COLQUIO DECivil ICIST Vulnerabilidade Ssmica de Edifcios Antigos

COLÓQUIO DECivil ICIST Vulnerabilidade Sísmica de Edifícios Antigos de Alvenaria da Cidade de Lisboa Rafaela Cardoso - Assistente – ICIST DECivil, Secção de Geotecnia Mário Lopes - Professor Auxiliar – ICIST DECivil, Secção de Mecânica Aplicada Rita Bento - Professora Auxiliar – ICIST DECivil, Secção de Mecânica Aplicada Instituto Superior Técnico 1/40 Lisboa, 2 de Julho de 2003

Índice DECivil 1. Introdução ICIST 2. As acções sísmicas 3. Edifícios de alvenaria de Lisboa 4. Estudo de um Edifício-exemplo 5. Soluções usuais de reforço 6. O estado actual dos edifícios Pombalinos 2/40 7. Conclusões

1. Introdução Sismos no passado e sismos recentes mostram mau DECivil ICIST comportamento dos edifícios de alvenaria para as acções dinâmicas Lisboa: Utilização actual Estado de conservação justificam a preocupação com Ausência de manutenção a segurança destas estruturas Alterações estruturais Avaliação da vulnerabilidade sísmica 3/40 Políticas de mitigação do risco sísmico

2. Acções sísmicas Sismo: DECivil • Acção Dinâmica 3 D variável no tempo • Acção Cíclica (Grandes sismos em Lisboa: T 200 -300 anos) ICIST A acção sísmica pode ser quantificada através de: • Acelerogramas ü(t) • t Espectros de resposta Sa (cm/s 2) Sismo 1 Sismo 2 • Forças estáticas equivalentes FE f (Hz) 4/40

Edifícios de alvenaria: Mecanismos de colapso DECivil ICIST As paredes B são resistentes mas não apoiam as paredes A As paredes A têm pouca resistência e, na falta de ligação, não se podem apoiar nas paredes B, melhor dispostas para resistir 5/40 Neste caso, as paredes B suportam as paredes A [Carvalho e Oliveira, 1997]

3. Edifícios antigos de alvenaria de Lisboa DECivil ICIST Baixa [in Mendes-Victor et al, 1993] 6/40 LEGENDA: A - EDIFÍCIOS DE ALVENARIA (<1755) B - EDIFÍCIOS POMBALINOS E SEMELHANTES (1755 a 1880) C - EDIFÍCIOS ALTOS DE ALVENARIA COM PAVIMENTOS DE MADEIRA OU DE BETÃO E PAREDES RESISTENTES DE ALVENARIA (1880 a 1940) D – EDIFÍCIOS DE ALVENARIA, COM PAVIMENTOS EM BETÃO OU COM ESTRUTURA PORTICADA DE BETÃO (1940 a 1960) E – EDIFÍCIOS RECENTES DE BETÃO ARMADO (>1960)

Edifício de alvenaria da Baixa: Edifício de Rendimento Pombalino Número máximo de pisos: 3 + piso térreo Parede corta DECivil ICIST -fogo paredes águas interiores furtadas de frontal pavimentos de madeira Cruzes de Santo André com várias geometrias possíveis [Mascarenhas, 1997] Fundações indirectas através de estacas 7/40 Abóbadas de alvenaria de curtas de pequeno blocos cerâmicos diâmetro e arcos de pedra

Gaiola Pombalina: Estrutura anti-sísmica de madeira Tectos e DECivil pavimentos da gaiola ICIST Tabique 8/40 Estrutura 3 D

Edifícios Pombalinos (1755 a 1880) DECivil ICIST • Estrutura 3 D de madeira: Gaiola Pombalina • Pavimentos em madeira • Paredes exteriores de alvenaria Gaiola Pombalina Estrutura 3 D de madeira 9/40 [Mascarenhas, 1997]

Edifícios Gaioleiros (1800 a 1940) DECivil ICIST • Paredes interiores (Frontais pombalinos) substituídas por alvenaria ou por tabiques de madeira. 10/40 • Pavimentos em madeira. • Maior nº de pisos. • Marquises em ferro fundido. Tabiques [Mascarenhas, 1997]

Edifícios de ‘Placa’ (1940 a 1960) DECivil ICIST • Paredes interiores de alvenaria. • Pavimentos de madeira substituídos por lajes finas de betão. • Marquises e varandas Lajes finas em B. A. Paredes de alvenaria 11/40 [Mascarenhas, 1997] de betão

4. Estudo de um Edifício-exemplo Cobertura Elementos DECivil consultados: ICIST . Peças desenhadas existentes sobre o edifício-exemplo. Técnicas construtivas correntes na época da sua construção. Modelos de comportamento dos materiais estruturais 12/40 Rua da Prata, 210 a 212 Entrada principal

Peças desenhadas: in [Santos, 2000] DECivil ICIST Alçado principal do quarteirão Planta-tipo 13/40

Calibração do modelo: não destrutivos Recurso a técnicas de inspecção e a ensaios in situ DECivil • ICIST ou semi destrutivos Levantamento (geometria real da estrutura) • Caracterização dos materiais estruturais (resistência e deformabilidade) Objectivo: análise da vulnerabilidade sísmica. Programa de cálculo comercial (SAP 2000®) Viabilidade em Projecto 14/40 . Cálculo linear da estrutura. Acção sísmica - espectros de resposta (RSA)

Modelo Numérico (SAP 2000®) Pavimentos DECivil ICIST Travamentos Abóbadas Alvenaria Elementos finitos 2 D (shell) 15/40 Frontais (cruzes) Elementos de Barra

Presença da Gaiola: Aumento da Rigidez Global do Edifício 1º Modo de Vibração com gaiola Com a gaiola, DECivil ICIST as paredes de alvenaria Planta vibram em f=0, 942 Hz conjunto. Corte Lateral sem gaiola Sem a gaiola, as paredes de alvenaria vibram independentemente f=0, 398 Hz 16/40 umas das outras. Planta

Presença da Gaiola: Contraventamento das paredes de alvenaria Evolução dos deslocamentos na fachada para fora do seu plano P DECivil ICIST P M (com gaiola) M (sem gaiola) Desloc. relativo com Contraventamento das paredes de alvenaria gaiola: 4, 7 cm Desloc. relativo sem gaiola: 15, 7 cm Alinh Frontal Emp. Pavimentos esquerda P V M Emp. direita Fachada da Frente Alinh Frontal Emp. esquerda Fachada da Emp. direita Frente Sem Gaiola 17/40 Com Gaiola

Edifício: principais fontes de não linearidade 1 - Fendilhação da Alvenaria / Danos Localizados DECivil ICIST 2 - Existência da Gaiola de Madeira: Acções Cíclicas Resultados Experimentais de um painel de frontal ensaiado no LNEC F K 0 - Rigidez ‘tangente’ experimental Ksec - Rigidez ‘secante’ Encastramento na base 18/40 in [Ramos, 2002] experimental

DECivil ICIST FOLGAS PREGOS 3 - Rotura das Ligações dos Elementos de Madeira 19/40 4 - Comportamento Não Linear da Alvenaria à Compressão

Análise não linear: Processo iterativo Em cada iteração: DECivil ICIST Evolução da Estrutura . Análise linear em cada iteração . A estrutura a analisar Colapso Ponto de partida para a iteração seguinte resulta da estrutura analisada na iteração anterior, após a remoção das ligações em rotura [Cardoso, 2002] 20/40 Principal vantagem do Detectar os ‘pontos fracos’ da processo iterativo: estrutura

Quantificação da vulnerabilidade sísmica: Fsd = FCQP + sis FE sismáx Acção Sísmica DECivil ICIST Intensidade da Cálculo de danos para intensidades de COLAPSO crescentes da acção sísmica Mapas de danos na alvenaria: Fachada da Frente sis= 0. 20 sis= 0. 25 sis= 0. 30 Danos na alvenaria devido a tracção 21/40 Deformada da fachada da frente

Mecanismo de colapso do edifício-exemplo 1ª Iteração sis=0, 25 DECivil ICIST 2ª Iteração sis=0, 25 sismáx =0, 25 3ª Iteração sis=0, 25 Sismo de 9 de Julho de 1988 Fotografias tiradas na Horta - Açores, 2001 COLAPSO: Destacamento da fachada e queda da cobertura 22/40

Concepção original: Queda das fachadas mantendo a estrutura 3 D da gaiola intacta, salvando as vidas no DECivil seu interior. ICIST [Mascarenhas, 1997] Depende do nº de pisos 23/40 do edifício. . . Sismo de 9 de Julho de 1998 - Fotografia tirada na Horta - Açores, 1998

Mecanismo de corte na base do edifício COLAPSO GLOBAL: DECivil ICIST [Croci, 1988] 24/40 sismáx =0, 70

Estudo da eficiência de uma solução de reforço [Costa e Vasconcelos, 2001] Evolução dos deslocamentos da fachada antes e após reforço DECivil V (c/reforço) ICIST V M M (s/reforço) Alinh Frontal E Emp. esquerda P Viga de B. A. (0, 6 mx 0, 25 m) Mecanismo de colapso após reforço: 25/40 Efeito de Pipa V Pavimentos M Emp. direita Fachada da Frente sismáx =0, 45

Síntese dos resultados obtidos no modelo DECivil sismáx=0, 25 sismáx=0, 70 sismáx=0, 45 ICIST Colapso Parcial: Corte Basal Efeito de pipa queda da cobertura e da fachada da Edifício Reforçado frente (dominó) Edifício-Exemplo Valor Regulamentar: 26/40 sismáx =1, 50 (Edifícios Novos)

Os valores obtidos para sismáx são indicativos DECivil (Modelo ligeiramente conservativo) ICIST Informações fornecidas pelo valor sismáx: . Vulnerabilidade sísmica do edifício. Quantificação da melhoria após reforço (eficiência da solução adoptada). Comparação de várias soluções de reforço 27/40

5. Soluções usuais de reforço Mecanismo de Colapso DECivil [Carvalho e Oliveira, 1997] ICIST Tirantes de aço Reforço horizontal com vigas ao nível dos pisos Reforço horizontal: vigas ao nível dos pisos Reforço vertical com tirantes 28/40 [Croci, 1988] Reforço vertical: tirantes

Reforço das Ligações dos pisos às paredes DECivil ICIST de alvenaria [Silva, 2001] Mecanismo de Colapso: Corte na Base Malha de aço Alternativas: • metálicos cal / cimento • 29/40 Injecção de caldas de Ligadores [Silva, 2001] Injecção de resinas

6. O estado actual dos edifícios Pombalinos DECivil ICIST w Edifícios que mantêm a estrutura original Intervenções ligeiras de conservação e manutenção As obras de conservação e reabilitação urbana são não estruturais ! w Edifícios que sofreram alterações Adaptação a novas funcionalidades A grande maioria das alterações estruturais observadas muitas vezes são nocivas do ponto 30/40 de vista da resistência às acções sísmicas

Influência de alterações posteriores à construção Remoção de paredes interiores e introdução Redistribuição de elementos estruturais com rigidez diferente de esforços • DECivil ICIST • Abertura de montras Mecanismo de Corte Basal Circulação de pessoas Continuidade vertical mantém-se Continuidade interrompida 31/40

• Aumento do número de pisos Massa e Finércia DECivil ICIST 32/40 aumentam no topo

• Danificação dos frontais para a instalação de canalizações Rigidez / Contraventamento diminuem DECivil ICIST Perda de secção Má solução Melhor solução 33/40

7. Conclusões. Valores obtidos para sismáx baixos Vulnerabilidade sísmica elevada DECivil ICIST Resulta da concepção Pombalina de deixar cair as fachadas para preservar a estrutura interior de madeira e assim salvaguardar a vida dos ocupantes Grande potencial de Edifícios Pombalinos recuperação devido à existência da Gaiola Restantes edifícios de alvenaria de Lisboa? 34/40

. Modelo numérico: DECivil Identificação dos ICIST Mecanismos de colapso Quantificação da melhoria do 35/40 comportamento expectável Reforço Sísmico para as acções sísmicas destes edifícios

Políticas adoptadas para intervenção neste tipo de estruturas: Programas de DECivil ICIST Intervenções estruturais Reabilitação Urbana para reforço sísmico (Intervenções não estruturais) Deveriam incluir Quais os Custos? Excepção: Açores Sensibilização População 36/40 Meio Político, etc

Agradecimentos Ao Sr Engº João Appleton, pela partilha generosa do seu imenso DECivil ICIST 37/40 conhecimento neste assunto.

Para mais informações: SPES – Sociedade Portuguesa de DECivil ICIST engenharia Sísmica www. spes-sismica. org EERI – Earthquake Engineering Research Institute www. EERI. org World Housing Encyclopedia www. world-housing. net (Portugal - Edifícios Pombalinos) Publicação disponível em: 38/40 www. civil. ist. utl. pt/~rafaela

Referências • [Alvarez, 2000] Mª Lourdes Alvarez, Baixa Pombalina, Síntese de um trabalho de investigação em várias disciplinas, indo desde a prospecção geofísica à prospectiva sociológica, tendo em vista uma acção de planeamento urbanístico, Câmara Municipal de Lisboa, 2000 DECivil ICIST • [Appleton, 2001] J. Appleton, O Megassismo de Lisboa no século XXI ou Vulnerabilidade Sísmica do Parque Edificado de Lisboa, artigo publicado em Redução da Vulnerabilidade Sísmica do Edificado, SPES – Sociedade Portuguesa de Engenharia Sísmica e GECo. RPA – Grémio das Empresas de Conservação e Restauro do Património Arquitectónico, A. Ravarra, C. S. Oliveira, E. C. Carvalho, M. S. Lopes, P. T. Costa, R. Delgado, R. Bairrão, V. C. Silva, Lisboa, Abril de 2001 • [Cardoso, Lopes e Bento, 2001] R. Cardoso, M. Lopes, R. Bento – Avaliação Sísmica de Edifícios Antigos de Alvenaria, Proc. Sísmica 2001, S. Miguel - Açores, Outubro de 2001 • [Cardoso, 2002] R. Cardoso – Vulnerabilidade Sísmica de Estruturas Antigas de Alvenaria – Aplicação a um Edifício Pombalino, Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Estruturas, IST, Outubro de 2002 • [Carvalho e Oliveira, 1997] E. C. Carvalho, C. S. Oliveira, Construção Anti-Sísmica - Edificios de Pequeno Porte, ICT, Informação Técnica Estruturas LNEC, DIT 13, Lisboa, 1997 • [Croci, 1988] G. Croci, The Conservation and Structural Restoration of Architectural Heritage, Computational Mechanics Publications, 1988 39/40 • [França, 1987] J. A. França, Lisboa Pombalina e o Iluminismo, Bertrand Editora, 1987 • [Lopes e Azevedo, 1996] M. Lopes; J. Azevedo, Análise do Comportamento Sísmico de um Edifício Tradicional de Alvenaria em Lisboa, Rel. AI nº 1/96, IC/IST, Lisboa, 1996

• [Mascarenhas, 1994] J. Mascarenhas, Baixa Pombalina, Algumas Inovações Técnicas, 2º ENCORE, LNEC, Lisboa, 1994 • [Mascarenhas, 1997] J. Mascarenhas, Evolução do Sistema Construtivo dos Edifícios de Rendimento da Baixa Pombalina em Lisboa, Relacionada com as Condições Sísmicas do Local, 3º Encontro Sobre Sismologia e DECivil ICIST Engenharia Sísmica, IST, Lisboa. , 1997 • [Mendes-Victor et al, 1993] L. Mendes-Victor, C. S. Oliveira, I, Pais, P. Teves-Costa, Earthquake Damage Scenarios in Lisbon for Disaster Preparedness, Artigo publicado em An Evaluation of Guidelines for Developing Earthquake Damage Scenarios for Urban Areas, NATO Advanced Research Workshop, Instambul, Turkey, October, 8 -11 -1993 • [Ramos, 2002] J. L. F. S. Ramos, Análise Experimental e Numérica de Estruturas Históricas de Alvenaria, Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil, Escola de Engenharia da Universidade do Minho, Janeiro de 2002 • [Santos, 2000] M. H. R. Santos, A Baixa Pombalina. Passado e Futuro, Livros Horizonte, Lisboa, Janeiro de 2000 • [SAP 2000, 1998] SAP 2000 , Three Dimensional Static and Dynamic Finite Element Analysis and Design of Structures, Version 7. 0, CSI, Computers & Structures, inc, Structural and Earthquake Engineering Software, Berkeley, California, USA, October 1998 • [Silva, 2001] V. Cóias e Silva, Viabilidade Técnica de Execução do “Programa Nacional de Redução da Vulnerabilidade Sísmica do Edificado”, artigo publicado em Redução da Vulnerabilidade Sísmica do Edificado, SPES – Sociedade Portuguesa de Engenharia Sísmica e GECo. RPA – Grémio das Empresas de Conservação e Restauro do Património Arquitectónico, A. Ravarra, C. S. Oliveira, E. C. Carvalho, M. S. Lopes, P. T. Costa, R. Delgado, R. Bairrão, V. C. Silva, Lisboa, Abril de 2001 40/40