seu período 
de vida residual, evitando-se assim a hipótese de 
uma intervenção de reforço que está geralmente 
associada a custos elevados (devido aos materiais, 
mão de obra, tecnologia e à necessidade de 
interromper a funcionalidade da estrutura). Para tal 
procura-se, dentro de certos limites que não ponham 
em causa a fiabilidade estrutural, ainda que a níveis 
inferiores aos da construção de raiz, maximizar 
resistências e minimizar os efeitos das acções em 
termos de cálculo. 
 
No processo de avaliação da segurança de um 
edifício à acção sísmica efectua-se a comparação 
entre a capacidade resistente disponível pela 
estrutura e a capacidade resistente exigida pelas 
acções regulamentares. Dada a complexidade das 
estruturas de edifícios a solução possível para esta 
analise é através da força de corte total em cada 
piso. 
 
A avaliação da segurança das estruturas existentes à 
acção sísmica é então realizada pela expressão 1, 
expressa em termos percentuais: 
 
∑
∑
×=
i
Sdi
i
Rdi
sismo V
V
R 100               (1) 
Na expressão 1, 
- Rsismo representa a resistência, em percentagem, 
da estrutura existente ao sismo de projecto 
regulamentar;  
 
- VRdi é a força de corte basal, ao nível das 
fundações, que o elemento vertical “i” tem 
capacidade para resistir. A quantificação das 
capacidades resistentes dos elementos é baseada 
nas secções existentes (geometria das secções e 
pormenorização das armaduras) e nos valores 
característicos dos materiais, obtidos na fase 
anterior da metodologia. Os valores de VRdi são 
determinados pela expressão 2. 
 
h
MM
V
erior
Rdi
erior
Rdi
Rdi
supinf +=             (2) 
 
em que: MRdinferior e MRdsuperior são os momentos 
resistentes nas extremidades do elemento 
vertical correspondentes a um andar e h 
é a altura do elemento. 
 
- VSdi é a força de corte basal, ao nível do piso 
térreo, que a combinação de acções que 
considera como acção de base o sismo exige ao 
elemento vertical “i”. Para a determinação desta 
grandeza, optou-se por realizar uma análise 
elástica tridimensional baseada em espectros de 
resposta, cujos resultados dos esforços são 
obtidos dividindo os resultados desta análise 
pelo coeficiente de comportamento.  
 
Em certas estruturas, nomeadamente as que 
possuem elementos resistentes verticais de paredes, 
os esforços máximos podem não surgir ao nível do 
piso térreo, pelo que a avaliação da segurança 
deverá ser realizada ao nível de todos os pisos dos 
edifícios. Para tal propõe-se a aplicação da 
expressão 3 a todos os níveis do edifício em análise.  
 
∑
∑
×=
i
nSdi
i
Rdi
sismo V
V
(n)R
n
100              (3) 
 
onde Rsismo(n) é a resistência da estrutura existente à 
acção sísmica ao nível do piso n; VRdin é a força de 
corte, ao nível do piso “n”, que o elemento vertical 
“i” tem capacidade para resistir e VSdin é a força de 
corte, ao nível do piso “n”, que a combinação de 
acções que considera como acção de base o sismo 
exige ao elemento vertical “i”. 
 
Por aplicação das expressões 1 e 3 
independentemente em duas direcções ortogonais é 
possível definir o nível de resistência, em termos 
globais, do edifício existente em cada uma das 
direcções e tomar a decisão se é necessário ou não 
proceder ao reforço da mesma. 
 
Concepção e Dimensionamento do Reforço 
 
No reforço de um edifício o mais relevante é o facto 
dos trabalhos de reforço poderem tornar impeditiva 
a utilização da estrutura, acarretando custos 
funcionais muito elevados. Sendo o aspecto 
funcional tão importante, por vezes a melhor 
solução de reforço não é a que minimiza os custos, 
mas a que torna menos impeditiva a utilização da 
estrutura. No entanto não devem ser ultrapassados 
determinados limites no acréscimo da resistência, 
pois tornariam a solução economicamente inviável. 
 
O projecto de reforço de um edifício para a acção 
sísmica deve ser encarado como um reforço global 
de toda a estrutura, pois só assim é possível garantir 
um melhor comportamento sísmico da mesma. Com 
o reforço isolado de alguns elementos numa 
determinada zona do edifício, surgem concentrações 
de esforços nas zonas de transição provocando um 
agravamento no comportamento sísmico global do 
edifício.  
 
O reforço de edifícios existentes para a acção 
sísmica consiste em introduzir, na estrutura, novos 
elementos resistentes ou reforçar os já existentes, de 
forma que globalmente esta passe a ter capacidade 
suficiente para resistir à totalidade das acções 
sísmicas regulamentares. As técnicas de reforço de 
edifícios para aumentar a capacidade resistente à 
acção sísmica agrupam-se em dois tipos:  
-  reforço dos elementos resistentes existentes: esta 
técnica é adequada quando a estrutura apresenta 
uma boa concepção sísmica tanto em planta como 
em alçado;  
- introdução de novos elementos resistentes: esta 
técnica é adequada quando a distribuição em planta 
dos elementos resistentes não cumpre as regras de 
uma boa concepção sísmica ou, quando existe 
insuficiência no número de elementos verticais. Os 
elementos resistentes de reforço podem ser pórticos 
de betão armado, paredes de betão armado e 
contraventamentos metálicos. 
 
A metodologia adoptada para a concepção e 
dimensionamento do projecto de reforço de um 
edifício existente envolve um processo iterativo que 
consiste no estudo de um conjunto de soluções, com 
distintos níveis de reforço, até que se atinja a 
resistência desejada. A avaliação da segurança da 
estrutura reforçada à acção sísmica é feita através da 
força de corte basal ao nível do piso térreo, por 
aplicação da expressão 1 e da força de corte ao nível 
de todos os pisos do edifício pela expressão 3. É de 
referir que nestas expressões os valores a considerar 
para VRdi e VSdi incluem os esforços dos elementos 
de reforço. 
                                                                             
Considerações Finais 
 
Os procedimentos para estabelecer o diagnóstico e 
sugerir uma intervenção de reforço para um dado 
tipo de edifícios é complexo e heterogéneo. Na 
selecção do tipo de reforço a aplicar numa estrutura 
tem de ser tomado em consideração não só o factor 
económico, mas também o interesse de minimizar o 
número de zonas de intervenção, de forma a tornar 
o menos impeditiva possível a utilização do 
edifício. 
 
Referências 
 
Carreira, A.; “Concepção do Reforço Sísmico em 
Edifícios com Estrutura de Betão 
Armado”, Tese de Mestrado, IST Julho 
2000. 
Gomes, A.; “Comportamento e Reforço de 
elementos de Betão Armado sujeitos a 
Acções Ciclicas”, Tese de 
Doutoramento, IST Julho 1992.  


Metodologia para o dimensionamento do reforço sísmico de edifícios

Sapientia (Univ. do Algarve)

   METODOLOGIA PARA O DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO SÍSMICO DE EDIFÍCIOS  Ana CarreiraÁrea Eng.CivilEST/UAlgResumo  Neste artigo apresenta-se uma metodologia para o dimensionamento do reforço de edifícios existentes com estrutura em betão armado, sujeitos à acção sísmica. O método de análise é constituído por três fases: avaliação estrutural; avaliação da segurança estrutural e dimensionamento do reforço.  Introdução  A regulamentação Portuguesa no domínio das estruturas tem vindo a evoluir no sentido de agravar o valor das acções sísmicas a considerar no projecto e na introdução de novas regras de pormenorização dos elementos estruturais. Verifica-se constantemente que as estruturas dos edifícios existentes apresentam grandes deficiências ao nível da cintagem dos elementos estruturais e da amarração dos estribos e dos varões longitudinais nos nós. Perante estas situações justifica-se verificar se as estruturas existentes resistem às acções definidas nos regulamentos actuais, e se cumprem as disposições construtivas e caso seja necessário proceder ao reforço das mesmas.  Avaliação Estrutural do Edifício Existente  A elaboração de um projecto de reforço deverá ser sempre precedida da avaliação da estrutura existente, envolvendo:  a) Recolha de informações gerais e históricas relativas à obra e projecto, como data da construção, regulamento aplicado no projecto inicial, estimativa do valor residual do edifício, estudo dos documentos de projecto e informações sobre as condições do edifício incluindo anteriores trabalhos de reparação ou reforço.    b) Realização de uma inspecção que inclua a identificação do sistema estrutural, identificação de erros relacionados com o projecto, a construção e a manutenção, investigação das condições dos elementos não estruturais e sua possível contribuição estrutural e, nível e extensão da possível degradação dos materiais.   c) Realização de ensaios “in situ” para avaliar as características da estrutura (como a geometria, distribuição de armaduras, tensões de rotura dos materiais e estado de conservação). Este procedimento é, muitas vezes, necessário devido à escassez de elementos de projecto para avaliar a estrutura. Para além disso os materiais podem apresentar-se degradados e a estrutura construída nem sempre corresponder exactamente ao projecto.  A inspecção dos aspectos geométricos é fundamental, evitando-se que suposições quanto às dimensões e disposições das peças conduzam a modelos estruturais erróneos, não compatíveis com o comportamento estrutural efectivo. Por outro lado, a inspecção geométrica pode ser mesmo imprescindível nos casos em que o projecto estrutural não nos é facultado.  Entre as várias propriedades mecânicas dos materiais empregues nas estruturas de betão armado, a resistência do betão à compressão e a resistência do aço à tracção, são os parâmetros básicos fundamentais para o estabelecimento da capacidade resistente da estrutura e, por conseguinte, do nível de segurança. A caracterização do betão passa essencialmente pela determinação das suas características mecânicas, isto é tensão de rotura à compressão e módulo de elasticidade. Na caracterização das armaduras de aço para a inspecção de estruturas existentes vários aspectos devem ser observados: - as propriedades mecânicas à tracção, expressas pela classe e categoria dos aços; - o aspecto superficial das armaduras, identificando-se a existência e o tipo das saliências responsáveis pelas condições de aderência entre o betão e o aço; - a existência ou não de corrosão generalizada ou pontual nas armaduras; - o conhecimento da distribuição das armaduras, diâmetros dos varões e os recobrimentos existentes.  d) análise das condições de segurança. Sendo a verificação da segurança estrutural o objectivo final da avaliação de estruturas existentes, o conhecimento das acções que actuam a estrutura ou poderão actuar nesta é fundamental. Pode também ser indispensável a definição de acções que já solicitaram a estrutura, muitas vezes causa de anomalias.  Avaliação da Segurança Estrutural do Edifício Existente  Nesta fase pretende-se verificar se a estrutura existente resiste às acções previstas no seu período de vida residual, evitando-se assim a hipótese de uma intervenção de reforço que está geralmente associada a custos elevados (devido aos materiais, mão de obra, tecnologia e à necessidade de interromper a funcionalidade da estrutura). Para tal procura-se, dentro de certos limites que não ponham em causa a fiabilidade estrutural, ainda que a níveis inferiores aos da construção de raiz, maximizar resistências e minimizar os efeitos das acções em termos de cálculo.  No processo de avaliação da segurança de um edifício à acção sísmica efectua-se a comparação entre a capacidade resistente disponível pela estrutura e a capacidade resistente exigida pelas acções regulamentares. Dada a complexidade das estruturas de edifícios a solução possível para esta analise é através da força de corte total em cada piso.  A avaliação da segurança das estruturas existentes à acção sísmica é então realizada pela expressão 1, expressa em termos percentuais:  ∑∑×=iSdiiRdisismo VVR 100               (1) Na expressão 1, - Rsismo representa a resistência, em percentagem, da estrutura existente ao sismo de projecto regulamentar;   - VRdi é a força de corte basal, ao nível das fundações, que o elemento vertical “i” tem capacidade para resistir. A quantificação das capacidades resistentes dos elementos é baseada nas secções existentes (geometria das secções e pormenorização das armaduras) e nos valores característicos dos materiais, obtidos na fase anterior da metodologia. Os valores de VRdi são determinados pela expressão 2.  hMMVeriorRdieriorRdiRdisupinf +=             (2)  em que: MRdinferior e MRdsuperior são os momentos resistentes nas extremidades do elemento vertical correspondentes a um andar e h é a altura do elemento.  - VSdi é a força de corte basal, ao nível do piso térreo, que a combinação de acções que considera como acção de base o sismo exige ao elemento vertical “i”. Para a determinação desta grandeza, optou-se por realizar uma análise elástica tridimensional baseada em espectros de resposta, cujos resultados dos esforços são obtidos dividindo os resultados desta análise pelo coeficiente de comportamento.   Em certas estruturas, nomeadamente as que possuem elementos resistentes verticais de paredes, os esforços máximos podem não surgir ao nível do piso térreo, pelo que a avaliação da segurança deverá ser realizada ao nível de todos os pisos dos edifícios. Para tal propõe-se a aplicação da expressão 3 a todos os níveis do edifício em análise.   ∑∑×=inSdiiRdisismo VV(n)Rn100              (3)  onde Rsismo(n) é a resistência da estrutura existente à acção sísmica ao nível do piso n; VRdin é a força de corte, ao nível do piso “n”, que o elemento vertical “i” tem capacidade para resistir e VSdin é a força de corte, ao nível do piso “n”, que a combinação de acções que considera como acção de base o sismo exige ao elemento vertical “i”.  Por aplicação das expressões 1 e 3 independentemente em duas direcções ortogonais é possível definir o nível de resistência, em termos globais, do edifício existente em cada uma das direcções e tomar a decisão se é necessário ou não proceder ao reforço da mesma.  Concepção e Dimensionamento do Reforço  No reforço de um edifício o mais relevante é o facto dos trabalhos de reforço poderem tornar impeditiva a utilização da estrutura, acarretando custos funcionais muito elevados. Sendo o aspecto funcional tão importante, por vezes a melhor solução de reforço não é a que minimiza os custos, mas a que torna menos impeditiva a utilização da estrutura. No entanto não devem ser ultrapassados determinados limites no acréscimo da resistência, pois tornariam a solução economicamente inviável.  O projecto de reforço de um edifício para a acção sísmica deve ser encarado como um reforço global de toda a estrutura, pois só assim é possível garantir um melhor comportamento sísmico da mesma. Com o reforço isolado de alguns elementos numa determinada zona do edifício, surgem concentrações de esforços nas zonas de transição provocando um agravamento no comportamento sísmico global do edifício.   O reforço de edifícios existentes para a acção sísmica consiste em introduzir, na estrutura, novos elementos resistentes ou reforçar os já existentes, de forma que globalmente esta passe a ter capacidade suficiente para resistir à totalidade das acções sísmicas regulamentares. As técnicas de reforço de edifícios para aumentar a capacidade resistente à acção sísmica agrupam-se em dois tipos:  -  reforço dos elementos resistentes existentes: esta técnica é adequada quando a estrutura apresenta uma boa concepção sísmica tanto em planta como em alçado;  - introdução de novos elementos resistentes: esta técnica é adequada quando a distribuição em planta dos elementos resistentes não cumpre as regras de uma boa concepção sísmica ou, quando existe insuficiência no número de elementos verticais. Os elementos resistentes de reforço podem ser pórticos de betão armado, paredes de betão armado e contraventamentos metálicos.  A metodologia adoptada para a concepção e dimensionamento do projecto de reforço de um edifício existente envolve um processo iterativo que consiste no estudo de um conjunto de soluções, com distintos níveis de reforço, até que se atinja a resistência desejada. A avaliação da segurança da estrutura reforçada à acção sísmica é feita através da força de corte basal ao nível do piso térreo, por aplicação da expressão 1 e da força de corte ao nível de todos os pisos do edifício pela expressão 3. É de referir que nestas expressões os valores a considerar para VRdi e VSdi incluem os esforços dos elementos de reforço.                                                                              Considerações Finais  Os procedimentos para estabelecer o diagnóstico e sugerir uma intervenção de reforço para um dado tipo de edifícios é complexo e heterogéneo. Na selecção do tipo de reforço a aplicar numa estrutura tem de ser tomado em consideração não só o factor económico, mas também o interesse de minimizar o número de zonas de intervenção, de forma a tornar o menos impeditiva possível a utilização do edifício.  Referências  Carreira, A.; “Concepção do Reforço Sísmico em Edifícios com Estrutura de Betão Armado”, Tese de Mestrado, IST Julho 2000. Gomes, A.; “Comportamento e Reforço de elementos de Betão Armado sujeitos a Acções Ciclicas”, Tese de Doutoramento, IST Julho 1992.  

https://sapientia.ualg.pt/bitstream/10400.1/158/1/11_21.pdf

Metodologia para o dimensionamento do reforço sísmico de edifícios

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