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1/40 DECivil ICIST Vulnerabilidade Sísmica de Edifícios Antigos de Alvenaria da Cidade de Lisboa Rafaela Cardoso - Assistente – ICIST DECivil, Secção de.

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1 1/40 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 Lisboa, 2 de Julho de 2003 COLÓQUIO

2 2/40 DECivil ICIST Índice 1.Introdução 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 7.Conclusões

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

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

5 5/40 DECivil ICIST Edifícios de alvenaria: Mecanismos de colapso [Carvalho e Oliveira, 1997] As paredes B são resistentes mas não apoiam as paredes A Neste caso, as paredes B suportam 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

6 6/40 DECivil ICIST 3. Edifícios antigos de alvenaria de Lisboa 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) [in Mendes-Victor et al, 1993] Baixa

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

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

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

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

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

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

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

14 14/40 DECivil ICIST Objectivo: análise da vulnerabilidade sísmica Viabilidade em Projecto. Programa de cálculo comercial (SAP2000 ® ). Cálculo linear da estrutura. Acção sísmica - espectros de resposta (RSA) Recurso a técnicas de inspecção e a ensaios in situ Levantamento (geometria real da estrutura) Caracterização dos materiais estruturais (resistência e deformabilidade) não destrutivos ou semi destrutivos Calibração do modelo:

15 15/40 DECivil ICIST Modelo Numérico (SAP2000 ® ) Abóbadas (cruzes) Travamentos Pavimentos Elementos finitos 2D (shell) Elementos de Barra AlvenariaFrontais

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

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

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

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

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

21 21/40 DECivil ICIST Quantificação da vulnerabilidade sísmica: sis máx F sd = F CQP + sis F E Intensidade da Acção Sísmica de COLAPSO Cálculo de danos para intensidades crescentes da acção sísmica Danos na alvenaria devido a tracção sis = 0.20 sis = 0.25 sis = 0.30 Mapas de danos na alvenaria: Fachada da Frente Deformada da fachada da frente

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

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

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

25 25/40 DECivil ICIST Estudo da eficiência de uma solução de reforço Viga de B.A. (0,6mx0,25m) [Costa e Vasconcelos, 2001] V M (s/reforço) (c/reforço) VMVM Evolução dos deslocamentos da fachada antes e após reforço Alinh Frontal E Emp. esquerda Emp. direita Pavimentos Fachada da Frente P V M sis máx =0,45 Mecanismo de colapso após reforço: Efeito de Pipa

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

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

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

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

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

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

32 32/40 DECivil ICIST Aumento do número de pisos Massa e F inércia aumentam no topo

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

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

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

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

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

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

39 39/40 DECivil ICIST 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, Lisboa, 2000 [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 GECoRPA – 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 [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 nº1/96, IC/IST, Lisboa, 1996

40 40/40 DECivil ICIST [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 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, [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 [SAP2000, 1998] SAP2000, 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 GECoRPA – 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


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