Estudo numérico e experimental sobre o comportamento dinâmico de um edifício

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Com a presente dissertação pretende-se realizar um estudo numérico e experimental que tem por objectivo mostrar uma perspectiva sobre a caracterização do comportamento dinâmico de edifícios de betão armado. Este estudo inclui a realização de ensaios de vibração ambiental e o desenvolvimento de modelos de elementos finitos para a identificação dos parâmetros modais do edifício: frequências naturais de vibração, coeficientes de amortecimentos modais e configuração dos modos de vibração. Na primeira fase, aborda-se superficialmente o tema da reabilitação e são indicados aspectos fundamentais relativamente aos edifícios de betão armado, designadamente a evolução do edificado em Portugal, as anomalias mais frequentes bem como os respectivos métodos de inspecção e ensaio. Apresentam-se também algumas considerações sobre a importância do desenvolvimento de modelos numéricos e a realização simultânea de ensaios de vibração ambiental, bem como a sua relevância na elaboração de estudos de avaliação da segurança sísmica de estruturas. No final do capítulo, apresenta-se a evolução histórica da regulamentação de estruturas em Portugal e uma perspectiva sobre o reforço sísmico. Seguidamente, apresentam-se os fundamentos da análise dinâmica em edifícios, nomeadamente para modelos com 1 grau de liberdade e modelos com múltiplos graus de liberdade, tanto no domínio do tempo como no da frequência. São introduzidos alguns aspectos sobre o desenvolvimento de modelos numéricos e a realização de ensaios experimentais para a caracterização do comportamento dinâmico de edifícios. São também abordados os métodos de identificação modal, dando-se uma maior importância aos métodos de identificação modal estocástica, no domínio do tempo e no da frequência. Por fim, apresenta-se um caso de estudo referente à caracterização do comportamento dinâmico do edifício da residência de estudantes da Escola Superior de Enfermagem de Calouste Gulbenkian, em Lisboa. Este estudo iniciase com a descrição do edifício e dos ensaios dinâmicos realizados, seguida da apresentação do modelo numérico desenvolvido em SAP2000, e termina com uma análise e comparação entre os resultados numéricos e experimentais.

Abstract: This work intends to conduct a numerical and experimental study aiming to show a perspective on the characterization of dynamic behaviour of reinforced concrete buildings. This study includes an ambient vibration test and the development of finite element models for the identification of modal parameters of the building: natural frequencies of vibration, modal damping coefficients and configuration of the vibration modes. First, it makes a superficial approach to the issue of rehabilitation indicating the fundamental aspects in reinforced concrete buildings such as the evolution of the built in Portugal, the most frequent anomalies, and inspection and testing methods. It's also presented some considerations about the importance of the development of numerical models simultaneously with the ambient vibration tests, because they lead to the preparation of studies evaluating the seismic safety of structures, in particular seismic analysis. At the end of this chapter it’s presented the historical evolution of the structures regulations in Portugal is presented, together with a perspective on seismic reinforcement. Next, the fundamentals of dynamic analysis of buildings are exposed, particularly about models with one degree of freedom and models with multiple degrees of freedom, both in time domain and in frequency. Some aspects of the development of numerical models and experimental tests to characterize the dynamic behaviour of buildings are included. Methods of modal identification are also covered, giving greater importance to methods of stochastic modal identification, in time domain and frequency. Finally, it's presented a case study concerning the characterization of the dynamic behaviour of the building of the students' residence of Nursing College of Calouste Gulbenkian, in Lisbon. This study starts by describing the building and the dynamic tests performed, followed by the introduction of a numerical model in SAP2000, ending with an analysis and comparison between the numerical and experimental results.