2 2 n nd d I In nt te er rn na at ti io on na al l C Co on nf fe er re en nc ce e o on n A Ad dv ... more 2 2 n nd d I In nt te er rn na at ti io on na al l C Co on nf fe er re en nc ce e o on n A Ad dv va an nc ce es s i in n E Ex xp pe er ri im me en nt ta al l S St tr ru uc ct tu ur ra al l E En ng gi in ne ee er ri in ng g T To on ng gj ji i U Un ni iv v. ., , S Sh ha an ng gh ha ai i 2 20 00 00 09 92 2, , C Ch hi in na a D De ec ce em mb be er r 4
The seismic performance of buildings has received special attention due to the interest in the bu... more The seismic performance of buildings has received special attention due to the interest in the built heritage conservation and protection of human life. The historic urban centers are dominated by old unreinforced masonry (URM) buildings, which techniques and construction materials have evolved during centuries. Given the presence of these buildings in areas of significant seismicity, extensive research is needed to assess the seismic risk and define mitigation policies. This kind of studies is often supported by empirical methods and based on expert judgment due to the high variability of the building stock and lack of information. The main purpose of this work is to provide analytical fragility curves for representative masonry buildings in Portugal, built before the introduction of the first design code for building safety against earthquakes (RSSCS) in 1958. Thus, the fragility curves derived can characterize the capacity of the Portuguese building stock considering the randomness in the material properties and the variability in the geometry.
Forts, including in this designation military castles, present high complexity due to their natur... more Forts, including in this designation military castles, present high complexity due to their nature. Methodologies followed in the rehabilitation of forts are briefly presented, with the emphasis on characterization of materials and rock masses and on tests and numerical models developed for ancient forts. Studies concerning forts with Portuguese legacy are presented. The first case is related with rehabilitation of foundations and walls of the Guimarães Castle, Portugal. The causes of the appearance of holes or torn threads in the exposed face of the wall and the tower of the extreme southwest of the castle were assessed. The intervention performed was focused on the stabilization of the rock mass and careful sealing of discontinuities in the high strength rock mass and consolidation of the most weathered fractured rock mass. The second case is related to forts existing at Muscat, Oman. The protection of the Jalali Fort is studied in detail. During 2007, cyclone Gonu caused substant...
Costa, A., Viana da Fonseca, A., Guedes, J., Raposo, N., Paupério, E. 1 Universidade de Aveiro, A... more Costa, A., Viana da Fonseca, A., Guedes, J., Raposo, N., Paupério, E. 1 Universidade de Aveiro, Aveiro, Portugal, agc@ua.pt 2 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, viana@fe.up.pt 3 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, jguedes@fe.up.pt 4 Departamento de Engenharia Civil, Escola Superior de Tecnologia de Viseu, Viseu, Portugal, npraposo@dcivil.estv.ipv.pt 5 Instituto da Construção, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, pauperio@fe.up.pt
Na literatura da especialidade podemos encontrar diferentes abordagens de esquemas de ensaio de p... more Na literatura da especialidade podemos encontrar diferentes abordagens de esquemas de ensaio de pilaressujeitos a flexao composta, com esforco axial constante e flexao ciclica. A principal dificuldade naimplementacao destes sistemas de ensaio experimental esta na forma como se aplica a accao axial, que devemanter-se vertical e sem grandes variacoes de intensidade, apesar das deformacoes provocadas pela flexao. Esteproblema agrava-se em ensaios de pilares sujeitos a flexao desviada, que e o caso para o qual se projectou econstruiu o sistema de ensaios actualmente em uso.O sistema de ensaio desenvolvido pelo grupo de investigadores do LESE FEUP (Laboratorio de EngenhariaSismica e Estrutural da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), pensado para possibilitar o ensaiode pilares associando a aplicacao de carga axial as cargas horizontais aplicadas em duas direccoes ortogonais,recorre a uma placa de deslizamento de atrito reduzido aplicada da cabeca do pilar que permite a tran...
A grande motivacao deste trabalho reside na particularidade do comportamento estrutural de pilare... more A grande motivacao deste trabalho reside na particularidade do comportamento estrutural de pilares de betao armado com seccao transversal oca, bastante semelhante aocomportamento de paredes estruturais, e, tambem, na elevada dificuldade de modelar asua resposta ciclica com ferramentas numericas simples. De facto, os pilares ocos de pontes tem, normalmente, seccoes transversais com grandes dimensoes e armadura longitudinal distribuida nas duas faces das paredes, assumindo assim o efeito de corte uma importância muito significativa no seu comportamento e justificando-se uma atencao especial a este aspecto quando se analisam pilares de betao armado com seccao oca. Neste artigo apresenta-se a modelacao numerica de alguns pilares de betao armado com seccao oca ensaiados experimentalmente em resposta ciclica. Nas simulacoes numericas foi adoptado o Modelo de Dano, desenvolvido na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e recentemente implementado em CAST3M, envolvendo um modelo c...
Este trabalho tem como principal objectivo o estudo comparativo de diversas metodologias existent... more Este trabalho tem como principal objectivo o estudo comparativo de diversas metodologias existentes para a simulação numérica do comportamento cíclico não-linear de elementos de betão armado, com vista a compreender as suas vantagens e limitações. Neste estudo, que procura contribuir para estabelecer o campo de aplicação de cada uma das ferramentas numéricas, são adoptados os seguintes modelações: modelo de dano contínuo, modelo de fibras e modelo de rótula plástica concentrada. O primeiro modelo apoia-se em discretizações com elementos finitos planos ou volumétricos incorporando duas variáveis escalares de dano independentes para a simulação dos mecanismos não lineares de degradação do betão em tracção e compressão e utilizando o modelo Giuffré-Menegotto-Pinto para simular o comportamento cíclico da armadura discretizada com elementos de treliça. Por sua vez, o já bem conhecido modelo de fibras, recorre a discretizações com elementos de viga tradicionais mas em que, ao nível das secções de controle nos pontos de Gauss, se traduz o comportamento não linear através de relações constitutivas uniaxiais diferentes para fibras de betão e de aço. Finalmente, no já clássico modelo de rótula plástica concentrada, cada elemento é constituído por uma zona central elástica e duas zonas extremas onde o comportamento não linear da rótula é simulado por uma lei de comportamento global tipo Takeda em termos de momento-curvatura da secção. Os estudos numéricos realizados procuram simular os resultados experimentais obtidos numa campanha de ensaios desenvolvidos no LESE -FEUP (Laboratório de Engenharia Sísmica e Estrutural), envolvendo dois tipos diferentes de elementos estruturais, nomeadamente pilares maciços de edifícios e pilares ocos de pontes, a fim de identificar as possibilidades e capacidades das diferentes metodologias na modelação do comportamento cíclico destes tipos de elementos. Os efeitos de recentes sismos têm demonstrado que diversas estruturas de betão armado se comportam ainda insatisfatoriamente, especialmente aquelas que foram construídas de acordo com regulamentos anteriores. Assim sendo, são naturalmente desejáveis todos os esforços efectuados no sentido de desenvolver e aplicar metodologias de avaliação do comportamento sísmico, que possam servir de base para a quantificação objectiva de probabilidades de ruína, de modo a avaliar a necessidade de reforço e aumento dos níveis de segurança. Neste contexto, no Laboratório de Engenharia Sísmica e Estrutural (LESE) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) tem vindo a ser desenvolvido um estudo comparativo de soluções de reforço de brought to you by CORE View metadata, citation and similar papers at core.ac.uk
The paper deals with numerical seismic analysis of an urban building block located in Faial islan... more The paper deals with numerical seismic analysis of an urban building block located in Faial island, Azores, hit by an earthquake on July, 9th 1998. It includes two different construction types, mostly traditional masonry structures and a reinforced concrete structure building in one block side. The analysis was supported by laboratory and in-situ tests, namely ambient vibration measurements on three traditional houses and on the RC building. Experimental mode shapes and vibration frequencies allowed mechanical parameter calibration for numerical models. Finite element timedomain dynamic analyses were made using the accelerograms recorded during the earthquake. This paper describes the seismic analysis of the global block as is and also parametric studies to assess the effect of possible reinforcing solutions in floors/walls and of the RC building. The most vulnerable block zones were identified as well as their interaction with the remaining structures. When possible reinforcing schemes were considered, results allowed assessing their efficiency on improving the block behaviour. Interdependency between different block elements was evidenced, showing that reinforcing may be done by means of single interventions in localized zones. However, stress redistributions caused by interventions must be taken into account because stiffness variations may increase stresses in reinforced zones, which means that individual building might not be appropriate.
This paper covers the seismic behaviour modelling and numerical analysis of two church structures... more This paper covers the seismic behaviour modelling and numerical analysis of two church structures on Pico Island, Azores, affected by the Faial earthquake on July 9, 1998. The observed damages are first described and some modelling options for the analysis are discussed, particularly in what concerns the way of including the roof as a means of bracing the bearing walls. Frequencies and vibration modes are analysed and discussed for the different types of modelling. Seismic calculations are performed considering the actually recorded accelerograms of that earthquake, and the obtained results are compared with the observed structural damages, in order to propose suitable strengthening techniques based on a better understanding of the structural aspects most directly responsible for the damages. In this context, analysis and discussion are included concerning the influence of modelling type on the peak principal stresses and their zones of occurrence. By comparing those results with the actual damages, it is possible to assess the realism of the modelling hypotheses and then infer which one is most suitable. Based on those conclusions, some strategies are proposed to rehabilitate and strengthen the two churches' structures.
Understanding how stone masonry structures behave under dynamic horizontal loads yields important... more Understanding how stone masonry structures behave under dynamic horizontal loads yields important information on possible collapse mechanisms and damage progression along the structure. With this in mind a numerical and experimental study was performed concerning the structural behaviour of a stone masonry wall built in situ at the Laboratory of Seismic and Structural Engineering (LESE). The wall was tested under cyclic horizontal load to simulate the effects of a horizontal seismic action. The experimental response allowed assessing the cyclic behaviour and estimating the energy dissipation and ductility capacity of the structure, as well as its strength and stiffness. Afterwards, the wall was simulated numerically in Cast3M [1] using a finite element modelling strategy. The stones, the infill and the joints were simulated considering them as part of a unique homogeneous material and using a non-linear continuum damage model to reproduce the wall's global behaviour. The final objective of this work is to study the applicability of such continuum numerical models to simulate stone masonry structures, using experimental results as reference values.
O comportamento de um edifício localizado no interior de um quarteirão, é manifestamente diferent... more O comportamento de um edifício localizado no interior de um quarteirão, é manifestamente diferente do de um edifício situado, por exemplo, numa freguesia rural. Assim, os edifícios em banda que formam um quarteirão interactuam uns com os outros, dado que se encontram ligados entre si através das paredes meeiras que são comuns a cada par de casas. Este facto condiciona o comportamento individual de cada um de per si e o do conjunto, levando a que qualquer intervenção, feita ou a fazer num dos edifícios, tenha de ter em consideração os efeitos favoráveis ou desfavoráveis que poderá originar nos outros. Procurando compreender esta interacção entre os elementos que o constituem, modelou-se um quarteirão da cidade da Horta -Faial e uma das casas que o compõem com vista ao estudo do seu comportamento dinâmico e sísmico. Nesta comunicação apresenta-se os principais resultados obtidos das análises dinâmicas efectuadas até ao presente. Este trabalho integra-se no estudo dos reforços e reparações a realizar nos edifícios afectados pelo sismo ocorrido na Ilha do Faial, em Julho de 1998. A análise baseia-se no comportamento de um quarteirão (Fig. ), situado na freguesia da Matriz, junto à Câmara Municipal da Horta e que é confinado a Sul pelo edifício dos Correios, a Norte pela Travessa da Misericórdia, a Nascente pela Rua Serpa Pinto e a Poente pela Rua Comendador Ernesto Rebelo. Para analisar e simular a resposta do quarteirão à acção de acelerogramas registados "in-situ" aquando da ocorrência do sismo, recorreu-se ao programa geral de análise estrutural CASTEM 2000, CEA (1990).
Devido ao facto de algumas estruturas existentes não disporem de uma adequada resistência sísmica... more Devido ao facto de algumas estruturas existentes não disporem de uma adequada resistência sísmica, em que se incluem os pilares ocos de pontes, nomeadamente devido a insuficiente capacidade ao corte ou inadequada pormenorização das armaduras transversais, procura-se neste trabalho estudar o comportamento de pilares de betão armado de secção oca em que se adoptam diferentes tipos de estribos. Neste sentido tem vindo a ser realizada no LESE -FEUP (Laboratório de Engenharia Sísmica e Estrutural) uma campanha de ensaios experimentais com modelos à escala reduzida onde foram ensaiados dois tipos de modelos de pilares ocos de pontes de secção quadrada e rectangular, com diversas disposições da armadura transversal, desde as mais tradicionais, com estribo único ao longo de cada parede, às mais recentes, seguindo as disposições do EC8. O esquema de ensaio utilizado pretende simular o comportamento dos pilares inseridos em estruturas reais e portanto a consideração do esforço axial associado à acção horizontal cíclica. Neste tipo de pilares ocos, onde o esforço transverso é determinante no tipo de comportamento estrutural, tornase ainda mais relevante a influência das armaduras transversais na resposta dos pilares, onde os efeitos de corte poderão condicionar inclusive o modo de rotura. Para os dois tipos de pilares realizou-se a simulação numérica dos ensaios. Nesta simulação recorreu-se a modelos refinados que permitem captar de forma realista os fenómenos mais relevantes da resposta cíclica dos pilares tendo em vista o objectivo de auxiliar a interpretação dos resultados experimentais. Com este trabalho, procura-se contribuir para a avaliação da eficiência no comportamento cíclico de cada umas das soluções de estribos adoptadas, suas possibilidades e campos de aplicação.
Resumo. Este trabalho baseia-se na simulação numérica de ensaios experimentais realizados sobre p... more Resumo. Este trabalho baseia-se na simulação numérica de ensaios experimentais realizados sobre pilares de secção quadrada e rectangular oca, sendo a sua modelação numérica realizada através de modelos constitutivos refinados. O Modelo de Dano, baseado na Mecânica do Dano Contínuo, permite reproduzir o comportamento não-linear do betão armado, e o modelo Giuffré-Menegotto-Pinto simula o comportamento cíclico do aço. Os referidos pilares apresentam particular vulnerabilidade aos efeitos do corte cuja tradução por metodologias numéricas simplificadas não encontra actualmente respostas adequadas, sendo como sabemos estes efeitos de corte muito sensível aos parâmetros associados ao comportamento em tracção do betão, nomeadamente a tensão de rotura do betão à tracção e energia de fractura. A estratégia de modelação utilizada, recorrendo a modelos constitutivos refinados em associação a uma discretização baseada em elementos finitos, revela-se particularmente atractiva, em especial quando a modelação numérica se enquadra numa perspectiva de apoio à componente experimental do laboratório, isto é, quando se pretende obter uma previsão numérica dos ensaios experimentais e complementarmente um apoio à interpretação dos resultados experimentais.
At the end of the XIX and the beginning of the XX century there was a considerable industrial dev... more At the end of the XIX and the beginning of the XX century there was a considerable industrial development in Portugal, characterized by the flourishing of several industrial plants. Brick masonry chimneys represent some of the most interesting examples of the industrial architectural heritage. The paper shows the case study of a chimney from a former ceramic factory near Porto city and that now is part of a cultural and leisure public park. With the main goal of evaluating the seismic vulnerability of existing structures, numerical models are often used without the proper knowledge of their mechanical characteristics. The focus on this paper is given to the analysis of the seismic behaviour of the chimney using a realistic numerical model constructed based on detailed in-situ survey, involving: geometrical characterization; visual inspection, with damage registration; structural/material assessment through in situ dynamic tests. Two different approaches regarding the chimney damage state were followed for the calibration of the numerical model. The models from both approaches were then subjected to accelerograms matching the chimney site conditions and the responses were compared, underlining the importance of a good mechanical characterization of the materials involved too.
This paper presents part of an ongoing research on the seismic behaviour of a whole building bloc... more This paper presents part of an ongoing research on the seismic behaviour of a whole building block at Horta (a town in the Faial Island -Azores), hit by an earthquake on July, 9th 1998. The outcome of a preliminary numerical analysis carried out locally on a single building and globally on the whole block is presented, in order to assess sensitivity both to the modelling type and material properties. After a preliminary identification of the most vulnerable areas of this block, an experimental campaign of in situ ambient vibration tests was performed. Through the results, both frequencies and vibration modes of some of the block buildings were obtained, which allowed calibrating the numerical modelling presented herein. Furthermore, numerical seismic analyses were performed for some houses of the block considering the actually recorded accelerograms during that earthquake. The first results obtained to date are briefly addressed and discussed in terms of stress and drift values due to seismic action.
At the end of the XIX and the beginning of the XX century there was a considerable industrial dev... more At the end of the XIX and the beginning of the XX century there was a considerable industrial development in Portugal, characterized by the flourishing of several industrial plants. Brick masonry chimneys represent some of the most interesting examples of the industrial architectural heritage. The paper shows the case study of a chimney from a former ceramic factory near Porto city and that now is part of a cultural and leisure public park. With the main goal of evaluating the seismic vulnerability of existing structures, numerical models are often used without the proper knowledge of their mechanical characteristics. The focus on this paper is given on the construction of a realistic numerical model based on a detailed in-situ survey of the chimney, involving: geometrical characterization; visual inspection, with damage registration; structural/material assessment, based on in situ dynamic tests. Two different approaches regarding the chimney damage state were followed for the calibration of the numerical model. The models from both approaches were then subjected to accelerograms matching the chimney site conditions and the responses were compared, underlining the importance of a good mechanical characterization of the materials involved.
The main purpose of this paper is to present an experimental and numerical study concerning retro... more The main purpose of this paper is to present an experimental and numerical study concerning retrofit techniques on cyclic behavior of RC columns. The Laboratory for Earthquake and Structural Engineering (LESE) of the Faculty of Engineering of University of Porto (FEUP) is performing an experimental campaign on RC columns representative of typical buildings designed prior to 1980. Cyclic loading tests under constant axial load were carried out on specimens as built and after retrofit in order to assess the available capacity during seismic events and to define retrofit strategies compatible with actual safety levels. All studied specimens were retrofitted by different techniques based on either CFRP sheets or steel plates, bearing in mind the behavior and failure type obtained from the "as built" previous test. The description of retrofit design methodologies and application details are presented, highlighting for each case the main important aspects to achieve optimized re...
Stone masonry elements compose a large number of constructions not only in Portugal but in many o... more Stone masonry elements compose a large number of constructions not only in Portugal but in many other countries. The analysis of such this type of constructions is a complex task, mainly due to the large variability of the material properties. This analysis becomes particularly important when the structures are submitted to dynamic type loads, especially seismic loads. In this paper, an ancient Portuguese XII century church (Gondar church) located in the northern region of Portugal is analyzed using a numerical model in order to assess its structural behaviour and vulnerability when submitted to a seismic load. This analysis was performed using the finite elements program Cast3M (CEA, 1999) and considering non linear material characteristics for the masonry walls. The stone masonry behaviour was reproduced using a continuum isotropic non linear damage model originally created for concrete structures, while for the roof wooden structure a linear behaviour model was adopted. The church was tested considering a rigid foundation and submitted to its self-weight and a ground motion accelerogram matching the church site conditions. The results are presented and discussed in terms of the church deformation, damage pattern and stress state, indicating the most vulnerable zones. These types of studies highly contribute to the definition of more effective retrofitting and strengthening solutions.
This paper aims at assessing the efficiency of a strengthening procedure using wooden grids appli... more This paper aims at assessing the efficiency of a strengthening procedure using wooden grids applied to stone masonry walls, built and tested in laboratory conditions. The walls were first tested under cyclic horizontal loads to simulate the effects of horizontal seismic action. The experimental response allowed evaluating the cyclic behavior and estimating strength, stiffness, energy dissipation and available ductility of the walls in their original conditions. Afterwards, the walls were retrofitted and further strengthened using an envelope wooden grid to provide external confinement and adopting two different schemes for the connections between the wooden bars. Walls were tested again using the same setup, loading and boundary conditions. Test results are briefly presented, discussed and finally compared in order to assess the effectiveness of the applied strengthening solution. Results are quite encouraging as demonstrated by the significant increase of available ductility and amount of dissipated energy.
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Papers by Aníbal Costa