Avaliação experimental do comportamento dinâmico de um edifício do século XIX: aplicação à calibração de modelos numéricos

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

O trabalho realizado tem como principal objetivo a avaliação do comportamento dinâmico de um edifício do século XIX através de ensaios de vibração ambiente. Para o efeito foram realizados ensaios dinâmicos para identificação das características dinâmicas de edifício. Simultaneamente foi desenvolvido um modelo numéricodo edifício com elementos finitos, tendo-se procedido à sua calibração a partir dos resultados experimentais. A componente experimental envolveu a realização de ensaios de medição de vibrações ambiente, no total de doze campanhas, para identificação das frequências próprias, dos coeficientes de amortecimento e das configurações dos principais modos de vibração naturais da estrutura. Para a elaboração do modelo de elementos finitos foi necessário proceder à recolha dos dados relativos à geometria da estrutura, bem como às características dos materiais. Para tal foi necessário efetuar uma pesquisa de informação sobre o tipo de construção, evidenciando-se os principais materiais utilizados nos elementos estruturais. Posteriormente, tendo em conta a escolha estratégica do posicionamento dos sensores na estrutura, procedeu-se à sua análise através de métodos de identificação modal, de forma a obter a resposta dinâmica do edifício em estudo. Finalmente, os resultados numéricos e experimentais foram comparados, efetuando-se a calibração do modelo numérico através do ajuste de alguns parâmetros por forma a aproximar as características dinâmicas numéricas às experimentais, tanto em termos de frequências como de configurações modais.

Abstract: The main goal of this work is to carry out a dynamic behavior evaluation of a Lisbon located XIX century building, through ambient vibration tests and subsequent results analysis. The implemented test campaign, during which ambient vibration tests were conducted, had a total of twelve different stages and was carried out with the aim of providing an adequate dynamic characterization of the building. During the referred test campaign, the natural frequencies of the building, as well as the damping coefficients and the main natural vibration mode shapes were successfully identified. Simultaneously, a finite element numerical analysis of the model was developed, thus allowing for comparison and calibration with the test results obtained experimentally. For the proper development of the finite element model the necessary data on the geometry of the structure was collected, and also on the characteristics of the materials and building techniques currently used at the time of erection. To this end, it was carried out a comprehensive research for information on the available literature about the structural performance of the particular construction typology of the studied building. The research made it possible to identify the principal materials used in structural elements, and also the theoretical behavior of similar type buildings. Subsequently, by considering the strategic positioning of the sensors installed on the structure, a modal identification was carried out in order to obtain the dynamic response of the building. Finally, the numerical and experimental results were compared by performing the calibration of the numerical model; the adjustment of the models parameters in a trial and error iterative method, allowed to approximate the dynamic characteristics of the numerical model with those obtained from field tests, in regard of natural frequency and vibration modes.