Análise da Regulamentação Internacional Sobre Reabilitação e Reforço Sísmico de Estruturas

UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

ANÁLISE DA REGULAMENTAÇÃO INTERNACIONAL SOBRE REABILITAÇÃO E REFORÇO SÍSMICO DE ESTRUTURAS

ÊNFASE EM EDIFÍCIOS ANTIGOS DE ALVENARIA

Ana Sofia Carrusca Casanova (Licenciada)

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Estruturas

Orientadora: Doutora Rita Maria do Pranto Nogueira Leite Pereira Bento Co-Orientador: Doutor Mário Manuel Paisana dos Santos Lopes Júri: Presidente: Doutor. João Carlos de Oliveira Fernandes de Almeida Vogais: Doutora Rita Maria do Pranto Nogueira Leite Pereira Bento Doutor Humberto Salazar Amorim Varum Doutor Mário Manuel Paisana dos Santos Lopes

Janeiro de 2009

Análise da Regulamentação Internacional Sobre Reabilitação e Reforço Sísmico de Estruturas Ênfase em Edifícios Antigos de Alvenaria

RESUMO

O trabalho apresentado refere-se à análise da regulamentação internacional sobre a reabilitação e reforço sísmico de estruturas, dando ênfase aos edifícios antigos de alvenaria.

Para permitir a melhor compreensão dos conceitos e pressupostos apresentados na regulamentação sobre a reabilitação e reforço sísmico de estruturas, listam-se e desenvolvem-se alguns conceitos base associados à reabilitação sísmica, métodos de análise e técnicas de inspecção aplicáveis.

É feito um levantamento e uma apresentação exaustiva do Eurocódigo 8, Parte 3 e do Regulamento Italiano, nas partes aplicáveis a edifícios existentes com tipologia de alvenaria. Listam-se e descrevem-se de forma mais resumida os documentos que fazem parte da abordagem norte americana para avaliação e reabilitação de edifícios existentes, focando da mesma forma os edifícios com tipologia de alvenaria.

A análise da regulamentação é feita, com base no levantamento realizado, através de comparações entre os vários documentos e entre as abordagens europeia e norte americana, retirando daí as conclusões possíveis. Esta parte do trabalho corresponde a um resumo da apresentação efectuada anteriormente, que é a parte mais extensa deste documento, possibilitando desta forma uma leitura rápida dos conteúdos dos vários documentos.

Propõe-se uma metodologia para avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes e algumas recomendações que podem contribuir para a definição do Anexo Nacional do EC8-3 e para o desenvolvimento de um futuro plano de mitigação de risco sísmico. Estas recomendações baseiam-se nas conclusões obtidas após a análise da regulamentação internacional existente.

Palavras-chave: Conservação do património; Edifícios de alvenaria; Avaliação sísmica; Reabilitação sísmica de edifícios existentes; Técnicas de reabilitação e reforço; Códigos e regulamentação; Anexos Nacionais;


ABSTRACT

The subject of this work is the analysis of international codes on seismic rehabilitation of structures, highlighting the existing masonry buildings.

In order to better understand the provisions (requirements) contained in the codes for the seismic rehabilitation of existing buildings some of the usual basic concepts, methods of analysis and inspection techniques are presented.

The provisions for the seismic rehabilitation of existing buildings, in the parts related to masonry buildings, specified in the European Code, Eurocode 8, Part 3, and in the Italian Code are presented in detail. Moreover, a summary description of the provisions in some documents that are part of the family of publications addressing seismic rehabilitation of existing masonry buildings in the United States of America are also described.

Based on the aforementioned, comparisons between the European codes and European and North American approaches are conducted, the results are analyzed and conclusions are drawn. This part of the work is a summary of the presentation made earlier, which is the most extensive of this document, allowing a quick reading of the contents of each document.

In order to consider these conclusions in the future National Standard implementing in the Part 3 of the Eurocode 8, in Portugal, and in the development of a future National Programme for Reducing the Seismic Vulnerability, some recommendations are proposed.

Key-words: Heritage conservation; Masonry buildings; Seismic evaluation; Seismic rehabilitation of existing buildings; Rehabilitation techniques; Standards.


AGRADECIMENTOS

Agradeço à minha família por todo o apoio, compreensão e carinho em particular durante a elaboração deste trabalho. Em especial ao Augusto por não me ter deixado desistir nas horas mais complicadas e ser um grande incentivo e inspiração. Ao meu bebé Vicente que embora tenha sido um dos responsáveis pela demora na finalização do trabalho, me deu a força e a vontade de dar sempre o melhor de mim.

Agradeço aos meus orientadores, Professora Rita Bento e Professor Mário Lopes, que me deram todo o seu apoio, o incentivo e a imprescindível colaboração na elaboração deste trabalho, do artigo e participação na conferência Sísmica 2007, no Porto. Por me ajudarem a encontrar sempre uma solução e a energia necessária para superar as adversidades, que foram aparecendo no decorrer do trabalho, um grande obrigado.

À Eng. Ana Quintela pela sua disponibilidade em ajudar, pelas preciosas indicações e correcções do documento e sobretudo pela amizade e motivação, um profundo agradecimento.

Agradeço à Tetraplano pela disponibilidade de instalações e equipamentos e pela elasticidade de horários, que permitiram a execução da tese em conjunto com o desenvolvimento da minha vida profissional. Aos meus colegas da Tetraplano pela boa disposição e pelo bom ambiente de trabalho que propiciam.

A todos os meus amigos do peito por todo o apoio e amizade.


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ÍNDICE

1 Introdução ................................................................................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento.............................................................................................................................................. 1

1.2 Objectivos....................................................................................................................................................... 6

1.3 Descrição sumária dos capítulos ................................................................................................................... 7

2 Avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes .................................................................................... 9

2.1 Conceitos Gerais ............................................................................................................................................ 9

2.2 Abordagem qualitativa [7] .............................................................................................................................. 11

2.3 Abordagem quantitativa [7] ............................................................................................................................ 12

2.4 Comportamento sísmico de estruturas de alvenaria [9] ................................................................................ 12

2.4.1 Vulnerabilidade e risco sísmico de estruturas de alvenaria .................................................................... 12

2.4.2 Ductilidade em estruturas de alvenaria ................................................................................................... 12

2.5 Procedimento para reabilitação sísmica de estruturas de alvenaria [9] ........................................................ 13

2.6 Programas de mitigação de risco sísmico.................................................................................................... 13

2.7 Técnicas de inspecção e ensaios in situ ...................................................................................................... 14

2.8 Métodos de Análise ...................................................................................................................................... 17

2.8.1 Análises lineares ..................................................................................................................................... 17

2.8.1.1 Considerações prévias ................................................................................................................. 17

2.8.1.2 Análise estática linear................................................................................................................... 17

2.8.1.3 Análise dinâmica linear................................................................................................................. 18

2.8.2 Análises não lineares .............................................................................................................................. 19

2.8.2.1 Análise estática não linear............................................................................................................ 19

2.8.2.2 Análise dinâmica não linear.......................................................................................................... 24

2.8.3 Análise cinemática .................................................................................................................................. 25

3 Regulamentação existente para avaliação e reabilitação sísmica de edifícios antigos de alvenaria ........... 29

3.1 Introdução .................................................................................................................................................... 29

3.2 Eurocódigo 8 ................................................................................................................................................ 30

3.2.1 Conceitos gerais ..................................................................................................................................... 30

3.2.2 Aplicabilidade .......................................................................................................................................... 31

3.2.3 Metodologia............................................................................................................................................. 32

3.2.4 Recolha de informação do edifício (EC8-3, 3) ........................................................................................ 34

3.2.4.1 Níveis de conhecimento (EC8-3,3.3)............................................................................................ 39

3.2.4.2 Factores de confiança (EC8-3, 3.5).............................................................................................. 40

3.2.5 Avaliação da segurança (EC8-3, 4) ........................................................................................................ 41

3.2.5.1 Critérios gerais ............................................................................................................................. 41

3.2.5.2 Exigências de desempenho (EC8-3, 2.1) ..................................................................................... 42


ii

3.2.5.3 Definição da acção sísmica .......................................................................................................... 43

3.2.5.4 Métodos de análise (EC8-3, 4.4) .................................................................................................. 45

3.2.5.4.1 Análises lineares ...................................................................................................................... 45

3.2.5.4.2 Análises não lineares ............................................................................................................... 48

3.2.5.4.3 q factor aproach ....................................................................................................................... 49

3.2.5.5 Modelação da estrutura (EC8-3, 4.3) ........................................................................................... 50

3.2.5.6 Verificação da segurança (EC8-3, 4.5) ........................................................................................ 51

3.2.5.6.1 Exigências ................................................................................................................................ 52

3.2.5.6.2 Capacidades ............................................................................................................................ 55

3.2.5.6.3 Verificações.............................................................................................................................. 57

3.2.6 Decisão de intervenção (EC8-3, 5) ......................................................................................................... 58

3.2.6.1 Tipos de intervenção em edifícios (EC8-3, 5.1.3) ........................................................................ 59

3.2.6.2 Critérios técnicos para escolha da intervenção (EC8-3, 5.1.2) .................................................... 63

3.2.6.3 Dimensionamento da intervenção (EC8-3, 6) .............................................................................. 64

3.2.7 Edifícios simples ..................................................................................................................................... 65

3.3 Regulamento Italiano ................................................................................................................................... 68

3.3.1 Geral ....................................................................................................................................................... 68

3.3.2 Aplicabilidade .......................................................................................................................................... 69

3.3.3 Metodologia............................................................................................................................................. 69

3.3.4 Recolha de informação (Anexo 2, 11.5.2)............................................................................................... 69

3.3.5 Níveis de conhecimento.......................................................................................................................... 73

3.3.6 Avaliação da segurança (anexo2, 11.5).................................................................................................. 74

3.3.6.1 Exigências de desempenho (anexo 2, 11.5.1) ............................................................................. 75

3.3.6.2 Nível de protecção sísmica (anexo 2, 11.5.4.2) ........................................................................... 75

3.3.6.3 Definição da acção sísmica (anexo 2, 11.5.4.2)........................................................................... 76

3.3.6.4 Modelação estrutural (anexo 2, 11.5.4.3) ..................................................................................... 78

3.3.6.4.1 Comportamento global ............................................................................................................. 78

3.3.6.4.2 Mecanismos locais (anexo 2, 11.5.4.3.1) ................................................................................. 80

3.3.6.4.3 Grupos de edifícios (anexo 2, 11.5.4.3.2) ................................................................................ 81

3.3.6.4.4 Edifícios mistos ........................................................................................................................ 84

3.3.6.4.5 Reforço..................................................................................................................................... 84

3.3.6.5 Métodos de análise ...................................................................................................................... 84

3.3.6.5.1 Métodos para análise global .................................................................................................... 85

3.3.6.5.2 Métodos para análise de mecanismos locais........................................................................... 86

3.3.6.6 Verificação da segurança ............................................................................................................. 87

3.3.6.6.1 Verificação da segurança global (anexo 2, 8.1.6, 8.2.2, 11.5.8) .............................................. 88

3.3.6.6.2 Verificação da segurança aos mecanismos locais (anexo 2, anexo 11.C) .............................. 89

3.3.6.6.3 Verificação da segurança global simplificada para edifícios em grupo (anexo 2, 11.5.5.1) ..... 90

3.3.6.7 Cálculo de capacidades resistentes ............................................................................................. 90

3.3.6.7.1 Modelos de capacidade para avaliação de paredes de alvenaria ........................................... 91


iii

3.3.6.7.2 Modelos de capacidade para lintéis de alvenaria (anexo 2, 8.2.2.4) ....................................... 92

3.3.6.7.3 Modelos de Capacidade para reforço ...................................................................................... 93

3.3.6.8 Calculo de exigências................................................................................................................... 93

3.3.6.9 Verificações .................................................................................................................................. 94

3.3.7 Intervenção (Anexo 2, 11.5.6) ................................................................................................................. 95

3.3.7.1 Critérios gerais de escolha (anexo 2, 11.5.6.1) ............................................................................ 95

3.3.7.2 Tipos de intervenção (Anexo 2, 11.5.6.2 e Anexo 11.E) .............................................................. 96

3.3.7.3 Elementos não estruturais (Anexo 2, 11.5.6.3) ............................................................................ 96

3.3.7.4 Dimensionamento da intervenção (anexo 2, 11.5.7) .................................................................... 97

3.3.8 Edifícios simples de alvenaria (Simple mansonry buildings, anexo 2, 11.5.10)) .................................... 97

3.4 Documentos norte americanos (E.U.A.) ....................................................................................................... 99

3.4.1 Enquadramento geral.............................................................................................................................. 99

3.4.2 Standard ASCE/SEI 31-03.................................................................................................................... 100

3.4.2.1 Geral........................................................................................................................................... 100

3.4.2.2 Processo de avaliação ............................................................................................................... 101

3.4.2.3 Requisitos para a avaliação ....................................................................................................... 105

3.4.2.4 Listas de verificação ................................................................................................................... 107

3.4.2.5 Métodos de análise .................................................................................................................... 107

3.4.3 Standard ASCE/SEI 41-06.................................................................................................................... 111

3.4.3.1 Geral........................................................................................................................................... 111

3.4.3.2 Aplicabilidade ............................................................................................................................. 111

3.4.3.3 Metodologia (cap 1.3) ................................................................................................................. 112

3.4.3.4 Selecção do Objectivo de Reabilitação (cap 1.3.2) .................................................................... 113

3.4.3.4.1 Nível de desempenho (cap. 1.5) ............................................................................................ 113

3.4.3.4.2 Acção sísmica (cap. 1.6) ........................................................................................................ 115

3.4.3.4.3 Objectivo de Reabilitação (cap 1.4) ....................................................................................... 116

3.4.3.5 Recolha de informação (cap 2.2) ............................................................................................... 118

3.4.3.6 Selecção do Método de Reabilitação (cap 2.3) .......................................................................... 120

3.4.3.6.1 Método de Reabilitação Simplificada (cap 10) ....................................................................... 120

3.4.3.6.2 Método de Reabilitação Sistemática (cap 2.3.2) .................................................................... 121

3.4.3.7 Métodos de análise (cap 2.4 e 3.0) ............................................................................................ 122

3.4.3.7.1 Análises lineares .................................................................................................................... 122

3.4.3.7.2 Análises não lineares ............................................................................................................. 125

3.4.3.8 Estratégias de reabilitação (cap 2.5) .......................................................................................... 126

3.4.3.9 Reabilitação de paredes de alvenaria (cap 7.0) ......................................................................... 127

3.4.3.10 Reabilitação de pisos em madeira (cap 8.5) .............................................................................. 130

3.4.3.11 Utilização em programas de mitigação de risco sísmico ............................................................ 130

3.4.4 Documento FEMA 547.......................................................................................................................... 132

3.4.5 Outros documentos............................................................................................................................... 136

3.4.5.1 FEMA 154 e 155......................................................................................................................... 136


iv

3.4.5.2 FEMA 156 e 157......................................................................................................................... 136

3.4.5.3 FEMA 306, 307 e 308................................................................................................................. 136

3.4.5.4 FEMA 395 a 397......................................................................................................................... 137

3.4.5.5 FEMA 420................................................................................................................................... 137

4 Análise comparativa ............................................................................................................................................ 139

4.1 Introdução .................................................................................................................................................. 139

4.2 Organização ............................................................................................................................................... 139

4.3 Aplicabilidade ............................................................................................................................................. 141

4.4 Planos de mitigação de risco sísmico ........................................................................................................ 143

4.5 Metodologia................................................................................................................................................ 144

4.6 Recolha de informação .............................................................................................................................. 146

4.7 Objectivo de Reabilitação........................................................................................................................... 149

4.8 Acção sísmica ............................................................................................................................................ 151

4.9 Modelação.................................................................................................................................................. 152

4.10 Métodos de análise .................................................................................................................................... 154

4.11 Verificação da segurança ........................................................................................................................... 159

4.12 Escolha de intervenção .............................................................................................................................. 161

4.13 Comentários finais...................................................................................................................................... 162

4.13.1 Abordagem europeia............................................................................................................................. 162

4.13.2 Abordagem norte americana................................................................................................................. 163

5 Recomendações .................................................................................................................................................. 167

5.1 Geral........................................................................................................................................................... 167

5.2 Metodologia para reabilitação sísmica edifícios existentes........................................................................ 167

5.3 Eurocódigo 8 – Parte 3............................................................................................................................... 170

5.4 Anexo Nacional da Parte 3 do Eurocódigo 8 ............................................................................................. 175

5.5 Programa de mitigação de risco sísmico ................................................................................................... 178

6 Conclusões e desenvolvimentos futuros .......................................................................................................... 181

Bibliografia..................................................................................................................................................................... 187


v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Exemplos de edifícios monumentais [in ippar[1]] ............................................................................................. 1

Figura 2 - Exemplo de centro histórico, Baixa Pombalina [in lisboa interactiva [2]] .......................................................... 1

Figura 3 - Vista de centro histórico, zona ribeirinha do Porto [in Porto XXI [3]]................................................................. 1

Figura 4 - Exemplos de tipologias dos edifícios antigos em Portugal, organização estrutural ....................................... 2

Figura 5 - Carta de intensidades máximas e de isossistas no território nacional ........................................................... 3

Figura 6 - Distribuição dos edifícios em Lisboa em termos de legislação anti-sísmica aplicável ................................... 3

Figura 7 - Cenário sísmico de danos em Lisboa ............................................................................................................. 4

Figura 8 - Metodologia proposta para intervenções estruturais, ICOMOS [11]............................................................... 11

Figura 9 - Representação da distribuição das forças estáticas equivalentes ............................................................... 18

Figura 10 - Curva pushover convencional, adaptativa e resultados de análises dinâmicas não lineares para um edifício de 8 pisos [Antoniou e Pinho, 2004] ............................................................................................................... 21

Figura 11 - Modelação da estrutura tendo em conta relações constitutivas não lineares [15].......................................... 22

Figura 12 - Espectro de resposta no formato ADRS, elástico e inelásticos [15] ............................................................... 22

Figura 13 - Determinação da curva de capacidade da estrutura [15]. .............................................................................. 23

Figura 14 - Definição do sistema de 1gl equivalente ...................................................................................................... 23

Figura 15 - Relação força-deslocamento elasto-perfeitamento plástico do sistema de 1gl [15] ....................................... 23

Figura 16 - Determinação do deslocamento alvo de um sistema de 1gl equivalente para a) Períodos baixos; b) Períodos médios ou longos [15]........................................................................................................................ 24

Figura 17 - Exemplo de um acelerograma ...................................................................................................................... 25

Figura 18 - Exemplos de modelos cinemáticos para mecanismos para fora do plano (a: derrubamento de uma parede; b: esmagamento da alvenaria) e no plano (c: efeitos das acções de derrubamento no plano) [27]................. 26

Figura 19 - Modelo cinemático para o macro-elemento definido por Gambarotta e Lagomarsino [20] ............................ 27

Figura 20 - Representação do modelo 3D de um edifício de alvenaria com recurso a macro-elementos [20]................. 27

Figura 21 - Metodologia para avaliação e reabilitação de edifícios existentes indicada no EC8-3................................. 33

Figura 22 - Determinação do factor de confiança ........................................................................................................... 34

Figura 23 - Exemplos de secções transversais de paredes de alvenaria de pedra [in classificação GNDT]. ................ 36

Figura 24 - Forma do espectro de resposta elástico definido no EC8-1 [8] ..................................................................... 43

Figura 25 - Espectro de resposta elástico tipo 1 [8] ......................................................................................................... 44

Figura 26 - Espectro de resposta elástico tipo 2 [8] ......................................................................................................... 44

Figura 27 - Elementos constituintes de uma parede de alvenaria, para modelação ...................................................... 51

Figura 28 - Determinação da relação idealizada Força-Deslocamento elasto-perfeitamente plástico ........................... 56

Figura 29 - Sistemas de protecção passiva [35] ............................................................................................................... 59

Figura 30 - Reparação de fendas a) com tecido compósito; b) com elementos metálicos [35] ........................................ 60

Figura 31 – Reconstrução de fendas com material original [36] ....................................................................................... 60

Figura 32 - Execução de anel de contraventamento em betão....................................................................................... 60

Figura 33 - Reforço da ligação entre paredes por costuras armadas [35] ........................................................................ 61

Figura 34 - Reforço da ligação entre paredes [35] ............................................................................................................ 61

Figura 35 - Reforço de pisos [35] ...................................................................................................................................... 61

Figura 36 – exemplo de reforço com Tie Beams [36]........................................................................................................ 62

Figura 37 - Confinamento transversal de paredes, confinadores apertados mecanicamente [35] ................................... 62

Figura 38 - Aplicação de rede de polipropileno na superfície de elementos, funcionando como armadura exterior [35] . 62

Figura 39 - Aplicação de folha de tecido compósito em elementos estruturais para reforço à flexão ou tracção [35]...... 63

Figura 40 - Reforço da ligação entre pisos e paredes [35]................................................................................................ 64

Figura 41 - Tirantes para absorção de forças horizontais [35] .......................................................................................... 64

Figura 42 - Mecanismos de colapso local e mecanismo de colapso global. [37].............................................................. 74


vi

Figura 43 - Mecanismos locais em edifícios existentes em grupo [24] ............................................................................. 80

Figura 44 - Mecanismos locais em edifícios existentes [35] ............................................................................................. 80

Figura 45 - Imagens de modelos cinemáticos e macro elementos de uma fachada [24] ................................................. 81

Figura 46 - Exemplo de: a) edifício isolado; b) edifícios em banda; c) edifício complexo ou em grupo [27]..................... 81

Figura 47 - Exemplos de grupo de edifícios [27] ............................................................................................................... 82

Figura 48 - Exemplo de desagregação de uma alvenaria de pedra [38]........................................................................... 87

Figura 49 - Sistema e diagrama bilinear equivalente [in OPCM 3431] ........................................................................... 88

Figura 50 - Mecanismos de rotura em paredes: a) à flexão; b) ao corte [39].................................................................... 91

Figura 51 - Mecanismos de rotura de lintéis de alvenaria [39].......................................................................................... 92

Figura 52 - Processo de avaliação do ASCE/SEI 31-03 [32] .......................................................................................... 103

Figura 53 - Processo de avaliação do nível 1 [32] .......................................................................................................... 104

Figura 54 - Processo de reabilitação da norma ASCE/SEI 41-06................................................................................. 112

Figura 55 - Tabela de definição dos níveis de desempenho alvo para o edifício [in Williams T. Holmes [63]] ............... 114

Figura 56 - Representação gráfica dos níveis de desempenho do edifício, numa curva de capacidade [in Williams T. Holmes[63]] ..................................................................................................................................................... 114

Figura 57 - Relações custo-benefício vs níveis de desempenho [in Williams T. Holmes [63]] ........................................ 115

Figura 58 - Definição da acção sísmica (in ASCE/SEI 41-06) ...................................................................................... 115

Figura 59 - Tabela para definição do objectivo de reabilitação (in ASCE/SEI 41-06)................................................... 117

Figura 60 - Procedimento para selecção do Objectivo de Reabilitação........................................................................ 118

Figura 61 - Definição do Objectivo de Reabilitação Básico (BSO). .............................................................................. 118

Figura 62 - Terminologia dos deslocamentos em diafragmas ...................................................................................... 124

Figura 63 - Tipos de Curva backbone apresentadas em ASCE/SEI41-06 ................................................................... 126

Figura 64 - Curva de capacidade idealizada (in ASCE/SEI 41-06) ............................................................................... 126

Figura 65 -Terminologia dos deslocamentos e altura relativa de paredes de alvenaria ............................................... 129

Figura 66 - Relação força deslocamento para verificação da segurança de elementos de alvenaria .......................... 130

Figura 67 - Edifício tipo URM - Unreinforced Masonry Bearing Walls [in FEMA 547]................................................. 134

Figura 68 - Tabela de correspondência anomalias e técnicas de reabilitação [in FEMA 547] ...................................... 134

Figura 69 - Exemplos de imagem de técnica de reabilitação apresentada. [in FEMA 547] .......................................... 135

Figura 70 - Etapas de estudo para edifícios existentes ................................................................................................ 144

Figura 71 - Processo de escolha do tipo de modelo e método de análise no EC8-3 ................................................... 157

Figura 72 - Processo para avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes..................................................... 169

Figura 73 - Relações entre o objectivo de reabilitação, os níveis de conhecimento e métodos de análise, no EC8-3 175


vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Técnicas de inspecção ................................................................................................................................. 15

Tabela 2 - Ensaios in situ ............................................................................................................................................... 15

Tabela 3 - Tipos de solo de acordo com EC8-1............................................................................................................. 35

Tabela 4 - Classes de importância para edifícios [EC8-1] ............................................................................................. 35

Tabela 5 - Quantificação do conhecimento dos níveis de inspecções e dos testes por categoria ................................ 39

Tabela 6 - Definição dos níveis de conhecimento globais da estrutura e factores de confiança ................................... 41

Tabela 7 - Definição dos Estados Limite (EC8-3, 2.1) ................................................................................................... 43

Tabela 8 - Valores limites superiores para os coeficientes de comportamento para estruturas novas de alvenaria (EC8-1, 9.3, tabela 9.1) ................................................................................................................................... 45

Tabela 9 - Condições de aplicabilidade das análises lineares (EC8-1, 4.2.3.1, tabela 4.1) .......................................... 46

Tabela 10 - Resumo dos métodos de análise aplicáveis a edifícios existentes .............................................................. 49

Tabela 11 - Cálculo de exigências em edifícios existentes de todas as tipologias em função do método de análise..... 53

Tabela 12 - Cálculo de exigências em edifícios existentes de todas as tipologias em função do Estado Limite ............ 54

Tabela 13 - Cálculo de exigências em edifícios existentes de alvenaria ......................................................................... 54

Tabela 14 - Valores de factores de segurança parcial a utilizar para o material alvenaria para a verificação dos Estado s Limite Últimos [EC6, 2.4.3].............................................................................................................................. 56

Tabela 15 - Verificação da segurança em edifícios existentes em alvenaria .................................................................. 58

Tabela 16 - Valores recomendados para o número de pisos acima do solo e área mínima de paredes de corte em edifícios simples de alvenaria (EC8-1, 9.7.2, tabela 9.3) ................................................................................ 66

Tabela 17 - Valores recomendados para as características geométricas de paredes de corte (EC8-1, 9.5.1, tabela 9.2) . . ................................................................................................................................................................ 66

Tabela 18 - Definição dos níveis de conhecimento ......................................................................................................... 73

Tabela 19 - Definição dos valores médios dos parâmetros mecânicos dos materiais .................................................... 74

Tabela 20 - Definição das exigências de desempenho (anexo 2, 2.1 e 2.2) ................................................................... 75

Tabela 21 - Classes de importância para edifícios (OPCM 3234, anexo 2, tabela 4.3) .................................................. 76

Tabela 22 - Quadro resumo para a verificação da segurança de edifícios existentes .................................................... 94

Tabela 23 - Requisitos para definição do nível de avaliação ......................................................................................... 102

Tabela 24 - Definição dos requisitos de investigação por nível de avaliação ................................................................ 106

Tabela 25 - Checklists necessárias para uma avaliação de nível 1 .............................................................................. 107

Tabela 26 - Definição dos níveis de acção sísmica (ASCE/SEI 41-06, 1.4) .................................................................. 116

Tabela 27 - Requisitos para a recolha de informação do edifício e definição do nível de conhecimento ...................... 119

Tabela 28 – Factores de comportamento para paredes de alvenaria em edifícios URM .............................................. 129

Tabela 29 – Relações simplificadas para verificação de paredes de alvenaria de edifícios URM ................................ 129

Tabela 30 - Edifícios modelo da FEMA.......................................................................................................................... 133

Tabela 31 - Resumo do critérios para aplicação de análises estáticas lineares............................................................ 158

Tabela 32 - Critérios para aplicação de análises estáticas não lineares vs dinâmicas não lineares . ........................... 159

Tabela 33 - Comparação entre EC8-3 e Regulamento Italiano. .................................................................................... 164

Tabela 34 - Comparação entre abordagens europeia e norte americana. .................................................................... 165

Tabela 35 - Proposta de tabela com valores de referência dos parâmetros mecânicos dos materiais. ........................ 177

Tabela 36 – Proposta de tabela com valores correctivos dos parâmetros mecânicos. ................................................. 177


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LISTA DE SÍMBOLOS

Siglas EC8 – Eurocódigo 8 EC8-3 – Eurocódigo 8, Parte 3 IST – Instituto Superior Técnico LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil SPES – Sociedade Portuguesa de Engenharia Sísmica REBAP – Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado RSA – Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes OPCM - Ordinanze del Presidente del Consiglio dei Ministri GNDT – Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti FEMA - Federal Emergency Management Agency NEHRP - National Earthquake Hazards Reduction Program ASCE - American Society of Civil Engineers. SEI – Structural Engineering Institute ICOMOS - International Council on Monuments and Sites


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1 INTRODUÇÃO 1.1 Enquadramento

A conservação do património é um tema actual que tem vindo a registar um interesse crescente na Europa e em Portugal. O conceito de património tem vindo a sofrer alterações desde a época em que se englobava somente os edifícios monumentais (palácios, igrejas, castelos, conventos) - Figura 1 - até aos dias de hoje em que se aceita com grande clareza a inclusão dos edifícios habitacionais, industriais e comerciais. Estes edifícios, que se identificam em tantas cidades e vilas com os chamados centros históricos (Figuras 2 e 3), são geralmente mal conhecidos, já que até há bem pouco tempo a atenção de investidores, arquitectos, engenheiros, historiadores e arqueólogos, entre outros, se dirigia essencialmente para os já referidos edifícios especiais e monumentos.

Figura 1 - Exemplos de edifícios monumentais [in ippar[1]]

Figura 2 - Exemplo de centro histórico, Baixa Pombalina [in lisboa interactiva[2]]

Figura 3 - Vista de centro histórico, zona ribeirinha do Porto [in Porto XXI[3]]


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Neste trabalho assume-se que um edifício antigo é aquele que foi construído antes do advento do betão armado como material estrutural dominante. Correspondem a construções executadas recorrendo a materiais e tecnologias tradicionais para a construção dos diferentes elementos constitutivos, tais como alvenaria de pedra, madeira, argamassas pobres, elementos cerâmicos, etc.. Sabe-se que os processos construtivos utilizados nestes edifícios permaneceram inalterados durante séculos e que foram sendo substituídos por novas técnicas de construção a partir de meados do século XX. Pode-se afirmar que devido a isso, nos últimos 50 anos, se perdeu todo o saber e técnica de construir acumulados ao longo de 2000 anos, levando a que o estudo deste tipo de edifícios se tenha tornado numa tarefa mais complexa.

No território nacional os edifícios antigos distribuem-se por tipologias diversas que variam consoante a época de construção, dos materiais disponíveis na região que diferem do Norte para o Sul ou do litoral para o interior do País. Atendendo à evolução das práticas construtivas dos edifícios de alvenaria através do tempo, é possível detectar variações não só em termos da arquitectura e tipologias construtivas mas também ao nível da concepção estrutural. Na Figura 4 representam-se três das tipologias estruturais de edifícios antigos existentes na cidade de Lisboa, que representam a evolução gradual da estrutura ao longo de cerca de um século.

Figura 4 - Exemplos de tipologias dos edifícios antigos em Portugal, organização estrutural

a) Edifício Pombalino; b) Edifício Gaioleiro; c) Edifício Placa. [in Mascarenhas]

No enquadramento internacional, o território nacional é uma região com uma sismicidade que pode ser considerada moderada. Pela observação da carta das máximas intensidades observadas até à actualidade, conclui-se que, no entanto, o risco sísmico no Continente é significativo, visto que as maiores concentrações demográficas se situam no seu litoral, precisamente nas áreas de maiores intensidades sísmicas (Figura 5).

O risco sísmico é amplificado ainda pelo facto de o parque habitacional nestas regiões ser caracterizado por muitos edifícios com insuficiente resistência sísmica de raiz, a que se somam estados avançados de degradação e intervenções na sua estrutura executadas de uma forma pouco criteriosa. Além disso, pelo facto de os sismos serem muito espaçados no tempo, a percepção do risco é agravada, não se sabendo ao certo o que acontecerá na ocorrência de um sismo de grande magnitude. Resumindo, não se conhecem com exactidão as condições de segurança do parque construído, especialmente o mais antigo.


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Figura 5 - Carta de intensidades máximas e de isossistas no território nacional

Uma grande parte dos edifícios existentes foram projectados e construídos sem características específicas para a resistência aos sismos devido à inexistência, na época da sua construção, de conhecimentos técnico-científicos desenvolvidos e regulamentação na área da engenharia sísmica. Este facto “manteve-se” até meados do século passado, altura em se generaliza a utilização do betão armado como material estrutural por excelência e se desenvolveram novos regulamentos que introduzem o dimensionamento para a acção sísmica, o primeiro dos quais entrou em vigor em 1958 (Figura 6). Assim, os edifícios projectados antes desta data, a que se denomina de edifícios antigos, e que constituem uma parte significativa do parque construído, apresentam em média uma vulnerabilidade sísmica elevada.

Uma excepção será a dos edifícios pombalinos, cuja estrutura resistente foi pensada e executada para resistir aos efeitos desta acção. Infelizmente as várias intervenções a que estas construções foram sendo sujeitas ao longo do tempo em conjunto com a falta de manutenção e a degradação dos materiais, leva a que também estes edifícios apresentem uma vulnerabilidade considerável.

Figura 6 - Distribuição dos edifícios em Lisboa em termos de legislação anti-sísmica aplicável

Englobado na temática da conservação do património, o reforço estrutural dos edifícios antigos é uma componente relevante de qualquer política de mitigação do risco sísmico em Portugal. Terá de existir em Portugal vontade política para criar medidas tendentes a reduzir as consequências de uma eventual


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ocorrência sísmica, criando medidas e incentivos para mobilizar instituições e privados a investir no reforço físico do seu património.

Na Figura 7 pode-se ter uma noção da distribuição dos efeitos da acção de um sismo de magnitude média a elevada, nos edifícios existentes na cidade de Lisboa, em termos de danos. Percebe-se que as zonas mais afectadas são aquelas que apresentam uma maior percentagem de edifícios antigos (construídos antes da primeira legislação sísmica e antes do betão armado).

Figura 7 - Cenário sísmico de danos em Lisboa

Com base no exposto conclui-se ser fundamental definir um conjunto de metodologias adequadas que permitam caracterizar o parque construído e criar incentivos que possibilitem reforçar o património edificado em termos de resistência à acção sísmica.

Neste âmbito, é interessante verificar que em Portugal se vive a situação singular de se dispor de regulamentos sucessivamente actualizados sobre estruturas novas de betão (REBAP[4]), enquanto se regista a inexistência de qualquer regulamento específico para construção de alvenaria ou de estruturas de madeira[5]. Particularmente, em termos de verificação da resistência sísmica apenas se encontram algumas recomendações do LNEC que tratam do dimensionamento de estruturas novas de alvenaria à acção sísmica, como por exemplo o livro “Segurança de edifícios de pequeno porte em alvenaria confinada em relação à acção dos sismos, regras práticas”[6].

Por outro lado não existem regulamentos que foquem a temática da avaliação e reforço de estruturas existentes, tanto para materiais e tipologias estruturais mais recentes (betão e estrutura metálica), como para os mais antigos (alvenaria, madeira).

Na situação que se verifica actualmente, não existindo uma regulamentação orientada para a reabilitação e reforço sísmico de estruturas existentes, qualquer pessoa ou entidade que pretenda “actuar” numa edificação existente tem “carta branca” para proceder a alterações, ampliações, renovações e reabilitação


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arquitectónica sem ter a obrigação de proceder a uma avaliação da sua resistência sísmica ou mesmo garantir um nível mínimo de segurança da estrutura relativamente aos sismos.

Até agora, as intervenções de reabilitação do edificado urbano (RECRIA1 - Aplicação geral, RECRIP2 – Aplicação geral, apoio aos condóminos, REHABITA3 - Aplicação exclusiva aos bairros históricos) têm privilegiado as fachadas ou, quando muito, as condições de habitabilidade, mas têm descurado completamente a resistência estrutural. A reabilitação arquitectónica e funcional de edifícios em zonas sísmicas como Lisboa devia ser aproveitada para fazer a sua adequação sísmica [7].

É indispensável, para tal, a elaboração, a curto prazo, de documentação orientadora para acções de reabilitação sísmica, em especial, uma regulamentação nacional que legisle e dê as ferramentas necessárias aos donos de obra e projectistas de estruturas para elaborar projectos de reabilitação e reforço sísmico bem como de controlo de qualidade na execução.

1 RECRIA - Regime Especial de Comparticipação na Recuperação de Imóveis Arrendados. 2 RECRIP - Programa para apoio aos condóminos que vivem em prédios antigos. 3 REHABITA - Regime de Apoio à Recuperação Habitacional em Áreas Urbanas.


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1.2 Objectivos

Pretende-se com este trabalho contribuir para a elaboração de uma regulamentação nacional no âmbito da reabilitação e reforço sísmico de estruturas existentes, com ênfase nas estruturas de alvenaria.

Esta regulamentação será conseguida pela aplicação em Portugal do novo Eurocódigo 8[8], na sua Parte 3[9], através da elaboração do respectivo Anexo Nacional. Espera-se assim apresentar alguns conceitos e levantar algumas questões pertinentes sobre a avaliação e reforço de edifícios existentes de alvenaria, que poderão ser incluídos ou tidos em conta na elaboração deste Anexo Nacional.

Para tal apresentam-se os principais conceitos sobre a avaliação e reforço sísmico de estruturas antigas de alvenaria, constantes na principal regulamentação europeia, referindo-se também a norte americana. Focam-se principalmente as questões e conceitos vocacionados para os edifícios existentes de habitação, comércio e escritórios com estrutura em alvenaria.

Por último, pretende-se também sensibilizar e consciencializar a comunidade técnica e política para a necessidade de preservar o património cultural edificado, tendo em conta não só os edifícios monumentais mas também os edifícios de uso mais corrente (habitação e serviços), relativamente ao posicionamento do território nacional em termos sismicidade. Com esta sensibilização pretende-se que seja dado um salto quantitativo e qualitativo na elaboração de um plano de mitigação do risco sísmico em Portugal, até agora inexistente e cuja evolução tem sido intermitente.


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1.3 Descrição sumária dos capítulos

O texto do presente trabalho encontra-se dividido em cinco partes, para além do presente Capítulo 1:

No Capítulo 2, faz-se uma apresentação geral sobre a temática de avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes, focando alguns conceitos associados ao tema. Incluem-se definições de vulnerabilidade sísmica e durabilidade de alvenarias, referem-se os possíveis tipos de programas de risco sísmico, apresenta-se um resumo de técnicas de inspecção de estruturas existentes com enfoque na tipologia de alvenaria e por fim listam-se os métodos de cálculo existentes actualmente para a avaliação sísmica de estruturas e comuns aos vários regulamentos.

No Capítulo 3 apresenta-se, de forma exaustiva, a principal regulamentação europeia no âmbito da avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes em tipologia de alvenaria, nomeadamente a Parte 3 do Eurocódigo 8 e o Regulamento Italiano. Apresentam-se de forma mais resumida os documentos norte americanos que se debruçam sobre o mesmo tema. A exposição dos documentos neste trabalho seguiu uma organização comum, efectuada por tópicos.

A descrição e análise da regulamentação existente serve para apresentar, no Capítulo 4, um estudo comparativo sobre os documentos analisados. Este estudo comparativo é feito por tópicos e com a mesma organização do Capítulo 3, resumindo o que é apresentado em cada documento ou abordagem e finalizando cada tópico com comentários e conclusões. Este Capítulo 4, que é baseado no anterior, funciona como um resumo deste e possibilita uma leitura rápida das definições, dos critérios e das questões mais importantes que definem cada documento.

No Capítulo 5 propõem-se, com base nas comparações e comentários realizados no Capítulo 4, recomendações para o desenvolvimento do Anexo Nacional da Parte 3 do Eurocódigo 8 e de um futuro plano de mitigação de risco sísmico.

Finalmente, no Capítulo 6, apresentam-se as conclusões finais do trabalho com referência a trabalhos futuros de investigação na matéria, nomeadamente aplicações de cariz mais prático.


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2 AVALIAÇÃO E REABILITAÇÃO SÍSMICA DE EDIFÍCIOS EXISTENTES

2.1 Conceitos Gerais

Apresentam-se neste Capítulo 2 alguns conceitos associados ao tema da avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes.

A avaliação e reabilitação de edifícios antigos é um tema cuja importância tem vindo a aumentar por vários motivos, de entre os quais se salientam o facto de o património arquitectónico representar um bem valioso considerando os aspectos culturais e também os económicos; de nos últimos anos diversas construções antigas terem vindo a sofrer danos que representam perdas irreparáveis; porque as construções se degradam com o tempo pelo que a conservação e restauro do património é uma forma de desenvolvimento sustentável; porque a sociedade civil actual exige a protecção do património de valor cultural e a sua transferência para as gerações vindouras, pelo que a conservação e restauro do património é também uma forma de cultura [10].

A literatura técnica que se debruça sobre o tema da reabilitação sísmica de edifícios antigos está especialmente direccionada para construções de importância arquitectónica específica, como é o caso dos monumentos e construções históricas. No domínio dos edifícios antigos de alvenaria de usos comuns, tais como os de habitação e comércio, são poucos os documentos existentes devido à menor importância dada a este tipo de edifícios. No entanto, esta tendência tem vindo a ser contrariada, em especial em Itália, com a elaboração de estudos específicos a este tipo de construções, quer isoladas ou inseridas numa malha de edificado.

De entre a literatura existente sobre o tema, um dos principais documentos são as recomendações ICOMOS[10] que estão vocacionadas para a análise, conservação e restauro estrutural do património arquitectónico e têm como objectivo estabelecer metodologias de análise racionais e métodos de intervenção apropriados ao contexto cultural. São compostas por duas partes: Princípios, onde são apresentados os conceitos fundamentais de conservação; Guião, onde são discutidas as regras e a metodologia que o projectista deve seguir. Em traços gerais, referem que a conservação, reforço e restauro do património arquitectónico requerem uma abordagem metodológica, por etapas e realizada por equipas multidisciplinares, semelhante à utilizada em medicina:

• Anamnese: análise historial, documental e de outras informações relevantes;

• Diagnóstico: identificação das causas das anomalias e avaliação da segurança estrutural;

• Terapia: escolha e aplicação da solução de intervenção;

• Controlo: acompanhamento e controlo da eficiência da intervenção.

Baseada nesta abordagem é proposta, nestas recomendações, uma metodologia para as intervenções estruturais cujos estudos e propostas deverão ser organizados nas seguintes fases:

a) Investigação – Análise da informação histórica;

b) Diagnóstico – Identificação das causas de danos e degradações;


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c) Intervenção – Selecção das acções de consolidação;

d) Monitorização – Controlo de eficácia das intervenções;

Estas recomendações referem que “qualquer planeamento para a conservação estrutural requer tanto dados qualitativos baseados na observação directa das degradações dos materiais e dos danos estruturais, pesquisa histórica etc., como também em dados quantitativos baseados em ensaios específicos e modelos matemáticos do tipo dos utilizados na engenharia moderna” [10]. É a análise combinada da informação obtida em cada uma destas abordagens, qualitativa e quantitativa, pesado com base na fiabilidade dos dados e hipóteses admitidas que pode conduzir ao “melhor juízo”. Deve ser claro que o engenheiro encarregue da avaliação da segurança de uma construção histórica não deve ser legalmente obrigado a basear as suas decisões apenas nos resultados dos cálculos porque estes podem ser pouco fiáveis ou inadequados.

Os regulamentos modernos e a prática profissional moderna adoptam uma abordagem conservadora que envolve a utilização de factores de segurança para ter em conta as várias incertezas. Esta abordagem não é apropriada em estruturas históricas, em que as exigências para aumentar a resistência podem conduzir à perda de elementos estruturais ou a alterações na concepção original da estrutura. Em construções existentes estas incertezas podem ser reduzidas através da observação e monitorização do comportamento da estrutura real. Se for possível obter informação fidedigna, a redução dos factores de segurança não implica necessariamente numa redução da segurança da estrutura.

As recomendações assentam o estudo e escolha das intervenções na garantia do princípio da intervenção mínima e de reversibilidade, durabilidade e compatibilidade de materiais, de invasividade e eficiência da solução. É preciso adoptar uma abordagem mais flexível e mais abrangente para as estruturas antigas, para mais claramente relacionar as medidas de intervenção com o comportamento estrutural real e para preservar o princípio da intervenção mínima.

Apresenta-se na Figura 8 uma forma simplificada da metodologia para as intervenções estruturais em edifícios existentes, onde é salientada a necessidade de adoptar um processo iterativo entre as várias etapas.


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Figura 8 - Metodologia proposta para intervenções estruturais, ICOMOS [11]

Outro documento que interessa referir são as Guidelines for the conservation of historical masonry structures in seismic areas, elaborado no âmbito do projecto Improving the seismic resistance of cultural heritage buildings, pertencente ao programa EU-India economic cross cultural programe [12].

Este documento visa providenciar aos donos de obra e profissionais envolvidos na conservação e restauro de estruturas históricas, o conhecimento necessário para a conservação e reforço sísmico destas estruturas localizadas em zonas sísmicas. Descreve técnicas de reparação e reforço adaptadas a estruturas de alvenaria bem como estratégias de melhoramento do comportamento sísmico. O objectivo é tentar fornecer critérios que ajudem a tomar as decisões óptimas no que respeita a intervenções nestas estruturas.

Apresentam-se alguns conceitos patentes neste documento e nas recomendações ICOMOS [10] que ajudam a compreender o comportamento sísmico de edifícios em alvenaria.

2.2 Abordagem qualitativa [10]

A abordagem qualitativa é definida pela realização de uma avaliação baseada na observação da estrutura com o intuito de compreender o comportamento dos diferentes tipos de elementos estruturais e os danos que apresentam. A avaliação é levada a cabo com base numa comparação entre o estado actual da estrutura e o estado de estruturas semelhantes cujo comportamento seja já compreendido. Não é completamente fiável porque depende mais de um juízo pessoal do que de procedimentos estritamente científicos. A fiabilidade desta avaliação dependerá do número de estruturas observadas e da experiência e conhecimentos dos técnicos envolvidos. Pode ser aumentada recorrendo a um programa apropriado de investigação e monitorização dos fenómenos não estabilizados.


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2.3 Abordagem quantitativa [10]

A abordagem quantitativa corresponde a uma avaliação baseada em métodos analíticos ou científicos, como ensaios, cálculos e modelos matemáticos. Utiliza os métodos da análise estrutural moderna, os quais, com base em determinadas hipóteses (teoria da elasticidade, teoria da plasticidade, modelos porticados, etc.), apresentam conclusões baseadas em cálculos matemáticos. As incertezas que podem afectar a representação das características dos materiais e a representação imperfeita do comportamento estrutural, juntamente com as simplificações adoptadas podem conduzir a resultados que não são sempre fiáveis, e que podem inclusivamente ser muito diferentes da situação real.

Os modelos matemáticos que se utilizam para a análise estrutural servem para descrever tanto a estrutura original (potencialmente danificada) como a estrutura reforçada e permitem, se adequadamente calibrados, a comparação dos danos teóricos com os danos efectivamente observados bem como a avaliação dos níveis de segurança actuais e os benefícios das intervenções impostas. Desta forma fornecem uma ferramenta útil para a identificação das causas dos danos existentes.

2.4 Comportamento sísmico de estruturas de alvenaria [12]

2.4.1 Vulnerabilidade e risco sísmico de estruturas de alvenaria

A vulnerabilidade sísmica de um edifício ou grupo de edifícios é definida como a propensão de se manifestarem danos no caso de ocorrência de um evento sísmico. Pode ser calculada de uma forma determinística ou probabilística. Nesta última os parâmetros estruturais (geometria, propriedades mecânicas dos materiais) são tratados como variáveis estocásticas.

O risco sísmico é tido como a probabilidade de ocorrência de uma acção sísmica de uma certa magnitude versus a probabilidade de dano causado. A falha ou colapso dos sistemas estruturais podem ter diversas consequências tais como, perda de vidas humanas, perda de património cultural, custos de reparação, perda de função. Teoricamente, o risco pode ser expresso em termos de custos económicos o que, na prática, pode ser bastante difícil de obter uma medição homogénea. Isto devido à grande variabilidade da natureza dos efeitos negativos dos sismos em termos de feridos e mortos, perdas de património cultural ou custos económicos associados a trabalhos de reparação e reposição. Assim pode-se simplificadamente considerar:

Risco sísmico = sismicidade x vulnerabilidade x custo

2.4.2 Ductilidade em estruturas de alvenaria

No contexto do dimensionamento sísmico, a ductilidade de uma estrutura ou de um elemento é definida como a capacidade de dissipar energia pelo desenvolvimento de uma resposta em regime inelástico sob um ciclo de deformação de grande amplitude, sem ter como consequência uma perda significativa da capacidade de carga. Na alvenaria a energia é dissipada normalmente através da fricção nas interfaces da argamassa ou através de danos por fendilhação das juntas de argamassa.

Alguns materiais têm um comportamento pós-elástico que assenta na clássica definição de ductilidade, tal não é o caso da alvenaria. Sob tracção a alvenaria, devido à fraca resistência da ligação entre a argamassa e


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os elementos de alvenaria, é um material frágil que tende a perder alguma ou toda a capacidade resistente lateral após os danos iniciais. Sob corte, a alvenaria não reforçada manifesta geralmente um comportamento dúctil e sob compressão só está presente alguma ductilidade moderada.

De notar que o comportamento dos materiais é diferente do comportamento do elemento estrutural e em muitos casos a primeira fenda não implica um colapso imediato. Uma rotura na ligação entre as unidades de alvenaria não é caso grave e pode ser facilmente reparável através da injecção da fenda com nova argamassa. As estruturas de alvenaria podem apresentar uma rotura dúctil apesar da natureza frágil dos materiais. Assim pode ser atribuída alguma ductilidade a estruturas de alvenaria, dependendo da natureza dos danos e da resposta a nível da estrutura global.

A nível global, a rotura devido a um mecanismo de corte no plano da parede é normalmente dúctil e comporta grandes deformações. Pelo contrário mecanismos fora do plano das paredes estão usualmente associados a roturas por tracção, exibindo uma resposta frágil.

2.5 Procedimento para reabilitação sísmica de estruturas de alvenaria [12]

No documento Guidelines for the conservation of historical masonry structures in seismic areas é proposto um procedimento geral para a reabilitação sísmica de estruturas de alvenaria que envolve os seguintes passos:

1. Investigação e Diagnóstico do estado ou condição da estrutura, baseados numa abordagem integrada envolvendo pesquisa histórica, inspecção, monitorização e análise estrutural;

2. Avaliação sísmica da estrutura e determinação de possíveis limitações (falhas ou insuficiências) estruturais;

3. Determinação da necessidade de intervenção sísmica. Para o caso, deve ser adoptada uma estratégia de melhoramento ou reforço sísmico (que pode variar entre o reforço parcial ao global). A necessidade de intervenção é definida com base na insuficiente resistência sísmica da estrutura e no nível que se pretende ter após a intervenção de reforço;

4. Consideração de um conjunto de técnicas de reforço alternativas. A avaliação estrutural da estrutura reforçada para cada tipo de técnica de reforço aplicada. Selecção solução óptima como sendo aquela que, providenciando o nível de segurança às acções sísmicas pretendido, provoca menos perda de património cultural.

5. Monitorização da estrutura reabilitada para avaliar e controlar o comportamento resultante.

2.6 Programas de mitigação de risco sísmico

Mitigação define-se como o esforço para reduzir a perda de vidas e bens reduzindo o impacto dos desastres. Um programa de mitigação de risco sísmico corresponde então a um programa de carácter preventivo que visa a redução do impacto dos sismos nas pessoas e nos bens, ou seja a redução do risco sísmico, de uma zona específica (país, cidade, etc.). Como está directamente relacionado com a vulnerabilidade das


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construções e equipamentos existentes, a redução do risco implica necessariamente na redução da vulnerabilidade.

Existem dois tipos de programa, os activos e os passivos. Nos programas activos é obrigatório fazer uma avaliação das construções e equipamentos num dado período de tempo limite de forma a actuar activamente e dotá-las de resistência sísmica suficiente. As categorias de edifícios escolhidos para fazer parte destes programas são escolhidas em função de :

Sismicidade local Condições e tipo de solo Classe de importância Ocupação Vulnerabilidade do edifício, que é influenciada por:

o Tipo de materiais o Tipo de construção o Número de pisos o Idade do edifício que dá indicação sobre os possíveis códigos e regras de calculo estrutural

aplicados no seu dimensionamento. Nos programas passivos a avaliação só é necessária caso se verifiquem determinados requisitos decorrentes de alterações de uso ou alterações estruturais, tais como:

Alteração do uso Aumento da ocupação Aumento da classe de importância Remodelação do edifício acima de determinados limites, em termos de:

o % de área do edifício o % do valor total do edifício

Reparação de danos após a ocorrência de um sismo.

2.7 Técnicas de inspecção e ensaios in situ

Apresenta-se uma listagem de técnicas de inspecção e ensaios in situ adaptados a estruturas antigas de alvenaria, onde para além da alvenaria se encontram outros materiais tais como, madeiras, argamassa, elementos metálicos, etc. Refere-se de forma resumida os dados obtidos com a realização do ensaio e o elemento ou material para o qual se adapta o ensaio ou técnica. Esta listagem servirá de complemento e referência para os capítulos onde se descrevem as normas, no que se refere à recolha de informação de edifícios existentes em termos de materiais, detalhes e geometria. Na Tabela 1 referem-se técnicas de inspecção usuais e na Tabela 2 os ensaios mais representativos.


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Tabela 1- Técnicas de inspecção

(adaptado de Cardoso, R., 2002)

Nome da técnica Tipo de técnica Dados Obtidos

Auscultação ou Estetoscopia Não destrutiva Ocos, Heterogeneidades

Boroscopia e Videoscopia Não destrutiva

Semi-destrutiva

Fendas, Ocos, Heterogeneidades, estado de conservação

Ensaio sónico (cross-hole) Semi-destrutiva Módulo de elasticidade, heterogeneidades, fissuras e outros defeitos internos.

Ensaio ultra-sónico Não destrutiva

Vazios, heterogeneidades/uniformidade, módulo de elasticidade.

Impulso mecânico Não destrutiva Vazios, heterogeneidades/uniformidade, módulo de elasticidade.

Impacto-eco Não destrutiva Avaliação da integridade de elementos estruturais.

Radar Não destrutiva Heterogeneidades, levantamento rápido de grandes superfícies.

Resistografia Não destrutiva Detecção de elementos metálicos.

Termografia Não destrutiva Heterogeneidades

Tabela 2- Ensaios in situ

(adaptado de Cardoso, R., 2002)

Nome do ensaio Tipo de ensaio Dados Obtidos

Técnicas expeditas

Alvenaria

Rebound tests (Esclerómetro martelo de Schmidt)

Não destrutiva

Semi-destrutiva

Resistência superficial à compressão

Ensaio de penetração de Windsor Semi-destrutiva Resistência à compressão (qualitativa)

Arrancamento (Pull-out) Semi-destrutiva Resistência superficial à tracção e ao corte.

Argamassa

Extracção de uma hélice de argamassa

Semi-destrutivo Resistência à compressão da argamassa.

Espessura do risco Semi-destrutivo Tensão de compressão da argamassa, resistência à compressão da alvenaria.

Tracção de fragmentos de argamassa Semi-destrutivo Tensão da argamassa à tracção, resistência à compressão da alvenaria.


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Nome do ensaio Tipo de ensaio Dados Obtidos

Madeira

Penetração da madeira com objecto cortante

Semi-destrutivo Resistência da madeira (qualitativa)

Integridade de elementos de madeira Semi-destrutivo Deterioração da madeira, resistência à flexão.

Esclerómetro (Pylodin) Semi-destrutivo Índice esclerométrico e resistência à compressão por correlação.

Ensaios não destrutivos ou semi destrutivos

Macacos planos Semi-destrutivo Módulo de elasticidade, estado de tensão e resistência da alvenaria.

Caracterização dinâmica da estrutura Não destrutivo Parâmetros dinâmicos, módulo de elasticidade.

Dilatómetro Semi-destrutivo Deformabilidade em profundidade, heterogeneidades.

Ensaio de corte com macaco na parede e dois macacos planos

Semi-destrutivo Resistência ao corte da argamassa, coeficiente de fricção e coesão da alvenaria.

Carotagem e ensaios de carotes

Carotagem Destrutivo Inspecção visual, propriedades físicas e químicas, resistências e Deformabilidade.

Análise petrográfica de betões e argamassa

Destrutivo Natureza e tipo de componentes, reacções químicas, porosidade, permeabilidade, índice de vazios, micro

fissuras.

Ensaio de compressão simples Destrutivo Propriedades mecânicas

Ensaio de compressão diametral (método brasileiro)

Destrutivo Tensão de rotura à tracção e compressão da alvenaria

Ensaio de corte Destrutivo Tensão de rotura à tracção da alvenaria

Ensaios destrutivos

Ensaio de carga estático Destrutivo Confirmação da resistência e deformação espectável em pavimentos.

Ensaio de arrancamento Destrutivo Força de arrancamento dos barrotes

Ensaio de corte de um painel de parede

Destrutivo Resistência ao corte, rigidez de corte, ductilidade.

Ensaio de compressão diagonal de um painel de parede

Destrutivo Resistência à compressão diagonal e ao corte.

Ensaio à flexão de um painel de parede

Destrutivo Resistência à flexão, rigidez e ductilidade.

Ensaio à compressão de um painel de parede

Destrutivo Resistência à compressão, rigidez, ductilidade.


17

2.8 Métodos de Análise

Neste sub-capítulo apresentam-se os conceitos e definições associados aos métodos de cálculo existentes na literatura científica para a análise e dimensionamento sísmico de edifícios existentes.

Os métodos de cálculo são divididos em métodos de análise global e métodos de análise parcial. Para a análise global existem quatro métodos, constantes em diversas normas e regulamentos. Os métodos parciais encontram-se bastante menos desenvolvidos do que os globais e ainda estão sujeitos a estudos de investigação científica.

Os quatro métodos de análise global são:

Análise linear o Estática o Dinâmica

Análise não-linear o Estática o Dinâmica

De entre os métodos de análise parcial destaca-se a:

Análise cinemática

2.8.1 Análises lineares

2.8.1.1 Considerações prévias

A utilização dos métodos de análise linear está sujeita à garantia de certos pressupostos de regularidade da estrutura que influenciam o nível de linearidade da resposta.

As condições de regularidade são definidas separadamente em planta e em altura e incidem essencialmente na distribuição de massa e rigidez da estrutura. Na maior parte dos documentos técnicos a definição dos critérios de regularidade segue os mesmos princípios base, com pequenas diferenças não significativas.

2.8.1.2 Análise estática linear

O método de análise mais simples a utilizar em edifícios correntes é o da análise estática linear considerando forças estáticas equivalentes. Em termos gerais, a aplicabilidade é limitada a construções que, para além de respeitarem critérios de regularidade em altura, a resposta, em cada direcção, não é afectada significativamente por contribuições dos modos com frequências superiores ao fundamental. Este último requisito é garantido com a limitação do valor do período fundamental T1, abaixo de um determinado valor.

O método consiste na aplicação de um sistema de forças denominadas por forças estáticas equivalentes aplicadas no modelo de cálculo que simulam a estrutura, correspondendo a dois modelos planos, 1 para cada uma das direcções ortogonais. Estas forças são aplicadas ao nível dos pisos e dependem da massa sísmica de cada piso, do período fundamental T1 na direcção em análise e do espectro resposta utilizado para modelar a acção sísmica.


18

A distribuição destas forças assume que o 1º modo de vibração da estrutura em cada direcção analisada corresponde, de uma forma simplificada, a uma deformada caracterizada pelo incremento linear dos deslocamentos horizontais em altura, tal como representado na Figura 9. Pelo regulamento Português RSA – Regulamento de Segurança e Acções [14], estas forças são dadas pela expressão (2.1)

n

iii

n

ii

iiki

Gh

GGhF

1

1

(2.1)

Figura 9 - Representação da distribuição das forças estáticas equivalentes

Como se consideram dois modelos planos separados para simular a estrutura, os efeitos acidentais de torção devem ser tidos em conta através da adopção de um factor correctivo , dado pela expressão (2.2). Este factor amplifica (multiplicando) os resultados obtidos nos elementos pela aplicação das forças estáticas equivalentes.

eLx.6,01

(2.2)

Em que:

x distância do elemento em consideração ao centro de massa do edifício em planta, medida na perpendicular à direcção da acção sísmica;

Le distância entre os dois elementos estruturais extremos, medida na perpendicular à direcção da acção sísmica.

2.8.1.3 Análise dinâmica linear

A análise dinâmica não linear (modal por espectro de resposta) é actualmente a mais utilizada para o dimensionamento sísmico da estrutura e é a análise a adoptar quando se pretender efectuar uma análise linear e não se verifiquem os requisitos de aplicabilidade da análise estática linear.

Recorre-se então a uma análise modal da estrutura tridimensional considerando todos os modos de vibração com participação de massa significativa na resposta estrutural e simulando a acção sísmica através de um espectro resposta.

Fki


19

Se a regularidade em planta for respeitada, podem ser considerados dois modelos planos, um para cada uma das direcções principais. No entanto, nos dias de hoje e com os programas de cálculo disponíveis, são os modelos tridimensionais os normalmente utilizados.

2.8.2 Análises não lineares

As análises não lineares correspondem a análises mais complexas do que as análises lineares pois consideram directamente o comportamento fisicamente não linear da estrutura.

O ideal para modelar adequadamente o comportamento não linear de estruturas, quando sujeitas à acção sísmica, seria recorrer a análises dinâmicas não lineares. No entanto, estas análises são consideradas ainda bastante complexas para uma utilização corrente em projecto [15].

As principais dificuldades inerentes à utilização das análises dinâmicas não lineares podem ser resumidas nos seguintes pontos [15]:

A modelação correcta dos efeitos não lineares só é possível recorrendo a elementos finitos com alguma sofisticação;

Nas análises dinâmicas não lineares a acção sísmica é definida por acelerogramas, que deverão ser convenientemente definidos e compatíveis com os espectros de resposta regulamentares;

A dispersão de resultados obtidos justifica a necessidade de utilizar diferentes acelerogramas;

O tipo de análise, passo a passo, justifica a utilização de meios computacionais mais potentes e tempos de cálculo superiores às restantes análises.

A vantagem das análises estáticas não lineares consiste na simplificação do processo, relativamente às dinâmicas não lineares, mantendo a consideração do comportamento não linear da estrutura de forma mais correcta que as análises lineares. Estas análises permitem conhecer a evolução dos danos na estrutura até à resposta final, tornando-as numa ferramenta de grande utilidade na avaliação sísmica de estruturas e no seu reforço [15].

2.8.2.1 Análise estática não linear

Uma análise estática não linear consiste em aplicar um carregamento monotónico incremental a uma estrutura para definir a sua capacidade resistente a acções sísmicas. A estrutura é representada por um modelo matemático que contempla a parcela não linear do comportamento, caracterizada ao nível de cada elemento estrutural. Neste tipo de análises a acção sísmica é definida a partir de espectros de resposta.

A capacidade resistente da estrutura é definida a partir das curvas de capacidade. Estas curvas representam a resposta global da estrutura à imposição de uma determinada solicitação horizontal (segundo um padrão que procura simular o carregamento horizontal provocado pela acção sísmica), em forma de força ou deslocamento imposto. As curvas de capacidade são obtidas aplicando um campo de forças horizontais numa certa direcção ao longo da altura do edifício, determinando o deslocamento num ponto de controlo (normalmente o CM do último piso) e o esforço transverso global ao nível da fundação (definição de Corte


20

Basal). Para imposições monotónicas crescentes são determinadas várias relações entre o Corte Basal na base e o deslocamento horizontal correspondente ao ponto de controlo (Figura 10).

Dada a facilidade de aplicação destes métodos e a importância que o comportamento fisicamente não linear possui na resposta final da estrutura e, consequentemente, na avaliação do desempenho sísmico de edifícios, são diversas as metodologias de avaliação sísmica que recorrem a este tipo de análises. Apresenta-se de seguida algumas das metodologias de avaliação sísmica mais conhecidas que recorrem a análises estáticas não lineares:

Método do Espectro da Capacidade Resistente (Capacity Spectrum Method) proposto no ATC-40[16]; Método N2 proposto no EC8 [8], inicialmente proposto por Fajfar [17]; Método do Coeficiente de Deslocamento (Capacity Coefficient Method) no FEMA 273 [18] e FEMA

356 [19];

Um dos aspectos mais relevantes, para a avaliação do desempenho sísmico, é o controlo do nível de deslocamentos das estruturas (global e local). As análises estáticas não lineares, em que se impõe um carregamento e se verificam os deslocamentos, consistem numa ferramenta útil para avaliação sísmica de estruturas, dado que modelam o comportamento não linear das estruturas e permitem conhecer a evolução de danos no edifício [15]. Em particular, se o objectivo da avaliação sísmica está relacionado com o reforço estrutural, esta informação da evolução dos danos (distribuição do comportamento não linear nos diferentes elementos estruturais) será de grande utilidade.

As metodologias de avaliação sísmica baseadas em análises Pushover avaliam o comportamento da estrutura, face a um determinado sismo, com base na definição do ponto de desempenho, isto é, um ponto que resulta da intercepção do espectro de resposta com a curva de capacidade, e que no geral, representa a resposta da estrutura para o nível de intensidade sísmica considerado. Geralmente, estas metodologias consistem nos seguintes passos principais [15]:

• Determinação da capacidade resistente estrutural, através da construção da curva de capacidade da estrutura, com base em análises estáticas não lineares;

• Definição do espectro de resposta elástico, representativo da acção sísmica;

• Obtenção do ponto de desempenho sísmico ou do deslocamento objectivo (performance point ou target displacement), cruzando a curva de capacidade da estrutura com uma correcta definição da acção sísmica atendendo ao comportamento fisicamente não linear;

• Avaliação do desempenho da estrutura (rotações, deslocamentos entre pisos e esforços em alguns elementos) quando se atingem os pontos de desempenho sísmico pretendidos.

De acordo com a Parte 1 do EC8 a curva de capacidade resistente deve ser determinada para o deslocamento máximo de 150% o valor do deslocamento objectivo. Neste regulamento é ainda referido que os efeitos da torção devem ser considerados, através da amplificação dos resultados.

Nos últimos anos os métodos de análise estática não linear têm sofrido constantes evoluções. Têm sido propostos diferentes procedimentos que pretendem reproduzir de forma mais correcta o comportamento


21

dinâmico e introduzir alguns parâmetros não tidos em conta nos métodos originais de pushover, tais como a degradação da rigidez durante a análise ou a contabilização dos efeitos da existência de diafragmas flexíveis[20].

Com o intuito de obter resultados mais aproximados (curvas pushover que coincidem com os resultados obtidos com as análises dinâmicas não lineares, por exemplo Figura 10) Antoniou e Pinho [21] sugeriram um procedimento pushover baseado em deslocamentos conhecido como Displacement-Based Adaptive Pushover (DAP). Este procedimento aplica deslocamentos à estrutura (em vez de forças) e recorre a uma análise adaptativa, ou seja, actualize a distribuição de deslocamentos horizontais em altura, de acordo com as propriedades dinâmicas do modelo, baseado nas características da rigidez real da estrutura em cada passo da análise [20].

Figura 10 - Curva pushover convencional, adaptativa e resultados de análises dinâmicas não lineares para um edifício

de 8 pisos [Antoniou e Pinho, 2004]

Mais recentemente um novo algoritmo conhecido como Actual Displacement-Based Pushover (ADAP) foi proposto e utilizado por Galasco et al. [22]. Considera que, adoptando o procedimento Newton-Raphson sem considerar qualquer degradação da matriz de rigidez, a deformada utilizada para definir a distribuição das forças horizontais no passo actual é a obtida durante a análise pushover no passo anterior [20].

Visando resolver alguns problemas do ADAP para os casos de pisos flexíveis, o mesmo autor (Galasco) apresentou o seismic adaptive pushover (SDAP) [23].

Concluindo, nos últimos anos têm existido avanços significativos nos métodos de avaliação sísmica que recorrem a análises estáticas não-lineares. No entanto deve haver um cuidado acrescido na análise de estruturas irregulares e nestes casos realizar comparações com alguns resultados de análises dinâmicas não lineares [20].

De seguida apresentam-se os passos de uma análise estática não linear, de acordo com o preconizado no EC8-Parte 1:

1. Modelação da estrutura atendendo ao comportamento não linear de todos os elementos estruturais;


22

Figura 11 - Modelação da estrutura tendo em conta relações constitutivas não lineares [15]

2. Definição da acção sísmica;

a. Determinação do espectro de resposta no formato acelerações vs. deslocamentos (ADRS – Aceleration Displacement Response Spectrum), Figura 12;

b. Determinação do espectro de resposta inelástico, Figura 12;

Figura 12 - Espectro de resposta no formato ADRS, elástico e inelásticos [15]

3. Definição da curva de capacidade resistente aumentando monotonicamente a distribuição das forças laterais (Figura 13);

a. Assume-se uma forma para a deformada que melhor caracteriza o comportamento dinâmico da estrutura;

b. Determina-se a distribuição vertical para as forças horizontais;

c. Define-se a curva de capacidade.


23

Figura 13 - Determinação da curva de capacidade da estrutura [15].

4. Definição do sistema de um grau de liberdade equivalente e suas características, Figura 14;

Figura 14 - Definição do sistema de 1gl equivalente

5. Determinação do desempenho sísmico do sistema de um grau de liberdade;

a. Definição de uma relação elásto-plastica aproximada para a curva Força-deslocamento, baseada na curva de capacidade e no equilíbrio de áreas dos gráficos em termos energéticos, Figura 15;

Figura 15 - Relação força-deslocamento elasto-perfeitamento plástico do sistema de 1gl [15]

b. Determinação dos valores de Fy*, dy*, T* ;

Fy* - força de cedência da relação Força-Deslocamento elasto-plástica

dy* - deslocamento correspondente a Fy*

m* - massa equivalente F* - Força equivalente d* - deslocamento equivalente


24

***2*

FydymT - período do sistema de 1gl equivalente

c. Definição do gráfico acelerações vs deslocamentos no formato ADRS onde se representam as duas curvas correspondentes ao espectro de resposta e à curva de capacidade resistente de 1gl equivalente, Figura 16;

d. Cálculo do desempenho sísmico do sistema de 1gl com o cálculo do ponto de desempenho, dt*, Figura 16 (ver procedimento gráfico);

Figura 16 - Determinação do deslocamento alvo de um sistema de 1gl equivalente para a) Períodos baixos; b) Períodos

médios ou longos [15]

6. Determinação do desempenho sísmico da estrutura:

a. Cálculo do deslocamento de topo topo

topo = dt* (2.1)

b. Para o deslocamento de topo topo calculam-se as exigências nos elementos estruturais (deslocamentos, rotações, esforços).

2.8.2.2 Análise dinâmica não linear

Como referido, o ideal para modelar adequadamente o comportamento de estruturas sujeitas à acção sísmica, seria recorrer a análises dinâmicas não lineares, uma vez que este tipo de análises contempla não só o comportamento não linear da estrutura mas também as características dinâmicas da acção (variáveis ao longo do tempo), definida por acelerogramas, como representado na Figura 17. Contudo, estas análises são consideradas ainda bastante complexas e consequentemente impraticáveis para o uso geral, requerendo uma experiência e julgamento critico considerável para ser executado adequadamente.

Os resultados das análises dinâmicas não lineares são obtidos pela integração directa da equação diferencial de movimento, obtendo-se a resposta da estrutura ao longo do tempo (time-history analyses). Se forem considerados pelo menos 7 análises com diferentes acelerogramas, o valor de cálculo dos efeitos da acção pode ser considerado como o valor médio das análises, caso contrário deve ser considerado o valor mais desfavorável das análises efectuadas [8].


25

Acelerograma

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 20 40 60 80 100 120 140

t (s)

a (m

/s2)

Figura 17 - Exemplo de um acelerograma

2.8.3 Análise cinemática

Um dos métodos cinemáticos consiste no método dos “macro-elementos”, concebido por Giuffré [24] e desenvolvido por ele e por outros autores. Um macro-elemento é definido como um elemento da construção caracterizado por um comportamento sísmico próprio. Segundo Valluzzi [25], o equilíbrio destes macro-elementos, idealizados a partir dos vários mecanismos de colapso possíveis, é estudado através de modelos cinemáticos, quer no plano, quer fora do plano, permitindo calcular “coeficientes de colapso”, do tipo:

gac = multiplicador das massas envolvidas, capaz de levar o elemento ao colapso

Em que a = aceleração sísmica g = aceleração da gravidade

São apresentados na Figura 18 alguns exemplos de modelos cinemáticos e dos coeficientes de colapso correspondentes, adequados a análise de elementos estruturais de edifícios existentes. A abordagem pelos macro-elementos permite ter uma percepção mais realista do comportamento sísmico dos edifícios de alvenaria existentes e projectar medidas correctivas mais eficazes. É uma abordagem reconhecida pela versão actualizada do regulamento sísmico Italiano [26].


26

Figura 18 - Exemplos de modelos cinemáticos para mecanismos para fora do plano (a: derrubamento de uma parede; b:

esmagamento da alvenaria) e no plano (c: efeitos das acções de derrubamento no plano) [27]

Outros modelos de macro-elementos, representados na Figura 19, foram desenvolvidos por Gambarotta e Lagomarsino [1996], modificados por Penna [2002] e Penna e Galasco [2006] [20].


27

Figura 19 - Modelo cinemático para o macro-elemento definido por Gambarotta e Lagomarsino [20]

Estes modelos são utilizados na modelação em 3D de edifícios em alvenaria no âmbito da utilização do programa de cálculo TREMURI [28], em Itália, como representado na Figura 20. Este programa utiliza a análise estática não linear (pushover) para a obtenção do deslocamento máximo da estrutura.

Figura 20 - Representação do modelo 3D de um edifício de alvenaria com recurso a macro-elementos [20]


28


29

3 REGULAMENTAÇÃO EXISTENTE PARA AVALIAÇÃO E REABILITAÇÃO SÍSMICA DE EDIFÍCIOS ANTIGOS DE ALVENARIA

3.1 Introdução

Actualmente em Portugal existe um vazio regulamentar no que respeita a reabilitação sísmica de edifícios existentes. Nos últimos tempos têm sido elaborados alguns documentos de cariz técnico-científico vocacionados para edifícios com tipologias estruturais específicas, resultado de vários estudos efectuados e de experiências práticas adquiridas no decorrer de intervenções em estruturas existentes. Estes documentos, no entanto, não fornecem uma perspectiva e metodologia global, abrangente e sistemática, que permita aos donos de obra e projectistas a elaboração de estudos e projectos de reabilitação sísmica de edifícios existentes de qualquer tipologia estrutural. Como consequência imediata da ausência de regulamentação nesta área, qualquer pessoa ou entidade que pretenda “actuar” numa edificação antiga tem “carta branca” para proceder a alterações, ampliações, renovações e reabilitação arquitectónica sem ter a obrigação de proceder a uma avaliação da sua resistência sísmica ou mesmo garantir um nível mínimo de segurança à acção sísmica. Fora do território nacional, dentro dos principais regulamentos e documentos existentes na área de reabilitação sísmica de edifícios existentes, destacam-se: A nível europeu:

Eurocódigo 8, Parte 3 – Avaliação e reforço de edifícios existentes [9]

Regulamento Sísmico Italiano – norma OPCM 3274 de Maio de 2003 [29] revista pela norma OPCM 3431 de Maio de 2005 [30].

A nível internacional:

Documentos norte americanos (nos U.S.A.) – Standard ASCE/SEI 41-06 [31], Standard ASCE/SEI 31-03 [32], FEMA 547[33] e vários outros documentos elaborados pela FEMA.

Num futuro próximo será implementado em Portugal o Eurocódigo 8 - Parte 3 através da elaboração do respectivo Anexo Nacional. Será a oportunidade ideal para adequar um documento racional e generalista à realidade nacional, através da consideração das tipologias marcantes no território e do conhecimento adquirido ao longo do tempo sobre estas através de estudos efectuados, intervenções realizadas nestas tipologias e observações do seu comportamento após a ocorrência de sismos. Tal é exemplo das intervenções efectuadas em edifícios após os sismos nos Açores e as várias intervenções nos bairros antigos da cidade de Lisboa (Bairro Alto, Mouraria, Baixa Pombalina, Alfama etc.).


30

Procede-se, neste capítulo, à descrição exaustiva dos conteúdos dos regulamentos e documentos indicados para que, através da comparação das metodologias e conceitos patentes em cada, sejam lançadas as bases para a elaboração de um documento adequado e adaptado às construções existentes no território nacional.

3.2 Eurocódigo 8

3.2.1 Conceitos gerais

O Eurocódigo 8 (EC8) é a norma que se destina a ser utilizada no projecto estrutural das construções na União europeia no que respeita ao projecto sismo-resistente. Esta norma é composta e subdividida nas seguintes 6 partes:

EN1998-1:Eurocódigo 8: Projecto de estruturas sismo-resistentes – Parte 1 : Regras gerais, acções sísmicas e regras para edifícios

EN1998-2:Eurocódigo 8: Projecto de estruturas sismo-resistentes – Parte 2 : Pontes EN1998-3:Eurocódigo 8: Projecto de estruturas sismo-resistentes – Parte 3 : Avaliação e reforço

de edifícios EN1998-4:Eurocódigo 8: Projecto de estruturas sismo-resistentes – Parte 4 : Silos, reservatórios e

condutas enterradas EN1998-5:Eurocódigo 8: Projecto de estruturas sismo-resistentes – Parte 5 : Fundações,

estruturas de contenção e aspectos geotécnicos EN1998-6:Eurocódigo 8: Projecto de estruturas sismo-resistentes – Parte 6 : Torres, mastros e

chaminés

Em Portugal o EC8 será implementado através da elaboração dos Anexos Nacionais, referentes às diversas partes que o compõem, e que consagrarão as opções portuguesas quanto aos designados “Parâmetros de Determinação Nacional” que estão previstos nos Eurocódigos. É de salientar que esta implementação e aplicação será realizada com carácter regulamentar obrigatório, ou seja, com força de lei.

A Parte 3 do EC8 (EC8-3) refere-se à avaliação e reforço de edifícios e regulamenta o projecto de reabilitação sísmica de edifícios existentes, correspondendo a uma importante inovação no nosso quadro regulamentar. Com a aplicação do EC8-3, pretende-se atingir os seguintes objectivos (EC8-3, 1.1.(2)):

Definição de critérios para a avaliação do comportamento sísmico de estruturas de edifícios individuais existentes;

Descrição de procedimentos para selecção de medidas correctivas necessárias (reparação e/ou reforço);

Estabelecimento de critérios para o projecto de medidas de reparação e reforço, incluindo as fases de concepção, análise e dimensionamento.

Nesta parte estão previstos os seguintes “Parâmetros de Determinação Nacional”:

1) Anexos informativos A, B e C; 2) Número de Estados Limite a ser considerados; 3) Período de retorno das acções sísmicas associadas aos Estados Limite;


31

4) Factores de segurança parciais dos materiais; 5) Factores de confiança; 6) Níveis de inspecções e testes;

7) Valor máximo da relação mín

máx

- relação entre os valores máximos e mínimos do coeficiente

i

ii C

D que relaciona exigências (D) com capacidades (C) de elementos dúcteis;

8) Informação complementar e não contraditória sobre os procedimentos das análises estáticas não lineares, que permitam capturarem os efeitos dos modos superiores.

3.2.2 Aplicabilidade

A aplicação do EC8-3 está dependente de algumas premissas e é restringida a determinadas situações, nomeadamente:

i. Só terá aplicação quando estiver definida a necessidade de se proceder à avaliação sísmica de um determinado edifício, cujos resultados podem ou não levar à adopção de medidas correctivas de reparação e/ou reforço. Esta necessidade terá que ser definida a montante pelas autoridades nacionais e/ou locais através da implementação de programas de mitigação de risco sísmico ou de forma voluntária pelo dono do edifício.

O EC8-3 relega a elaboração dos programas de mitigação de risco sísmico para as autoridades nacionais e dá indicação de dois possíveis, activos e passivos. Como já foi desenvolvido no capítulo anterior, estes programas diferem no nível de exigência dos critérios que definem a necessidade de avaliação e no nível de danos permitidos no edifício após a ocorrência de uma determinada acção sísmica (exigências de desempenho).

ii. Apresenta critérios de verificação de natureza quantitativa remetendo para as autoridades nacionais, na elaboração do respectivo Anexo Nacional, a consideração de critérios de natureza qualitativa que sirvam de complemento aos apresentados e formula uma abordagem global mais adequada ao estudo dos edifícios existentes, tal como recomendado por várias entidades. Apresenta de forma bastante resumida alguns aspectos de natureza qualitativa a ter em conta, nomeadamente no que respeita à experiência exigida aos profissionais intervenientes no processo e à documentação das informações recolhidas.

Assume que os dados e informações adquiridas sobre o edifício são realizados por profissionais experientes e que o engenheiro responsável pelas diferentes fases tem a experiência necessária e apropriada para o tipo de estrutura a ser reabilitada. Os procedimentos relativos às inspecções e testes, check-lists e outro tipo de recolha de dados devem ser documentados e referidos nos documentos do projecto (EC8-3, 1.3).

iii. Foca somente os aspectos estruturais da avaliação e reabilitação sísmica de edifícios, que podem ser apenas uma das componentes de uma estratégia global para a mitigação do risco sísmico.

iv. A reabilitação abarca tanto o reforço sísmico de estruturas não danificadas como a reparação de estruturas danificadas devido à acção sísmica ou outras.


32

v. É aplicável a três tipologias estruturais definidas não sendo considerados os edifícios mistos. São abordados os critérios para a avaliação e reabilitação de edifícios compostos pelos materiais estruturais mais usuais, tais como, betão, aço em estruturas metálicas e alvenaria, apresentando anexos informativos com informações adicionais para cada material (EC8-3 1.1(5)).

vi. No caso da tipologia de alvenaria, o Anexo Informativo C fornece recomendações para elementos resistentes de alvenaria composta por unidades de betão ou tijolo num sistema estrutural de alvenaria não-reforçada, reforçada ou confinada.

vii. Embora seja aplicável a todas as categorias de edifícios, apresenta reservas face à sua aplicação a monumentos e edifícios históricos, cuja avaliação e reabilitação sísmica normalmente exige uma abordagem diferente, que tenha em conta a especificidade de cada um.

viii. É aplicável a edifícios isolados, não considerando os efeitos de conjunto ou quarteirão.

ix. Não é aplicável à determinação da vulnerabilidade de grupos de edifícios e de populações com o intuito de avaliar o risco sísmico.

3.2.3 Metodologia

É possível identificar e esquematizar a metodologia patente do EC8-3, composta por um processo de cálculo que é comum tanto para a fase de avaliação como para a de reabilitação de edifícios existentes. A diferença será que na primeira a estrutura é modelada nas condições existentes e na segunda o modelo já considera as alterações decorrentes de uma reabilitação. Na fase de reabilitação o processo de cálculo torna-se iterativo de forma a validar as soluções inicialmente previstas e caso necessário proceder a alterações até se encontrar a solução final que verifique as exigências de desempenho inicialmente previstas.

A metodologia é representada pelo diagrama da Figura 21 onde se mostram as várias etapas que a compõem, organizadas nos pontos numerados de 1 a 6. Resumem-se de seguida estes pontos que são descritos com mais detalhe nas secções seguintes.

O ponto 1 refere-se essencialmente à recolha de informação sobre as características estruturais do edifício e características mecânicas dos materiais. Esta recolha permite definir um grau de conhecimento da estrutura ao qual está associado um factor de confiança que irá afectar as características mecânicas dos materiais no cálculo das capacidades resistentes. Desta forma é possível realizar uma avaliação da segurança sísmica e a verificação da estrutura reabilitada considerando coeficientes de segurança adequados. Algumas escolhas das fases seguintes ficam dependentes destes resultados, nomeadamente o método e modelo de cálculo a considerar para a análise da estrutura bem como o posterior cálculo de exigências e capacidades resistentes.

Os pontos 2, 3 e 4 correspondem ao processo de cálculo comum a uma avaliação da segurança ou ao dimensionamento da solução de reabilitação, e pode ser utilizado tanto para a análise do edifício, tal como existe ou após a intervenção. A escolha da exigência de desempenho está dependente, tal como já foi referido, do nível de segurança sísmica que se pretende dotar o edifício, que terá de ser definido a montante da aplicação do regulamento pelas entidades competentes. Esta tarefa poderá ser feita no Anexo Nacional ou através da elaboração de programas de mitigação de risco sísmico.


33

No ponto 5 define-se a intervenção estrutural mais adequada para resolver os problemas encontrados nas fases anteriores. Para tal dão-se as ferramentas para a escolha da intervenção ou conjunto de intervenções, sua aplicação e correcta justificação.

No ponto 6 procede-se ao dimensionamento da solução de reabilitação escolhida, analisa-se a estrutura com as alterações e faz-se novamente a verificação da segurança. Caso exista necessidade volta-se ao ponto 5 para escolher nova solução de reabilitação ou ao ponto 2, para reformular os pressupostos de dimensionamento em termos de exigências de desempenho ou de acção sísmica.

Figura 21 - Metodologia para avaliação e reabilitação de edifícios existentes indicada no EC8-3

Avaliação estrutural e reabilitação sísmica de um edifício existente

1 - Recolha de informação do edifício Informações de carácter geral e história do edifício Dados do edifício

o Geometria o Detalhes construtivos e estruturais o Materiais

1.1 - Determinação do Nível de Conhecimento KL1 – Limitado KL2 – Normal KL3 – Extenso ou total

1.2 - Factor de confiança Para afectar o valor médio das propriedades dos materiais existentes obtidos in situ, dependente do nível de conhecimento.

3 - Escolha do Método de análise Análise estática linear (Forças laterais) Análise modal por espectro resposta Análise estática não linear (Pushover) Análise dinâmica não linear (Time history) Abordagem pelo coeficiente de comportamento (q-

factor approach).

2- Escolha da Exigência de desempenho Escolha dos Estados Limite

o Colapso Eminente o Danos Significativos o Limitação de Danos

Definição da acção sísmica

4 - Análise e avaliação de resultados Cálculo de resultados em termos de esforços e deslocamentos (exigências) Validação dos resultados (exigências de desempenho, método e modelo utilizado) Comparação de Exigências vs Capacidade resistente

6 - Dimensionamento da solução de reabilitação Concepção estrutural Análise estrutural Verificações de segurança

5 - Decisão de intervenção estrutural Definição dos critérios técnicos Escolha do tipo de intervenção Justificação da selecção

3.1 – Elaboração do modelo numérico


34

3.2.4 Recolha de informação do edifício (EC8-3, 3)

A avaliação da segurança de uma estrutura existente pressupõe o conhecimento das suas características estruturais actuais. Para tal é essencial a recolha de informação suficiente que permita caracterizar a solução estrutural original, alterações posteriores, anomalias e danos estruturais existentes, estado de conservação actual, etc. Esta fase depende muito da experiência dos profissionais envolvidos no tratamento dos dados recolhidos.

A recolha de informação serve para, além de definir a estrutura para a análise estrutural e avaliação da segurança, também definir um factor de confiança que vai afectar as propriedades dos materiais a utilizar na análise. Quanto maior for o conhecimento da estrutura, menor o valor a afectar a propriedade dos materiais e menos conservativa será a avaliação e uma posterior intervenção. Resume-se na Figura 22 o processo de determinação do factor de confiança em função da recolha de informação.

Figura 22 - Determinação do factor de confiança

A informação deve ser recolhida de fontes diversas, tais como documentação disponível sobre o edifício, normas e regulamentos actuais ou à data da construção, inspecções e vistorias no local, testes in situ ou laboratoriais. O cruzamento dos resultados provenientes de cada fonte deve ser efectuado de forma a minimizar incertezas (EC8-3, 3.1).

De um modo geral, a informação a recolher sobre a estrutura deve cobrir diversos pontos (EC8-3, 3.2), tais como:

a) Identificação do tipo de fundações; b) Identificação do solo de fundação, de acordo com as categorias indicadas em EC8-1, 3.1,

representadas na Tabela 3; c) Dimensões gerais e características das secções dos elementos estruturais, bem como as

propriedades mecânicas dos materiais que as compõem; d) Defeitos identificáveis nos materiais e detalhes construtivos inadequados; e) Critérios de dimensionamento sísmico utilizados na altura da sua construção, se existirem;

Conhecimento da Geometria

Conhecimento dos Detalhes

Conhecimento dos Materiais

Nível de Conhecimento

Global

Factor de confiança


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f) Descrição do tipo de utilização do edifício actual e/ou futura, incluindo a classe de importância definida de acordo com o EC8-1, 4.2.5, representada na Tabela 4;

g) Reavaliação das acções actuantes tendo em conta a utilização do edifício; h) Tipo e extensão dos danos estruturais existentes no presente ou no passado, incluindo a

identificação de medidas de reparação e/ou reforço já executadas.

Tabela 3 - Tipos de solo de acordo com EC8-1 Tipo de

solo Descrição do perfil estratigráfico

A Rocha ou outra formação geológica do tipo rochoso, incluindo pelo menos 5m de material mais fraco à superfície.

B Depósitos de areia muito densa, gravilha ou argila muito rija, com pelo menos várias dezenas de espessura, caracterizados por um aumento gradual das propriedades mecânicas com a profundidade.

C Depósitos profundos de areias densas ou médias, gravilha ou argila rígida com espessura entre as dezenas e as centenas de metros.

D Depósitos de solos incoerentes médios a soltos (com ou sem algumas camadas coesivas moles), ou de solos coesivos predominantemente moles a duros.

E Um perfil de solo que consiste numa camada superficial de aluvião com valores de velocidade das ondas de corte s do tipo C ou D e espessura que varia entre cerca de 5m até 20m, sobre uma camada de material mais rígido com s > 800m/s

S1 Depósitos que consistem ou contêm uma camada com pelo menos 10m de espessura de argilas ou siltes moles com um índice elevado de plasticidade e elevado teor em água.

S2 Depósitos de solos que podem liquefazer, de argilas sensíveis, ou outro tipo de perfil de solo não incluído nos tipos A a E ou S1.

Tabela 4 - Classes de importância para edifícios [EC8-1]

Classe de importância

Edifícios

I Edifícios de menor importância em termos de segurança pública, por ex., edifícios agrícolas, etc. II Edifícios ordinários, que não pertencem às restantes categorias. III Edifícios cuja resistência sísmica é da maior importância em termos das consequências resultantes

do seu colapso, por ex., escolas, instituições culturais, salas de reuniões, etc. IV Edifícios cuja integridade durante um sismo é de importância vital para a protecção civil, por ex.,

hospitais, bombeiros, centrais eléctricas, etc.

Além destes aspectos gerais, aplicáveis a todos os tipos de edifícios, no caso particular de estruturas de alvenaria o EC8-3 inclui no Anexo C pontos a ter em conta na reunião da informação. Foram divididos em quatro grupos, Gerais, Geometria, Detalhes Construtivos e Materiais, cujos conteúdos se descrevem de forma mais detalhada e são um complemento aos indicados na parte geral.

Elementos gerais (EC8-3, anexo C, C.2.1)

Devem ser examinados os seguintes aspectos:

i. Tipo de unidades de alvenaria (argila, betão, vazadas, maciças, etc.); ii. Condição física dos elementos de alvenaria e presença de alguma degradação;


36

iii. Configuração dos elementos de alvenaria e suas ligações, bem como a continuidade dos caminhos de carga entre os elementos resistentes às forças laterais;

iv. Propriedades dos materiais constituintes dos elementos de alvenaria e qualidade das ligações; v. Presença alvenarias compostas por várias folhas ou paramentos e ligações entre elas, presença de

componentes não estruturais, distância entre paredes divisórias; vi. Informação sobre edifícios adjacentes que possam potencialmente interagir com o edifício em estudo.

Apresenta-se na Figura 23 exemplos de secções transversais de paredes de alvenaria de pedra, que é a tipologia usual em paredes de edifícios antigos e que importa caracterizar.

Figura 23 - Exemplos de secções transversais de paredes de alvenaria de pedra [in classificação GNDT].

(a) paramento simples; (b) dois paramentos sem ligação; (c) dois paramentos com ligação; (d) três paramentos com núcleo de fraca qualidade

Geometria (EC8-3, anexo C, C.2.2)

Os dados recolhidos devem incluir os seguintes pontos:

i. Dimensão e localização de todas as paredes de corte (ou resistentes às forças horizontais), incluindo altura, comprimento e espessura;

ii. Dimensão das unidades de alvenaria; iii. Localização e dimensão de aberturas nas paredes (portas e janelas); iv. Distribuição das cargas gravíticas nas paredes resistentes.

Detalhes (EC8-3, anexo C, C.2.3)

Os dados recolhidos devem incluir os seguintes pontos:

i. Classificação das paredes como não-reforçadas, confinadas ou reforçadas; ii. Presença e qualidade da argamassa; iii. Quantidade de armaduras de reforço horizontal e vertical nas paredes reforçadas; iv. Para alvenaria de folha múltipla, identificação do número de folhas, respectivas distâncias e

localização das ligações caso existam; v. Para alvenaria com grout, avaliação do tipo, qualidade e localização das aplicações de grout;


37

vi. Determinação do tipo e da condição da argamassa ou das juntas de argamassa. Exame de resistência, erosão e dureza da argamassa. Identificação de defeitos tais como fendas, vazios internos, componentes fracos e deterioração da argamassa.

vii. Identificação do tipo e condição das ligações entre paredes e pisos ou coberturas; viii. Identificação e localização de fendas horizontais em juntas de argamassa horizontais (bed joints),

fendas verticais em juntas de argamassa verticais (head joints) e unidades de alvenaria, fendas diagonais perto de aberturas;

ix. Análise dos desvios na verticalidade das paredes e de separação das folhas exteriores ou outros elementos tais como parapeitos e chaminés.

Materiais (EC8-3, anexo C, C.2.4)

Testes não destrutivos podem ser utilizados para confirmar e qualificar a uniformidade da qualidade da construção e a presença e grau de deterioração. Os seguintes tipos de testes são um exemplo do que pode ser utilizado:

i. Ensaio Ultra-sónico ou de Impulso mecânico – para detectar variações na densidade e módulo dos materiais da alvenaria e para detectar a presença de fendas e descontinuidades;

ii. Teste de Impacto-eco – para confirmar se as paredes reforçadas têm grout ; iii. Radiografia ou medição do recobrimento (cover meters) - para confirmar a localização das

armaduras de reforço, quando apropriado.

Podem ser realizados testes suplementares para aumentar e melhorar o nível de confiança nas propriedades dos materiais da alvenaria ou para determinar o estado da alvenaria. São estes os testes possíveis, de entre os destrutivos, semi ou não-destrutivos:

i. Teste de Esclerómetro Martelo de Scmidt - para avaliar a dureza superficial das paredes de alvenaria exteriores;

ii. Teste de Macacos Hidráulicos Planos - para medir in situ a resistência à compressão vertical da alvenaria. Este teste dá informações tais como a distribuição das forças gravíticas, tensões de flexão nas paredes e tensões em paredes de alvenaria comprimidas por uma envolvente de vigas de betão;

iii. Teste de Macacos Hidráulicos Planos - para medir in situ a resistência ao corte da alvenaria. Este teste é realizado em conjunto com macacos planos suplementares que aplicam uma carga vertical (controlada) às unidades de alvenaria sujeitas ao teste;

iv. Teste de Compressão Diagonal - para estimar a resistência ao corte e o módulo de corte da alvenaria; v. Testes destrutivos de grande escala em zonas particulares ou elementos - com o intuito de aumentar o

nível de confiança na globalidade das propriedades estruturais ou para obter informações particulares tais como resistência para fora do plano, comportamento das ligações e aberturas, resistência no plano e capacidade de deformação.

Após recolhida, toda a informação será categorizada em três grupos, sobre os quais se adquiriu um maior ou menor grau de conhecimento, que podem ser descritos como:


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a) Geometria – propriedades geométricas do sistema estrutural e de elementos não estruturais que influenciem a resposta estrutural.

b) Detalhes – detalhes estruturais tais como ligação entre pisos e paredes, entre paredes ortogonais, tipo de ligação entre os elementos da alvenaria, etc.

c) Materiais – Propriedades mecânicas dos materiais constituintes.

O conhecimento que se tem sobre cada categoria é definido em função da informação recolhida tanto em quantidade como em qualidade, ou seja, dependendo do número de elementos investigados, do número e qualidade das inspecções ou ensaios efectuados, do número amostras recolhidas, etc. Apresenta-se na Tabela 5 a definição de cada nível de conhecimento para as categorias de Detalhes e Materiais, onde se quantificam os ensaios e as inspecções a realizar. No que respeita à Geometria importa controlar a qualidade da informação recolhida em documentação existente ou realizar um levantamento.

As definições patentes no EC8-3 sobre programas de levantamentos da geometria, inspecções para conhecimento de detalhes construtivos e testes para obtenção das características mecânicas dos materiais são apresentadas de seguida:

Desenhos de construção (outline construction drawings EC8-3, 3.4.1.1) – são os documentos onde está definida a geometria da estrutura, permitindo a identificação dos elementos estruturais e respectivas dimensões, bem como o sistema estrutural que resiste às acções verticais e horizontais.

Desenhos detalhados de construção (detailed construction drawings EC8-3, 3.4.1.2) – são os documentos tal como definidos no ponto anterior com o complemento de ter informações detalhadas sobre os detalhes construtivos.

Levantamento visual (visual survey EC8-3, 3.4.1.3) – Procedimento que corresponde à verificação da correspondência entre a geometria actual do edifício com os desenhos de projecto ou construção disponíveis. Devem ser realizadas medições da geometria de alguns elementos escolhidos. Devem ser sujeitas a um levantamento completo as alterações estruturais executadas durante ou após a construção.

Levantamento completo (full survey EC8-3, 3.4.1.4) – Procedimento que culmina na elaboração de desenhos estruturais onde se representa a geometria da estrutura do edifício com a identificação dos elementos estruturais e respectivas dimensões bem como do sistema estrutural que resiste às acções verticais e horizontais.

Simulação de cálculo (simulated design EC8-3, 3.4.2.1) – Procedimento que resulta na definição da quantidade e distribuição da armadura, longitudinal e transversal, em todos os elementos resistentes às acções verticais e horizontais. O cálculo deve ser realizado com base nos regulamentos e regras de arte da altura da construção do edifício.

Inspecções limitadas in situ (limited in situ inspection EC8-3, 3.4.2.2) – Procedimento para verificar a correspondência entre os detalhes construtivos da estrutura e os detalhes disponíveis em desenhos de construção ou de um cálculo simulado. O nível é obtido de acordo com o definido na Tabela 5.


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Inspecções extensas in situ (extended in situ inspection EC8-3, 3.4.2.3) – Procedimento utilizado quando não estão disponíveis os desenhos de construção originais detalhados. O nível é obtido de acordo com o definido na Tabela 5.

Inspecções completas in situ (comprehensive in situ inspection EC8-3, 3.4.2.4) – Procedimento utilizado quando não estão disponíveis os desenhos de construção originais detalhados e quando é pretendido um maior nível de conhecimento relativamente ao anterior. O nível de inspecções é obtido de acordo com o definido na Tabela 5.

Testes limitados in situ (limited in situ testing EC8-3, 3.4.3.2) – Procedimento que serve para complementar a informação sobre as propriedades dos materiais obtidas através de regulamentos da época da construção, através de especificações de cálculo originais ou por relatórios de testes originais. O nível é obtido de acordo com o definido na Tabela 5. No entanto, se os valores obtidos pelos testes forem inferiores aos valores padrões de acordo com os regulamentos da época de construção, é necessária a realização de uma campanha de testes extensos in situ.

Testes extensos in situ (extended in situ testing EC8-3, 3.4.3.3) – Procedimento para obter informação quando não exista quer as especificações originais de projecto ou os relatórios originais. O nível é obtido de acordo com o definido na Tabela 5.

Testes completos in situ (comprehensive in situ testing EC8-3, 3.4.3.4) – Procedimento para obter informação quando não exista quer as especificações originais de projecto ou os relatórios originais e quando se pretende aumentar o nível de conhecimento relativamente ao anterior. O nível é obtido de acordo com o definido na Tabela 5.

Tabela 5 - Quantificação do conhecimento dos níveis de inspecções e dos testes por categoria

Detalhes No que respeita a inspecções

Materiais No que respeita a testes

Para cada tipo de elemento primário (viga, pilar, parede, piso):

Conhecimento % de elementos cujos detalhes são confirmados

Amostras de material retiradas por piso

Limitado 20 1

Extenso 50 2

Completo 80 3

Os valores apresentados na Tabela 5 são os mínimos recomendados pelo EC8-3 (3.4.4, tabela 3.2). Devem ser definidos no Anexo Nacional os valores efectivamente a adoptar em cada país e as situações em que é necessário modificá-los para valores superiores.

3.2.4.1 Níveis de conhecimento (EC8-3,3.3)

O nível de conhecimento que se tem da estrutura influencia os valores de cálculo a considerar para as propriedades dos materiais e a escolha do método e modelo de cálculo a utilizar para a análise estrutural. Depende, como já foi referido, do grau de conhecimento que se tem de cada categoria de recolha de informação.


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O EC8-3 define 3 níveis de conhecimento para a estrutura:

KL1 – Nível de conhecimento limitado

KL2 – Nível de conhecimento normal

KL3 – Nível de conhecimento extenso

Na Tabela 6 (EC8-3, tabela 3.1) apresentam-se os requisitos a verificar para garantir cada nível de conhecimento global, dependente das categorias de informação.

3.2.4.2 Factores de confiança (EC8-3, 3.5)

Após a definição do nível de conhecimento global da estrutura determina-se o factor de confiança adequado. A quantificação dos factores de confiança associados a cada nível de conhecimento é remetida para o Anexo Nacional, sendo recomendado os valores apresentados na Tabela 6.

Na generalidade o factor de confiança é aplicado nas duas possíveis situações:

1. No cálculo da capacidade resistente da estrutura, que servirá para verificação da segurança. Deverão ser utilizados os valores médios das propriedades dos materiais, obtidos dos testes realizados in situ e de outras fontes de informação, divididos pelo factor de confiança, correspondente ao nível de conhecimento adequado;

2. Na avaliação da resistência de elementos dúcteis, para efeito de cálculo dos efeitos nos elementos frágeis (Capacity Design). Os valores médios das propriedades dos materiais existentes deverão ser multiplicados pelo factor de confiança associado ao nível de conhecimento adequado.

No nível de conhecimento KL1 a informação recolhida deve ser suficiente para elaborar um modelo linear da estrutura, enquanto que para os níveis KL2 e KL3 deve ser a necessária e suficiente para elaborar também um modelo não-linear da estrutura.


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Tabela 6 - Definição dos níveis de conhecimento globais da estrutura e factores de confiança

Geometria Detalhes Materiais Factor de

Nível de conhecimento

A geometria da estrutura em geral e dos elementos em particular é conhecida através de:

Informação disponível sobre as características mecânicas:

Confiança

(CF)

KL1

Limitado

a) Levantamento

b) Desenhos originais de construção e de posteriores alterações. (1)

Não são conhecidos através de desenhos de construção/projecto detalhados e podem ser assumidos através de uma simulação de cálculo (2).

Não se encontra disponível nenhuma informação. Devem ser assumidos valores usuais de acordo com os regulamentos da época de construção, complementados com testes limitados in situ em elementos críticos.

1,35

KL2

Normal

a) Levantamento extenso (Extended survey)

b) Desenhos originais de construção e de alterações posteriores. (1)

São conhecidos através de:

Inspecções extensas in situ, ou

Desenhos de construção ou projecto incompletos (2).

Disponível através de:

Testes in situ extensos, ou

Especificações de cálculo do projecto original. (2)

1,20

KL3

Extenso

a) Levantamento exaustivo (Comprehensive survey)

b) Desenhos originais de construção e de alterações posteriores. (1)

São conhecidos através de:

Inspecção completa in situ, ou

Todos os desenhos de pormenor de projecto (2).

Disponível através de:

Testes in situ completos, ou

Especificações de cálculo do projecto original. (2)

1,00

(1) Nesta situação, a geometria deve ser confirmada no local através de uma amostragem de uma parte da estrutura e de alguns elementos. Caso hajam discrepâncias significativas entre os desenhos e os resultados da amostragem, deve -se fazer um levantamento completo. Este levantamento deve resultar em desenhos de definição geométrica com a solução estrutural global e a dimensão dos elementos. (2) Deve-se complementar com inspecções limitadas in situ em elementos críticos para confirmação da correspondência dos elementos disponíveis no projecto (ou do que foi assumido) com o existente. Caso não haja correspondência é necessário efectuar uma inspecção in situ mais extensa.

3.2.5 Avaliação da segurança (EC8-3, 4)

3.2.5.1 Critérios gerais

Segundo o EC8-3, a avaliação da segurança sísmica é um processo quantitativo no qual se verifica se uma estrutura existente (danificada ou não) resiste à combinação sísmica de dimensionamento e garante um nível de danos adequado, ou seja, se verifica as exigências de desempenho.

Em geral a verificação será levada a cabo utilizando a acção sísmica não reduzida (definida pelo espectro de resposta elástico), excepto quando se recorre à abordagem pelo coeficiente q, em que se utiliza a acção sísmica reduzida (definida pelo espectro de resposta reduzido, ou seja, de projecto).

A avaliação da segurança deve ser feita através da utilização de métodos de análise global especificados na Parte 1 do EC8 (EC8-1, 4.3) e modificados na Parte 3 do EC8 para adequar a problemas específicos das estruturas existentes.


42

Na verificação da segurança dos elementos estruturais de edifícios existentes é feita a distinção entre elementos e mecanismos dúcteis ou frágeis. Para os dúcteis as verificações serão feitas em termos de deslocamentos e para os frágeis em termos de resistências. No caso da abordagem pelo coeficiente q a verificação será feita sempre em termos de resistências, independentemente do tipo de elemento. Para a tipologia estrutural de alvenaria são definidas em anexo recomendações para a verificação da segurança que não consideram esta distinção entre elementos dúcteis e frágeis.

3.2.5.2 Exigências de desempenho (EC8-3, 2.1)

A escolha e definição da exigência de desempenho, para um dado edifício existente, encontra-se a montante da utilização do EC8-3. Neste, a exigência de desempenho corresponde ao nível de danos que se pretende que a estrutura apresente quando sujeita a uma acção sísmica. O nível de danos é definido através de Estados Limite (EL) e a acção sísmica de dimensionamento associada é definida através da escolha de períodos de retorno adequados.

O EC8-1 refere que estruturas em regiões sísmicas devem ser dimensionadas e construídas de tal forma que sejam verificadas as seguintes exigências, com um certo grau de fiabilidade:

a) Exigência de não colapso. A estrutura deve ser dimensionada e construída de forma a resistir à acção sísmica de projecto sem colapso local ou global e mantendo a sua integridade estrutural e uma capacidade de carga residual após eventos sísmicos

b) Exigência de limitação de danos. A estrutura deve ser dimensionada e construída de forma a resistir à acção sísmica com uma maior probabilidade de ocorrência que a acção sísmica de projecto, garantindo que não haja danos e limitação de utilização, pois os custos associados seriam desproporcionalmente maiores que os custos da estrutura em si.

No EC8-1 cada exigência faz-se corresponder um Estado Limite a ser verificado, nomeadamente Últimos e de Limitação de Danos, e a acção sísmica com o correspondente período de retorno. A diferenciação dos níveis de segurança entre estruturas é obtida pela classificação das estruturas em diferentes classes de importância (ver Tabela 4).

No que respeita a estruturas existentes o EC8-3 propõe 3 exigências de desempenho às quais associa os EL e as acções sísmicas indicadas na Tabela 7. Remete o aprofundamento destes conceitos para os Anexos Nacionais, que devem definir o número e tipo de EL a serem verificados bem como o valor da acção sísmica a considerar em cada (tendo em conta diferentes períodos de retorno). De referir que os períodos de retorno apresentados na Tabela 7, e recomendados pelo EC8-3, são aqueles considerados como os normais para se obter uma protecção apropriada no caso de construções novas. São valores indicativos podem e devem ser adaptados para se adequarem à realidade dos edifícios existentes.


43

Tabela 7 - Definição dos Estados Limite (EC8-3, 2.1)

Estado Limite Definição do estado de danos da estrutura Acção Sísmica (definida pelo

período de retorno)

Estado Limite de Colapso Eminente

(Near collapse)

A estrutura está fortemente danificada com uma rigidez e resistência lateral residual baixa, embora os elementos verticais mantenham a capacidade de suportar cargas verticais. Deslocamentos e deformações permanentes elevadas. A estrutura não resistirá a um próximo sismo, mesmo que de pequena intensidade. Elementos não estruturais colapsaram. Este estado corresponde à exploração completa da capacidade de deformação dos elementos estruturais e está mais próximo do colapso do que o Estado Limite de Não-Colapso (No Collapse) definido no EC8-1.

2475 anos,

correspondendo 2% de probabilidade de exceder em 50 anos

Estado Limite de Danos Severos

(Significant Damage)

A estrutura apresenta danos significativos com alguma resistência e rigidez residuais e os elementos verticais são capazes de suportar cargas verticais. Os elementos não-estruturais apresentam danos, não se verificando colapsos para fora do plano de paredes divisórias e de enchimento. Observam-se deslocamentos relativos permanentes moderados. A estrutura ainda pode suportar acções sísmicas de intensidade moderada. Uma reparação da estrutura será provavelmente antieconómica. Este estado corresponde aproximadamente ao Estado Limite de Não-Colapso (No Collapse) definido no EC8-1.

475 anos,


Estado Limite de Danos Limitados

(Damage Limitation)

A estrutura apresenta danos ligeiros, sem cedência significativa dos elementos estruturais, que mantêm as suas características de resistência e rigidez. Os elementos não estruturais apresentam fendilhação difusa, sendo de reparação fácil e económica. Não se observam quaisquer deslocamentos relativos permanentes. A estrutura não necessita de reparação.

225 anos,


3.2.5.3 Definição da acção sísmica

A acção sísmica é definida através de espectros resposta de acordo com EC8-1, 3.2.2, onde se define um espectro de resposta elástico e um espectro de resposta de projecto com a forma apresentada na Figura 24.

Na Figura 25 e Figura 26 apresenta-se os dois tipos de sismo preconizado no regulamento para diferentes tipos de solo. O sismo tipo 1 é representativo de sismos interplacas, de grande magnitude, maior distância epicentral, maior duração e conteúdo mais rico em baixas frequências; o sismo tipo 2 é de magnitude moderada, distância epicentral reduzida, duração curta e maior conteúdo em altas frequências, sendo representativo de sismos intraplacas.

Figura 24 - Forma do espectro de resposta elástico definido no EC8-1 [8]


44

Figura 25 - Espectro de resposta elástico tipo 1 [8]

Figura 26 - Espectro de resposta elástico tipo 2 [8]

O espectro de resposta de projecto é obtido através da redução do espectro de resposta elástico com o coeficiente de comportamento q.

Segundo o EC8-1, 9.3 (sendo o Capítulo 9 referente às regras específicas para edifícios de alvenaria) os coeficientes de comportamento a adoptar no dimensionamento de estruturas novas de alvenaria dependem do tipo de construção. O seu valor limite superior varia entre 1,5 e 3,0, de acordo com o tipo de alvenaria utilizada, como se indica na Tabela 8. Estes valores já têm em conta o amortecimento viscoso correspondente ao material alvenaria. No caso de edifícios não regulares em altura os valores indicados devem ser reduzidos em 20%, mas não necessitando ir abaixo do 1,5.

Relativamente aos edifícios existentes de alvenaria, o EC8-3 não fornece directamente o valor do coeficiente de comportamento a ser utilizado.


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Tabela 8 - Valores limites superiores para os coeficientes de comportamento para estruturas novas de alvenaria (EC8-1, 9.3, tabela 9.1)

Tipo de construção Coeficiente de

comportamento q

Alvenaria não reforçada, dimensionada segundo a EN 1996 (só para zonas de baixa sismicidade)

1,5

Alvenaria não reforçada, dimensionada de acordo com EN 1998 1,5 a 2,5

Alvenaria confinada 2,0 a 3,0

Alvenaria reforçada 2,5 a 3,0

3.2.5.4 Métodos de análise (EC8-3, 4.4)

Na análise de edifícios existentes os efeitos da acção sísmica, para serem combinados com os efeitos de outras acções permanentes e variáveis de acordo com as combinações sísmicas, devem ser calculadas utilizando um dos seguintes métodos de análise global:

Métodos Lineares – Análise estática linear (forças laterais) ou Análise dinâmica linear (modal por espectro resposta);

Métodos Não lineares – Análise estática não linear (Pushover) e Análise dinâmica não linear (Time

history);

Abordagem pelo coeficiente q (q-factor approach) com análises lineares. Os métodos de análise global são definidos na Parte 1 do EC8 (4.3.3), onde também se indicam as condições de aplicabilidade para cada. O método de análise de referência do EC8-1 é a análise modal por espectro de resposta num modelo elástico linear da estrutura.

3.2.5.4.1 Análises lineares

As análises lineares podem ser utilizadas sem limitação. O EC8-1 somente impõem condições para aplicação de análises estáticas lineares (EC8-1 4.3.3.2).

Para o cálculo de edifícios novos a análise estática linear pode ser utilizada se:

a) A estrutura verifica os critérios de regularidade em altura, que são:

Continuidade em altura dos sistemas resistentes a carregamentos laterais; Valores da rigidez lateral e massa de cada piso constantes ou a reduzir gradualmente em

altura; Para estruturas e pórtico, a relação entre a resistência real dos pisos e a calculada não

deve variar desproporcionadamente de pisos para piso; Os recuos existentes na estrutura verificam determinadas condições geométricas em

termos de dimensão máxima e relativa.


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b) O valor do período fundamental T1 da estrutura na direcção em análise for

s

TT C

0,2.4

1

com TC definido no gráfico do espectro resposta elástico (limite superior do período na zona correspondente a aceleração espectral constante). Esta condição limita a contribuição dos modos superiores ao fundamental na resposta da estrutura.

Na Tabela 9 é apresentado um resumo dos critérios que, segundo o EC8-1, definem qual das análises lineares se devem utilizar, nomeadamente análises estáticas (pelo método das forças laterais) ou dinâmicas (pelo método do espectro resposta).

Tabela 9 - Condições de aplicabilidade das análises lineares (EC8-1, 4.2.3.1, tabela 4.1)

Regularidade Simplificação possível

Planta Elevação Modelo Análise elástica linear – Método Coef. de comportamento q

Sim Sim Plano Forças Laterais Valor de referência (a)

Sim Não Plano Modal por espectro resposta 80% do valor de ref.

Não Sim Espacial Forças laterais Valor de referência (a)

Não Não Espacial Modal por espectro resposta 80% do valor de ref.

(a) O valor de referência será o valor indicado no código para o tipo de estrutura em análise.

Para edifícios existentes a Parte 3 do EC8 fornece condições para adequar a aplicação das análises lineares (estáticas e dinâmicas) a construções existentes, de qualquer tipologia (EC8-3, 4.4.2). É indicado que:

a) max /min < valor no intervalo (2,0; 3,0) Em que:

i = Di/Ci; - relação entre exigências e capacidades; Di – Efeitos no elemento primário dúctil i (esforços/deformações) obtidos para a combinação de acções em que a acção variável de base é a acção sísmica; Ci - Capacidade resistente do elemento primário dúctil i; max e min – Valor máximo e mínimo de i, respectivamente, em todos os elementos dúcteis da estrutura cujo i>1. Elemento primário é definido de acordo com EC8-1,4.2.2.

O regulamento, ao impor esta condição, está a admitir uma redistribuição de esforços na

estrutura, estando implícita uma reserva de resistência dos elementos frágeis. O limite de max

/min deve ser definido no Anexo Nacional, a escolher no intervalo de valores (2,0; 3,0). O valor

recomendado pelo EC8-3 é 2,5. b) Capacidades > Exigências em todos os elementos frágeis.


47

No caso particular de estruturas de alvenaria existentes, de acordo com o EC8-3 (Anexo C, C.3.2), os critérios de aplicabilidade das análises lineares (estáticas ou dinâmicas) são complementados, para além das condições anteriores, pelas seguintes condições de regularidade:

a) As paredes resistentes às forças laterais têm uma distribuição em planta regular em ambas as direcções;

b) As paredes são contínuas ao longo da sua altura; c) Os pisos possuem uma rigidez no plano suficiente e encontram-se bem ligados às paredes de

periferia para funcionarem como diafragmas rígidos e distribuírem as forças de inércia pelos elementos verticais;

d) Os pisos em faces opostas de uma parede comum encontram-se à mesma cota; e) Em cada piso, o coeficiente entre a rigidez lateral no plano da parede principal mais rígida e a

parede principal mais fraca (avaliadas tendo em conta a presença de aberturas) não excede 2,5. f) As vigas de ligação entre paredes (spandrels) incluídas no modelo são constituídas por blocos

interligados adequadamente aos das paredes adjacentes ou então têm tirantes de ligação. Caso não se verifiquem todas as condições expostas anteriormente devem ser utilizados métodos de análise não lineares (estáticos ou dinâmicos).

A análise estática linear considera forças estáticas equivalentes que são distribuídas em altura ao nível dos pisos (assumindo que os pisos são rígidos) e são obtidas pela expressão (3.1):

jj

iibi

mzmz

FF

(3.1)

Onde:

..1 mTSFb (3.2)

Fi é a força a aplicar no piso i; Fb é a força de corte na base devido à acção sísmica; mi, mj são as massas dos pisos; zi e zj são as alturas das massas mi e mj relativamente às fundações; S (T1) é a ordenada do espectro de resposta correspondente ao período T1; T1 é o período fundamental do edifício para movimento lateral na direcção considerada; m é a massa total da construção; é um coeficiente correctivo que adopta os seguintes valores:

= 0,85 se o edifício tem mais de 2 pisos e se T1 < 2TC; = 1,00 nos restantes casos.

O período fundamental T1 pode ser calculado através do método de Rayleigh-Ritz:

4/31 HCT t (3.3)


48

Com:

ct

AC 075.0

(3.4)

2

2.0Hl

AA wiic (3.5)

Ac = área efectiva total das paredes de corte no primeiro piso do edifício, em m2;

Ai = área da secção transversal da parede i na direcção considerada no primeiro piso do edifício, em m2;

lwi = comprimento da parede de corte no primeiro piso, na direcção paralela às forças aplicadas, em m;

H = altura do edifício, em m.

Alternativamente o período pode ser calculado por:

dT 21 (3.6)

Sendo d o deslocamento horizontal elástico no topo do edifício devido às cargas gravíticas aplicadas na direcção horizontal.

Na análise dinâmica linear devem ser considerados todos os modos de vibração com participação de massa significativa. Sugere-se que se considerem todos os modos com participação de massa superior a 5% até uma percentagem total mínima de 90% (EC8-1). Devem ser tidos em conta os efeitos acidentais de torção.

3.2.5.4.2 Análises não lineares

Os métodos de análise não linear têm as definições e condições de aplicabilidade iguais ao patente no EC8-1, 4.3.3.4, com um comentário complementar referente ao procedimento para estimar o efeito dos modos de vibração superiores. Refere-se que, caso o edifício não cumpra, em cada direcção, o requisito de limitação do período fundamental T1, patente em EC8-1, 4.3.3.2.1 (2)a, devem ser tidas em conta, em cada direcção, as contribuições dos modos superiores ao fundamental na resposta da estrutura. Para calcular estes efeitos devem-se utilizar os procedimentos dados em EC8-1, 4.3.3.4.2.7, ou outros procedimentos que deverão ser definidos nos Anexos Nacionais. O método proposto pelo EC8-1 corresponde ao Método N2 desenvolvido por Fajfar [17]. Corresponde a um Capacity Spectrum Method com ductilidade constante. Os passos do método foram desenvolvidos no Capítulo 2, secção 2.8.2.1. Na aplicação do método o EC8-1 recomenda que pelo menos dois tipos de distribuição das forças laterais devam ser considerados para a definição da curva de capacidade resistente:

Uma distribuição uniforme, baseada em forças laterais que são proporcionais à massa, independentemente da altura;


49

uma distribuição modal, proporcional a forças laterais consistentes com a distribuição das forças laterais utilizadas na análise estática linear.

3.2.5.4.3 q factor aproach

Este método corresponde às análises lineares definidas em EC8-1, isto é, considerando o espectro de resposta de projecto. Considera o comportamento não linear da resposta da estrutura através da redução da acção sísmica pelo coeficiente de comportamento q. A aplicação deste método é definido segundo os critérios do EC8-1 em 4.3.3.2 para forças laterais ou 4.3.3.3 para análise modal. Não existe referência a critérios complementares específicos no que respeita a edifícios existentes de alvenaria. As verificações de segurança para este método são diferentes das correspondentes às análises lineares, tal como definidas no EC8-3, embora este também se considere ser um método linear. Na Tabela 10 apresenta-se um resumo dos métodos de análise disponíveis, as suas condições de aplicabilidade e como a acção sísmica deve ser definida, em cada método.

Tabela 10 - Resumo dos métodos de análise aplicáveis a edifícios existentes

Método de análise Definição da acção sísmica Condições de aplicabilidade

Análise estática linear (Forças laterais)

Análise dinâmica linear (modal por espectro resposta)

Espectro de resposta elástico Se(T), definido no EC8–1, secção 3.2.2.2.

i. Critérios dados pelo EC8–1 relativamente às análises lineares (4.3.3.2 para forças laterais ou 4.3.3.3 para análise modal)

ii. max /min < 2,5 (EC8-3, 4.4.2)

em que max e min são os valores máximos e mínimos de i = Di/Ci, para todos os elementos dúcteis em que i > 1.

iii. Capacidade > Exigências, em todos os elementos frágeis (EC8-3, 4.4.2).

iv. Critérios de regularidade dados em EC8-3, C.3.2

v. Todos os níveis de conhecimento da estrutura.

Análise estática não linear (Pushover)

Espectro de resposta elástico Se(T), definido no EC8-1, 3.2.2.2.

Análise dinâmica não linear (Time history) Acelerogramas.

i. Caso não se verifiquem os critérios para a utilização das análises elásticas.

ii. Critérios dados pelo EC8–1 (4.3.3.4) relativamente às análises não lineares.

iii. Procedimentos complementares para a consideração dos efeitos da torção e dos modos superiores na resposta da estrutura.

iv. Níveis de conhecimento KL2 e KL3.

q-factor approach Espectro de resposta de projecto Sd(T), com análises lineares, de acordo com EC8-1, 3.2.2.5.

i. Critérios dados pelo EC8-1 relativamente às análises lineares (4.3.3.2 para forças laterais ou 4.3.3.3 para análise modal).

ii. Níveis de conhecimento KL2 e KL3.


50

3.2.5.5 Modelação da estrutura (EC8-3, 4.3)

O modelo da estrutura deve reflectir as características e o comportamento estrutural real com a maior fiabilidade possível. Por este motivo a escolha do tipo de modelo também depende do nível de conhecimento da estrutura do edifício. Não será viável a modelação da estrutura considerando o comportamento não linear dos materiais se não houver informação suficientemente detalhada sobre os mesmos. Por isso o EC8-3 limita a elaboração de modelos numéricos não lineares para os níveis de conhecimento (mais elevados) KL2 e KL3 (EC8-3, 3.3.3(2) e EC8-3, 3.3.4(2)). Para o nível de conhecimento mais baixo KL1 a informação obtida só permite a elaboração de modelos lineares (EC8-3, 3.3.2(2)).

O modelo da estrutura deve ser desenvolvido tendo em conta todas as indicações patentes no EC8-1 (4.3.1) incluindo os efeitos acidentais de torção (EC8-1, 4.3.2) e podendo não considerar, na generalidade, os elementos sísmicos secundários em termos de resistência e rigidez às acções horizontais (EC8-3, 4.3(3)). No entanto, se for utilizada uma análise não linear, é aconselhável a simulação destes elementos secundários escolhidos de forma criteriosa, mas de forma a nunca alterar a classificação da estrutura de não regular para regular (EC8-3, 4.3(4)).

Elementos sísmicos primários (primary seismic members)

Elementos considerados como fazendo parte do sistema estrutural que resiste às acções sísmicas. São considerados no modelo de cálculo e dimensionados para resistirem à acção sísmica, de acordo com as regras patentes no EC8.

Elementos sísmicos secundários (secondary seismic members)

Elementos que não são considerados como fazendo parte do sistema estrutural resistente às acções sísmicas. A sua resistência e rigidez é negligenciada na resistência global às acções sísmicas. Podem ser considerados como elementos secundários, por exemplo, as escadas ou os pilares cujas rotações ao nível dos pisos não são restringidas por vigas em edifícios com lajes fungiformes. Os elementos secundários devem ser dimensionados para resistirem às forças gravíticas quando sujeitos a deslocamentos causados pela acção sísmica. Mesmo não tirando partido da contribuição dos elementos secundários para a resistência global às acções sísmicas (em geral não são considerados explicitamente nos modelos de cálculo globais) a sua presença na realidade existe e faz-se sentir no comportamento da estrutura aumentando a rigidez desta. Para que este aumento de rigidez não seja suficiente para produzir um aumento relevante da frequência para uma zona do espectro associada a maiores acelerações espectrais, que provocaria aumentos das forças de inércia e esforços na estrutura relativamente ao assumido no modelo de cálculo, o EC8 limita a rigidez lateral do conjunto dos elementos secundários a um máximo de 15% da rigidez dos elementos primários.

O modelo da estrutura pode ser espacial (3D) ou plano (2D, considerando um em cada direcção). De acordo com EC8-1, 4.3.1(5), podem ser elaborados dois modelos planos, um para cada direcção nos seguintes casos:

i. Edifícios em conformidade com os requisitos de regularidade em planta definidos em EC8-1, 4.2.3.2, ou;

ii. Edifícios que não verifiquem os critérios em i) mas que garantam critérios especiais de regularidade, definido em EC8-1, 4.3.3.1(8);


51

Os critérios de regularidade incluem a relação entre a rigidez dos diafragmas no plano e a rigidez dos elementos verticais, bem como a simetria e compacidade da massa e rigidez no plano.

Na generalidade a estrutura pode ser definida como constituída por elementos verticais e elementos resistentes a forças laterais ligados por diafragmas horizontais. Quando os pisos são classificados como rígidos no seu plano as massas e os momentos de inércia de cada piso podem ser localizados no centro de massa do piso. Pelo EC8-1 (4.3.1(4)) os pisos são considerados rígidos no plano se os deslocamentos horizontais ao nível do piso não excederem em mais de 10% dos deslocamentos obtidos admitindo o piso rígido no plano.

A deformabilidade das fundações deve ser sempre considerada, mesmo quando tem efeitos benéficos.

Especificamente para edifícios de alvenaria, o modelo para a análise deve ter em conta a rigidez real das paredes resistentes que será calculada tendo em conta a rigidez à flexão, a rigidez ao corte e, se relevante, a rigidez axial. Deve ser considerada a rigidez em estado fendilhado para ter em conta a influência da fendilhação no cálculo da deformação e de forma a melhor aproximar a inclinação do primeiro troço do diagrama bi-linear força-deslocamento do elemento. Na ausência de uma avaliação rigorosa, as contribuições para a rigidez, tanto à flexão como ao corte, devem ser tidas como metade da elástica não fendilhada (EC8-3, Anexo C, C.3.1).

Os lintéis de alvenaria na fachada (spandrel) podem ser modelados como vigas de ligação entre dois elementos de parede.

Devem ser utilizados os valores médios para as propriedades dos materiais.

Uma possível modelação para uma parede de alvenaria será a indicada na Figura 20, onde se referem os elementos que a compõem.

fundação

spandrelpilar

parede

aberturas

Figura 27 - Elementos constituintes de uma parede de alvenaria, para modelação

3.2.5.6 Verificação da segurança (EC8-3, 4.5)

A verificação da segurança estrutural é feita com base na comparação entre exigências e capacidades dos mecanismos ou elementos estruturais. Em estruturas existentes de qualquer tipologia estrutural a verificação será efectuada em termos de deformações ou resistências, conforme os mecanismos ou elementos em causa sejam dúcteis ou frágeis. A excepção é feita quando se opta pela análise linear com coeficiente de


52

comportamento, em que a verificação será feita sempre em termos de resistências, independentemente do tipo de elemento.

No caso particular de edifícios existentes com estrutura em alvenaria, o EC8-3 no Anexo C faz desaparecer a distinção entre elementos dúcteis ou frágeis e a verificação da segurança é feita em termos da capacidade global da estrutura e da capacidade de elementos particulares (ex.: paredes resistentes de alvenaria).

3.2.5.6.1 Exigências

Após a elaboração do modelo de cálculo da estrutura e escolhido o método de análise, determinam-se os esforços e deslocamentos nos elementos principais e secundários bem como da estrutura no global, ou seja, determinam-se as exigências nos elementos estruturais.

Para os edifícios existentes, o EC8-3 considera uma metodologia que engloba todas as tipologias (estruturas de betão armado, metálicas e de alvenaria) e indica que as exigências são calculadas dependendo do tipo de análise efectuada e fazendo a distinção entre elementos/mecanismos dúcteis ou frágeis, de acordo com EC8-3, 4.5. Assim para cada tipo de análise as exigências são calculadas da seguinte forma:

Nas análises lineares (EC8-3, 4.5.1), caso sejam aplicáveis, as exigências nos elementos frágeis devem ser calculadas tendo em conta os efeitos transmitidos pelos elementos dúcteis, por meio de condições de equilíbrio – capacity design. Neste cálculo cada efeito transmitido pelos elementos dúcteis aos frágeis deve ser o seguinte:

o O valor obtido directamente pela análise (D), se a capacidade do elemento dúctil (C), calculada com os valores médios das propriedades dos materiais, satisfaz a condição

1CD

;

o A capacidade do elemento dúctil, calculada utilizando os valores médios dos materiais

multiplicados pelo factor de confiança, se 1CD

.

Nas análises não lineares (EC8-3, 4.5.2) as exigências nos elementos dúcteis e frágeis serão aqueles obtidos directamente pela análise, utilizando no modelo de cálculo os valores médios para as propriedades dos materiais.

Na abordagem pelo coeficiente de comportamento (EC8-3, 4.5.3), as exigências serão determinadas sempre em termos de resistências e obtidas directamente da análise.

Na Tabela 11 são resumidos os critérios apresentados.


53

Tabela 11 - Cálculo de exigências em edifícios existentes de todas as tipologias em função do método de análise

Análise Linear Análise Não linear

Abordagem pelo coeficiente de

comportamento

Dúctil

Resultados da análise em termos de deformações.

Utilizar valores médios das propriedades dos materiais no modelo de cálculo

Resultado da análise em termos de deformações.

Utilizar valores médios das propriedades dos materiais no modelo de cálculo.

Se < 1

Resultado da análise em termos de resistências.


Tipo

de e

lemen

to o

u m

ecan

ismo

Frágil Se > 1

Resultado da análise corrigido pelo equilíbrio com as resistências do elemento dúctil, EC8-3, 4.5.1(1)P.

Utilizar valores médios das propriedades dos materiais multiplicados pelo factor de confiança.

Resultado da análise em termos de resistências.


Resultado da análise, em termos de resistências ou de deformação entre pisos.


Apresenta-se na Tabela 12 um resumo das exigências a calcular fazendo agora depender dos estados limites a verificar e do método de análise. Estas considerações são indicadas em EC8-3, 2.2.2 a 2.2.4, para o caso de edifícios existentes e englobam todas as tipologias, betão armado, metálicas e alvenaria.

No caso específico de edifícios existentes de alvenaria o EC8-3 no anexo C, apresenta critérios para cálculo de exigências mais adequados a esta tipologia. Retira a distinção entre elementos dúcteis e frágeis e introduz os conceitos de verificação da estrutura no global e dos elementos de parede em particular. Apresenta-se na Tabela 13 um resumo das condições de cálculo de exigências para edifícios existentes de alvenaria dependendo do estado limite, do método de análise e do tipo de verificação a realizar.


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Tabela 12 - Cálculo de exigências em edifícios existentes de todas as tipologias em função do Estado Limite

Estado Limite Exigências Método de análise Comentários

Linear Os efeitos nos elementos frágeis devem ser corrigidos de acordo com Capacity Design, tendo em conta os elementos dúcteis, EC8-3, 4.5.1(1)P.

Não linear Resultados retirados directamente da análise. De Colapso Eminente

Deformações para os elem. dúcteis

Resistências para os elem. frágeis

Linear com factor de

comportamento

A abordagem pelo coeficiente de comportamento não é adequada para a verificação deste Estado Limite. No entanto, caso seja utilizada, deve-se considerar um coeficiente de comportamento com valor superior em 1/3 ao valor proposto para a verificação do Estado Limite de Danos Severos (EC8-3, 2.2.2(3)).

Linear Os efeitos nos elementos frágeis devem ser corrigidos de acordo com Capacity Design, tendo em conta os elementos dúcteis, EC8-3, 4.5.1(1)P.

Não linear Resultados retirados directamente da análise. De Danos Severos

Deformações para os elem. dúcteis

Resistências para os elem. frágeis Linear com

coeficiente de comportamento

Resultados retirados directamente da análise.

Linear Resultados retirados directamente da análise. Resistências para os elem. frágeis e dúcteis.

Deformação média entre pisos para as paredes de enchimento. Não linear Resultados retirados directamente da análise.

De Limitação de Danos

Deformação média entre pisos para todos os elem.

Linear com coeficiente de

comportamento Resultados retirados directamente da análise.

Tabela 13 - Cálculo de exigências em edifícios existentes de alvenaria

Método de análise Estado Limite Tipo de verificação

Linear (4) Não Linear

Estrutura Global Não é aplicável Deslocamento no topo (1) De Colapso Eminente

Paredes Não é aplicável (2) Deslocamento entre pisos

Estrutura Global Não é aplicável Deslocamento no topo De Danos Severos

Paredes Não é aplicável (2) Deslocamento entre pisos

Estrutura Global Esforço de corte total na base na direcção de actuação da acção sísmica.

Deslocamento no topo De Limitação de

Danos

Paredes Esforço de corte em cada parede (3) Deslocamento entre pisos

(1) Deslocamento no topo correspondente ao deslocamento objectivo (target displacement) calculado através de uma análise pushover de acordo com EC8-1, Anexo B.


55

(2) O EC8-3 não é explícito sobre a aplicabilidade das análises lineares para o cálculo das exigências em elementos isolados, na verificação destes Estado Limite. Refere somente para o caso da verificação da estrutura global. Em caso de omissão considerou-se que não é possível recorrer às análises lineares.

(3) De acordo com EC8-1, 9.4 (6), os esforços de corte na base nas paredes, obtidos através de uma análise linear, podem ser distribuídos entre as paredes tendo em conta o seguinte:

1. Se garanta o equilíbrio global, ou seja, mantendo o valor total do esforço de corte na base e a posição da sua resultante;

2. Se garanta que em cada parede o esforço de corte não seja reduzido mais que 25% nem aumentado mais que 33%.

(4) As análises elásticas consideram a acção sísmica definida pelo espectro de resposta elástico. Não é feita referência à possibilidade de utilização do espectro de resposta de projecto, com coeficiente de comportamento.

3.2.5.6.2 Capacidades

Para os edifícios existentes de todas as tipologias estruturais, da mesma forma que para as exigências, as capacidades são calculadas fazendo a distinção entre elementos dúcteis ou frágeis.

Nos elementos dúcteis devem ser utilizados, no cálculo, os valores médios das propriedades dos materiais, obtidas por campanhas de testes in situ ou através de outra fontes de informação, divididas pelo factor de confiança adequado ao nível de conhecimento global da estrutura.

Para os elementos frágeis ou no caso da utilização da abordagem pelo coeficiente de comportamento, as resistências dos materiais devem ser divididas também pelo correspondente factor de segurança parcial do material, que deverão ser definidos no Anexo Nacional. O EC8-1 (5.2.4, 6.1.3, 7.1.3, 9.6) refere valores de factores de segurança parcial a utilizar no dimensionamento sísmico de edifícios novos. Refere que para a verificação de estados limites últimos de edifícios de alvenaria se deve considerar 2/3 do valor indicado no EC6 [34], mas nunca inferior a 1,5. O EC6 (2.4.3) apresenta valores para a tipologia estrutural em alvenaria tanto na verificação de estados limite últimos, apresentados na Tabela 14, como para os estados limite de serviço em que se considera 1,0.

No caso de elementos novos ou elementos adicionados devem-se utilizar os valores nominais das propriedades.


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Tabela 14 - Valores de factores de segurança parcial a utilizar para o material alvenaria para a verificação dos Estados Limite Últimos [EC6, 2.4.3]

Classe Material

1 2 3 4 5

Alvenaria constituída por: Unidades de categoria I, argamassa de cálculo 1 1,5 1,7 2,0 2,2 2,5 Unidades de categoria I, argamassa prescrita 2 1,7 2,0 2,2 2,5 2,7 Unidades de categoria I, qualquer argamassa 1 2 2,0 2,2 2,5 2,7 3,0

Ancoragem de aço de armaduras ordinárias 1,7 2,0 2,2 2,5 2,7

Aço de armaduras ordinárias e de pré-esforço 1,15

Componentes auxiliares 3 1,7 2,0 2,2 2,5 2,7

Lintéis de acordo com a EN 845-2 3 1,5

Nota 1: Os requisitos para as argamassas de cálculo são dadas na EN 998-2 e na EN 1996-2. Nota 2: Os requisitos para argamassas prescritas são dadas na EN 998-2 e na EN 1996-2. Nota 3: Os valores apresentados são médios.

No caso específico dos edifícios existentes de alvenaria as capacidades são calculadas em termos de comportamento global da estrutura e dos elementos parede. A capacidade global da estrutura pode ser definida, dependendo do estado limite a verificar, em termos de:

1. Deslocamento último = deslocamento no topo do edifício, que se obtêm quando a resistência lateral total da estrutura (base shear) diminui abaixo dos 80% do valor resistente máximo, devido a danos e rotura progressiva dos elementos resistentes às forças laterais (ver du* na Figura 28).

2. Deslocamento correspondente ao ponto de cedência = deslocamento correspondente ao ponto de cedência do diagrama de força-deslocamento elasto-plástico idealizado no sistema de um grau de liberdade equivalente, tal como definido no EC8-1, Anexo B (ver dy* na Figura 28).

3. Resistência ao corte total na base, calculada na direcção de aplicação da acção sísmica e igual à soma das resistências ao corte das paredes nessa direcção.

dy* du*dm*

AFy*=Fmáx

0,8 Fy*

F*

d* Figura 28 - Determinação da relação idealizada Força-Deslocamento elasto-perfeitamente plástico

Para os elementos de parede a capacidade pode ser calculada em termos de resistências ou em termos de deslocamentos. Estes últimos correspondem aos deslocamentos das paredes entre pisos, adimensionalizados (drift) e os limites a considerar dependem do estado de danos e são indicados na Tabela 15.


57

Relativamente às resistências, os elementos parede são avaliados em termos de resistência ao corte, (Vf). Esta pode ser controlada pelo modo de rotura por corte, VfV, ou controlada pelo modo de rotura por flexão, VfM. Define-se que a capacidade de uma parede é controlada pela flexão se o valor da sua resistência ao corte VfM é inferior a VfV, EC8-3,C.4.2.1. Caso contrário é controlada por corte.

O EC8-3 apresenta expressões que definem estes dois tipos de resistência, tal como se indica de seguida.

Resistência ao corte de uma parede de alvenaria não reforçada controlada por flexão e sujeita a um esforço axial N.

fMdf VH

DNV 15,112 0

(3.7)

Resistência ao corte de uma parede de alvenaria não reforçada controlada por corte e sujeita a um esforço axial N.

fVvdf VtDfV (3.8)

Sendo:

D – dimensão da parede no plano (comprimento). D’ – dimensão da parede comprimida, no plano. H0 – distância entre a secção da parede onde a capacidade resistente à flexão é atingida e o ponto de inversão da curvatura.

dtd fD

N - esforço axial normalizado, com

m

md CF

ff

mvmvd ftD

Nff 065,04,00

– resistência ao corte da alvenaria tendo em conta a presença de

esforço axial. fvm0 – resistência média ao corte na ausência de esforço axial. O valor médio é obtido por testes in situ ou informações de fontes adicionais dividido pelo factor de segurança parcial do material. fm – resistência média à compressão. CFm – factor de confiança para a alvenaria correspondente ao nível de conhecimento adequado. t – espessura da parede.

3.2.5.6.3 Verificações

Apresenta-se na Tabela 15 um resumo das condições dadas na Parte 3 do EC8 para a verificação da segurança em edifícios de alvenaria existentes, dependente do estado limite, do método de cálculo e da verificação a efectuar (global ou de elementos em particular).


58

Tabela 15 - Verificação da segurança em edifícios existentes em alvenaria

3.2.6 Decisão de intervenção (EC8-3, 5)

A tomada de decisão de intervir na estrutura deve ser tomada com base nas conclusões da avaliação sísmica da estrutura em conjunto com os dados e informações obtidas no que respeita à natureza e extensão de danos que esta apresenta actualmente. Deve-se ter em conta não só os aspectos da resistência estrutural mas também outros, por exemplo de ordem social e económica, tais como a interrupção de utilização durante a intervenção.

A selecção do tipo, extensão, urgência e técnica de intervenção deverá ser baseada na informação estrutural recolhida durante a avaliação do edifício.

Critérios

Exigências < Capacidades Estado Limite Verificações Método de

análise permitido

Exigências Capacidade resistente

Estrutura global Não lineares Deslocamento no topo do edifício Deslocamento último

Em paredes de alvenaria

caso VfM < VfV Não lineares

Drift = 4/3 x 0,008H0/D

(elem. primários)

Drift = 4/3 x 0,012H0/D

(elem. secundários) De Colapso Eminente


caso VfM > VfV Não lineares

Deslocamentos nas paredes entre pisos Drift = 4/3 x 0,004

(elem. primários)

Drift = 4/3 x 0,006

(elem. secundários)

Estrutura global Não lineares Deslocamento no topo do edifício 3/4 deslocamento último


caso VfM < VfV Não lineares

Drift = 0,008H0/D

(elem. primários)

Drift = 0,012H0/D

(elem. secundários) De Danos Severos


caso VfM > VfV Não lineares

Deslocamentos nas paredes entre pisos Drift = 0,004

(elem. primários)

Drift = 0,006

(elem. secundários)

Lineares Esforços de corte na base

Resistência ao corte na base (total)

Estrutura global Não lineares

Deslocamento no topo do edifício

Deslocamento do ponto de cedência


caso VfM < VfV Todos VfM (resistência ao corte controlada

pela flexão)

De Danos Limitados


caso VfM > VfV Todos

Esforço de corte na parede

VfV (resistência ao corte controlada pelo corte)


59

Relativamente aos edifícios existentes com estrutura em alvenaria, a Parte 3 do EC8 apresenta no Anexo C critérios técnicos que são importantes ter em conta na escolha da intervenção a efectuar em termos de reabilitação (reparação e/ou reforço global ou parcial, demolição, alteração de uso, etc.), algumas soluções para a reabilitação, em termos de reparação e reforço, e exemplos práticos de técnicas de reparação e reforço adequadas a este tipo de edifícios.

3.2.6.1 Tipos de intervenção em edifícios (EC8-3, 5.1.3)

As intervenções a efectuar em edifícios antigos poderão ser, de uma maneira geral, de acordo com o EC8-3, as seguintes:

Alteração local ou global dos elementos danificados ou não danificados (reparação, reforço ou substituição total);

Adição de novos elementos (contraventamentos ou paredes de enchimento, anéis de reforço em aço, madeira ou betão);

Alteração do sistema estrutural (eliminação de juntas de dilatação, eliminação de elementos vulneráveis, alteração para um arranjo mais regular e/ou mais dúctil);

Adição de novo sistema estrutural para resistir a toda ou a parte da acção sísmica; Possível transformação de elementos não estruturais em estruturais; Introdução de sistemas de protecção passiva (isolamento de base ou dissipativo, ver Figura 29); Redução de massa; Restrição ou alteração de uso; Demolição parcial.

Figura 29 - Sistemas de protecção passiva [35]

Relativamente aos elementos não estruturais pode-se intervir de forma a evitar o colapso, através de:

Ligações apropriadas aos elementos estruturais; Aumento de resistência dos elementos não estruturais; Adoptar medidas para evitar a queda de parte dos elementos.

Focando os edifícios antigos de alvenaria, pode-se particularizar e aprofundar as intervenções possíveis nos elementos estruturais. No anexo C é apresentada uma listagem com uma abordagem qualitativa, apresentando uma visão alargada das diversas técnicas de intervenção possíveis já estudadas e disponíveis


60

no mercado. Esta listagem pode ser vista como uma base de trabalho não invalidando outras soluções possíveis que melhor se adequam ao caso em estudo, pois novas soluções são continuamente estudadas e aplicadas recorrendo a novas técnicas e materiais. Como complemento da listagem apresentada no EC8-3, associa-se imagens de alguns exemplos de aplicação prática de soluções de reparação e reforço.

Reparação de fendas

Seladas com cimento ou calda de cimento; Injecções de grout; Reconstrução da zona da fenda com pedras alongadas para “coser” a fenda ou utilizar outros

materiais tais como placas de metal, redes de polímeros (polymer grids).

a) b)

Figura 30 - Reparação de fendas a) com tecido compósito; b) com elementos metálicos [35]

a) zona muito danificada b) reconstrução com material original

Figura 31 – Reconstrução de fendas com material original [36]

Reparação e reforço de intersecção de paredes

Cinta ou anel de betão, ver Figura 32;

Figura 32 - Execução de anel de contraventamento em betão


61

Adição de placas de aço ou malhas nas intersecções, ver Figura 33; Barras de aço inclinadas dentro da furação executada nas paredes e posteriormente injectadas, ver

Figura 34.

Figura 33 - Reforço da ligação entre paredes por costuras armadas [35]

Figura 34 - Reforço da ligação entre paredes [35]

Reforço e rigidificação de diafragmas horizontais

Os pisos de madeira podem ser reforçados e rigidificados à distorção no plano através de: o Pregagem de um vigamento de madeira adicional sobre o existente; o Execução de laje em betão armado. Esta laje deve estar ligada ao piso de madeira através

de conectores e ancorada às paredes. o Malha de diagonal dupla de tirantes planos de aço (doubly-diagonal mesh of flat steel ties).

Figura 35 - Reforço de pisos [35]


62

Tie Beams

Figura 36 - exemplo de reforço com Tie Beams [36]

Reforço de paredes com tirantes de aço, como ilustrado na Figura 37.

Figura 37 - Confinamento transversal de paredes, confinadores apertados mecanicamente [35]

Reforço e rigidificação das paredes com redes de polímeros (Figuras 38 e 39)

Figura 38 - Aplicação de rede de polipropileno na superfície de elementos, funcionando como armadura exterior [35]


63

Figura 39 - Aplicação de folha de tecido compósito em elementos estruturais para reforço à flexão ou tracção [35]

3.2.6.2 Critérios técnicos para escolha da intervenção (EC8-3, 5.1.2)

Como já referido, a escolha da intervenção a realizar num edifício antigo depende de diversos factores de natureza qualitativa e quantitativa. Em termos mais analíticos o EC8-3 refere alguns critérios técnicos que podem servir de base à decisão da intervenção a realizar no edifício em estudo.

De uma forma geral, para um edifício antigo de qualquer tipologia estrutural, os critérios podem ser os seguintes:

Corrigir os maiores problemas que o edifício apresenta na actualidade; Melhorar, sempre que possível, a irregularidade estrutural tanto em planta como em elevação; Atingir a regularidade e aumento de resistência através de:

o Alteração da resistência ou rigidez de alguns elementos; o Introdução de novos elementos estruturais.

Aumentar a ductilidade local; Não reduzir a ductilidade global pelo aumento da resistência após a intervenção.

Em especial para os edifícios existentes de alvenaria:

Devem ser substituídos os lintéis não dúcteis; Devem ser melhoradas as ligações inadequadas entre pisos e paredes, por exemplo, da forma

representada na Figura 40;


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Figura 40 - Reforço da ligação entre pisos e paredes [35]

Devem ser eliminadas as pressões para fora do plano (horizontais) nas paredes, tal como representado na Figura 41.

Figura 41 - Tirantes para absorção de forças horizontais [35]

3.2.6.3 Dimensionamento da intervenção (EC8-3, 6)

O procedimento para o projecto ou dimensionamento da reabilitação sísmica (com reparação e/ou reforço) de uma estrutura existente deve incluir as seguintes fases:

1. Estudo prévio ou preliminar (conceptual design), que deve conter os seguintes passos:

o Selecção das técnicas e materiais a utilizar na intervenção, bem como o tipo e configuração da mesma;

o Estimativa preliminar das dimensões das novas zonas da estrutura ou dos novos elementos estruturais;

o Estimativa preliminar da alteração da rigidez dos elementos estruturais a reabilitar. 2. Análise

Segue-se o procedimento de cálculo já adoptado na fase de avaliação da segurança, utilizando os mesmos métodos de análise e tendo em conta as modificações das características do edifício.


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3. Verificações

As verificações da segurança devem ser realizadas de acordo com o indicado na fase de avaliação, englobando tanto os elementos estruturais existentes, modificados ou adicionados de novo.

Para materiais existentes utilizam-se, tal como referido na fase de avaliação, os valores médios das propriedades afectados pelo factor de confiança. Para os materiais novos ou adicionados devem ser considerados os valores nominais para as propriedades sem modificação pelo factor de confiança.

3.2.7 Edifícios simples

Segundo o EC8-1, para estruturas com categoria bem definida e em casos de baixa sismicidade as exigências de desempenho podem ser satisfeitas através da aplicação de regras simples, ou seja não é necessário a verificação da segurança através de cálculo. Os edifícios que respeitam estas regras são denominados como edifícios simples de alvenaria. As regras referidas são as seguintes:

a) Edifício pertence à classe de importância I ou II;

b) Dependente do produto ag S no local e do tipo de estrutura:

1. O número de pisos acima do solo, n, deve ser limitado (Tabela 16);

2. A área mínima de paredes Amin em cada direcção ortogonal deve ser garantida (Tabela 16). Esta área é expressa em termos de percentagem da área total do piso.

Na Tabela 16 são indicados valores recomendados para n e para %Amin a considerar na elaboração do Anexo Nacional, onde estes valores devem ser definidos para cada país. Os valores apresentados dependem também de um factor correctivo k, e são baseados numa resistência unitária mínima de 12 N/mm2 para alvenaria não reforçada e 5 N/mm2 e para alvenaria confinada e alvenaria reforçada. Para edifícios em que pelo menos 70% das paredes em consideração têm comprimento superior a 2,0 m, o factor k é dado por k = 1 + (lav – 2)/4 ≤ 2, onde lav é o comprimento médio das paredes em metros. Para os restantes casos k=1. Independentemente do valor de k, os edifícios de alvenaria não reforçada têm que verificar também as condições c) e d).


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Tabela 16 - Valores recomendados para o número de pisos acima do solo e área mínima de paredes de corte em edifícios simples de alvenaria (EC8-1, 9.7.2, tabela 9.3)

c) Os edifícios de alvenaria não reforçada devem ter a espessura efectiva das paredes, tef, superior ao valor mínimo, tef,min. Uma recomendação para estes valores está representada na Tabela 17;

d) Os edifícios de alvenaria não reforçada não devem estar localizados em zonas em que ag.S seja superior a um limite ag.urm. O valor recomendado para ag.urm é 0,2g.

e) A configuração em planta deve verificar as seguintes condições:

1. A planta deve ser aproximadamente rectangular;

2. A relação entre os lados deve ser superior ao valor limite, λmin, definido no Anexo Nacional e cujo valor recomendado é 0,25.

3. A área da projecção das reduções da forma rectangular não deve ser superior que a pmax da área total do piso abaixo do nível considerado. O valor recomendado para pmax é 15%.

Tabela 17 - Valores recomendados para as características geométricas de paredes de corte (EC8-1, 9.5.1, tabela 9.2)


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f) As paredes de corte, ou paredes resistentes às acções horizontais, devem verificar as seguintes condições:

1. As paredes de corte devem estar organizadas de forma quase simétrica em planta, nas duas direcções ortogonais;

2. Em duas direcções ortogonais deve ser garantido o mínimo de duas paredes paralelas. A dimensão de cada parede deve ser superior a 30% da dimensão do edifício na direcção da parede em consideração;

3. Pelo menos numa direcção, a distância entre paredes deve ser superior a 75% da dimensão do edifício na outra direcção;

4. As paredes de corte devem suportar pelo menos 75% das cargas verticais;

5. As paredes de corte devem ser contínuas desde a base até ao topo do edifício.

g) Em casos de sismicidade baixa, o comprimento da parede, tal como requerido em f)2., pode ser calculado através da soma dos comprimentos das paredes num dado eixo, separada por aberturas.

h) Em ambas as direcções ortogonais a diferença de massa (Δm) e a diferença da área horizontal das paredes de corte (ΔA), em pisos contíguos, deve ser limitada a valores máximos de Δm,max = 20% e ΔA,max = 20%. Estes são valores recomendados que devem ser definidos nos Anexos Nacionais.

i) Para edifícios de alvenaria não reforçada, as paredes numa direcção devem ser ligadas com as paredes na direcção ortogonal, com um espaçamento máximo de 7m.


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3.3 Regulamento Italiano

3.3.1 Geral

Em Itália, o novo regulamento sísmico corresponde à norma OPCM 3274 de Maio de 2003 [29] com as revisões da norma OPCM 3431 de Maio de 2005 [30], e define critérios de projecto para as construções em zonas sísmicas, com referência particular para o novo zonamento sísmico do território Italiano.

O novo regulamento foi elaborado de forma a ser um documento de transição do regulamento anterior existente, de 1996, até à implementação do EC8 em Itália. Como tal, foi elaborado tendo por base o EC8, na altura ainda em fase de aprovação para norma europeia, com a adopção da mesma organização e conceitos e introduzindo algumas alterações e rearranjos que advieram da transposição de alguns pontos para a sua realidade nacional. Tal como no EC8, o objectivo do Regulamento Sísmico Italiano é garantir a protecção da vida humana, em caso de evento sísmico, limitando os danos e garantindo o funcionamento de estruturas essenciais à acção da protecção civil.

O regulamento sísmico Italiano é constituído por quatro anexos (allegatos) correspondentes a:

Anexo 1: Critérios

Anexo 2: Edifícios

Anexo 3: Pontes

Anexo 4: Fundações e obras de contenção

O Anexo 2 regula o projecto e construção de edifícios sujeitos a acção sísmica com a verificação da segurança de novos edifícios bem como a reabilitação de edifícios existentes sujeitos à mesma acção. Neste anexo a revisão da norma OPCM 3274 pela norma OPCM 3431 teve por intuito a introdução de alterações e inovações decorrentes dos resultados obtidos por programas experimentais levados a cabo em Itália e pelas consequências de sismos recentes, no âmbito do comportamento das construções existentes, especialmente no que respeita às estruturas de alvenaria resistente.

A parte correspondente à avaliação e reforço de estruturas existentes é abordada no Capítulo 11 que foi elaborado tendo por base a Parte 3 do EC8, sendo que este capítulo complementa muitos dos conceitos do Capítulo 8 que aborda os edifícios novos de alvenaria, nomeadamente em termos de modelos e métodos de cálculo e verificação da segurança.

As diferenças relativas ao EC8-3 focam essencialmente a tipologia de alvenaria, tendo sido introduzidas alterações a nível da organização do texto do regulamento bem como dos critérios de avaliação e verificação da segurança para este tipo de edifícios. Resumem-se algumas das diferenças:

No EC8-3 as três tipologias mais comuns são abordadas em conjunto nas definições gerais e são complementadas com anexos informativos individuais para cada, enquanto que o Regulamento Italiano aborda a tipologia de alvenaria separadamente das de betão armado e das estruturas metálicas.

Para estas últimas, a abordagem e metodologia apresentada no EC8-3 foi mantida na generalidade, enquanto que para a tipologia de alvenaria foram introduzidas alterações ao nível da recolha de


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informação, determinação das características mecânicas dos materiais, definição dos requisitos de segurança, modelos e métodos de cálculo.

Também para a tipologia de alvenaria foram mencionados os edifícios inseridos em quarteirões e os mistos e apresentados métodos de cálculo, adaptados a estes casos.

3.3.2 Aplicabilidade

A aplicabilidade do regulamento segue os mesmos conceitos que o EC8-3 introduzindo algumas condições complementares, tais como:

1) Ao contrário da Parte 3 do EC8, o Regulamento Italiano, no seu Capítulo 11, secção 11.1, define à partida situações para as quais será obrigatório proceder à avaliação da estrutura de edifícios existentes para a acção sísmica. São estas as intervenções que levam à necessidade de avaliação:

a) Aumento do edifício em altura ou em planta;

b) Alteração do tipo de utilização do edifício, decorrente da intervenção, que envolva o aumento das cargas iniciais (permanentes e variáveis);

c) A execução de intervenções estruturais com vista a transformar o edifício noutro diferente do original;

d) A execução de intervenções estruturais que envolvam alterações substanciais no comportamento global do edifício (renovações, substituições de partes estruturais, etc.).

2) De forma a ter em conta as diversas tipologias construtivas existentes no território, o regulamento permite às várias regiões, no caso de intervenções de reabilitação e de reforço ditadas por uma diminuição da vulnerabilidade, a redução do nível de protecção sísmica até 65% do nível previsto para as novas construções e consequentemente do nível de acção sísmica a considerar para os diversos estados limite bem como do número de estados limite a considerar.

3.3.3 Metodologia

O regulamento segue a metodologia apresentada no EC8-3, considerando as mesmas fases e a mesma organização do processo de avaliação e reabilitação de edifícios existentes. Assim, tal como foi realizado na exposição do EC8-3, é descrito com detalhe nas secções seguintes os passos desta metodologia, de acordo com o patente no Regulamento Italiano.

3.3.4 Recolha de informação (Anexo 2, 11.5.2)

Neste ponto, o regulamento segue a filosofia do EC8-3 para as tipologias estruturais de betão armado e estrutura metálica, mas no que respeita à tipologia estrutural de alvenaria apresenta algumas diferenças, que serão apresentadas ao longo do desenvolvimento dos pontos seguintes. Estas diferenças têm como base o conhecimento adquirido através do programa experimental em curso no âmbito da tipologia de alvenaria, em


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complemento com resultados visíveis após a ocorrência de sismos recentes (como é o caso do sismo de Umbria-Marché em 1997).

O regulamento refere, à partida, que o plano ou esquema de investigação faz parte da fase de diagnóstico bem como da intervenção em si, e tem que ser incluído num quadro geral onde se demonstra a motivação e o objectivo das investigações.

A recolha de informação, tal como no EC8-3, incide nas categorias de Geometria, Detalhes construtivos e Materiais. Refere-se de seguida os pressupostos a ter em conta na recolha da informação e a forma como organizar os resultados obtidos.

Geometria (anexo 2, 11.5.2.1)

A informação da geometria estrutural dos edifícios existentes em alvenaria é obtida, por regra, através de operações de levantamento, piso a piso, de:

i. Todos os elementos de alvenaria e eventuais nichos, cavidades, panos de chaminé; ii. Abobadas – espessura e perfil; iii. Pisos e cobertura – tipologia e direcção dos vãos; iv. Escadas – tipologia estrutural; v. Identificação das cargas gravíticas que actuam em cada elemento parede; vi. Identificação da tipologia das fundações.

Em complemento devem ser levantadas e representadas todas as fendas identificadas, classificando os danos de acordo com a tipologia (destacamento, rotação, deslocamento para fora do plano, etc.) e deformação. Os resultados deste levantamento devem ser representados em plantas, alçados em elevação e cortes, cuja finalidade é a de permitir, na fase de diagnóstico, a identificação das causas e a possível evolução dos problemas estruturais do edifício.

Detalhes construtivos (anexo 2, 11.5.2.2)

Os detalhes construtivos a examinar são os relativos aos seguintes elementos:

i. Qualidade da ligação vertical entre paredes;

ii. Qualidade da ligação entre pisos e paredes e a presença de eventuais cintas horizontais ou de outros dispositivos de ligação ao nível dos pisos;

iii. Existência de lintéis eficazes sobre as aberturas;

iv. Presença de elementos estruturalmente eficientes para eliminar eventuais pressões offseting existentes;

v. Presença de elementos de vulnerabilidade elevada, mesmo que sejam não estruturais;

vi. Tipologia da alvenaria (de uma folha ou dupla, com ou sem ligações transversais) e suas características construtivas (em tijolo ou em pedra, regular ou não regular, etc.).


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Distingue-se:

Inspecções limitadas in situ

São baseadas, como regra, em levantamentos e inspecções visuais efectuadas recorrendo à remoção do reboco ou recobrimento e de amostras da alvenaria para serem analisadas as características físicas e mecânicas tanto da superfície como ao longo da sua espessura, as ligações entre paredes ortogonais e ligações de pisos com paredes. Os detalhes referidos em i) e ii) também podem ser avaliados com base num conhecimento apropriado da tipologia dos pisos e da alvenaria.

Na ausência de um levantamento ou inspecção directa ou de dados suficientemente exactos ou fiáveis, devem ser assumidas, nas fases de modelação, análise e verificação as hipóteses mais conservativas.

Inspecções extensas e exaustivas in situ

São baseadas, como regra, em levantamentos visuais efectuados em amostras de alvenaria para examinar tanto a superfície como ao longo da espessura da alvenaria, as ligações entre paredes ortogonais e ligações de pisos com paredes. Estas inspecções, dos elementos indicados nos pontos i) a vi) devem ser feitas de modo sistemático e em todo o edifício.

Propriedades dos materiais (anexo 2, 11.5.2.3)

Deverá ser dada particular atenção à avaliação da qualidade da alvenaria, com referência às propriedades que indicam se foram respeitadas as “regras de boa construção”. O exame da qualidade da alvenaria e uma eventual validação experimental das características mecânicas tem como finalidade principal estabelecer se a alvenaria em análise é capaz de ter um comportamento estrutural adequado para resistir às acções estáticas e dinâmicas esperadas para o edifício em questão.

É de particular importância avaliar a presença ou ausência de elementos de ligação transversal (pedras de ligação), forma, tipologia e dimensões dos elementos, textura, horizontalidade das juntas, qualidade e consistência da argamassa de ligação. Também são relevantes as características da argamassa (tipo de ligante, tipo de inertes, razão ligante/inertes, nível de carbonatação), da pedra ou dos tijolos (características físicas e mecânicas) avaliadas através de investigações experimentais em amostras de argamassa e pedra, extraídas in situ, assegurando que é retirada argamassa do interior (numa espessura de pelo menos 5 a 6cm).

Distingue-se:

Investigações limitadas in situ

Estas investigações servem para completar a informação sobre das propriedades dos materiais, obtida na literatura disponível ou de regras em vigor na época da construção, e também para identificar a tipologia da alvenaria e fazer a correspondência com as tipologias listadas na tabela apresentada no anexo ao Capítulo 11.

São investigações baseadas em inspecções visuais da superfície da alvenaria, que devem ser conduzidas removendo uma área de revestimento ou reboco de, pelo menos, 1.0m x 1.0m, a fim de determinar a forma e dimensões dos blocos utilizados na construção da parede e avaliar, mesmo que de forma aproximada, a


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compacidade da argamassa. Estas áreas devem ser localizadas de preferência junto aos cantos a fim de se identificar também a ligação entre paredes.

Pela avaliação da qualidade das ligações internas e transversais em amostras localizadas ao longo da espessura da parede de alvenaria faz-se a avaliação da capacidade dos elementos constituintes de assumirem um comportamento monolítico na presença da acção sísmica.

Investigações extensas in situ

Estas investigações correspondem aos procedimentos indicados no ponto anterior levados a cabo de uma forma extensa e sistemática, com amostras superficiais e internas para cada tipo de alvenaria presente. É necessária a realização de testes, pelo menos um para cada tipo de alvenaria existente, com macacos planos e testes para a caracterização da argamassa (tipo de ligante, tipo de agregados, razão ligante/agregados) e eventualmente da pedra ou tijolos (características físicas e mecânicas) para verificar a correspondência da alvenaria com a tipologia definida na tabela apresentada no anexo do Capítulo 11.

Podem ser realizados testes não destrutivos (ensaios sónicos, esclerómetro, penetrómetro, etc.) como complemento aos testes requeridos anteriormente. Quando exista uma clara e comprovada correspondência da tipologia dos materiais, a dimensão das unidades da alvenaria, os detalhes construtivos, etc., entre o edifício em avaliação e outros localizados na mesma zona, podem-se utilizar os testes realizados nos outros, como substituição. Os governos regionais podem definir zonas homogéneas que sirvam para o propósito, tendo em conta a especificidade construtiva do território.

Investigações exaustivas in situ

Estas investigações serem para obter informações de carácter quantitativo sobre a resistência dos materiais. Pede-se, em complemento às inspecções visuais e aos testes mencionados no ponto anterior, uma posterior série de testes experimentais tanto em quantidade como em qualidade, de forma a estimar as características mecânicas da alvenaria. Estes testes experimentais podem ser realizados in situ ou em laboratório, estes últimos em amostras não alteradas extraídas da estrutura, e podem incluir testes de compressão diagonal em painéis ou testes combinados de compressão vertical e corte.

Como complemento, e não como substituto, e em combinação com os testes referidos, podem ser utilizados testes destrutivos. Tal como no ponto anterior pode-se fazer a correspondência com resultados de testes em edifícios similares.

Os resultados de todos estes testes devem ser avaliados e considerados num quadro geral de referência tipológico que tenha em conta os resultados dos testes experimentais disponíveis e existentes na literatura até à data, para a tipologia da alvenaria em estudo, o que permite validar, mesmo em termos estatísticos, a representatividade efectiva dos valores encontrados. Os resultados dos testes serão utilizados em combinação com os valores da tabela do anexo ao Capítulo 11, da forma indicada no ponto seguinte, da definição dos níveis de conhecimento. As regiões podem definir tabelas específicas para as tipologias da alvenaria recorrentes no seu território, para complementar a tabela referida.


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3.3.5 Níveis de conhecimento

O nível de conhecimento da estrutura, tal como no EC8-3, é definido com base no conhecimento das três categorias de recolha de informação, embora apresente uma classificação mais simplificada e por isso mais adequada à tipologia de alvenaria em edifícios existentes. Apresenta-se na tabela 18 as condições necessárias para a garantia de cada nível de conhecimento com base na quantificação e qualificação da recolha de informação, tal como definido no ponto anterior.

Tabela 18 - Definição dos níveis de conhecimento

Nível de conhecimento Geometria Detalhes Construtivos Propriedades dos Materiais

LC1 - Limitado Inspecções limitadas in-situ Investigações limitadas in-situ

LC2 - Normal Investigações extensas in-situ

LC3 - Extenso

Levantamento estrutural Inspecções extensas e exaustivas

in-situ Investigações exaustivas in-situ

Após definido o nível de conhecimento, e consequentemente a tipologia da alvenaria e a qualidade dos materiais que a compõem com maior ou menor fiabilidade, é possível determinar valores médios para os parâmetros mecânicos dos materiais que se irá utilizar numa posterior análise para a verificação da segurança (resistência média à compressão, resistência média ao corte, módulo de elasticidade médio, peso específico médio). A inovação do Regulamento Italiano face ao EC8-3 é a possibilidade de definir estes valores recorrendo a tabelas predefinidas e em função do tipo de alvenaria existente em vez de ser só com base nos valores experimentais obtidos, no caso de existirem. Estas tabelas, inseridas no regulamento, definem intervalos de valores de referência para diversas tipologias de alvenaria e foram elaboradas com base em estudos experimentais e campanhas de levantamento realizadas nas diversas tipologias estruturais existentes no território Italiano.

Na Tabela 19 apresentam-se os critérios para a determinação dos valores médios dos parâmetros mecânicos dos materiais para cada nível de conhecimento e tendo em conta os dados disponíveis, valores experimentais obtidos ou o simples conhecimento do tipo de material existente.

Em complemento às tabelas referidas, que apresentam os valores de referência, é também apresentado em anexo uma outra tabela com coeficientes de correcção das propriedades mecânicas, a utilizar quando existam intervenções na alvenaria que melhorem as suas características (presença sistemática de ligações, reforço com injecções de argamassa, etc.). Todos estes valores foram obtidos com base em dados experimentais disponíveis e existentes nas tipologias mais comuns em Itália.

Os factores de confiança (FC) associados a cada nível de conhecimento são:

Nível de conhecimento LC1 ........................................... FC = 1,35




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Tabela 19 - Definição dos valores médios dos parâmetros mecânicos dos materiais

Nível de conhecimento Resistências Módulo de elasticidade

LC1 O mínimo valor do intervalo apresentado na tabela

O mínimo valor do intervalo apresentado na tabela

LC2 O valor médio do intervalo apresentado na tabela

O valor médio do intervalo apresentado na tabela

LC3 – caso a)

três valores experimentais disponíveis

Considerar valor médio dos valores experimentais

O valor médio dos valores experimentais ou do intervalo apresentado na tabela

Valores experimentais dentro do intervalo – considerar valor médio do intervalo

Valores experimentais superiores aos do intervalo – considerar valor limite superior do intervalo

LC3 – caso b)

dois valores experimentais disponíveis

Valores experimentais inferiores aos do intervalo – considerar valor médio dos valores experimentais


Valor experimental dentro do intervalo ou superior – considerar valor médio do intervalo LC3 – caso c)

um valor experimental disponível Valor experimental inferior ao intervalo –

considerar valor experimental


3.3.6 Avaliação da segurança (anexo2, 11.5)

A avaliação da segurança é um procedimento quantitativo que tem como objectivo verificar se um edifício existente resiste à combinação sísmica de projecto contida na presente norma. A norma fornece os instrumentos para a avaliação de edifícios isolados e os resultados não podem ser estendidos a edifícios pertencentes à mesma tipologia.

Para a avaliação dos edifícios existentes, além da análise sísmica global, a ser efectuada com os métodos previstos para edifícios novos, deve ser considerada uma análise de mecanismos locais, denominados como “primeiro modo de colapso”, tal como representado na Figura 42. Na verificação ter-se-á em conta a experiência, se disponível, obtida a partir da análise do comportamento de edifícios similares que tenham sido sujeitos à acção sísmica no passado.

Figura 42 - Mecanismos de colapso local e mecanismo de colapso global. [37]


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Deve ser tida em conta a existência de edifícios em quarteirão e de edifícios com estrutura mista. Para os primeiros é necessário fazer um levantamento das características do quarteirão e da evolução deste ao longo do tempo.

3.3.6.1 Exigências de desempenho (anexo 2, 11.5.1)

Para edifícios existentes, o Regulamento Italiano segue as mesmas indicações do EC8-3 para as tipologias de betão armado e metálicas, ou seja, indica três Estados Limite a verificar, Danos Limitados (DL), Danos Severos (DS) e Colapso Eminente (CO). Os Estados Limite DL e DS correspondem, respectivamente, aos Estado Limite de Danos (SLD) e Últimos (SLU) utilizado no dimensionamento de edifícios novos.

No caso particular de edifícios em alvenaria refere no entanto não ser necessário verificar o Estado Limite de Colapso Eminente, pois assume-se a verificação implícita deste, caso seja garantida a verificação, em termos satisfatórios, do de Danos Severos. Assim as exigências de desempenho , que passam a ser duas, são definidas com a associação a cada Estado Limite de uma acção sísmica, definida pelo período de retorno, tal como apresentado na Tabela 20.

Tabela 20 - Definição das exigências de desempenho (anexo 2, 2.1 e 2.2)

Estado Limite Descrição do estado de danos Acção Sísmica

(definida pelo período de retorno)

Estado Limite de Danos ou de Danos Limitados

A estrutura apresenta não apresenta danos graves e nem interrupção de uso em consequência de um evento sísmico. Os danos estruturais são insignificantes

Probabilidade de ocorrência entre

10% e 50% em 50 anos

Estado Limite Último ou de Danos Severos

A estrutura apresenta danos graves nos elementos estruturais e não estruturais. Mantém uma resistência e rigidez residual para as acções horizontais e a capacidade total para as cargas verticais.

Probabilidade de ocorrência de

10% em 50 anos

3.3.6.2 Nível de protecção sísmica (anexo 2, 11.5.4.2)

As construções devem ser dotadas de um nível de protecção sísmica diferente em função da sua importância e do seu uso bem como das consequências resultantes dos danos mais ou menos graves por efeito de um evento sísmico. Para tal são definidas categorias de importância às quais é associado um factor de importância que amplifica a acção sísmica de projecto (assumida para uma construção de importância normal). No Regulamento Italiano os factores de importância, comuns para estruturas existentes e novas, são os indicados na Tabela 21.

O regulamento permite que o nível de protecção sísmica requerido para as construções existentes, no caso de ser necessário proceder ao reforço sísmico, possa ser reduzido relativamente ao que se considera para construções novas. É permitido aos governos regionais do território italiano reduzir o nível de protecção sísmica até 65% do estimado para as novas construções (anexo 2, 11.1).


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Tabela 21 - Classes de importância para edifícios (OPCM 3234, anexo 2, tabela 4.3)

Classe de importância

Edifícios Factor de

importância

I Edifícios de importância fundamental para a protecção civil, por ex., hospitais, bombeiros, câmaras, etc.

1,4

II Edifícios importantes face às consequências de um sismo, por ex., escolas, instituições culturais, etc.

1,2

III Edifícios ordinários, que não pertencem às restantes categorias. 1,0

3.3.6.3 Definição da acção sísmica (anexo 2, 11.5.4.2)

A acção sísmica é definida da mesma forma para construções novas e existentes, através de espectros de resposta. Os espectros de resposta são os indicados no EC8-1, com a mesma forma, considerando os coeficientes adequados para os tipos de terreno e o zonamento sísmico em Itália. São possíveis dois tipos de modelação para a acção, apresentados no Capítulo 3:

i. Espectro de resposta elástico correspondente ao terreno e à zona sísmica apropriada;

ii. Espectro de resposta de projecto, que se obtêm do espectro elástico reduzido pelo coeficiente de comportamento (q). Este coeficiente é definido pela expressão (3.9).

q = q0 OSR = q0 u/1 (3.9)

sendo:

q0 o termo proporcional à capacidade de dissipação e deformação, função da tipologia estrutural e da regularidade;

OSR o termo denominado por coeficiente de sobre-resistência, função da configuração estrutural, número de pisos e critérios de modelação. Este coeficiente pode ser definido pela relação u/1 e pode ser determinado através de ensaios experimentais ou modelação numérica via análise estática não linear (pushover) e nunca pode ser superior a 2,5.

u é o valor que afecta a força sísmica horizontal, para o qual, mantendo constante as outras acções, o primeiro painel de alvenaria atinge a sua resistência última (ao corte ou à flexão composta).

1 corresponde a 90% do valor que afecta a força sísmica horizontal, para o qual, mantendo constante as outras acções, o edifício atinge a força máxima resistente.

Utilizado em análises lineares, este coeficiente têm em conta a capacidade dissipativa da estrutura e pode ser considerado, para estruturas existentes de alvenaria, com os seguintes valores:


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q = 2,0u/1 - Edifícios regulares em altura

q = 1,5 u/1 - Restantes edifícios

Quando não se proceda a uma análise não linear, podem-se adoptar os seguintes valores para u/1:

Edifícios em alvenaria ordinária de um piso u/= 1,4

Edifícios em alvenaria ordinária de 2 ou mais pisos u/= 1,8

A definição do coeficiente de sobre-resistência, apresentada anteriormente, é comum para os edifícios de alvenaria novos (anexo 2, 8.1.3) e existentes (anexo 2, 11.5.4.2). No caso dos edifícios existentes, quando não exista um cálculo preciso, pode-se considerar u/= 1,5

Os valores apresentados são resultado de pesquisas efectuadas na sequência da elaboração do novo Regulamento Italiano, nas quais se determinou, para vários tipos de edifícios de alvenaria, a Curva de Capacidade Resistente (Capacity Curve) e o respectivo OSR através de análises numéricas pushover complementadas por ensaios experimentais [59]. A ser adoptados para outras configurações estruturais e outros detalhes construtivos diferentes dos que serviram de base ao estudo italiano, os valores para o coeficiente de comportamento devem ser reavaliados.

Os critérios de regularidade são definidos da mesma forma que para os edifícios novos e para os edifícios existentes. Assim segundo o regulamento (anexo 2, 4.3.1), um edifício de qualquer tipologia é regular se verificarem todas as condições seguintes:

Para regularidade em planta

a) A configuração do edifício em planta é compacta e aproximadamente simétrica nas duas direcções ortogonais, em termos da distribuição de massa e rigidez;

b) A relação dos lados de um rectângulo, onde se inscreve a planta do edifício, é inferior a 4;

c) Pelo menos uma dimensão de uma eventual reentrância não ultrapassa 25% da dimensão total do edifício na direcção correspondente;

d) Os pisos são considerados infinitamente rígidos no seu plano e suficientemente resistentes.

Para regularidade em altura

e) Todo sistema estrutural resistente se mantém ao longo da altura do edifício;

f) A massa e a rigidez mantêm-se constantes ou variam gradualmente, sem variações bruscas, da base ao topo do edifício. A variação de massa entre pisos não excede os 25% e a rigidez entre pisos não diminui mais que 30% e não aumenta mais que 10%.

g) O coeficiente entre a resistência efectiva e a necessária pelo cálculo não difere substancialmente entre pisos. Este coeficiente não deve diferir mais que 20%. Pode-se fazer uma excepção para o último piso de edifícios com pelo menos três pisos.

h) Uma eventual diminuição da planta do edifício ocorre de modo gradual entre dois pisos sucessivos, de acordo com os seguintes limites: em cada piso a diminuição não ultrapassa 30% da dimensão do


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primeiro piso nem 20% do piso imediatamente anterior. Faz-se excepção ao último piso de um edifício de pelo menos quatro pisos, para o qual não se faz restrição à diminuição em planta.

Para os edifícios existentes de alvenaria, foi introduzida uma alteração numa das condições de regularidade, indicadas anteriormente, para melhor adequar à classificação a este tipo de construção e de forma a ser possível aplicar a casos reais. Assim, de acordo com 11.5.4.2, reformula-se a seguinte alínea:

“Os pisos são considerados infinitamente rígidos no seu plano e suficientemente resistentes.”

por:

“Os pisos estão bem ligados às paredes e são dotados de uma rigidez e resistência suficiente no plano”

3.3.6.4 Modelação estrutural (anexo 2, 11.5.4.3)

Os critérios para a modelação estrutural de edifícios existentes de alvenaria são os indicados na secção 4.4, onde se apresentam regras gerais para dimensionamento de construções novas de qualquer tipologia, complementados por indicações específicas para esta tipologia tanto em edifícios novos (secção 8) como em existentes (secção 11). Para os edifícios novos a modelação foca essencialmente os modelos para avaliação do comportamento global e para os edifícios existentes surge a questão da modelação dos mecanismos locais e da modelação do edifício inserido num quarteirão ou grupo de edifícios e edifícios de tipologia mista (por ex. alvenaria e madeira, alvenaria e aço, alvenaria e betão, etc.).

3.3.6.4.1 Comportamento global

Na generalidade, a modelação estrutural de uma estrutura de um edifício deve representar de forma adequada a distribuição de massa e rigidez efectiva, considerando caso seja apropriado o contributo dos elementos não estruturais. O modelo deverá ser constituído por elementos resistentes do tipo viga ou parede ligados aos diafragmas horizontais. Se os diafragmas forem suficientemente rígidos, os graus de liberdade do edifício podem ser reduzidos a três por piso concentrando a massa e o momento de inércia no centro de gravidade de cada piso. Se for regular em planta o edifício pode ser modelado com dois modelos planos independentes, um por cada direcção ortogonal. Deve ser considerada uma excentricidade adicional para ter em conta os efeitos da torção (anexo 2, 4.4).

Para o caso de edifícios com a tipologia de alvenaria (secção 8), a modelação depende também do método de análise a utilizar na verificação da segurança (secção 8.1.5).

Se for efectuada uma análise linear (secções 8.1.5.2 e 8.1.5.3), a rigidez dos elementos em alvenaria será calculada considerando o contributo da flexão e do corte. É preferível a utilização da rigidez em estado fissurado e, na ausência de uma avaliação mais correcta, deve ser assumida como metade da rigidez em estado não fissurado.

A rigidez e resistência dos pisos em cada direcção deve ser avaliada e considerada no modelo. Se os pisos forem considerados rígidos no seu plano, o modelo estrutural poderá ser constituído por paredes de alvenaria contínuas da fundação ao topo e contraventadas, ao movimento de translação, ao nível dos pisos (cantilever


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method). Os pisos podem ser considerados infinitamente rígidos e resistentes se forem verificados os seguintes requisitos, excepto se for feita uma análise mais aprofundada pelo projectista:

i. Estrutura em betão armado;

ii. Estrutura em pavimento aligeirado (abobadilhas de argila expandida e vigotas) com lamina de betão de 40mm;

iii. Estrutura mista com lamina de betão de 50mm e conectores correctamente dimensionados e ligados aos elementos estruturais do piso, em estrutura metálica ou madeira;

iv. Piso em que as aberturas existentes não diminuam significativamente a rigidez.

Para os restantes casos, outras soluções construtivas, a hipótese de piso infinitamente rígido deve ser validada e justificada pelo projectista.

No caso de utilização de métodos de análise não linear (secções 8.1.5.4 e 8.5.1.5) o modelo estrutural deve representar o comportamento não linear da estrutura, justificando todas as opções tomadas, nomeadamente no que respeita à correcta representação do comportamento dinâmico e de dissipação de energia da alvenaria. As paredes podem ser caracterizadas por um comportamento bi-linear elástico perfeitamente-plástico, com uma capacidade equivalente no limite elástico e deslocamentos nos limites elásticos e últimos, definidos através da resposta em flexão ou corte, de acordo com o indicado nas secções 8.2.2 e 8.3.2.

Para edifícios até dois pisos, cada piso pode ser analisado separadamente. Caso contrário, o modelo deve ter em conta os efeitos da variação das forças verticais devido à acção sísmica e deve garantir o equilíbrio local e global.

No caso de edifícios existentes em alvenaria emergem algumas particularidades que devem ser tidas em conta na modelação estrutural. O Regulamento Italiano menciona em particular, a presença de edifícios em quarteirão, típico de centros históricos, e edifícios de sistemas estruturais mistos, como resultado de transformações sucessivas e de sistemas de construção recentes. Considera também que os métodos de análise global, usualmente utilizados para a avaliação da segurança de outras tipologias estruturais, podem não ser apropriados para edifícios existentes em alvenaria onde deve ser considerada a eventualidade de acontecerem mecanismos de colapso locais, para os quais será sempre necessário realizar uma verificação da segurança.

No modelo de um edifício existente podem ser incluídos os lintéis de alvenaria da fachada (mansonry spandrels) caso sejam verificadas seguintes condições (secção 11.5.4.4):

i. O lintel está bem ligado às paredes que o suportam;

ii. O lintel é suportado por um anel de contraventamento ao nível dos pisos ou uma viga resistente à flexão e bem ligada aos elementos verticais;

iii. Se existir a possibilidade de ter no lintel, um mecanismo resistente com diagonais de compressão, que necessite, no entanto, do equilíbrio da componente horizontal de compressão, por exemplo através de tirantes metálicos ou por meio de elementos resistentes à tracção junto do lintel.


80

3.3.6.4.2 Mecanismos locais (anexo 2, 11.5.4.3.1)

Em edifícios antigos de alvenaria são normalmente inexistentes as ligações regulares entre paredes ao nível dos pisos. Isto implica numa possível vulnerabilidade, no que respeita a mecanismos locais, que pode resultar não só em colapso para fora do plano de painéis simples de alvenaria mas também de largas porções do edifício (derrubamento de paredes internas, derrubamento de paredes elevadas existentes em edifícios com altura variável, colapso parcial nos cantos do edifício de extremidade). Apesar de as construções em alvenaria apresentarem uma grande variedade de tipologias, dimensão e materiais observa-se que os danos após um evento sísmico são devidos recorrentemente a mecanismos locais, para os quais devem ser feitas as verificações. Apresentam-se na Figura 43 e Figura 44 alguns exemplos de mecanismos locais em edifícios.

Figura 43 - Mecanismos locais em edifícios existentes em grupo [24]

Figura 44 - Mecanismos locais em edifícios existentes [35]

O Regulamento Italiano obriga a verificação destes mecanismos locais para a verificação da segurança. A modelação destes mecanismos pode ser feita através de uma análise limite por equilíbrio da estrutura de


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alvenaria, considerada como um corpo rígido não resistente à tracção, baseada numa abordagem ou análise cinemática e no método dos “macro elementos”[25], tal como representados na Figura 45. A débil resistência à tracção da alvenaria resulta num colapso devido à perda de equilíbrio, cuja estimativa não depende significativamente da deformabilidade da estrutura mas sim da geometria e das restrições. Assim o modelo a considerar para este tipo de mecanismo será um corpo rígido onde se impõem as condições de fronteira adequadas e se aplicam as forças sísmicas e gravíticas correspondentes ao elemento.

Figura 45 - Imagens de modelos cinemáticos e macro elementos de uma fachada [24]

3.3.6.4.3 Grupos de edifícios (anexo 2, 11.5.4.3.2)

Segundo o Regulamento Italiano, um grupo de edifícios (building aggregates) é constituído por uma reunião de partes, resultado de uma origem articulada e não unitária, devido a múltiplos factores, tais como, sequência da construção, diferentes materiais, exigências distintas, diferentes donos ou proprietários, etc. Os edifícios em grupo podem ser em linha ou em formação mais complexa, como se apresenta na Figura 46 e Figura 47.

Figura 46 - Exemplo de: a) edifício isolado; b) edifícios em banda; c) edifício complexo ou em grupo [27]


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Figura 47 - Exemplos de grupo de edifícios [27]

O Regulamento Italiano refere que na análise de um edifício que faça parte de um grupo de edifícios deve ser tida em conta a possível interacção devido à continuidade estrutural com os edifícios adjacentes, ligados ou encostados. Para tal deverá ser individualizada preliminarmente a unidade estrutural (UE) que é objecto de estudo, evidenciando as acções que possam actuar em resultado das unidades contíguas.

Quando necessário, esta análise preliminar deve considerar o grupo inteiro de forma a identificar as ligações espaciais fundamentais, com particular atenção para o contexto e os mecanismos de justaposição e super imposição. Em particular, o processo de investigação de grupos de edifícios deve ser desenvolvido através da identificação de vários níveis de informação, tais como:

i. As relações entre os processos de “agregação” e a organização dos “tecidos das construções” e a evolução do sistema viário (das ruas);

ii. Os principais eventos que influenciaram os aspectos morfológicos das construções históricas (fontes históricas);

iii. A morfologia das ruas com o levantamento do curso, largura, desvios em planta, fachadas desalinhadas;

iv. A disposição e hierarquia dos pátios, com a determinação do tipo de acesso, directo ou através do hall de entrada, e a localização das escadas exteriores;

v. O alinhamento das paredes com a verificação da ortogonalidade relativamente à rua, identificação de prolongamentos, rotação, intersecção e deslizamento dos eixos das paredes. Estas informações ajudam a identificar as paredes em termos da sua antiguidade e assim definir as suas ligações;

vi. As relações espaciais de células unitárias de alvenaria, tal como as zonas regulares, as repetições e a modelação dos vários pisos, de forma a ajudar na distinção das células originais daquelas que foram sendo sucessivamente adicionadas;

vii. A forma e a posição das aberturas nas paredes de fachada em termos de eixo, simetria e repetição. Isto ajuda a determinar as zonas frágeis nos caminhos de carga, bem como revela as modificações efectuadas ao longo do tempo;


83

viii. O desalinhamento de paredes, paredes que descarregam em pisos, níveis dos vários pisos, com o intuito de identificar as fontes de danos resultantes das cargas verticais e acções sísmicas, bem como a formulação da interpretação dos mecanismos de agregação.

Para identificar a unidade estrutural dever-se-á ter em conta a homogeneidade do comportamento estrutural dessa porção do grupo ou conjunto, relativamente às acções estáticas ou dinâmicas. Para tal é importante identificar a tipologia estrutural e o estado de conservação dos elementos característicos, de forma a direccionar o projecto de intervenções para soluções congruentes com configuração estrutural original.

A identificação da unidade estrutural tem que ser estabelecida caso a caso, de acordo com a forma do edifício de referência ao qual esta pertence (composto por 1 ou mais unidades de propriedade), a qualidade consistência das intervenções esperadas e com o critério de minimizar a “separação ou fragmentação” em intervenções únicas ou isoladas. O projectista definirá a dimensão mínima da operação, que pode incidir sobre a totalidade das unidades imobiliárias que constituem o sistema ou por vezes a zonas mais ou menos extensas do tecido urbano.

De qualquer forma, a unidade estrutural, tem que ter continuidade vertical no que respeita aos caminhos de carga para as cargas verticais e, por regra, será delimitada por espaços abertos, juntas estruturais ou edifícios adjacentes de diferentes tipologias estruturais, materiais e épocas de construção.

Para as interacções estruturais com os edifícios adjacentes, deve ser tido em conta o seguinte:

i. Cargas, horizontais e verticais na presença da acção sísmica, provenientes dos pisos ou paredes de unidades estruturais adjacentes;

ii. Pressões horizontais (ou impulsos) provenientes de arcos e abóbadas pertencentes a unidades estruturais adjacentes;

iii. Pressões horizontais (ou impulsos) provenientes de arcos invertidos (counteracting arches) ou de tirantes ancorados noutros edifícios.

A representação da unidade estrutural através de plantas, alçados e secções permitirá a avaliação da distribuição das tensões e a interacção com as unidades estruturais adjacentes.

Como complemento ao que é normalmente considerado para edifícios isolados, devem ser tidos em conta os seguintes efeitos:

i. Pressões horizontais (ou impulsos) não equilibradas em paredes comuns, devido à existência de pisos com níveis diferentes em altura;

ii. Efeitos locais causados por desalinhamento de fachadas ou devido a diferentes alturas ou rigidez entre unidades estruturais adjacentes;

iii. Acções de derrubamento ou translação que afectem as paredes na unidade estrutural de canto ou extremidade.

Deverá ser considerada a possibilidade de impacto entre unidades estruturais adjacentes.

O regulamento indica que a análise de uma unidade estrutural de acordo com os métodos utilizados em edifícios isolados, sem uma modelação adequada, ou com um modelo aproximado de interacção com os edifícios adjacentes, é conservativa. Consequentemente indica que a análise da capacidade sísmica global


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da unidade estrutural pode ser avaliada através das metodologias simplificadas descritas na secção do regulamento correspondente a “11.5.5.1 - verificações globais simplificadas para edifícios em grupo”.

Estas verificações simplificadas são realizadas com base em modelos também simplificados que dependem da possibilidade de considerar os pisos como rígidos ou como flexíveis. No primeiro caso pode ser elaborado um modelo global, tendo em conta os critérios indicados neste texto em “3.3.5.4.1 – comportamento global”, enquanto que no caso de pisos flexíveis as paredes isoladas ou o sistema complanar de paredes são modeladas como uma estrutura independente sujeita às acções verticais relevantes e à acção sísmica na direcção paralela à parede.

3.3.6.4.4 Edifícios mistos

Na categoria de edifícios existentes, alguns podem ser considerados como mistos, nomeadamente:

i. Edifícios cujas paredes exteriores são em alvenaria resistente e a estrutura interna vertical é composta por pilares/colunas em aço ou betão armado;

ii. Edifícios em alvenaria que foram sujeitos a um aumento de altura recorrendo a um sistema estrutural em aço ou betão armado ou o edifício tem tipologia estrutural em aço ou betão armado e a parte ampliada é em alvenaria;

iii. Edifícios que tiveram uma ampliação em planta com um sistema estrutural em aço ou betão armado e está ligado à estrutura original e existente em alvenaria.

Nestes casos, é necessário fazer uma modelação que tenha em conta, de forma adequada, as particularidades identificadas. No regulamento não existe uma indicação concreta quanto a critérios de modelação para este tipo de edifícios. É uma questão que deve ser estudada recorrendo a bibliografia especializada na área e que depende grandemente da experiência do técnico que desenvolve o estudo e o projecto de reabilitação do edifício existente.

3.3.6.4.5 Reforço

Refere o regulamento que os modelos utilizados para elementos reforçados devem ser justificados pelo projectista.

3.3.6.5 Métodos de análise

Os efeitos da acção sísmica num edifício têm que ser combinados com os efeitos das cargas permanentes e variáveis. A resposta sísmica global de um edifício existente em alvenaria pode ser avaliada recorrendo aos métodos indicados para as construções novas (secção 4) tendo em conta os complementos adequados à tipologia estrutural de alvenaria, tanto para construções novas (secção 8) como existentes (secção 11).


85

3.3.6.5.1 Métodos para análise global

Os métodos para análise da resposta global indicados no Regulamento Italiano são os iguais aos preconizados no EC8:

i. Análise estática linear

ii. Análise dinâmica linear

iii. Análise estática não linear

iv. Análise dinâmica não linear

A explicação dos diferentes métodos de cálculo já foi dada no Capítulo 2 (secção 2.8). Referem-se somente algumas definições complementares.

Relativamente aos critérios de aplicabilidade das análises estáticas lineares, estes são:

Regularidade em altura, cujos critérios foram definidos em 3.3.6.3, com excepção do ponto g);

Limitação da contribuição dos modos de vibração de ordem superior para a resposta da estrutura através da limitação do período fundamental T1 < 2,5TC.

No Regulamento Italiana as forças estáticas são definidas de acordo com as equações (3.10) e (3.11).

jj

iihi Wz

WzFF (3.10)

g

WTSF dh.1 (3.11)

Onde:

Fi é a força a aplicar no piso i; Wi e Wj são os pesos da massa nos pisos i e j respectivamente; zi e zj são as alturas dos pisos i e j relativamente às fundações; Sd (T1) é a ordenada do espectro de resposta de projecto; W é o peso total da construção; = 0,85 se o edifício tem pelo menos três pisos e se T1 < 2TC; = 1,00 nos restantes casos.

Para a realização das análises estáticas não lineares, o regulamento prevê somente uma verificação de deslocamento global (e não em elementos isolados) para edifícios de alvenaria. Se os edifícios de alvenaria, com menos de três pisos, tiverem um comportamento estrutural dominado pelo corte nas paredes, cada piso deve ser avaliado separadamente. Não é limitada a aplicação destas análises.


86

3.3.6.5.2 Métodos para análise de mecanismos locais

Para a análise da resposta de um edifício existente em alvenaria em termos de mecanismos locais, devem ser utilizados modelos adequados.

No caso de edifícios novos em alvenaria, o regulamento indica que recorrendo a análises lineares as verificações para fora do plano podem ser realizadas separadamente da análise global. Assumem-se forças equivalentes tal como indicado para elementos não estruturais, assumindo um coeficiente de comportamento qa = 3.

Assim a força sísmica perpendicular às paredes deve ser representada por uma força horizontal distribuída igual a (3.12) e por uma força horizontal concentrada igual a (3.13)

a

Ia

qS x h (3.12)

a

Ia

qS x W (3.13)

Sendo:

h a altura da parede;

W o peso transmitido pelos pisos suportados pelas paredes se estas forças não são transmitidas eficientemente às paredes laterais paralelas à direcção da acção sísmica;

gSa

TT

HZ

gSa

S g

a

ga

5.0

11

13

2

1

(3.14)

ag S é a aceleração de projecto do solo Z altura do baricentro do elemento em relação à fundação H altura da estrutura g aceleração da gravidade Ta o primeiro período de vibração do elemento na direcção considerada, avaliado mesmo que de modo aproximado T1 o primeiro período de vibração da estrutura na direcção considerada

Para edifícios existentes em alvenaria, o colapso local devido à acção sísmica ocorre devido à perda de equilíbrio em partes das alvenarias e ocorre devido à actuação de forças perpendiculares às mesmas. A verificação destes mecanismos só faz sentido se for prevenida a desagregação da alvenaria (Figura 48) garantindo assim um comportamento monolítico das mesmas.


87

Figura 48 - Exemplo de desagregação de uma alvenaria de pedra [38]

O Regulamento Italiano apresenta no Anexo 11.C, um método baseado no teorema de análise limite de estruturas, na forma cinemática, vocacionado para a execução da análise sísmica em alvenarias. Este método proposto aplica o princípio dos trabalhos virtuais para cada mecanismo de colapso possível (através da abordagem por macro-elementos), permitindo assim estimar a capacidade sísmica em termos de resistência (análise cinemática linear) ou em termos de deslocamentos através do cálculo dos deslocamentos finitos (análise cinemática não-linear).

Para cada mecanismo local possível, e considerado como significativo para o edifício, o método proposto pode ser subdividido nos seguintes passos:

Idealização e transformação de uma parte da construção (sub-estrutura, por exemplo uma parede de fachada) num mecanismo cinemático definido por um sistema de um grau de liberdade. Esta transformação é feita através da identificação de mecanismos de dano e colapso (cadeia cinemática). Estes mecanismos correspondem a corpos rígidos (macro-elementos), definidos por planos de fractura que surgem devido à fraca resistência à tracção da alvenaria, capazes de movimentos de rotação ou deslizamento independentes;

Cálculo do coeficiente estático horizontal multiplicativo das forças verticais, 0, que activa o mecanismo (Estado Limite de Dano), através da aplicação do princípio dos trabalhos virtuais;

Cálculo da evolução do coeficiente multiplicativo, , com o aumento do deslocamento do ponto de controlo da cadeia cinemática, dk, escolhido usualmente na proximidade do centro de gravidade, até ao anulamento da capacidade para resistir à força sísmica horizontal;

Transformação da curva assim obtida, na curva de capacidade (do sistema de um grau de liberdade equivalente), ou seja em acelerações e deslocamentos espectrais, a* e d*, através do cálculo do deslocamento último para o mecanismo de colapso, d*u (Estado Limite Último);

Verificação da segurança através do controlo da compatibilidade dos deslocamentos e/ou das resistências obtidas na estrutura.

No caso da aplicação de forças externas constantes a curva de capacidade será linear. Caso se aplique um sistema de forças externas variáveis, a curva de capacidade será definida por diversos troços lineares.

3.3.6.6 Verificação da segurança

Para a verificação da segurança sísmica de edifícios existentes em alvenaria é obrigatória a avaliação da existência de mecanismos locais além da verificação da segurança global através dos métodos globais. Estes métodos globais são os indicados para as construções novas de alvenaria (secção 8.1.6 e 8.2.2) com a


88

consideração de algumas alterações adequadas às construções existentes de alvenaria (secção 11.5.8). Relativamente aos mecanismos locais a norma apresenta um método no Anexo 11.C. No caso de edifícios em grupo são aplicados os métodos de verificação global simplificada, indicados no regulamento em 11.5.5.1.

A segurança é verificada através da comparação entre capacidades e exigências que, no caso de análises lineares, correspondem a resistências e, nas análises não lineares, correspondem a deslocamentos.

3.3.6.6.1 Verificação da segurança global (anexo 2, 8.1.6, 8.2.2, 11.5.8)

Nas análises lineares e para verificação dos Estados Limite Últimos devem-se ter em conta, para cada elemento estrutural (paredes), os seguintes modos de colapso: flexão, corte e flexão para fora do plano. A verificação para fora do plano deve ser considerada mesmo para paredes que não são resistentes às acções horizontais. No cálculo das exigências é permitida uma redistribuição de esforços de corte na base das paredes e no cálculo das capacidades resistentes consideram-se os modelos de capacidade (capacity models) utilizados para estruturas novas de alvenaria regular introduzindo os complementos adequados a estruturas de alvenaria existente.

Nas análises estáticas não lineares a verificação da segurança consiste na comparação entre os deslocamentos últimos e o deslocamento obtido pela análise, de acordo com o definido na secção 4.5.4 da norma. Nesta secção definem-se os critérios para efectuar análises estáticas não lineares, nomeadamente a determinação das características do sistema bi-linear equivalente, a construção da curva de capacidade F-d (ou diagrama bilinear equivalente), o cálculo do deslocamento máximo do sistema e a conversão da resposta do sistema equivalente na efectiva do edifício.

A rigidez elástica do sistema bilinear equivalente deve ser calculada considerando a secante à curva de capacidade no ponto correspondente a um valor de corte na base igual a 70% do valor máximo. A parte horizontal da curva bilinear é determinada fazendo o equilíbrio das áreas sob cada curva e estendendo-se até ao deslocamento último do sistema, tal como representado na Figura 49.

Figura 49 - Sistema e diagrama bilinear equivalente [in OPCM 3431]


89

A verificação da segurança não é satisfeita caso o coeficiente entre a força da resposta inelástica e a força

de cedência do sistema equivalente for superior a 3,0. Ou seja, se 0,3*

**)(*

y

e

FmTS

q , com os

elementos da equação definidos na norma em 4.5.4.

No caso de análises dinâmicas não lineares a verificação da segurança é feita através da comparação entre a capacidade em deslocamentos e os deslocamentos impostos pela acção sísmica e calculados pela análise.

Para edifícios novos de alvenaria a verificação da segurança é automática no caso de edifícios simples de alvenaria (simple mansonry buildings), secção 8.1.9. Para edifícios existentes o regulamento indica em 11.5.10 condições que complementam as indicadas para as construções novas, que a serem verificadas garantem a verificação automática da segurança.

3.3.6.6.2 Verificação da segurança aos mecanismos locais (anexo 2, anexo 11.C)

Fora do plano, o regulamento considera a existência de um mecanismo de rotura local denominado por 1º modo de colapso, cuja verificação é obrigatória. No Anexo 11.C propõe uma metodologia para a verificação deste modo de colapso, que é devido essencialmente a perda de equilíbrio. A verificação da segurança é efectuada através da comparação entre capacidades e exigências, que são calculadas de forma diferente para cada estado limite.

As capacidades são calculadas a partir da curva de capacidade (capacity curve) do sistema equivalente com base nos seguintes pontos:

Estado Limite de danos – a aceleração espectral, a*0, correspondente à activação do mecanismo de colapso;

Estado limite último – o deslocamento espectral, d*, correspondente ao mínimo de entre os seguintes:

a) 40% do deslocamento para o qual o multiplicador horizontal da força = 0;

b) O deslocamento correspondente à instabilidade local dos elementos estruturais.

A verificação da segurança é efectuada considerando uma verificação simplificada linear, com coeficiente de comportamento (análise cinemática linear), ou verificação não linear (análise cinemática não linear), definidas no anexo 11.C. A primeira consiste na verificação de:

HZ

qSa

a g 5,11*0 (3.15)

Onde:

ag S, corresponde à ordenada da aceleração espectral para T = 0;

q é o coeficiente de comportamento, considerado como 2,0 para a verificação do estado limite último e 2,5 para o estado limite de danos;

Z a altura do centro de gravidade de todas as massas envolvidas no mecanismo, relativamente ao solo;


90

H a altura total do edifício.

A segunda verificação consiste na aplicação de um procedimento estático não linear, baseado na definição de um período secante efectivo do mecanismo, Ts, e a consequente exigência em termos de deslocamento, d(Ts), avaliado com base num espectro de resposta elástico, similar aquele adoptado na verificação de elementos secundários (definido na secção 4.9 do regulamento).

Qualquer um dos procedimentos permite também o cálculo da aceleração espectral, ag, correspondente à obtenção do estado limite último do mecanismo.

Um dos principais critérios para a intervenção de reabilitação sísmica será a inserção de elementos de reforço que garantam que aquela aceleração, ag, é superior à obtida para o estado limite último associado a uma resposta global da estrutura.

3.3.6.6.3 Verificação da segurança global simplificada para edifícios em grupo (anexo 2, 11.5.5.1)

No caso da existência de pisos suficientemente rígidos, as verificações convencionais para os Estados Limite de Serviço e Últimos de um edifício num grupo ou quarteirão, ou seja de uma unidade estrutural, pode ser realizada utilizando análises estáticas não-lineares. Analisa-se e verifica-se separadamente cada andar negligenciando a variação da carga axial devido à acção sísmica nos montantes de alvenaria. Isto é válido mesmo para edifícios com mais de dois pisos.

A análise também pode ser realizada, desprezando o efeito da torção, assumindo que os pisos só podem ter translação na direcção da acção sísmica, excepto no caso de edifícios de canto ou de topo e de partes do edifício que não estão contraventadas ou ligadas a outra unidade estrutural. É exemplo disto os pisos superiores de um edifício de altura superior aos adjacentes.

No caso de pisos flexíveis, deve ser feita a análise das parcelas isoladas ou do sistema complanar de paredes que constituem o edifício. Cada parede deve ser analisada como uma estrutura independente sujeita às cargas verticais relevantes e a acção sísmica na direcção paralela à parede. A análise e verificação de cada parede isolada deve seguir os critérios utilizados no cálculo de paredes de alvenaria ordinária, em novas construções com os complementos indicados para as estruturas existentes, isto é, utilizando os modelos de capacidade adequados.

3.3.6.7 Cálculo de capacidades resistentes

As resistências de cálculo são obtidas, dependo do método utilizado, pelo seguinte:

Dividindo os valores médios pelos respectivos factores de confiança e os coeficientes de segurança parciais dos materiais, no caso de uma análise elástica considerando o factor de comportamento, ou seja, considerando a acção sísmica definida pelo espectro de resposta reduzido ou de projecto;

Dividindo os valores médios pelo respectivo factor de confiança, no caso de uma análise não linear.

Os valores médios das propriedades dos materiais são os obtidos pelos ensaios in situ ou recorrendo a tabelas com base na recolha de informação e definição do nível de conhecimento da estrutura.


91

Para análises lineares e para efeitos da verificação do Estado Limite Último, a capacidade das paredes é calculada através dos modelos de capacidade indicados nos pontos seguintes, em termos de resistência ao corte ou à flexão.

Na análise não linear estática (pushover) as capacidades são calculadas de forma diferente para os dois estados limites e efectuadas com base na curva de capacidade (capacity curve) obtida pela análise:

Estado Limite de Danos – O menor valor entre o deslocamento correspondente a atingir a força máxima e o deslocamento para o qual o deslocamento relativo entre dois pontos na mesma vertical pertencente a dois pisos consecutivos excede 0,003h.

Estado Limite Último – o deslocamento correspondente a uma redução da força não superior a 20% da máxima. Para cada painel de parede o deslocamento último para acções no plano será 0,004h no caso de rotura por corte e 0,006h no caso de rotura por flexão.

3.3.6.7.1 Modelos de capacidade para avaliação de paredes de alvenaria

São indicados os mesmos modelos utilizados para o cálculo de edifícios novos em alvenaria ordinária (secção 8.2.2), considerando alguns complementos adequados às estruturas de alvenaria existentes (11.5.8).

Figura 50 - Mecanismos de rotura em paredes: a) à flexão; b) ao corte [39]

Momento último ou de colapso para uma secção rectangular sujeita à flexão composta

du f

tLM

85.01

200

2 (3.16)

Sendo: L = dimensão total da parede t = espessura da parede

tL

P.0 = tensão axial média, referente à área total da secção.

P positivo se for de compressão, P = 0 se for de tracção.

m

kd

ff

= resistência de cálculo à compressão da alvenaria.

a)

b)


92

Corte

td

td

d

dt fb

ftL

btLV 0

0

00 1.5.1

15.1

.

(3.17)

Sendo: L = dimensão total da parede t = espessura da parede

tL

P.0 = tensão axial média, referente à área total da secção.

P positivo se for de compressão, P = 0 se for de tracção. ftd=1,5 0 = resistência de cálculo à tracção da alvenaria para fendilhação diagonal. 0d = correspondente resistência ao corte de referência, da alvenaria. b = coeficiente de correcção ligado à distribuição de tensões na secção, dependente da esbelteza

da parede. Pode-se considerar 5,10,1 Lhb sendo h a altura da parede.

Flexão composta para fora do plano

O valor do momento último para acções perpendiculares ao plano da parede será calculado assumindo um diagrama de compressão rectangular, um valor da resistência de 0,85fd e desprezando a resistência à tracção da alvenaria, sendo fd definido da mesma forma que para o calculo de Mu.

3.3.6.7.2 Modelos de capacidade para lintéis de alvenaria (anexo 2, 8.2.2.4)

A capacidade resistente dos lintéis de alvenaria sujeitos a um esforço de compressão conhecido, é determinada da mesma forma que para as paredes de alvenaria, utilizando as mesmas expressões.

Caso não seja possível determinar a força de compressão, a que está sujeito o lintel, através do modelo (quando a análise é levada a cabo num modelo de elementos finitos barra com a hipótese de pisos infinitamente rígidos no plano), mas existam elementos resistentes à tracção na proximidade do lintel (tirantes metálicos ou vigas de betão), a resistência pode ser calculada considerando os valores associados a mecanismos de rotura à flexão ou ao corte, calculados pelas expressões 3.18 e 3.19. Os mecanismos de rotura associados são representados na Figura 49, sendo a) rotura por corte, b) rotura por flexão sem a presença de elementos horizontais que absorvam as forças de tracção e c) rotura por flexão para o caso de existirem esses elementos horizontais.

a) b) c)

Figura 51 - Mecanismos de rotura de lintéis de alvenaria [39]


93

0.. vdfthVt (3.18)

LM

Vp u2 (3.19)

VRd = min (Vt ; Vp) (3.20)

Sendo:

Vt = esforço de corte associado a um mecanismo de rotura por corte; Vp = esforço de corte associado a um mecanismo de rotura por flexão;

thfHhHM

hd

ppu .85.0

12

, momento resistente máximo associado a um mecanismo de flexão,

na presença de elementos horizontais resistentes à tracção que equilibrem as forças de compressão existentes no lintel;

htf

Hhd

p 4.0tracção à horizontal elemento no força

min ;

m

hkhd

ff

= resistência de cálculo à compressão na direcção horizontal (no plano da parede). Se

for análise estática não-linear, considera-se o valor médio fhm.

m

vkvd

ff

00 = resistência de cálculo ao corte na ausência de compressão. Se for análise estática

não-linear, considera-se o valor médio fvmo. h = altura da secção do lintel; L = vão livre do lintel;

3.3.6.7.3 Modelos de Capacidade para reforço

Os factores de confiança utilizados devem corresponder aos níveis de conhecimento descritos anteriormente. Em particular, avaliações efectuadas com base em dados retirados de literatura sem recurso a inspecções experimentais, requerem o uso de factores de confiança correspondentes ao nível de conhecimento LC1.

3.3.6.8 Calculo de exigências

Nas análises lineares, e no caso de se considerarem os pisos como rígidos no seu plano, permite-se a redistribuição dos esforços de corte na base das paredes ao nível do mesmo piso, desde que se respeite o equilíbrio global, ou seja, desde que se mantenha o valor total do corte e a posição da resultante. O valor absoluto da variação do corte em cada parede (V), devido à redistribuição, deve ser, no máximo, 25% do corte na parede isolada (V) ou 10% do corte total do piso (Vfloor). As percentagens de redistribuição foram adoptadas de forma a se aproximarem os valores dos esforços de corte obtidos pela análise linear aos valores obtidos pela análise não-linear. Implicitamente, esta redistribuição é proporcional à reserva de resistência disponível em cada parede. No caso de pisos flexíveis, a redistribuição só pode ser feita entre painéis de paredes complanares ligados por tie-beams, tirantes de aço ou pertencentes à mesma parede.


94

Neste caso o corte total do piso a considerar no cálculo dos limites de redistribuição (Vfloor) será a soma dos esforços de corte nas paredes complanares.

Para as análises não lineares as exigências são calculadas directamente pela análise, sem redistribuição.

3.3.6.9 Verificações

Apresenta-se na Tabela 22 um resumo das condições para a verificação da segurança de edifícios de alvenaria existentes tendo em conta o Estado Limite a verificar e o método de análise utilizado.

Tabela 22 - Quadro resumo para a verificação da segurança de edifícios existentes

Critérios

Exigências < Capacidades Estado Limite Método de análise

Exigências Capacidades

Linear

Por cada elemento:

Momento actuante no plano e fora do plano.

Esforço de corte com ou sem redistribuição.

Para cada painel de parede:

Rotura à flexão = Mu

Rotura por corte = V Global

Não linear Deslocamentos últimos.

Para cada painel de parede:

Rotura por corte: 0,004h

Rotura por flexão: 0,006h

Cinemática linear

H

ZSga5,11

0,2

a*0 (aceleração espectral correspondente à activação do mecanismo)

Último

Mecanismos locais

Cinemática não linear

d (Ts) (deslocamento do mecanismo, avaliado através de um espectro resposta elástico)

du* (deslocamento último do mecanismo, aferido pela curva de capacidade do sistema equivalente).

Linear - -

Global Não linear Deslocamento

O menor valor entre:

Deslocamento correspondente a atingir máxima força

Deslocamento para o qual o deslocamento relativo entre dois pontos na mesma vertical pertencente a dois pisos consecutivos excede 0,003h

De danos

Mecanismos locais Cinemática linear

H

ZSga5,11

5,2

Aceleração espectral do espectro de resposta elástico.

a*0 (aceleração espectral correspondente à activação do mecanismo)


95

3.3.7 Intervenção (Anexo 2, 11.5.6)

O Regulamento Italiano apresenta uma listagem bastante extensa de técnicas de reparação e reforço vocacionadas para os edifícios existentes em alvenaria. Esta listagem é apresentada em termos gerais na secção 11.5.6, onde se definem tipos de intervenção possíveis, e aprofundada no Anexo Informativo 11.E onde se indicam os critérios e instruções para a aplicação das técnicas mais comuns disponíveis no mercado, agrupadas de acordo com a sua finalidade, nomeadamente intervenções:

Que melhorem as ligações; Que reduzam e eliminem pressões horizontais, Que rigidifiquem os diafragmas horizontais (pisos); Que melhorem a estrutura da cobertura e as suas ligações às paredes;

De referir que estas técnicas apresentadas não são de aplicação obrigatória, pelo simples facto de estarem listadas na norma. Na realidade a lista tem um cariz mais indicativo e não exaustivo tendo como principal função a de fomentar uma melhoria da “cultura de reforço sísmico” entre os profissionais do sector [37]

3.3.7.1 Critérios gerais de escolha (anexo 2, 11.5.6.1)

A escolha do tipo, técnica, extensão e urgência da intervenção depende dos resultados da fase anterior de avaliação tendo em conta os seguintes aspectos adicionais:

Deve ser adequadamente consolidada ou substituída a alvenaria com qualidade insuficiente para suportar as forças verticais e horizontais a que está sujeita;

Devem ser tornadas eficazes as ligações inadequadas entre os pisos ou pavimentos e paredes ou entre as coberturas e paredes;

Devem ser feitas intervenções nas ligações entre paredes que se intersectam; Devem ser reduzidas ou eliminadas, através de dispositivos adequados, as pressões horizontais

devido a coberturas, arcos e abóbadas; Devem ser eliminados os elementos com grande vulnerabilidade, nos quais não é possível intervir; No caso de edifícios muito irregulares são necessárias intervenções que rectifiquem estas situações

desfavoráveis; A transformação de pisos flexíveis em rígidos envolve uma distribuição diferente das forças

actuantes nas paredes, que pode ser favorável ou desfavorável dependente da geometria da estrutura. Este facto deve ser adequadamente considerado na modelação e análise;

São sempre desejáveis as intervenções com a finalidade de melhorar a capacidade de deformação dos elementos isolados (ductilidade);

É necessário verificar que a introdução de reforços locais não reduzem a ductilidade global da estrutura.


96

3.3.7.2 Tipos de intervenção (Anexo 2, 11.5.6.2 e Anexo 11.E)

As intervenções podem pertencer a uma das seguintes categorias gerais ou à combinação destas.

Reforço, substituição ou reconstrução de parte dos elementos, com o intuito de; o Redução das deficiências das ligações em elementos estruturais ou não estruturais; o Redução das pressões horizontais devido a arcos e abóbadas; o Aumento da resistência de paredes de alvenaria; o Aumento da resistência da alvenaria em torno de aberturas; o Reabilitação das fundações; o Reabilitação das coberturas; o Etc ...

Modificação da organização estrutural através de adição de novos elementos estruturais resistentes, tais como:

o Novas paredes de alvenaria; o Contraventamentos em estrutura metálica; o Etc ...

Modificação da organização estrutural através de: o Aumento ou ampliação de juntas; o Eliminação de elementos particularmente vulneráveis; o Eliminação de potenciais soft-storeys; o Rigidificação dos pisos.

Transformação de elementos não estruturais em estruturais; Introdução de sistemas de protecção passiva através de estruturas de contraventamento

dissipativas e/ou isolamento de base; Redução de massa; Limitação ou alteração do uso do edifício; Demolição parcial ou total.

3.3.7.3 Elementos não estruturais (Anexo 2, 11.5.6.3)

São necessárias intervenções nas partes não estruturais e em instalações quando, em adição às exigências de funcionalidade, a sua resposta à acção sísmica pode colocar as vidas dos ocupantes em risco ou pode produzir danos nos bens no interior do edifício.

Para o dimensionamento das intervenções com vista a assegurar a integridade dessas componentes deve ser considerado o patente nas secções 4.9 (elementos secundários) e 4.10 (instalações) do regulamento. Aqui define-se que o efeito da acção sísmica pode ser avaliado considerando um sistema de forças proporcionais à massa (concentrada ou distribuída) do elemento, cuja resultante (Fa) actuando no baricentro deste, é calculada da seguinte forma:

a

Iaaa q

SWF

(3.21)


97

Em que:

Wa = peso do elemento; I = factor de importância da estrutura; qa = factor de estrutura do elemento, considerado como 1,0 ou 2,0, nomeadamente para elementos

salientes ou nos restantes casos; Sa = coeficiente sísmico.

3.3.7.4 Dimensionamento da intervenção (anexo 2, 11.5.7)

O dimensionamento da intervenção deve incluir os seguintes pontos: 1) Escolha do tipo de intervenção; 2) Escolha de técnicas de materiais; 3) Dimensionamento preliminar dos reforços e eventuais elementos estruturais adicionais; 4) Análise estrutural pelos métodos permitidos na norma, considerando as características da estrutura

pós-intervencionada; 5) Verificação da estrutura pós-intervencionada:

a) Para elementos existentes reforçados ou reparados; b) Para elementos novos, de acordo com as prescrições para a tipologia do elemento utilizada.

No caso de a intervenção consistir num isolamento de base, devem ser seguidas as prescrições do Capítulo 10, que se debruça sobre este assunto, tanto para a análise como para a verificação.

3.3.8 Edifícios simples de alvenaria (Simple mansonry buildings, anexo 2, 11.5.10))

São edifícios que apresentam características de regularidade e organização estrutural e que por isso não necessitam de calculo especifico na verificação da segurança à acção sísmica.

Os edifícios existentes para serem considerados como edifícios simples de alvenaria, devem verificar as condições de regularidade tanto em planta como em altura, acrescentando as condições necessárias para edifícios novos (anexo 2, 8.1.9) e as condições indicadas particularmente para os existentes (anexo 2, 11.5.10). No cômputo geral as condições a verificar são as seguintes:

i. As paredes são contínuas das fundações até ao topo do edifício; ii. Deve estar presente um mínimo de dois sistemas de paredes em ambas as direcções ortogonais. A

dimensão bruta ou total, excluindo as aberturas, não é menor que 50% da dimensão do edifício na direcção correspondente. No cômputo da dimensão total só são incluídas as paredes que estejam dentro das exigências apresentadas na norma;

iii. Em cada uma das duas direcções, as paredes que resistem às acções horizontais devem estar espaçadas com um máximo de 7 m;

iv. A altura entre pisos não deve ser superior a 3,5m; v. Para cada piso, o coeficiente entre a área resistente de paredes e a área total do piso não deve ser

inferior aos valores apresentados na tabela, função do número de pisos e da zona sísmica, para cada direcção ortogonal;

vi. As paredes ortogonais devem estar bem ligadas entre si;


98

vii. Os pisos devem estar bem ligados às paredes; viii. Todas as aberturas têm lintéis ou vigas com capacidade à flexão; ix. Todos os elementos em abóbada ou arco têm dispositivos para eliminar ou equilibrar os impulsos

horizontais; x. Todos os elementos que sejam altamente vulneráveis foram eliminados, incluindo os não estruturais; xi. As paredes de alvenaria não são de folha dupla nem de má qualidade e de fraca resistência (por ex.

alvenarias com grande volume de perfurações ou de espessura insuficiente); xii. É implícito que para edifícios simples o número de pisos não deve ser superior a 3 e que a condição

seguinte deve ser verificada para cada piso.

FCf

AN

m

m

25.0 (3.22)

N é carga vertical total na base da parede; A é a área das paredes resistentes às cargas verticais no mesmo piso; fm é a resistência média à compressão da alvenaria na direcção vertical; FC é o factor de confiança


99

3.4 Documentos norte americanos (E.U.A.)

3.4.1 Enquadramento geral

Há vários países onde existem programas de reabilitação sísmica em curso, sendo o dos E.U.A. o mais avançado. A nível federal existem dois documentos legislativos importantes relacionados com a avaliação local do risco sísmico. São estes a Public Law 93-288, alterada em 1988 pela Stafford Act que estabelece as regras básicas para assistência e resolução de problemas em caso de desastre, e a Earthquake Hazards Reduction Act de 1977, alterada em 1990, que estabelece o National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP).

O objectivo global deste programa é o de reduzir os riscos devido à ocorrência de sismos para a vida humana e para a propriedade, e deverá ser levado a cabo através do desenvolvimento de actividades tais como:

Estudos de identificação de riscos e de vulnerabilidade; Desenvolvimento e disseminação de normas de dimensionamento sísmico e de construção; Desenvolvimento de uma ferramenta para previsão de sismos; Preparação de planos de mitigação, prevenção e resposta tanto a nível nacional estadual ou local; Condução e aplicação de pesquisas sobre causas e implicações de risco sísmico; Educação da população sobre os sismos.

Muita da documentação e do crescimento do conhecimento científico relacionado com os sismos tem sido desenvolvida através da NEHRP que financia as pesquisas através de um grupo de quatro agências:

A Federal Emergency Management Agency (FEMA), que é a agencia com a responsabilidade primária na assistência em caso de desastre a nível federal. Coordena a agenda de pesquisas da NEHRP e suporta as actividades que têm por objectivo a implementação de medidas para a redução do risco sísmico;

A U.S. Geological Survey (USGS) que conduz as pesquisas necessárias para caracterizar e identificar a sismicidade, avaliar riscos, monitorizar actividade sísmica e melhorar a previsão de sismos;

A National Science Foundation (NSF), que financia pesquisas sobre as causas e comportamento dos sismos, bem como nos tópicos relacionados com a engenharia sísmica e a resposta humana aos sismos;

O National Institute of Standards and Technology (NIST), que leva a cabo uma série de actividades de pesquisa e de desenvolvimento com o intuito de transportar os resultados experimentais e da observação dos efeitos dos sismos nos edifícios em normas, regulamentos e práticas construtivas que melhorem a segurança das estruturas e nos sistemas de infra-estruturas essenciais.

A metodologia a seguir e os padrões mínimos a adoptar encontram-se descritos num conjunto de manuais de fácil utilização. A nível local, por exemplo, a cidade de Los Angeles possui, desde 1981, um código municipal Earthquake Hazard Reduction in Existing Buildings, visando promover a segurança pública e o bem estar, através da redução do risco em edifícios de alvenaria não reforçada, construídos antes de 1934. A


100

experiência daquela cidade tem demonstrado que aquele tipo de edifícios é propenso a colapso parcial ou total durante sismos moderados a fortes [7].

Dos vários documentos existentes no âmbito do Programa Nacional de Redução de Perigosidade Sísmica ressalvam-se o Standard ASCE/SEI 31-03 [32] que apresenta critérios e procedimentos para a avaliação sísmica de estruturas existentes, o Standard ASCE/SEI 41-06 [31] para a reabilitação dos edifícios existentes à acção sísmica e documento FEMA 547 [33] que apresenta uma compilação de técnicas de reabilitação sísmica incluindo pormenores, detalhes e indicações práticas bem como indicações sobre as técnicas adequadas para mitigar tipos específicos de anomalias em vários tipos de estruturas.

Para a fase de diagnóstico existem documentos que permitem a rápida avaliação do estado do edifício, tais como:

FEMA 154 [40] e 155 [41] – Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards

SEI/ASCE 11-99 [42] - Guideline for Structural Condition Assessment of Existing Buildings

Outros documentos importantes são aqueles que ajudam na tomada de decisão relativamente à melhor intervenção a realizar num dado edifício. São estes:

FEMA 227 [43] e 228 [44] – A Benefit-Cost Model for the Seismic Rehabilitation of Buildings Volume 1: A User’s Manual; Volume 2 - Supporting Documentation;

FEMA 156 [45] e 157 [46] – Typical Costs for Seismic Rehabilitation of Existing Buildings Volume 1 - Summary; Volume 2: Suporting Documentation.

Os documentos para avaliação sísmica têm sido desenvolvidos em paralelo mas com uma pequena antecipação relativamente aos documentos de reabilitação sísmica. Muitas vezes, no entanto, estes documentos correspondem ao mesmo. Por exemplo, normas mínimas para edifícios de alvenaria não reforçada, desenvolvidos na Califórnia, especificam tipos de configuração, tensões máximas e regras para garantir ligações mínimas. Quando utilizados em modo de avaliação, o avaliador define o que está em falta ou com deficiência. Quando utilizados em modo de reabilitação o projectista adiciona o que está em falta ou providencia resistência para eliminar deficiências.

No entanto não é sempre verdade que a norma de avaliação é a mesma que a norma de reabilitação. Há quem acredite que o processo de avaliação deve ser calibrado para um nível mínimo aceitável devido aos custos associados à reabilitação mas que, uma vez que a reabilitação é definida como necessária deve ser utilizado uma norma mais exigente e mais confiável. É o caso dos documentos ASCE/SEI 31-03 para avaliação e ASCE/SEI 41-06 para reabilitação. Nestes documentos são utilizados métodos ligeiramente diferentes que podem levar a diferentes níveis de anomalias e deficiências.

3.4.2 Standard ASCE/SEI 31-03

3.4.2.1 Geral

A norma ASCE/SEI 31-03 sistematiza a avaliação do comportamento sísmico de edifícios existentes através de um processo de três níveis, aplicável a várias tipologias e em qualquer região sísmica. Neste processo os


101

edifícios podem ser avaliados para dois níveis de desempenho à escolha entre a Salvaguarda da Vida Humana (Life safety - LS) e a Ocupação imediata (Immediate Occupancy - IO). Encontra-se fora do âmbito da norma o dimensionamento de medidas de mitigação das anomalias encontradas após a avaliação.

A norma tem por base documentos anteriores (FEMA 178 [47] e FEMA 310 [48]) sobre os quais foram sendo acrescentados e incorporados novos conhecimentos decorrentes da experiência adquirida com sismos ocorridos no passado. São sismos como o sismo de Michoacan em 1985 que afectou a cidade do México, de Loma Prieta em 1989 que afectou a Bay Area de S. Francisco, de Northridge em 1994 na área de Los Angeles e de Hyokogen-Nanbu em 1995 na área de Kobe. Cada um destes sismos permitiu a compreensão das “fraquezas” de certos sistemas estruturais que se tornaram necessárias mitigar.

A utilização da norma pode ser voluntária ou imposta pelas autoridades competentes e a necessidade de aplicação pode ter resultado de um rápido rastreio visual (rapid visual screening) de acordo com o definido nos documentos FEMA 154 [40] e FEMA155 [41].

Grande parte do documento é dedicado à instrução do profissional responsável pela avaliação em determinar se o edifício está projectado e construído de forma adequada para resistir à acção sísmica. É definido o desempenho do edifício em termos do risco relacionado com o comportamento dos elementos estruturais, não estruturais e fundações/geologia.

Existem classes de edifícios para os quais se pode abrir a excepção de realizar a avaliação, tais como:

Edifícios unifamiliares isolados de pequena dimensão, localizados em zonas com valores do parâmetro SDS (parâmetro da aceleração espectral de resposta de projecto para períodos curtos) menor que 0.4g;

Edifícios agrícolas, de armazenamento, onde a ocupação humana é residual.

Relativamente aos edifícios históricos (monumentos), devem ser consideradas condições especiais e específicas destas construções, tais como a pesquisa de manuais e regulamentos da época de construção, a atenção dada ao programa de testes que possam introduzir danos na estrutura e o nível da acção sísmica a considerar na avaliação.

Após a identificação de potenciais anomalias e deficiências no comportamento edifício à acção sísmica, através da aplicação desta norma, a tomada de acção pode ser feita das seguintes formas:

1. Se a avaliação foi voluntária, o dono de obra pode optar por aceitar o nível de segurança obtido em alternativa a intervir no edifício;

2. Se a avaliação resultou de uma imposição de um programa de mitigação de risco sísmico, o dono de obra é obrigado a optar pela reabilitação, demolição ou outras opções de mitigação.

3.4.2.2 Processo de avaliação

A norma apresenta um processo de avaliação definido por três níveis de exigência crescente tal como representado na Figura 52.

Os níveis são definidos resumidamente da seguinte forma:


102

Nível 1 – Triagem (Screening Phase). É seguida uma lista de verificação (checklist), com o objectivo de identificar rapidamente potenciais deficiências ou anomalias do edifício, com base no comportamento de edifícios idênticos em sismos anteriores. Deve ser executado para todos os tipos de edifícios, e para cada tipo são providenciadas três checklists relacionadas respectivamente com os elementos estruturais, elementos não estruturais e fundações/geologia. Excepção é feita para os edifícios de alvenaria não reforçada (URM) com diafragmas flexíveis, cujos elementos estruturais terão que ser necessariamente avaliados através de um procedimento especial do nível 2. Para estes tipos de edifícios as checlists do nível mantêm-se para os elementos não-estruturais e fundações/geologia. O nível de análise é mínimo e está associado a verificações rápidas (Quick Checks). Apresenta-se na Figura 53 um diagrama que representa o processo correspondente ao nível 1 de avaliação.

Nível 2 – Avaliação (Evaluation Phase). Este nível deve ser executado para os edifícios que a norma obriga ou para os edifícios que, após a avaliação do nível 1, apresentam deficiências. A norma apresenta (numa tabela denominada por tabela 3-3), em função do nível de exigência, do tipo de edifício e do nível de sismicidade do local, o número de pisos máximos a partir dos quais é necessário fazer uma avaliação de nível superior ao 1. Apresenta-se na Tabela 23 estes requisitos para o caso da tipologia de alvenaria não reforçada URM.

Neste nível é efectuada uma análise completa do edifício, focando as deficiências detectadas no nível 1. Esta análise é limitada a métodos lineares simplificados. Para a tipologia (URM) com diagramas flexíveis, em que pode ser incluída a grande parte dos edifícios antigos de alvenaria, é aplicado um método especial.

Tabela 23 - Requisitos para definição do nível de avaliação

Número de pisos acima dos quais é necessária uma avaliação de nível 2 Nível de sismicidade Baixo Moderado Alto LS IO LS IO LS IO Edifícios de tipologia de alvenaria (Unreinforced masonry bearing walls) Com diafragmas flexíveis (URM) NL (1) 1 NL (1) T3 (2) NL (1) T3 (2) Com diafragmas rígidos (URMA) NL (1) 1 6 T3 (2) 3 T3 (2)

(1) Sem limite de número de pisos. (2) É necessária uma avaliação de nível 3 obrigatória.

NOTA: Esta tabela é um excerto da tabela 3-3 da norma ASCE/SEI 31-03.

Nível 3 – Avaliação pormenorizada (Detailed Evaluation Phase). Esta avaliação deve ser executada para os edifícios identificados na tabela 3-3 da norma ou quando o projectista decidir continuar com a avaliação, aprofundando o estudo das deficiências encontradas nos níveis 1 e 2. Faz-se a avaliação sísmica mais detalhada recorrendo a métodos de análise não-linear. Este nível deve ser limitado a determinados casos visto que corresponde a procedimentos complexos e caros.


103

Figura 52 - Processo de avaliação do ASCE/SEI 31-03 [32]


104

Figura 53 - Processo de avaliação do nível 1 [32]


105

Em cada um dos níveis o projectista pode optar por elaborar um relatório com os resultados obtidos ou avançar para o nível seguinte e fazer uma avaliação sísmica mais detalhada. Neste caso a avaliação a efectuar incidirá somente sobre as não conformidades encontradas no nível anterior.

O relatório final deverá conter a seguinte informação:

Âmbito e objectivos

Dados do local e do edifício o Descrição geral do edifício (nº de pisos e dimensões) o Descrição do sistema estrutural o Descrição dos sistemas não estruturais o Tipo de edifício (de entre a listagem apresentada na norma) o Nível de desempenho (performance level) o Sismicidade o Tipo de solo

Lista de hipóteses assumidas

Resultados – lista de deficiências por grau de importância

Como complemento pode-se adicionar, se disponíveis, as seguintes informações:

Dados do local e do edifício o Utilização e ocupação do edifício o Nível de inspecções e testes executados o Documentos de projecto e de construção disponíveis o Importância histórica o Comportamento do edifício em sismos passados

Recomendações – avaliação complementar e possíveis cenários de mitigação

Apêndices – referências, cálculos preliminares, fotografias, resultados de testes, checklists, procedimentos de análise.

3.4.2.3 Requisitos para a avaliação

Antes de se proceder à avaliação, independentemente do nível, é necessário ter a informação que permita definir as características do edifício e a sua envolvente. Esta informação corresponde aos requisitos mínimos do processo de avaliação. Para os definir, devem-se efectuar as seguintes tarefas e definir correctamente as incógnitas do problema.

1. Investigação

O nível de investigação deve ser o suficiente para definir o tipo de edifício e a sismicidade da zona.


106

Para cada nível de avaliação deve ser feito um levantamento adequado da geometria, dos detalhes construtivos do edifício e das características mecânicas dos materiais. Na Tabela 24 apresentam-se os requisitos mínimos a verificar para se proceder à avaliação em cada nível.

Tabela 24 - Definição dos requisitos de investigação por nível de avaliação

Nível de avaliação

Nível 1 Nível 2 Nível 3

Geometria

Recolha e revisão de documentação existente da fase de projecto e da fase de construção.

Verificação da correspondência entre o construído e o projectado.

Observações visuais para detectar “desvios” e alterações.

Em complemento ao recolhido no nível 1, devem ser recolhidos mais dados para permitir a execução dos procedimentos do nível 2.

Se não existirem documentos disponíveis, devem ser desenvolvidos desenhos onde se indicam os elementos e as ligações da estrutura resistente às acções horizontais.

Detalhes construtivos

Investigações não destrutivas para todas as verificações.

São permitidas a investigações destrutivas para completar a checklist de edifícios avaliados quanto ao nível de desempenho IO.

São permitidas investigações não destrutivas para todas as verificações.

Investigação destrutiva.

Materiais Podem ser utilizados valores por defeito indicados na norma

Podem ser utilizados valores por defeito indicados na norma, excepto no caso dos edifícios do tipo URM, para os quais se têm que fazer testes.

É recomendado a obtenção dos valores através de regulamentos da época de construção, telas finais ou testes.

É necessário a execução de testes para confirmar o existente na documentação ou para o cálculo das características mecânicas caso não exista documentação.

2. Visita ao local

A visita ao local deve ser feita pelo projectista com o intuito de confirmar a informação existente, recolher informação relevante complementar, determinar a condição geral do edifício e verificar ou determinar as condições do local.

3. Nível de desempenho

O nível de desempenho deve ser escolhido pelo dono de obra em consultoria com o projectista ou pela autoridade competente (se existir). Deve ser escolhido de entre os dois disponíveis na norma, o de Salvaguarda da Vida Humana (LS) e o de Ocupação Imediata (IO). Edifícios definidos como “essenciais” devem ser avaliados para o nível de desempenho IO.

4. Sismicidade da zona

O nível de sismicidade da zona pode ser definido como baixo, moderado ou alto. Este nível é definido com base nos valores de aceleração espectral de resposta e factores de amplificação tendo em conta o tipo de solo (site amplification factors).


107

Para definir a acção sísmica a utilizar na avaliação deve ser conhecido em que zonamento sísmico se insere a zona de localização do edifício. A acção sísmica é baseada numa percentagem da aceleração espectral de resposta do sismo máximo considerado (Maximum Considered Earthquake – MCE).

5. Tipo de edifício

O edifício deve ser classificado como um ou mais tipos de edifícios listados na norma, dependente do sistema resistente às forças laterais e ao tipo de diafragma. Quando o edifício não se insere em nenhum dos disponíveis, deve-se utilizar a checklist Geral (General Structural Checklist).

3.4.2.4 Listas de verificação

As Listas de verificação ou checklists a preencher no nível 1 de avaliação dependem do nível de sismicidade e do nível de exigência pretendido. Apresenta-se na Tabela 25 as checklists que se devem completar para os vários tipos de elementos (principais, secundários, fundações).

Tabela 25 - Checklists necessárias para uma avaliação de nível 1

3.4.2.5 Métodos de análise

Os métodos de análise necessários são dependentes do nível de avaliação.

Nível 1

No nível 1 a análise, quando necessária, corresponde às verificações rápidas (quick checks) que são requeridas nas cheklists. Estas verificações servem para calcular a rigidez e a resistência das componentes estruturais do edifício e utilizam as pseudo-forças laterais (ou forças estáticas equivalentes) e coeficientes de comportamento.

No caso de edifícios existentes de alvenaria, o equivalente aos URM da norma, a verificação rápida pedida corresponde ao cálculo de forças de ligação dos diafragmas flexíveis às paredes. A força horizontal pode ser calculada de acordo com a equação (3.23).


108

ppDSC AwST ? (3.23)

? = 0,9 para Salvaguarda da Vida Humana (Life safety - LS); 1,4 para Ocupação imediata (Immediate Occupancy - IO)

wP peso por unidade de comprimento da parede;

AP área da parede que contribui para a ligação;

saDS SFS32

(3.24)

Fa factor de amplificação tendo em conta o tipo de solo

Ss aceleração espectral de resposta para períodos curtos

Nível 2

Os métodos de análise disponíveis no nível 2 são:

Estático Linear (LSP);

Dinâmico Linear (LDP);

Procedimento especial;

Procedimento especial para elementos não estruturais.

Análises Lineares

Na análise linear as forças sísmicas são representadas por pseudo-forças laterais que são calculadas da seguinte forma:

WCSV a (3.25)

C = 1,0 para edifícios URM;

W = Peso “sísmico” do edifício;

Sa = SD1/T Aceleração espectral de resposta para o período fundamental da estrutura na direcção considerada.

O período fundamental da estrutura é calculado tendo em conta a deformabilidade dos diafragmas. São apresentadas expressões simplificadas para estruturas de 1 piso com diafragmas flexíveis de 1 vão, e para diafragmas flexíveis de vários vãos. Pode ser calculado também através de uma análise dinâmica por valores próprios.

A distribuição vertical destas forças será :

VCF vxx (3.26)

Cvx = coeficiente que define a distribuição da força V por piso x, (ver eq. (4-3) na secção 4.2.2.1.3);


109

A escolha entre a análise estática e dinâmica linear é feita com base nos seguintes pontos. Se não forem verificados deve ser utilizada a análise dinâmica:

1. Edifícios com altura superior a 30,48m (100 feet);

2. Edifícios com irregularidades de massa, rigidez, geometria.

A avaliação do nível 2 apresenta procedimentos para vários sistemas de edifícios em termos de verificação da configuração, condição dos materiais e outras verificações de carácter geral. Por exemplo verificação dos caminhos de carga, localização de edifícios adjacentes, weak story (diferença entre pisos em termos de resistências), soft story (diferença entre dois pisos em termos de rigidez), descontinuidades verticais, distribuição de massa, etc. Em termos de materiais impõe a não existência de fendas de valor acima de determinado limite. Referem-se resumidamente alguns dos procedimentos preconizados na norma, adaptados a edifícios antigos de paredes de alvenaria.

1. Procedimentos para avaliar sistemas estruturais resistentes a forças horizontais

No caso de paredes resistentes de alvenaria não reforçada propõe a verificação das tensões de corte e a verificação das proporções em termos de relação altura/espessura.

2. Procedimentos para avaliar diafragmas

Aborda a temática da rigidez dos diafragmas, referindo a importância de determiná-la em função da rigidez horizontal dos elementos verticais. Caracteriza os diafragmas como contínuos ou de vão simples e considera que os diafragmas flexíveis, mesmo que tenham continuidade, devem ser modelados como vãos simplesmente apoiados nas paredes.

3. Procedimentos para avaliar ligações

Refere as ligações para forças axiais, ligações de elementos de madeira (wood ledgers) e a verificação de que as ligações permitem a transmissão das cargas dos sismos para as paredes.

4. Procedimentos para avaliar fundações e geologia do local

Verificação da liquefação de solos e da rotura de taludes.

5. Procedimentos para elementos não estruturais

Procedimento especial

O procedimento especial está vocacionado para os edifícios de alvenaria não reforçada com pisos flexíveis (URM). A verificação da segurança dos elementos principais deverá ser feita obrigatoriamente através deste procedimento que está, no entanto, limitado a edifícios que tenham as seguintes características:

1. Diafragmas flexíveis em todos os pisos acima da base;

2. Em cada direcção principal apresentam no mínimo dois alinhamentos de paredes;

3. Têm um máximo de seis pisos acima da base.

Caso não se verifiquem estas condições será necessária uma avaliação do nível 3.

Os requisitos para a avaliação pelo procedimento especial são os seguintes:


110

Os materiais existentes têm que estar em conformidade com os requisitos da norma;

Todas as paredes resistentes têm que ser sujeitas a uma campanha de testes para definição das características dos materiais. É especificado o número mínimo de testes que deverão ser realizados na argamassa para se definir a tensão de corte, na alvenaria para se definir a resistência à rotura por tracção (tensile-splitting), e nas ancoragens de paredes (wall anchors). São apresentadas expressões para o cálculo da resistência da alvenaria, ao corte e axial, com base nos resultados dos testes efectuados.

A análise a efectuar pelo procedimento especial foca os seguintes pontos:

Diafragmas – são dados valores para a resistência ao corte de diafragmas compostos por vários materiais. A sua verificação é efectuada através de relações entre DCR’s e o vão L, sendo DCR’s coeficientes de exigência/capacidade (Demand capacity ratio). É verificada também a capacidade de transmissão de cargas do diafragma para as paredes, quando a aceleração espectral ultrapassa um determinado valor.

Paredes resistentes a cargas laterais (Shear walls) – Devem ser verificadas no plano e fora do plano através do calculo de capacidades e comparação com exigências. As capacidades em termos de resistências são calculadas com base nas características do materiais testados. As exigências correspondem aos esforços actuantes devido à forças pseudo-estáticas.

Ancoragens das paredes.

Nível 3

Os procedimentos de avaliação disponíveis são:

Procedimentos de documentos ou normas que abordam a reabilitação. Considera as exigências (demands) afectadas por um factor igual a 0,75.

Procedimentos para dimensionamento sísmico de edifícios novos considerando o mesmo factor de 0,75 nas exigências

O factor 0,75 tem o objectivo de reduzir a acção sísmica utilizada em projecto, que é considerada muito conservativa para a avaliação de edifícios existentes. Nos níveis 1 e 2 este factor foi indirectamente considerado na metodologia de diversas formas, incluindo na resistência de materiais e em factores de comportamento. A justificação para a existência deste factor pode ser dada pelos seguintes pontos:

1. A resistência real dos elementos é superior à considerada na avaliação;

2. Um edifício existente não tem que ter o mesmo nível de segurança que um edifício novo, dado que o tempo de vida restante é menor.


111

3.4.3 Standard ASCE/SEI 41-06

3.4.3.1 Geral

ASCE/SEI Standard 41-06 foi desenvolvido a partir do documento FEMA 356, Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings [19], que serviu de ponto de partida a um desenvolvimento formal do processo de desenvolvimento da norma. Representa o conhecimento mais recente em engenharia sísmica e é uma ferramenta valiosa para os projectistas de engenharia estrutural utilizarem na melhoria do desempenho dos edifícios em sismos futuros. O documento é composto por duas partes: Disposições, que contêm os critérios técnicos; Comentários, com o objectivo de explicar as disposições e dar exemplos de aplicação.

A reabilitação sísmica de edifícios deve estar em conformidade com os critérios de dimensionamento e os procedimentos indicados nesta norma para atingir os objectivos de reabilitação indicados. Estes são definidos por estados de danos que são descritos na norma e relacionados com níveis de desempenho específicos. Estas descrições permitem aos profissionais e donos de edifícios, seleccionar os níveis de desempenho mais apropriados para a reabilitação sísmica que se pretende. Não inclui técnicas de reparação, embora sejam referidas algumas nos comentários de capítulos específicos de tipologias estruturais.

3.4.3.2 Aplicabilidade

O documento indica disposições aplicáveis à reabilitação de edifícios existentes para melhorar o seu comportamento sísmico. É uma ferramenta para ser utilizada a nível nacional e indicada para entidades oficiais que elaborem programas de reabilitação sísmica ou como referência para donos de edifícios e projectistas em tarefas de reabilitação sísmica voluntárias.

A norma não indica se um determinado edifício deve ou não ser reabilitado, mas inclui no Anexo A orientações nesse sentido, onde se indicam critérios para a utilização da norma em programas de mitigação de risco sísmico.

Embora a sua utilização seja considerada no seguimento de uma anterior avaliação sísmica, esta norma também pode ser utilizada como uma ferramenta para avaliar, ao garantir a verificação de um determinado objectivo de reabilitação. No entanto, a avaliação sísmica preconizada neste documento pode ser mais exigente que a indicada por outros documentos, nomeadamente a norma ASCE/SEI 31-03. Isto deve-se ao facto de as disposições terem sido calibradas para a utilização no dimensionamento e não somente na avaliação, que permite níveis de danos maiores.

A norma é indicada para a utilização em todos os tipos de edifícios, independentemente da sua importância, ocupação, enquadramento histórico ou outra classificação de uso. A sua utilização deve, no entanto, ser coordenada com outros requisitos aplicáveis, tais como normas que regulem estruturas históricas ou construção de hospitais.

Para a sua aplicação correcta, um pré-requisito importante é a experiência dos profissionais envolvidos na tarefa de reabilitação, especialmente no que concerne à escolha dos objectivos de reabilitação numa reabilitação voluntária ou no dimensionamento e análise dos projectos de reabilitação sísmica.


112

3.4.3.3 Metodologia (cap 1.3)

Na norma ASCE/SEI 41-06 a metodologia para o desenvolvimento de uma reabilitação é baseada numa filosofia de desempenho da estrutura. Apresenta o conceito de selecção do Objectivo de Reabilitação que possibilita a contabilização de relações custo-benefício que optimizam a intervenção, tendo em conta tanto a salvaguarda da vida humana bem como a redução de perdas económicas. A metodologia permite a realização de reabilitações com exigências de cálculo diferentes na medida em que permite reabilitar por meio de um processo sistemático ou simplificado. Apresenta-se na Figura 54 o processo de reabilitação patente na norma.

Figura 54 - Processo de reabilitação da norma ASCE/SEI 41-06


113

3.4.3.4 Selecção do Objectivo de Reabilitação (cap 1.3.2)

A escolha de um objectivo de reabilitação depende daquilo que motiva a execução da reabilitação, isto é, se ela é voluntária ou obrigatória. Para a voluntária o dono do edifício deve escolher um objectivo dentro dos disponíveis na norma e no caso de ser obrigatória este objectivo é estipulado directamente por regulamentos e autoridades locais.

O objectivo de reabilitação seleccionado como base de dimensionamento vai determinar o custo e a viabilidade de qualquer projecto de reabilitação, bem como o benefício obtido em termos de melhoria da segurança, redução de danos na propriedade e a interrupção de uso no caso de ocorrência de sismos. De notar que nem todos os objectivos de reabilitação apresentam uma relação custo-benefício razoável, embora a norma tenha sido elaborada tendo em conta uma maior flexibilidade que para o caso de edifícios novos.

O objectivo de reabilitação consiste na garantia de um ou mais alvos de reabilitação (ou objectivos de reabilitação discretos) em que cada um consiste num nível de desempenho do edifício (associado a estado de danos) para um dado nível de acção sísmica.

3.4.3.4.1 Nível de desempenho (cap. 1.5)

O nível de desempenho do edifício, também designado por nível de desempenho alvo, consiste na conjugação dos níveis de desempenho dos elementos estruturais e dos não estruturais (ex.: elementos arquitectónicos, instalações mecânicas, eléctricas, redes de águas e esgotos, recheio, etc.). Existe um espectro infinito de estados de danos que um edifício pode ter durante um sismo. Os níveis de desempenho alvo apresentados na norma correspondem a estados de danos discretos escolhidos de entre os possíveis. As opções de escolha estão indicadas na tabela representada na Figura 55. Nesta figura destacam-se os níveis de desempenho alvo, nomeadamente, 1-A, 1-B, 3-C, 5-E e que são descritos mais detalhadamente de seguida:

Operacional (1-A) – O nível de danos nos elementos não estruturais é muito baixo. Não existem deformações permanentes e a estrutura mantém a rigidez e resistência inicial. Todos os sistemas importantes para a operacionalidade normal estão em funcionamento.

De ocupação imediata (1-B) - O edifício mantém-se seguro para ocupação. Não existem deformações permanentes e a estrutura mantém a rigidez e resistência inicial. Embora sejam necessárias algumas pequenas reparações, estas podem ser feitas após a reocupação do edifício (por exemplo, elevadores podem ser ligados, o sistema de protecção contra incêndios está operacional, etc.).

Segurança da vida humana (3-C) – Estado danos estruturais significativos mas o edifício mantém uma margem de segurança relativamente ao colapso parcial ou total da estrutura, com a existência de resistência e rigidez residual em todos os pisos, capacidade dos elementos verticais para resistir às cargas verticais, inexistência de deformações para fora do plano das paredes e algumas deformações permanentes. Podem existir feridos durante o sismo, mas a ameaça global à vida humana como resultado de danos espera-se que seja baixa. É possível reparar a estrutura, embora tal possa ser impraticável por motivos económicos.


114

Prevenção do colapso (5-E) – Danos nos elementos estruturais tais que a estrutura continua a resistir às cargas verticais mas não tem margem de segurança face ao colapso para acções horizontais. Grandes deformações permanentes e extensos danos nos elementos não estruturais. Existe um risco elevado de ferimentos devido à queda de detritos. A estrutura pode não ser reparável em termos técnicos e pode colapsar devido a sismos subsequentes.

Figura 55 - Tabela de definição dos níveis de desempenho alvo para o edifício [in Williams T. Holmes [63]]

Na Figura 56 representa-se graficamente os níveis de desempenho descritos e na Figura 57 são apresentadas relações custo-benefício associadas a cada um destes.

Figura 56 - Representação gráfica dos níveis de desempenho do edifício, numa curva de capacidade [in Williams T.

Holmes[63]]


115

Figura 57 - Relações custo-benefício vs níveis de desempenho [in Williams T. Holmes[63]]

Na norma apresentam-se descrições relativamente bem detalhadas de estados de danos para elementos estruturais e não estruturais, quantificando sempre que possível. Para os primeiros, focando os edifícios existentes de alvenaria, são abordadas as paredes de alvenaria estruturais não reforçadas, as fundações, os pisos em madeira ou em betão, etc. Exemplos de elementos não estruturais são tectos, divisórias, portas, chaminés, elevadores, tubagens, luzes de emergência, estantes de livros, sistemas de computadores, entre muitos outros.

Os procedimentos de cálculo bem como os critérios de verificação da segurança para cada nível de desempenho são indicados nos capítulos referentes a cada tipologia estrutural.

3.4.3.4.2 Acção sísmica (cap. 1.6)

A acção sísmica é definida através de espectros resposta do tipo apresentado na Figura 58. Os parâmetros apresentados são definidos no documento.

Figura 58 - Definição da acção sísmica (in ASCE/SEI 41-06)

A acção sísmica pode ser escolhida de entre os quatro níveis indicados na Tabela 26, definidos pela probabilidade de ocorrência e respectivo período de retorno. O BSE-2 é baseado nos valores dos mapas de


116

aceleração espectral de resposta do sismo máximo considerado (MCE). Em grande parte dos E.U.A. o BSE-2 tem uma probabilidade de excedência de 2% em 50 anos. O BSE-1 pode ser determinado através de mapas de aceleração espectral de resposta de sismos com probabilidade de excedência de 10% em 50 anos ou considerando dois terços (2/3) dos valores dos parâmetros para o nível BSE-2.

Tabela 26 - Definição dos níveis de acção sísmica (ASCE/SEI 41-06, 1.4)

Nível de acção sísmica

Designação Probabilidade de ocorrência Período de retorno

- 50 % em 50 anos 72 anos

- 20% em 50 anos 225 anos

Basic Safety Earthquake 1, BSE-1 10% em 50 anos 474 anos

Basic Safety Earthquake 1, BSE-2 2% em 50 anos 2475 anos

3.4.3.4.3 Objectivo de Reabilitação (cap 1.4)

O objectivo de reabilitação consiste na garantia de um ou mais alvos de reabilitação (ou objectivos de reabilitação discretos) em que cada um consiste num nível de desempenho do edifício para um nível de acção sísmica.

Os objectivos de reabilitação são definidos qualitativamente por:

a) Segurança dos ocupantes do edifício durante e após o sismo; b) Custo e exequibilidade de repor o edifício nas condições existentes antes do sismo; c) Espaço de tempo durante o qual o edifício se encontra fora de serviço para efeitos de reabilitação; d) Efeitos na comunidade em termos económicos, arquitectónicos ou históricos.

Na norma a escolha é realizada de entre os seguintes:

Basic Safety Objective (BSO) – Objectivo de segurança básica, conseguido garantindo dois alvos de reabilitação, um nível de desempenho de segurança da vida humana para um sismo com probabilidade de ocorrência de 10% em 50 anos, ou um nível de desempenho de prevenção do colapso para um sismo com probabilidade de ocorrência de 2% em 50 anos. Isto significa que os edifícios têm poucos danos para a acção de sismos frequentes e moderados e danos bastante mais significativos e perdas económicas mais elevadas para a acção de sismos mais severos e menos frequentes. O nível de danos e as perdas económicas esperadas para edifícios reabilitados para este objectivo serão maiores que as relativas aos edifícios novos, no caso de estes terem sido devidamente projectados e executados.

Enhance Reabilitation Objective – Objectivo de reabilitação melhorado, promove um desempenho do edifício superior ao BSO. Obtém-se aumentando o nível da acção sísmica ou o nível de desempenho relativamente ao Basic Safety Objective.


117

Limited Reabilitation Objective – Objectivo de reabilitação limitado, dota o edifício de um desempenho pior que o BSO. Pode ser:

o Reduzido – reabilitação que engloba todo o edifício (elementos estruturais e não estruturais) mas para uma acção sísmica ou um nível de desempenho abaixo do Basic Safety Objective ;

o Parcial – reabilitação que engloba zonas parciais do edifício, sem actuar no sistema global resistente às forças laterais. Deve, no entanto, ser dimensionada considerando um objectivo de reabilitação da estrutura total.

Na Figura 59 representa-se a tabela definida na norma para a escolha do objectivo de reabilitação em função dos níveis de desempenho e do nível da acção sísmica, ou seja dos alvos de reabilitação. O BSO corresponde à garantia simultânea dos alvos k e p. Exemplos de Enhance Reabilitation Objective são as combinações dos alvos (o + p) e (l + p). Objectivos de Reabilitação Reduzidos são por exemplo as seguintes combinações dos alvos (k + l) e (j + l)

Figura 59 - Tabela para definição do objectivo de reabilitação (in ASCE/SEI 41-06)

Apresenta-se na Figura 60 o procedimento para a definição de um Objectivo de Reabilitação genérico e na Figura 61 a definição em concreto do Objectivo BSO.


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Nível de desempenho dos elementos

estruturais

Nível de desempenho dos elementosnão estruturais

Nível de desempenho alvo do edifício

Nível de acção sísmica

Objectivo deReabilitação

Alvo de Reabilitação 1

BSO

Melhorado

Limitado

representaobjectivosde cálculo

Prev

ençã

o de c

olaps

o

5-E

Salva

guar

da da

3-C

Ocup

ação

imed

iata

1-B

Oper

acion

al

1-A

S-1 S-2 S-3 S-4 S-5 N-D N-C N-B N-A

vida h

uman

a

Alvo de Reabilitação n

Figura 60 - Procedimento para selecção do Objectivo de Reabilitação

Nível de desempenho prevenção de

colapso

Nível de acção sísmica BSE-2

2% /50 anos

5-E

Nível de desempenho salvaguarda da

vida humana

Nível de acção sísmica BSE-1

10% /50 anos

3-C

BSOObj. de Reabilitação

Elem. estruturaisprevenção de

colapso

Elem. não estruturais

não considerado

S-5 N-E

Elem. estruturaissalvaguarda davida humana

Elem. não estruturais

S-3 N-C

salvaguarda davida humana

aaaaaaaaaaaaaaaa

Figura 61 - Definição do Objectivo de Reabilitação Básico (BSO).

3.4.3.5 Recolha de informação (cap 2.2)

Deve ser recolhida a informação sobre o edifício nas suas condições existentes, em termos de configuração dos elementos estruturais e não estruturais, propriedades dos componentes do edifício, tipo de solos e fundações, estruturas adjacentes, etc. Esta informação deve ser recolhida de várias fontes, tais como,


119

observações no local, documentos de projecto e construção, códigos e normas da época de construção, investigações e testes destrutivos e não destrutivos em materiais e elementos seleccionados, entrevistas com os intervenientes no projecto e na construção do edifício bem como com o dono e os ocupantes do mesmo, como ainda através de uma avaliação sísmica prévia.

A informação deve ser organizada de forma a classificar os elementos ou componentes como primários ou secundários, e deve ser recolhida com detalhe suficiente para permitir a execução dos procedimentos de análise e ter em conta o objectivo de reabilitação escolhido. A forma como é recolhida em termos quantitativos e qualitativos vai definir o nível de conhecimento que pode ser mínimo, usual ou abrangente. No caso de utilização de análises lineares a recolha deve ser consistente com o nível de conhecimento mínimo enquanto que para o caso de análises não lineares, deve ser com os níveis usuais ou abrangentes.

Associado ao nível de conhecimento define-se o factor de conhecimento que será utilizado no cálculo das capacidades dos elementos, de forma a contabilizar as incertezas na recolha da informação.

Na norma são apresentadas, ao pormenor, as definições de cada categoria de recolha de informação, quer em termos de testes efectuados, documentos consultados, avaliações realizadas, que levam posteriormente à determinação das propriedades dos materiais a utilizar na análise e ao factor de conhecimento. Na Tabela 27 apresentam-se os requisitos para a definição do nível de conhecimento em função da recolha de informação bem como a relação destes com os métodos de análise permitidos e o objectivo de reabilitação.

Tabela 27 - Requisitos para a recolha de informação do edifício e definição do nível de conhecimento

Nível de conhecimento

Mínimo Usual Abrangente

Obj de reabilitação permitido

BSO ou inferior BSO ou inferior Melhorado Melhorado

Métodos de análise

permitidos Análises lineares (LSP,

LDP) Todos Todos Todos

Testes necessários Sem testes Testes usuais Teste usuais Testes abrangentes

Documentos disponíveis

Documentos de cálculo ou equivalentes



Documentos de construção ou equivalentes

Levantamento Visual Abrangente Visual Abrangente Visual Abrangente Visual Abrangente

Propriedades dos materiais

De documentos ou valores

usuais

Valores usuais

De documentos

e testes De testes

usuais De

documentos e testes

De testes usuais

De documentos

e testes De testes

abrangentes

Factor de conhecimento 0,75 0,75 1,00 1,00 0,75 0,75 1,00 1,00


120

3.4.3.6 Selecção do Método de Reabilitação (cap 2.3)

O método de reabilitação pode ser seleccionado de entre dois, o método de reabilitação simplificada ou método de reabilitação sistemática. O primeiro permite uma forma de reabilitação mais simples, com uma avaliação menos detalhada e menores exigências de cálculo. Por vezes esta reabilitação representa uma melhoria do desempenho do edifício à acção sísmica com uma melhor relação custo-benefício que para o método sistemático. O objectivo principal é de reduzir o risco sísmico de forma eficaz seleccionando objectivos de reabilitação limitados.

3.4.3.6.1 Método de Reabilitação Simplificada (cap 10)

O método simplificado, apresentado em mais pormenor no Capítulo 10 da norma, pode ser aplicado a alguns edifícios que apresentam configuração regular e que não necessitam de procedimentos de análise avançados, associados em edifícios modelo e dentro destes agrupados em vários tipos. São definidos os tipos de edifícios modelo aos quais é aplicável este método bem como os critérios de regularidade necessários. Para o caso de edifícios antigos de alvenaria, pode-se associar o edifício modelo tipo 15 - Unreinforced Masonry Bearing Walls Building, definido pelas seguintes características:

i. Paredes de alvenaria não reforçada no perímetro, constituídas por unidades de blocos de barro, cimento ou pedra;

ii. Paredes interiores, caso existam, do mesmo material que as do perímetro exterior;

iii. Pisos constituídos por diafragmas flexíveis em madeira;

iv. Quando existam, as ligações do piso às paredes são constituídas por elementos metálicos (chapas ou ganchos) embebidos na argamassa de ligação das unidades da alvenaria;

v. As fundações são constituídas por sapatas contínuas em alvenaria ou por fundações profundas.

Para este tipo de edifícios as limitações de utilização do método impõem o máximo de 3 ou 2 pisos nomeadamente para níveis de sismicidade baixa a moderada e alta.

Este método foi definido com base no método de avaliação apresentado num documento da FEMA de finais da década de 80, o FEMA 178 – Handbook for the seismic evaluation of existing buildings [47], elaborado com base nos registos do comportamento estrutural de edifícios na ocorrência de sismos passados e no sucesso da aplicação das medidas e critérios de dimensionamento existentes nos códigos da época para a garantia do nível de desempenho de garantia da vida humana. Assim, “reabilitação simplificada” reflecte um nível de análise e de cálculo que verifica o nível de desempenho da garantia da vida humana para a acção sísmica BSE-1 (~10% em 50 anos) mas que não garante necessariamente o objectivo de reabilitação básico (BSO), tal como definido anteriormente. O método simplificado pode apresentar resultados mais conservativos que o método sistemático, devido ao facto de se assumirem simplificações.

Os procedimentos a realizar para levar a cabo uma reabilitação simplificada variam consoante se pretende uma reabilitação reduzida ou uma reabilitação parcial. Resumidamente, podem-se enumerar os seguintes passos necessários para a reabilitação reduzida:

1. Deve-se classificar o edifício dentro de um dos tipos de edifícios modelo indicados na norma;


121

2. Deve ser executada uma avaliação sísmica do edifício nas suas condições existentes, de acordo com os critérios da norma ASCE 31-03, nível 1 e nível 2, mas considerando a acção sísmica definida nesta norma (ASCE/SEI 41-06);

3. As deficiências encontradas pela anterior avaliação sísmica devem ser categorizadas e ordenadas tendo em conta a prioridade (da maior para a menor) e com base na extensão e importância dos danos;

4. Devem ser desenvolvidas medidas de reabilitação tendo em conta a resolução e eliminação dos problemas e danos encontrados pela avaliação;

5. Deve ser executada uma avaliação sísmica do edifício já considerando as modificações introduzidas pelas medidas de reabilitação, de acordo com os critérios da norma ASCE 31-03, nível 1 e nível 2, mas considerando a acção sísmica definida nesta norma (ASCE/SEI 41-06);

6. Devem ser desenvolvidas medidas de reabilitação para os elementos não estruturais de arquitectura, mecânicos e eléctricos, para o nível de salvaguarda da vida humana;

7. Devem ser desenvolvidos os documentos para a construção, nomeadamente desenhos, especificações e planos de garantia de qualidade.

No caso de reabilitação parcial a diferença reside nos pontos 4 e 6, que neste caso se devem cingir às zonas onde se efectua a reabilitação.

3.4.3.6.2 Método de Reabilitação Sistemática (cap 2.3.2)

O método de reabilitação sistemática é aplicado a qualquer tipo de edifícios e envolve uma verificação cuidada de cada elemento estrutural, o dimensionamento de novos elementos e a verificação do desempenho global representado por deslocamentos e forças internas esperadas. Este método foca-se na resposta estrutural em comportamento não-linear e utiliza procedimentos ainda não utilizados em outros regulamentos sísmicos, nomeadamente no dimensionamento de novos edifícios. De uma forma resumida, inclui os seguintes passos:

1. Selecção de um procedimento de análise;

2. Desenvolvimento de um esquema de reabilitação preliminar;

3. Execução de uma análise do edifício, incluindo as medidas de reabilitação, e avaliação dos resultados obtidos de forma a verificar se o dimensionamento está em conformidade com o objectivo de reabilitação previamente seleccionado.

Verifica-se que o método corresponde a um processo iterativo no qual as modificações realizadas na estrutura existente, no seguimento da escolha de uma solução de reabilitação, são assumidas na realização de uma análise e dimensionamento preliminar e os resultados são sujeitos a uma verificação elemento a elemento. Caso se verifique que algum elemento novo ou existente não é adequado, ou seja não verifique os requisitos de dimensionamento, as modificações serão ajustadas e, se necessário, será executado um novo ciclo de análise e verificação.


122

A análise preliminar serve para identificar a extensão e configuração das medidas correctivas com detalhe suficiente que permita estimar a interacção entre a rigidez, resistência, comportamento após cedência de todos os componentes que fazem parte da estrutura resistente às forças laterais, quer sejam existentes ou novos.

Deve ser desenvolvido um modelo matemático de cálculo de acordo com o método de análise a utilizar (lineares ou não lineares, estáticos ou dinâmicos).

A norma apresenta critérios de verificação para características de rigidez, resistência e ductilidade dos componentes estruturais e não estruturais para vários níveis de desempenho e tipologias estruturais. Assume-se que os níveis de desempenho podem ser medidos por resultados analíticos tais como deslocamentos entre pisos (drifts) ou exigências de resistência e ductilidade em elementos individuais. Para definir estas características, no que respeita aos componentes mais comuns, são apresentados na norma e nos capítulos referentes às diversas tipologias, resultados experimentais de ensaios laboratoriais e estudos analíticos efectuados. O desenvolvimento de estudos sobre as características dos vários materiais vai continuar a evoluir e o aparecimento de novos materiais, produtos e técnicas será inevitável. Desta forma a norma permite a fácil introdução de novos resultados e análises, tendo reservado um capítulo específico para o efeito, Capítulo 2.8 – materiais e métodos de construção alternativos.

3.4.3.7 Métodos de análise (cap 2.4 e 3.0)

Os métodos de análise permitidos e apresentados na norma são os usuais, nomeadamente:

Análise estática linear, também designada por LSP;

Análise dinâmica linear, LDP;

Análise estática não linear, NSP;

Análise dinâmica não linear, NDP.

Além das anteriores também são permitidas análises racionais alternativas, ou seja, baseadas em princípios fundamentais da mecânica ou dinâmica. Refere-se que, quando utilizado este tipo de análises, deve ser confirmada a aplicabilidade dos critérios de verificação apresentados na norma e os projectos devem ser revistos por um engenheiro independente e experiente em projectos de engenharia sísmica (cálculo e dimensionamento).

3.4.3.7.1 Análises lineares

As análises lineares são aplicáveis e permitidas quando os edifícios não apresentam irregularidades (tais como são definidas no Capítulo 2..4.11) ou quando tal aconteça, a sua resposta seja próxima da elástica, ou seja, para edifícios com um nível de não linearidade baixa.

As condições de regularidade referidas agrupam-se nos seguintes pontos:

Continuidade no plano

Continuidade fora do plano


123

Weak story

Resistência à torção

A norma define um procedimento que permite avaliar se o edifício é capaz de responder próximo da fase elástica às acções sísmicas, através do cálculo de um coeficiente denominado por DCR (demand-capacity ratio) – coeficiente exigência-capacidade. Este coeficiente relaciona a força aplicada e a resistência esperada e é calculado para cada tipo de esforço (axial, momento, corte) e para cada elemento primário. Se todos os DCR’s de um componente forem inferiores a 1,0 este responde em regime elástico, caso exista pelo menos um DCR que seja superior a 1,0 temos a resposta do componente em regime inelástico. Caso o DCR de um ou mais componentes exceder 2,0 e estiver presente alguma irregularidade, então as análises lineares não são aplicáveis. De notar que a regularidade da estrutura deve ser avaliada para a estrutura reabilitada, ou seja, sujeita às medidas correctivas.

Análise estática Linear (LSP)

Aplicável quando verifica os critérios de regularidade necessários para a aplicação das análises lineares, acrescendo as seguintes condições:

Período fundamental do edifício T< 3,5TS, sendo Ts o período característico do espectro de resposta;

Relação entre a dimensão em planta em cada piso relativamente ao piso adjacente é inferior a 1,4;

O edifício não tem qualquer irregularidade de torção em cada piso;

O edifício não tem qualquer irregularidade de rigidez vertical;

O edifício tem um sistema ortogonal a conferir a resistência lateral.

As forças laterais a aplicar numa análise estática linear são calculadas com base no valor do esforço de corte total na base, V, dado pela expressão (3.27).

WSCCCV am .... 21 (3.27)

C1, C2 e Cm são factores correctivos para ter em conta a relação entre o deslocamento inelástico máximo esperado e o deslocamento obtido pela análise linear, o efeito da degradação da rigidez devido ao efeito histerético da acção, o efeito dos modos de vibração superiores, respectivamente.

A distribuição das forças laterais em altura é dada pela expressão (3.28),

Vhw

hwF kii

kxx

x

(3.28)

Em que:

wx e wi são os pesos dos pisos no nível x e i, respectivamente

hx e hi são as alturas à base dos pisos no nível x e i, respectivamente


124

O coeficiente k tem como função considerar a flexibilidade da estrutura na forma da deformada da resposta. É função do período fundamental pelo que para estruturas com períodos baixos (T < 0,5 s) k é igual a 1,0, que corresponde a considerar uma distribuição linear dos deslocamentos horizontais. Para T > 0,5 s, k é igual a 2 e a forma dos deslocamentos é parabólico. Para valores de períodos entre 0,5 s e 2,5 s o calculo de k é feito por interpolação linear.

O período fundamental T1 pode ser calculado através de 3 métodos: analítico, por valores próprios; empírico; aproximado. Para edifícios de alvenaria não reforçada com diafragmas flexíveis, com 6 pisos ou menos, a expressão simplificada é dada por (3.29). Esta expressão é um caso especial desenvolvido especificamente para edifícios de alvenaria não reforçada (URM), em que as deformações das paredes são negligenciadas em comparação com as deformações dos diafragmas. Na Figura 62 representa-se graficamente esta simplificação.

5.0.078,0 dT (3.29)

d = deslocamento máximo no plano do diafragma, em inches, devido a forças laterais na direcção em consideração, igual ao peso correspondente ao diafragma.

Figura 62 - Terminologia dos deslocamentos em diafragmas

Os diafragmas devem ser dimensionados para resistir aos efeitos combinados das forças de inércia Fpx , dada pela expressão (3.30), e forças horizontais resultantes do deslocamento dos elementos verticais, ou alteração de rigidez, abaixo e acima do diafragma.

xn

xii

n

xii

px ww

FF

= força total de inércia no nível x (3.30)

Fi = força lateral aplicada no piso do nível i;

wi, wx = parte do peso sísmico localizado nos pisos i e x, respectivamente.

Análise dinâmica linear (LDP)

Utiliza o espectro de resposta elástico sem ter em conta a não-linearidade da resposta em antecipação. Tal como na LSP esperam-se deslocamentos máximos próximos dos esperados para a acção dos sismos, mas produzem forças internas que excedem aquelas que se obteriam num edifício em cedência. Estas forças são


125

avaliadas através de critérios de aceitação que incluem factores de modificação e procedimentos alternativos para ter em conta a resposta não linear.

Deve-se fazer o dimensionamento dos diafragmas para resistirem pelo menos às forças calculadas pelo LDP. Estas forças não devem ser inferiores a 85%Fpx, da expressão (3.30).

3.4.3.7.2 Análises não lineares

Na norma as análises não lineares são aplicáveis a todo o tipo de edifício e para qualquer método de reabilitação. A análise estática não linear (NSP) é adequada quando os efeitos devido aos modos de vibração superiores não são importantes, o que acontece geralmente para estruturas regulares e baixas, e quando as alterações na resposta dinâmica da estrutura devido a uma degradação da rigidez não são importantes. Estes critérios são quantificados pelas seguintes condições:

A força de corte em qualquer piso, calculada pela análise dinâmica linear considerando todos os modos de vibração necessários para atingir 90% de participação de massa, não ultrapassa 130% da força de corte obtida só com a consideração do primeiro modo de vibração.

Coeficiente R <Rmax, sendo R um coeficiente de resistência, correspondente à relação entre a força de corte máxima na base em regime elástico (M.g.Sa) e a força de corte correspondente ao ponto de cedência na curva de capacidade (Vy ,ver Figura 64).

No entanto, se os modos de vibração superiores forem importantes na resposta da estrutura a norma permite a utilização de uma análise estática não linear (NSP) complementada por uma análise dinâmica linear (LDP). Se a 2ª condição não for verificada têm que ser feita obrigatoriamente uma análise dinâmica não-linear.

A norma também permite a execução de uma análise estática não linear (NSP) simplificada, que consiste no seguinte:

Só são modelados os elementos primários;

A curva força-deslocamento idealizada é bi-linear, pelo que a parte correspondente à degradação da rigidez não é explicitamente modelada;

Os elementos que não verifiquem os critérios de aceitação para elementos primários, são classificados como secundários e removidos do modelo.

Para esta análise simplificada são considerados critérios de verificação da segurança mais exigentes e tem que se garantir que a remoção dos elementos do modelo não altere a regularidade da estrutura.

Na análise estática não linear o deslocamento alvo é calculado através da técnica de modificação do deslocamento (displacement modification technique). Esta técnica corresponde à modificação do deslocamento elástico máximo por coeficientes Ci que têm em conta a forma da distribuição vertical das forças horizontais, com o formato do 1º modo de vibração, triangular ou outra, (C0), a não linearidade da resposta (C1) e os efeitos da degradação da rigidez devido ao movimento cíclico (C2).

A análise dinâmica não linear é permitida para todos os casos embora seja um tipo de análise que requer uma forte experiência dos profissionais envolvidos e a execução de varias análises para ter em conta a influência da modelação da estrutura e da acção sísmica na variabilidade dos resultados.


126

Nas análise não lineares o modelo matemático deve ter incorporado as características não lineares da relação força-deslocamento dos elementos. A norma apresenta várias curvas backbone que representam esta relação e incluem a degradação da rigidez e uma resistência residual, tal como representado na Figura 63.

Figura 63 - Tipos de Curva backbone apresentadas em ASCE/SEI41-06

Na análise estática não linear a curva de capacidade é idealizada por uma curva com a forma representada na Figura 64.

Figura 64 - Curva de capacidade idealizada (in ASCE/SEI 41-06)

3.4.3.8 Estratégias de reabilitação (cap 2.5)

Um objectivo de reabilitação é conseguido pela adopção de medidas de reabilitação baseadas numa estratégia que aborda os danos e anomalias identificadas numa anterior avaliação.

São permitidas as seguintes estratégias de reabilitação:

Modificação local de componentes; Remoção ou redução de irregularidades existentes; Aumento da rigidez global; Aumento da resistência global; Redução de massa; Isolamento sísmico; Dissipação de energia; Outras estratégias de reabilitação aprovadas pelas autoridades competentes.


127

Os requisitos gerais de cálculo (Capítulo 2.6) devem ser considerados para todos os edifícios sujeitos a uma reabilitação sistemática, para qualquer nível de desempenho alvo e nível de acção sísmica. Como requisitos de cálculo devem ser tidos em conta os efeitos sísmicos multidireccionais (nas duas direcções horizontais e na direcção vertical), os efeitos P-, efeitos de torção, derrubamento, garantir a continuidade dos elementos estruturais, dimensionamento dos diafragmas tendo em conta ligações correctas aos elementos verticais, dimensionamento de paredes tendo em conta o colapso no plano e fora do plano, dimensionamento dos elementos não estruturais, dimensionamento de estruturas com elementos em comum tendo em conta a melhoria da ligação ou a completa separação e juntas entre estruturas.

Podem ser considerados procedimentos alternativos aos indicados na norma, quando não estejam aí definidos os parâmetros de modelação estrutural relativos a elementos, sistemas ou materiais. É apresentada também uma metodologia e um plano guia para a inclusão de materiais e métodos de construção alternativos aos contabilizados na norma. Para tal é permitida a utilização de resultados experimentais para a elaboração de novos requisitos e para a definição de propriedades para materiais e elementos (tais como capacidades resistentes, de deformação, rigidez etc.).

A norma dá indicações para a garantia de qualidade na construção (Capítulo 2.7 da norma). Esta deve ser assegurada pela garantia de requisitos predefinidos, a conformidade com os elementos do projecto de reabilitação e pela execução de inspecções e testes complementares. Deve ser elaborado um plano de garantia de qualidade que no mínimo deve incluir os procedimentos de controlo de qualidade do empreiteiro, identificando os trabalhos de risco e os testes e inspecções complementares necessários, bem como a garantia de qualidade do projectista.

3.4.3.9 Reabilitação de paredes de alvenaria (cap 7.0)

Neste capítulo específico são definidos os requisitos para a aplicação de uma reabilitação sistemática a componentes de alvenaria de um edifício existente, quer sejam componentes existentes, reabilitados ou adicionados de novo. É aplicável a componentes de alvenaria composta por unidades sólidas ou vazadas de argila ou betão e não se incluem as alvenarias de pedra ou de blocos de vidro.

São especificados os procedimentos para:

recolha da informação para posterior obtenção das propriedades dos materiais e avaliação do estado de danos da estrutura;

modelação da estrutura, cálculo da resistência de componentes, critérios de avaliação e medidas de reabilitação para paredes de alvenaria e alvenarias de enchimento;

Ligações em paredes de alvenaria; Elementos de fundação em alvenaria.

Em termos de características dos materiais, devem ser obtidos os valores médios da resistência à compressão, à tracção e ao corte, módulo de elasticidade e de corte da alvenaria. Os valores médios das propriedades indicadas são os obtidos por testes e o valor mínimo será obtido dos valores médios afectados de um desvio especificado na norma. A norma indica quais os tipos e número de testes a utilizar na recolha de cada tipo de propriedade.


128

A alvenaria deverá ser classificada como em boa, média ou má condição. Em função desta classificação e de vários tipos de alvenarias, são apresentadas tabelas com valores limites inferiores para as características mecânicas a utilizar por defeito. Estes valores pecam por ser demasiados conservadores. Uma comparação destes valores com outros obtidos por testes, mostra que se pode ter um ganho significativo da resistência.

A modelação de paredes de alvenaria pode ser feita considerando o comportamento em consola ou como encastrada na base e topo, de acordo com a Figura 65. São apresentadas expressões para o calculo da rigidez, que tem em conta a contribuição do corte e da flexão.

A verificação da segurança é feita tendo em conta o tipo de análise efectuada e o comportamento dúctil ou frágil do elemento, designado na norma por deformation-controled ou force-controled, respectivamente.

Para análises lineares a verificação é feita de acordo com (3.31) e (3.32) para comportamento dúctil ou frágil, respectivamente.

UDCE QmkQ (3.31)

UFCL QkQ (3.32)

Sendo:

EGUD QQQ (3.33)

JCCQQQ E

GUF21

(3.34)

Em que:

QUD é a acção de dimensionamento no caso de deformation-controled actions

QUF é a acção de dimensionamento no caso de force-controled actions

QCE é a resistência esperada para o elemento para deformation-controled actions

QCL é a resistência mínima para o elemento para force-controled actions

m é o coeficiente de comportamento

k é o factor de conhecimento

QG é a acção devido às cargas permanentes

QE é a acção devido ao sismo

C1, C2 e J são factores correctivos

Para as análises não lineares a verificação é feita em termos de deslocamentos e forças retiradas directamente da análise com as capacidades correspondentes. Para comportamento dúctil comparam-se deslocamentos e para comportamento frágil comparam-se resistências, sendo a capacidade a correspondente ao limite inferior QCL.


129

A capacidade das paredes é calculada tendo o comportamento dúctil ou frágil do elemento. A norma indica os critérios para fazer a classificação entre comportamento dúctil e frágil e apresenta expressões para o cálculo das resistências das paredes em cada caso.

Para análises lineares a capacidade é calculada em termos de resistências e os factores de comportamento a utilizar são dados em função da altura da parede e do objectivo de reabilitação pretendido, de acordo com os valores na Tabela 28.

Para as análises não lineares as capacidades são calculadas em termos de deslocamento relativo e das variáveis que definem a relação força-deslocamento (ver Figura 66), em função da altura da parede e do Objectivo de reabilitação pretendido (na Tabela 29).

Tabela 28 - Factores de comportamento para paredes de alvenaria em edifícios URM

Tabela 29– Relações simplificadas para verificação de paredes de alvenaria de edifícios URM

Figura 65 -Terminologia dos deslocamentos e altura relativa de paredes de alvenaria


130

Figura 66 - Relação força deslocamento para verificação da segurança de elementos de alvenaria

3.4.3.10 Reabilitação de pisos em madeira (cap 8.5)

A norma apresenta no Capítulo 8.5 os critérios específicos para a reabilitação de diafragmas de madeira.

Neste capítulo dividem-se os tipos de diafragmas em existentes, reabilitados e novos, faz-se a descrição dos vários tipos de diafragmas de madeira existentes, em função da geometria e ligações entre elementos e às paredes. Em termos de verificação da segurança indicam-se expressões para o cálculo da rigidez e da resistência para diafragmas de vários tipos (single straight sheating, double straight sheating, double diagonal sheating, etc.).

3.4.3.11 Utilização em programas de mitigação de risco sísmico

Esta norma para a reabilitação sísmica de edifícios é adequada para :

Adopção e aplicação por entidades que elaboram os regulamentos e códigos locais em programas de mitigação de risco sísmico locais;

Adopção e aplicação por organizações ou agências governamentais em programas de mitigação de risco sísmico direccionados;

Para servir de referência a donos de edifícios que pretendam executar uma reabilitação voluntária de edifícios.

O anexo A dá indicações para a utilização desta norma em programas de mitigação de risco sísmico de um destes tipos. Definem-se seguidamente os critérios apresentados para esta utilização, bem como algumas definições associadas.

Os programas locais ou direccionados podem incidir sobre edifícios de alto-risco ou definir prioridades globais. Estas decisões devem ser tomadas levando em consideração características do levantamento dos edifícios a nível social, físico, histórico e económico.

Embora os incentivos financeiros possam induzir e levar à mitigação do risco de forma voluntária, os programas de mitigação de risco direccionados, que são cuidadosamente planeados e executados em conjunto (em cooperação) com aqueles cujos interesses são afectados, são normalmente mais eficazes. Os benefícios que potencialmente poderão advir destes programas incluem redução das perdas directas devido aos sismos (perdas de vidas, custos de reparação dos danos, perda de utilização do edifício) bem como uma recuperação geral mais rápida, após o sismo.


131

Edifícios reabilitados também podem ver aumentado o seu valor patrimonial ou como consequência ter taxas de seguro mais baixas. Outros aspectos a ter em conta podem ter a ver com a interacção da reabilitação com a preservação histórica, economia local ou objectivos de planeamento global, que são discutidos no FEMA 275 [50].

Definem-se dois tipos de custos associados à reabilitação sísmica:

Custos primários – trabalhos de construção incluindo o projecto, inspecções e administração. Pagos normalmente pelo dono da obra e edifício.

Custos adicionais – associados com o desenvolvimento e administração dos programas de mitigação de risco, tais como custos da identificação dos edifícios de alto-risco, relatórios de impacto ambiental ou socio-económicos, programas de formação, inspecções na construção.

Referem-se os documentos FEMA 156 [45] e 157 [46] que tratam destas questões com maior profundidade.

A norma refere dois tipos de programas de mitigação de risco sísmico, activos e passivos. São considerados passivos aqueles programas que só requerem a reabilitação do edifício em consequência da ocorrência de outra actividade ou acção, denominados como catalisadores. Por outro lado, os programas activos são aqueles que obrigam à reabilitação sísmica de edifícios alvo num dado espaço de tempo, independentemente da ocorrência de outra actividade. É indicado que os programas passivos reduzem o risco mais lentamente que os activos.

São dadas indicações sobre actividades catalisadoras que podem ser na generalidade as seguintes:

1. Aumento da ocupação; 2. Alterações estruturais; 3. Remodelações que impliquem o aumento de vida de utilização do edifício.

A definição da extensão e detalhe dos catalisadores vai influenciar grandemente a velocidade, eficácia e impacto da redução do risco sísmico. A norma não abrange a definição da selecção dos catalisadores que é uma decisão politica e deve ser realizada pelas entidades que fazem o levantamento ou inventário dos edifícios. No entanto a norma lista alguns catalisadores utilizados no passado, tais como:

1. revisão de partes da estrutura; 2. remodelação de uma dada percentagem da área do edifício; 3. custos de trabalhos de intervenção no edifício tal que ultrapasse uma percentagem do valor total do

edifício; 4. alteração de uso do edifício tal que aumente a ocupação ou importância 5. mudança de proprietário (ownership).

Esta norma contém uma variedade de opções que podem ser adoptadas para a elaboração de documentos que regulamentem a reabilitação sísmica ou a redução do risco sísmico. As autoridades competentes pela elaboração de tais documentos podem incorporar parâmetros apropriados através da referência a requisitos patentes na norma, tais como objectivos de reabilitação.


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Utilização em programas passivos

Pode ser seleccionado um único Objectivo de Reabilitação para todas as actividades que catalisem a reabilitação (por exemplo, o BSO) ou podem ser escolhidos objectivos mais ou menos rigorosos para alterações de maior ou menor importância. Por exemplo, por vezes é necessário que os projectistas, donos ou autoridades negoceiem a extensão das melhorias a efectuar ao nível da resistência sísmica em conjunto com as alterações a efectuar no edifício. Por vezes as autoridades locais impõem nos códigos uma reabilitação completa para remodelações completas ou alterações estruturais de maior dimensão. É o intuito desta norma providenciar um sistema comum para todos estes usos variados.

Utilização em Programas Activos ou obrigatórios

Os programas activos são normalmente direccionados para a utilização em edifícios de alto-risco. A definição do risco pode ser dependente da probabilidade do edifício colapsar em termos estruturais, da importância, do tipo de ocupação do edifício, do tipo de solo ou de outros factores relevantes. Esta norma está direccionada para ser utilizada no processo de reabilitação e não inclui a definição e comparação dos riscos sísmicos de vários edifícios ou outros factores de risco. Esta tarefa terá que ser efectuada pelas autoridades competentes. Podem ser seleccionados para ser incluídos nestes programas certos tipos de edifícios, tais como, de alvenaria não reforçada ou de betão armado com detalhes inadequados. No limite, edifícios que foram dimensionados antes de um código de dimensionamento sísmico aceitável devem ser sujeitos a uma avaliação sísmica que determine se estão presentes algumas características específicas ou outros factores de risco, embora o custo de tal tarefa seja significativo.

3.4.4 Documento FEMA 547

Este documento referente a técnicas de reabilitação é parte da família de publicações do Programa Nacional de Redução de Risco Sísmico (NEHRP) referentes a reabilitação de edifícios existentes. Descreve categorias e classes de técnicas individuais de reabilitação sísmica comuns para tipos de edifícios modelo da FEMA que são associadas a danos e anomalias do edifício. O documento substitui o FEMA 172 - NEHRP Handbook of Techniques for the Seismic Rehabilitation of Existing Buildings [49], publicado em 1992. Desde então foram desenvolvidas muitas técnicas de reabilitação e utilizadas para a reparação e reabilitação de edifícios com danos pós-sismo ou com resistência sísmica deficiente.

Em termos de organização o documento funciona em torno dos tipos de edifícios modelo da FEMA, apresentados na Tabela 30. Para cada tipo de edifício é reservado um capítulo onde são identificadas as anomalias sísmicas mais usuais e são sugeridas as técnicas de mitigação, embora seja reconhecido que na maior parte dos edifícios existem danos e anomalias múltiplas que requerem uma combinação de acções de mitigação. São definidas as técnicas de reabilitação mais utilizadas para cada tipo de edifício e são dadas referências para outros capítulos (de outros tipos de edifícios modelo) quando apropriado.

O tipo de edifício modelo mais adequado para o caso de edifícios antigos é o URM – Unreinforced masonry bearing walls, ou seja, edifícios de paredes resistentes em alvenaria não reforçada, tal como representado na Figura 67. No capítulo referente a este tipo de edifícios é apresentada uma tabela, do tipo da representada na Figura 68, onde se indicam as anomalias e deficiências sísmicas possíveis de existir e se fazem


133

corresponder as técnicas de reabilitação mais adequadas. Estas técnicas são agrupadas por categoria e classe e para cada uma é feita uma descrição dos elementos a intervir e é indicado o sub-capítulo onde se descreve em mais pormenor a técnica. Neste sub-capítulo referente a cada técnica de reabilitação são apresentadas imagens e descrições detalhadas dos trabalhos a realizar, por exemplo a sequência de construção, os elementos a executar, etc. Na Figura 69 representa-se um exemplo de imagens existente no documento.

Tabela 30 - Edifícios modelo da FEMA

Tipo Descrição Capítulo

W1 Wood Light Frames 5

W1A Multi-storey, Multi-Unit Residential Wood frames 6

W2 Woodframes, Commercial and Industrial 7

S1/S1A Steel Moment Frames 8

S2/S2A Steel Braced Frames 9

S4 Steel Frames with Concrete Shear Walls 10

S5/S5A Steel Frames with Infill Masonry Shear Walls 11

C1 Concrete Moment Frames 12

C2b Concrete Shear Walls (Bearing Wall Systems) 13

C2f Concrete Shear Walls (Gravity Frame Systems) 14

C3/C3A Concrete Frames with Infill Masonry Shear Walls 15

PC1 Tilt-Up Concrete Shear Walls 16

PC2 Precast Concrete Frames with Shear Walls 17

RM1t Reinforced Masonry Bearing Walls (Similar to Tilt-Up Concrete Shear Walls) 18

RM1u Reinforced Masonry Bearing Walls (Similar to Unreinforced Masonry Bearing Walls) 19

RM2 Reinforced Masonry Bearing Walls (Similar to Concrete Shear Walls w/ Bearing Walls) 20

URM Unreinforced Masonry Bearing Walls 21


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Figura 67 - Edifício tipo URM - Unreinforced Masonry Bearing Walls [in FEMA 547]

Figura 68 - Tabela de correspondência anomalias e técnicas de reabilitação [in FEMA 547]


135

Figura 69 - Exemplos de imagem de técnica de reabilitação apresentada. [in FEMA 547]


136

3.4.5 Outros documentos

3.4.5.1 FEMA 154 e 155

Os documentos FEMA 154 e FEMA 155 Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards, apresenta um método que permite rapidamente identificar, listar e categorizar os edifícios de acordo com o risco de morte, ferimento ou restrição de uso após o sismo. O método denomina-se por Rapid Visual Screening (RVS) e pode ser utilizado numa inspecção exterior de cerca de 15 a 30 minutos, através da recolha de informação de acordo com uma ficha incluída no documento. Destina-se essencialmente a apoiar acções de Protecção Civil após sismos destruidores. Apesar de ser aplicável a todo o tipo de edifícios o RVS tem como objectivo principal a identificação de

1. edifícios antigos que foram dimensionados e construídos antes da adopção de critérios de dimensionamento à acção sísmica e detalhes construtivos adequados,

2. edifícios em solos de má qualidade, 3. edifícios com características de desempenho que influenciam o seu comportamento e resposta face

à acção sísmica. Uma vez identificado como edifício em risco, este deve ser posteriormente avaliado por um projectista com experiência em dimensionamento à acção sísmica, que deve determinar se de facto se trata de um edifício em risco.

A metodologia RVS é também conhecida como uma observação de passeio (sidewalk survey), durante a qual alguém com experiência em inspecções visuais, examina o edifício com o propósito de identificar factores que afectem o comportamento do edifício face ao sismo. São exemplos de factores a identificar, o tipo de edifício, a sismicidade, as condições do solo e irregularidades. É calculada uma pontuação para o edifício baseada em valores previamente definidos para cada um destes factores, patentes num formulário desta metodologia. São recolhidas também outras informações importantes, nomeadamente o tipo de ocupação do edifício e a presença de riscos de rotura de elementos não estruturais. A pontuação obtida é comparada com uma pontuação por referência designada por cut-off score, para determinar se o edifício apresenta vulnerabilidades que devam ser avaliadas mais aprofundadamente por um engenheiro experiente.

3.4.5.2 FEMA 156 e 157

Os documentos FEMA 156 e FEMA 157 Typical Costs for Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, volumes 1 e 2. Estes documentos definem uma metodologia para estimar custos de projectos de reabilitação em várias zonas dos Estados Unidos da América. Uma metodologia estatística é baseada numa amostragem de cerca de 2100 projectos, para dar uma estimativa dos custos, apresentando uma qualidade crescente quanto maior for a quantidade e qualidade de informação disponível sobre o edifício. 3.4.5.3 FEMA 306, 307 e 308

FEMA 306 (1998) [51], FEMA 307 (1998) [52], FEMA 308 (1998) [53] são documentos que fornecem informações sobre a avaliação e reparação de componentes de paredes de alvenaria e de betão armado. Estes


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documentos são referenciados no Capítulo 7 do ASCE/SEI 41-06 para a recolha de informação sobre técnicas de reparação de componentes de alvenaria sujeitas a danos após os sismos. Estes documentos foram elaborados para resolver a controvérsia sobre a falta de critérios na reparação de danos em alvenaria realizados após os sismos de Loma Prieta (1989) e Northridge (1994). Uma breve descrição do que se encontra em cada um deles é feita se seguida.

O relatório FEMA 306, Evaluation of Earthquake Damaged Concrete and Masonry Wall Buildings, Basic Procedures Manual, apresenta orientações para a avaliação de danos e para a análise do comportamento futuro dos edifícios. São incluídos guias para a classificação dos danos em elementos e guias para testes e inspecções.

O FEMA 307, Evaluation of Earthquake Damaged Concrete and Masonry Wall Buildings, Technical Resources, contêm informação suplementar, incluindo os resultados de um análise teórica sobre os efeitos de danos antigos, utilizando modelos numéricos de um grau de liberdade, bem como um exemplo de aplicação dos procedimentos básicos.

O FEMA 308, The Repair of Earthquake Damaged Concrete and Masonry Wall Buildings, discute as questões políticas respeitantes à reparação de edifícios danificados após o sismo e demonstra como os procedimentos desenvolvidos para o projecto podem ser utilizados para dar um fundamento técnico nas decisões políticas.

3.4.5.4 FEMA 395 a 397

Os documentos FEMA 395 [54], 396 [55] e 397 [56] são referentes à reabilitação sísmica incremental de hospitais, escritórios e edifícios habitacionais multifamiliares, respectivamente. Fornecem as informações necessárias para as entidades responsáveis avaliarem a vulnerabilidade sísmica destas construções e implementarem um programa incremental de reabilitação sísmica. 3.4.5.5 FEMA 420

Existe a tecnologia para o reforço de edifícios face à acção sísmica, mas muitos donos de edifícios estão relutantes em a colocar em prática devido aos custos económicos altos e à interrupção de uso. A FEMA publicou uma série de manuais que sugerem uma reabilitação incremental de edifícios como alternativa à reabilitação efectuada numa só fase. O FEMA420 Engineering Guideline for Incremental Seismic Rehabilitation [57] serve de orientação para engenheiros e arquitectos na implementação desta abordagem inovadora, ao serviço dos seus clientes donos de obra que decidiram implementa-la.


138


139

4 ANÁLISE COMPARATIVA 4.1 Introdução

Apresenta-se neste capítulo uma análise comparativa entre os regulamentos analisados, tanto a nível europeu comparando o EC8-3 e Regulamento Italiano, como a nível internacional, analisando e comparando as abordagens europeia e norte americana. Esta tarefa permitiu salientar as semelhanças e as diferenças existentes. Os resultados desta análise servirão para tecer comentários e lançar um “olhar crítico” sobre os conceitos e metodologias patentes em cada documento.

A metodologia seguida para a comparação foi de, para cada tópico, fazer um resumo de cada um dos documentos expostos no Capítulo 3 e tecer comentários finais retirando algumas conclusões sobre os seus conteúdos, quantificando e qualificando sempre que possível as diferenças encontradas entre eles. Os tópicos foram escolhidos de forma a manter o mais possível a organização da exposição considerada no Capítulo 3.

4.2 Organização

EC8

O EC8-3 é a terceira de seis partes do Eurocódigo 8 e foca a avaliação e reforço de edifícios à acção sísmica. Foi construída com base na Parte 1 que refere as regras gerais, acções sísmica e regras para edifícios, e apresenta os aspectos complementares associados à temática de avaliação e reforço. Desta forma, além dos aspectos novos, apresenta referências à Parte 1 em todos os pontos comuns e introduz os critérios que diferem ou complementam, nomeadamente na definição da acção sísmica, métodos de cálculo, modelação, verificação da segurança, etc.

O EC8-3 aborda três tipologias estruturais compostas pelos materiais estruturais mais usuais, tais como, betão, aço em estruturas metálicas e alvenaria (não reforçada, reforçada ou confinada). Para tal, apresenta três anexos informativos, que complementam o indicado na parte geral, comum a todas as tipologias, com dados adicionais para cada material. Estes dados adicionais focam os aspectos da recolha de informação, métodos de análise, cálculo de capacidades e exigências bem como tipos de intervenções adequadas a cada tipologia estrutural.

Particularmente, a tipologia de alvenaria é abordada no Anexo C onde se apresentam os critérios que se adaptam a esta tipologia e complementam o corpo geral. Em alguns pontos também se apresentam algumas referências ao Eurocódigo 6 - Projecto de Estruturas de Alvenaria (Parte 1.1 : Regras Gerais para Estruturas de Alvenaria Armada e Não Armada) [34].

Regulamento Italiano

Tendo sido elaborado com base no Eurocódigo 8, o regulamento apresenta a mesma metodologia e processo de cálculo que o EC8-3. Apresenta diferenças que focam essencialmente a tipologia de alvenaria, tendo sido introduzidas alterações a nível da organização do texto do regulamento bem como dos critérios de


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avaliação e verificação da segurança para este tipo de edifícios. A sua organização apresenta quatro anexos e relega para o Anexo 2 a temática associada aos edifícios, onde se incluem os edifícios novos, os existentes e naturalmente a avaliação, reparação e reforço destes.

Nesse Anexo 2 são apresentadas as regras para os edifícios novos em geral e particulariza-se no Capítulo 8 para os edifícios novos de alvenaria. Os edifícios existentes são abordados no Capítulo 11 que se baseia no anterior e apresenta os critérios complementares associados ao tema de avaliação e reabilitação sísmica. O Capítulo 11 aborda a tipologia de alvenaria que é ainda complementada com alguns anexos.

A tipologia de alvenaria é abordada separadamente da de betão armado e estrutura metálica. Para estas últimas, a metodologia apresentada no EC8-3 foi mantida na generalidade, enquanto que para a tipologia de alvenaria foram introduzidas alterações ao nível da recolha de informação, determinação das características mecânicas dos materiais, definição dos requisitos de segurança, modelos e métodos de cálculo.

Abordagem norte americana

A política de mitigação de risco sísmico existente nos E.U.A., que data da década de 1970, resultou num conjunto de documentos que se complementam e definem as regras e passos a tomar no âmbito de reabilitação de edifícios existentes à acção sísmica. São essencialmente três documentos que focam a fase de avaliação (Standard ASCE/SEI 31-03), a fase de dimensionamento da solução de reabilitação (Standard ASCE/SEI 41-06) e as técnicas de reabilitação adequadas a mitigar as anomalias encontradas (FEMA 547).

O Standard ASCE/SEI 31-03 apresenta um capítulo para cada nível do processo de avaliação que preconiza, em que cada capítulo desenvolve os critérios de aplicação e o processo de verificação de cada nível, incluindo checklists e métodos de análise que vão dos mais simplificados aos mais refinados.

O Standard ASCE/SEI 41-06, que normaliza o processo de reabilitação sísmica de edifícios existentes, está organizado numa parte geral, onde aborda o processo de reabilitação proposto, os critérios de verificação, os métodos de análise, a recolha de informação etc., e em capítulos em que aborda cada tipologia estrutural em separado, nomeadamente betão armado, estruturas metálicas, alvenaria, madeira. Além disso, dedica outros capítulos ao isolamento sísmico, às fundações e aos elementos não estruturais.

O documento FEMA 547 descreve categorias e classes de técnicas individuais de reabilitação sísmica comuns para tipos de edifícios modelo da FEMA que são associadas a danos e anomalias do edifício. Para cada tipo de edifício é reservado um capítulo onde são identificadas as anomalias sísmicas mais usuais e são sugeridas as técnicas de mitigação.

Uma nova abordagem ao tema da avaliação e reabilitação sísmica está a ser desenvolvida nos E.U.A. com a elaboração de documentação referente à reabilitação incremental. Com esta alternativa à reabilitação efectuada numa só fase pretende-se dar um impulso na reabilitação de edifícios existentes, permitindo ao dono do edifício a gestão dos custos associados em termos económicos e de interrupção de uso.

Comentários

Actualmente o Regulamento Italiano em conjunto com a versão existente do EC8-3 são os documentos que definem a abordagem europeia sobre a temática da reabilitação sísmica de edifícios existentes. Os


141

documentos europeus têm correspondência com o documento norte americano Standard ASCE/SEI 41-06. Todos os documentos focam essencialmente um processo sistemático para a reabilitação sísmica e são organizados sensivelmente da mesma forma, capítulos para cada tipologia que complementam uma parte geral.

Na abordagem europeia a fase de avaliação incluída nos regulamentos é mais complexa e implica maiores custos a dispender pelas entidades responsáveis pelo edifício do que a avaliação preconizada pela abordagem norte americana no Standard ASCE/SEI 31-03 .

Em comparação com os E.U.A., na Europa existe a lacuna ao nível de:

possibilidade de execução de uma avaliação simplificada;

levantamento de tipologias estruturais tipo e estados de danos associados;

correlação de técnicas de reabilitação sísmica com os danos reais apresentados pelas estruturas;

indicações para reabilitações incrementais, parciais ou reduzidas.

A organização do EC8-3, devido às constantes referências a outros capítulos, a outras partes do EC8 e a outros Eurocódigos (EC6 por exemplo), torna-se confusa e de difícil aplicação prática.

4.3 Aplicabilidade

EC8

O EC8-3 só é aplicado se houver a necessidade de se proceder à avaliação sísmica de um determinado edifício, cujos resultados podem ou não levar à adopção de medidas correctivas de reparação e/ou reforço. Esta necessidade terá que ser definida a montante, de forma voluntária pelo dono do edifício ou imposta pelas autoridades nacionais e/ou locais através da implementação de programas de mitigação de risco sísmico.

Embora seja aplicável a todas as categorias de edifícios, apresenta reservas face à sua aplicação a monumentos e edifícios históricos, cuja avaliação e reabilitação sísmica normalmente exige uma abordagem diferente, que tenha em conta a especificidade de cada um.

É aplicável a edifícios isolados, não considerando os efeitos de grupos de edifícios ou quarteirão. Não é aplicável à determinação da vulnerabilidade de grupos de edifícios e de populações com o intuito de avaliar o risco sísmico. Não são considerados os edifícios mistos.

De notar que o Anexo C aborda os tipos de alvenaria com unidades de tijolo ou blocos de betão. Não são mencionadas as alvenarias de pedra.


O Regulamento Italiano introduz explicitamente os critérios de aplicação do documento, definindo à partida as situações para as quais será obrigatório proceder à avaliação da estrutura de edifícios existentes para a acção sísmica. São apresentadas de seguida as intervenções que levam à necessidade de avaliação:


142

a) Aumento do edifício em altura ou em planta;

b) Alteração do tipo de utilização do edifício, decorrente da intervenção, que envolva o aumento das cargas iniciais (permanentes e variáveis);

c) A execução de intervenções estruturais com vista a transformar o edifício noutro diferente do original;

d) A execução de intervenções estruturais que envolvam alterações substanciais no comportamento global do edifício (renovações, substituições de partes estruturais, etc.).

Em tudo o resto este regulamento tem os mesmos critérios de aplicação que o EC8-3.

As alvenarias abrangidas no regulamento são as que são apresentadas nas tabelas com as características dos materiais. Vão desde a alvenaria de pedra irregular até à alvenaria regular de blocos de betão e cerâmicos.


A aplicação dos vários documentos norte americanos, e em especial das normas 31-03 e 41-06, é iniciada de forma voluntária pelo dono do edifício ou de forma obrigatória por regulamentos locais ou estatais ou por planos de mitigação de risco sísmico.

A norma ASCE/SEI 41-06 desenvolve um anexo com critérios de aplicação do documento por planos de mitigação, tanto activos como passivos. Em termos de materiais de alvenaria, o documento referente à reabilitação só aborda as alvenarias de blocos de betão e de tijolo.

Comentários

Em termos de aplicabilidade podem-se distinguir duas vertentes, nomeadamente, em que situações será necessário aplicar e como e onde se aplicará o documento.

Na primeira vertente reside a grande diferença entre os dois documentos europeus. O Regulamento Italiano dá directamente critérios de aplicação obrigatória enquanto que o EC8-3 remete esta questão para os Anexos Nacionais. Por comparação verifica-se que o Regulamento Italiano adaptou os critérios relativos a um programa de mitigação de risco sísmico passivo, tal como apresentado de forma informativa no EC8-3.

Os documentos norte americanos não indicam explicitamente as situações que despoletam a aplicação, mas apresentam critérios que facilitam sua aplicação em programas de risco sísmico ou em regulamentos locais, estatais ou governamentais e fornecem informações quanto a actividades catalisadoras para cada tipo de programa.

No que respeita ao como e onde se aplicam, os documentos europeus são idênticos em praticamente todos os aspectos, excepto na abordagem de alvenarias de pedra que o EC8 não abrange explicitamente. O Regulamento Italiano ao apresentar tabelas com características mecânicas para este tipo de alvenaria está implicitamente a incluí-la.


143

Os documentos norte americanos não abordam as alvenarias de pedra, o que se compreende visto que não é um material de utilização representativa no território. A alvenaria mais utilizada é a de blocos cerâmicos, designados por brick.

4.4 Planos de mitigação de risco sísmico

EC8

A título informativo, o EC8-3 apresenta as linhas gerais que definem os dois tipos de programas de mitigação de risco sísmico que podem ser considerados, nomeadamente activos ou passivos. Relega para as autoridades nacionais de cada país a elaboração e a implementação destes programas e a relação do EC8-3 com estes.


Indica explicitamente critérios de aplicação que correspondem às situações de desencadeiam um programa de mitigação de risco sísmico passivo.

Documentos norte americanos

A utilização das normas ASCE/SEI 31-03 e 41-06 pode ser voluntária ou imposta pelas autoridades competentes. Estas autoridades fazem a imposição através de planos de mitigação cujos critérios de aplicação se encontram fora do âmbito das normas. A norma ASCE/SEI 41-06 tem um anexo informativo que indica critérios para a utilização da norma no âmbito de programas de mitigação de risco sísmico, tanto passivos como activos, mencionando custos.

Os documentos da FEMA foram todos elaborados no âmbito da principal missão da agência, que é:

reduzir a perda de vida e bens e proteger o território nacional de todos os perigos, que incluem entre outros as catástrofes naturais e em particular os sismos;

liderar, suportar e desenvolver um sistema de gestão de risco abrangente em termos de emergência, protecção, resposta, recuperação e mitigação.

Assim, todos os documentos foram elaborados no quadro de um programa abrangente de mitigação de risco sísmico.

Comentários

A nível europeu não existe uma política comum nem um plano global de mitigação de risco sísmico. Ainda se encontra em desenvolvimento o documento de aplicação harmonizada em toda a comunidade, pelo que, actualmente, cada país é responsável pela garantia de conservação do seu património e pela aplicação de acções de reabilitação. Mesmo após a entrada em vigor do Eurocódigo 8 e da sua Parte 3 a obrigatoriedade de aplicação deste documento terá que ser definida pela elaboração de Anexos Nacionais.


144

Nos E.U.A. esta política de mitigação já se encontra bem desenvolvida e com um grande número de documentos associados. Este facto pode ser explicado em parte pelo maior período de retorno dos sismos na Europa e em particular em Portugal relativamente a certas zonas dos E.U.A., como por exemplo o estado da Califórnia. Sismos recentes naquela zona possibilitaram o conhecimento do comportamento das estruturas existentes e de técnicas de reabilitação anteriormente utilizadas, que facilitaram e potenciaram a elaboração do programa de mitigação e de todos os documentos associados. De notar que este programa está em contínua actualização, o que se pode observar pela quantidade de novos documentos que vão sendo desenvolvidos anualmente.

4.5 Metodologia

EC8

Considerando que o estudo de um edifício existente é composto pelas etapas representadas na Figura 70 verifica-se, por comparação com a metodologia do EC8-3, que este aborda somente as etapas de avaliação de segurança e da posterior intervenção, quando necessária. Não abrange a fase de diagnóstico definida como o estudo preliminar do estado actual do edifício, na qual se recorre ao levantamento da solução estrutural, evidenciando o sistema resistente às forças laterais, e ao levantamento das anomalias e patologias visíveis. No entanto, podem-se considerar para a fase de diagnóstico alguns dos critérios definidos no EC8-3 para a recolha de informação, referidos na fase de avaliação da segurança.

Na definição da metodologia, apresentam-se essencialmente critérios de natureza quantitativa, remetendo para as autoridades nacionais, através dos parâmetros a definir no respectivo Anexo Nacional, a consideração de critérios de natureza qualitativa que sirvam de complemento aos apresentados. Estes complementos permitem a formulação de uma abordagem global mais adequada ao estudo dos edifícios existentes, tal como recomendado por várias entidades.

Figura 70 - Etapas de estudo para edifícios existentes

A metodologia proposta no EC8-3 corresponde a um processo iterativo onde se realiza de início o processo de avaliação da estrutura nas condições existentes, cujos resultados podem levar ou não à adopção de medidas de reparação e reforço (melhoria do comportamento). Estas medidas, quando necessárias serão consideradas, em segunda fase, na modelação e na verificação da segurança, neste caso da estrutura reabilitada. Os resultados da análise são validados e caso existam alguns elementos que não verifiquem os critérios de verificação, são efectuadas as alterações e adaptações necessárias, voltando-se a realizar a análise e a validar os resultados até obter a solução óptima.

A Parte 1 do EC8 apresenta a definição de edifícios simples de alvenaria para os quais, no caso de zona de baixa sismicidade, não é necessária a verificação da segurança através de cálculo específico, pois as

Avaliação da segurança Decisão de intervenção Diagnóstico

EC8-3


145

exigências de desempenho podem ser satisfeitas através da aplicação de regras simples. Relativamente aos edifícios existentes o EC8-3 não apresenta qualquer comentário relativamente a estas regras, pelo que não existe assim nenhum critério que regulamente a aplicação destas regras simples a edifícios existentes.


A metodologia apresentada é igual á proposta no EC8-3.

Para os edifícios existentes, classificados como edifícios simples de alvenaria, o regulamento permite a verificação automática da segurança, sem a realização de cálculo específico.

É permitida uma verificação simplificada para os edifícios localizados na zona sísmica mais baixa, que corresponde à zona 4, com uma aceleração horizontal máxima de 0,05g, de acordo com o zonamento sísmico do território italiano. Esta verificação consiste na aplicação de um sistema de forças horizontais em cada direcção ortogonal, definidas pela expressão correspondente às forças estáticas equivalentes da análise estática linear. Para os esforços obtidos faz-se a verificação da segurança aos Estados Limite Últimos nas duas direcções em separado, seguindo as regras das construções não dimensionadas explicitamente para resistir à acção sísmica.


O conjunto de documentos analisado abrange todas as etapas do estudo de um edifício, representadas na Figura 70. A etapa de diagnóstico é coberta pelos documentos FEMA 154 e 155 Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards e em parte pelo ASCE/SEI 31-03, em especial pelas cheklists do nível 1.

A etapa de avaliação da segurança é desenvolvida de forma sistemática no documento ASCE/SEI 31-01 considerando três níveis crescentes de exigência de cálculo e de procedimentos. São também referidos, neste documento, alguns critérios para a intervenção que é definida em pormenor no documento FEMA 547 que apresenta tanto critérios para a escolha da melhor intervenção, como exemplos de aplicação prática.

Na abordagem norte americana é permitida a realização de reabilitações recorrendo a métodos simplificados ou sistemáticos. O método simplificado pode ser aplicado a alguns edifícios que apresentam configuração regular e que não necessitam de procedimentos de análise avançados. Os procedimentos a realizar para levar a cabo uma reabilitação simplificada variam consoante se pretende uma reabilitação reduzida ou uma reabilitação parcial. O resultado deste método pode ser mais conservativo que o obtido pelo método sistemático que é aplicado a qualquer tipo de edifícios e envolve uma verificação cuidada de cada elemento estrutural, o dimensionamento de novos elementos e a verificação do desempenho global da estrutura.

É permitida a isenção de avaliação sísmica de determinados tipos de edifícios unifamiliares em certas zonas de sismicidade baixa ou em edifícios cuja ocupação humana é residual.


146

Comentários

É apresentada, nos dois códigos europeus, a mesma metodologia para a realização da avaliação da segurança e para a reabilitação sísmica de edifícios existentes. É uma metodologia baseada no conceito de desempenho da estrutura e composta por etapas bem definidas para a definição das características da estrutura e para a verificação estrutural. No Regulamento Italiano é permitida a isenção de avaliação pela classificação dos edifícios em edifícios simples de alvenaria e a realização de verificações simplificadas para zonas de sismicidade baixa (ag = 0,05g).

Na abordagem norte americana a avaliação pode ter diferentes níveis de exigência, variando do nível 1 ao nível 3. Com o aumento do nível aumentam as exigências em termos de recolha de informação e conhecimento das características estruturais, métodos de análise e modelos de cálculo, tempo dispendido e custos associados.

Na abordagem norte americana o processo de reabilitação pode ser sistemático ou simplificado e actualmente também incremental. O sistemático é similar à metodologia patente no EC8-3, mas permite a escolha mais alargada de objectivos de reabilitação. Como consequência, possibilita a realização de reabilitações com relações custo-benefício mais adequadas caso a caso. O simplificado corresponde à verificação dos níveis 1 e 2 equivalentes aos do processo de avaliação. Permite a elaboração de cálculos mais simples, se efectivamente necessários, e da verificação da segurança através de regras simples, patentes nas check lists do nível 1. O método simplificado têm correspondência no conceito de edifícios simples existente no Regulamento Italiano. A reabilitação incremental não tem paralelo nos documentos europeus.

Conclui-se assim que a abordagem norte americana é mais completa que a europeia pois abrange todas as etapas de estudo de um edifício existente e dá as ferramentas necessárias aos projectistas para a escolha das melhores soluções em termos de relações custos-benefícios técnicas e económicas.

4.6 Recolha de informação

EC8

Na definição da geometria o EC8-3 relaciona o incremento da exigência do levantamento geométrico com o nível de conhecimento que se pretende ter para a estrutura. No entanto, não existe no regulamento a definição quantitativa para cada um dos níveis.

Na recolha das propriedades dos materiais o EC8-3 baseia-se essencialmente numa campanha de testes in situ. Estes testes deverão ser realizados por piso, por tipo de elemento e em número suficiente para se obter um dado nível de conhecimento. Para a determinação das características mecânicas dos materiais o EC8-3 remete para a adopção dos valores médios dos resultados da campanha de testes efectuada.

O levantamento dos detalhes construtivos também se baseia em inspecções sistemáticas por piso e por elemento estrutural. É indicada uma percentagem mínima a verificar para cada nível de conhecimento.

O nível de conhecimento, definido em função do conhecimento dos materiais, dos detalhes construtivos e da geometria, é definido em três níveis, KL1, KL2 e KL3, por ordem crescente de conhecimento A cada nível é


147

associado o factor de confiança que varia (1,35 para KL1 , 1,20 para KL2 e 1,0 para KL3) e que vai dividir os valores das características mecânicas dos materiais.


À partida no Regulamento Italiano existe a possibilidade de utilizar informações de dados experimentais obtidos de outros edifícios desde que se estabeleça a correspondência inequívoca das características destes com o edifício em estudo. Isto permite simplificar bastante o processo de avaliação sísmica e subsequente reabilitação, caso se determine como necessária.

Na definição da geometria o Regulamento Italiano indica a necessidade de se fazer sempre um levantamento total para qualquer nível de conhecimento.

Na definição das características mecânicas do material alvenaria o regulamento permite recorrer a investigações in situ que correspondem a inspecções visuais, superficiais ou ao longo da espessura da parede, efectuadas após a remoção do acabamento em áreas seleccionadas. A investigação complementa as informações obtidas através de literatura disponível e permite identificar a tipologia da alvenaria, o seu estado de conservação e alterações efectuadas ao longo do tempo. Em posse do conhecimento passa-se à determinação das características mecânicas recorrendo a tabelas. Estas tabelas apresentam, para cada tipologia de alvenaria, intervalos de valores para as características mecânicas. Foram elaboradas com base no conhecimento dos tipos de alvenaria existentes no território Italiano, abrangem a maioria dos casos e podem ser actualizadas com a evolução deste conhecimento. No caso de se realizarem testes as características são dadas pelos resultados experimentais.

Na pesquisa dos detalhes construtivos, ao contrário do EC8-3, o Regulamento Italiano não impõe a verificação de uma dada percentagem de elementos por piso para se definir o nível de conhecimento, menciona somente que a inspecção é feita através de inspecções visuais ou através da remoção de amostras.

Os níveis de conhecimento são definidos com base no conhecimento da geometria, detalhes construtivos e materiais e denominam-se LC1, LC2 e LC3, por ordem crescente de conhecimento. Os factores de confiança associados são os mesmo que os do EC8 e afectam as propriedades dos materiais da mesma forma.


A recolha de informação está referenciada em todos os documentos da abordagem norte americana. Em cada documento a informação a obter é feita com maior ou maior profundidade dependendo do nível de exigência das verificações a efectuar.

Nos documentos de inspecção rápida a recolha será menos exaustiva que no documento de reabilitação, onde temos que definir um grau de conhecimento da estrutura. É necessário caracterizar bem as características mecânicas e geométricas dos materiais e elementos estruturais para elaboração de modelos de cálculo e verificações da segurança.

Nos documentos de inspecção rápida a recolha de informação incide sobre a inspecção visual da estrutura num espaço de tempo relativamente curto, completada com investigação de documentação existente. Se for


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necessário passar a uma avaliação mais cuidada a informação recolhida deverá ser completada com os elementos necessários para a elaboração da tarefa. No caso do documento de avaliação ASCEI/SEI 31-03 a recolha de informação varia com o nível da avaliação entre 1 e 3.

O último nível corresponde praticamente ao processo de reabilitação patente na norma ASCE/SEI 41-06 onde a informação deve ser recolhida com detalhe suficiente para permitir a execução dos procedimentos de análise e ter em conta o objectivo de reabilitação escolhido. A forma como é recolhida em termos quantitativos e qualitativos vai definir o nível de conhecimento que pode ser mínimo, usual ou abrangente, e para cada qual se associa um valor para o factor de conhecimento, entre 0,75 e 1,00. Este factor vai afectar o valor das capacidades resistentes dos elementos utilizadas na verificação da segurança, multiplicando as características mecânicas dos materiais.

Conclui-se que a recolha de informação é um processo evolutivo cuja exigência vai aumentando consoante se vai progredindo no processo de avaliação e reabilitação.

Comentários

No que respeita a recolha de informação, direccionada para edifícios com a tipologia de alvenaria, as diferenças entre o EC8-3 e o Regulamento Italiano são essencialmente decorrentes da diferente organização de cada um. Neste último a tipologia de alvenaria merece um sub-capítulo em separado das restantes (betão e estruturas metálicas). Esta diferença, sendo uma mais valia do Regulamento Italiano, permite a quem o aplica adequar o processo de desenvolvimento de um projecto de reabilitação para a tipologia de alvenaria tendo em conta as características específicas deste material.

Os edifícios com tipologia de betão ou estrutura metálica, sendo estruturas reticuladas e compostas por materiais de características diferentes da alvenaria (em termos de comportamento pós-cedência), enquadram-se na forma de recolha de informação patente no EC8-3 que individualiza esta recolha por tipos de elementos (pilares, vigas, paredes). No caso da tipologia de alvenaria, onde existe uma preponderância de elementos estruturais de paredes resistentes, a organização dos dados apresentada pelo Regulamento Italiano para a definição do nível de conhecimento torna-se mais simples e mais adequada, basta caracterizar o material alvenaria não sendo necessário individualizar elementos.

Na determinação das características dos materiais a metodologia do Regulamento Italiano permite evitar a execução de testes desnecessários que além de terem um cariz destrutivo, desfavorável para a estrutura, tornam a recolha de informação num processo bastante mais caro. A possibilidade de recorrer a tabelas torna a determinação das características mecânicas numa tarefa bastante mais simples.

Os níveis de conhecimento são iguais em ambos os regulamentos bem como o valor dos factores de conhecimento associados a cada. A diferença reside nos critérios que definem cada nível de conhecimento, que são mais simples no Regulamento Italiano.

No documento norte americano a recolha de informação permite também a classificação de três níveis de conhecimento, mínimo, usual e abrangente. O valor do factor de conhecimento pode ser 0,75 ou 1,00, depende do objectivo de reabilitação e do nível de conhecimento e vai afectar, multiplicando, os valores das características mecânicas dos materiais no cálculo das capacidades. Verifica-se que os valores do


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documento norte americano têm correspondência aproximada com os valores associados aos níveis KL1 e KL3 do EC8-3.

4.7 Objectivo de Reabilitação

EC8

O objectivo da reabilitação não se encontra definido directamente no documento. Por omissão, admite-se o que se encontra patente na Parte 1 deste Eurocódigo, para estruturas novas, onde se refere que “o objectivo do projecto sismo-resistente é o de, na eventualidade da ocorrência de sismos, proteger a vida humana, limitar as perdas económicas e assegurar a manutenção em funcionamento das instalações de protecção civil importantes”.

No EC8 estes objectivos são atingidos através da garantia de determinadas exigências de desempenho. Estas correspondem a Estados Limite associados a uma acção sísmica definida pelo espectro de resposta. São apresentados, no EC8-3, três combinações de Estado Limite e acção sísmica de entre os quais se deverá escolher o número e tipo, bem como a acção sísmica associada a considerar na avaliação e reabilitação sísmica de edifícios de alvenaria. Esta escolha será definida nos Anexos Nacionais. As combinações possíveis são:

Estado Limite de Colapso Eminente para acção sísmica com 2% de probabilidade de ocorrência em 50 anos (período de retorno de 2475 anos);

Estado Limite de Danos Severos para acção sísmica com 10% de probabilidade de ocorrência em 50 anos (período de retorno de 475 anos);

Estado Limite de Danos Limitados para acção sísmica com 20% de probabilidade de ocorrência em 50 anos (período de retorno de 225 anos);

A exigência de desempenho associada ao Estado Limite de Colapso Eminente está mais próxima do colapso da estrutura que a correspondente ao Estado Limite Último apresentado na verificação de edifícios novos (EC8-Parte 1), que é mais aproximada do Estado Limite de Danos Severos.


Os objectivos a atingir na avaliação e reabilitação de edifícios existentes de alvenaria são definidos da mesma forma que no EC8, Estados de Limite associados a uma acção sísmica definida pelo período de retorno. São dois os objectivos a atingir:

Estado Limite Último ou de Danos Severos para acção sísmica com 10% de probabilidade de ocorrência em 50 anos (período de retorno de 475 anos);

Estado Limite de Danos Limitados para acção sísmica com probabilidade de ocorrência em 50 anos entre 10% e 50% (período de retorno entre 475 e 72 anos);


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A abordagem norte americana apresenta o conceito do Objectivo de Reabilitação que possibilita a contabilização de relações custo-benefício que optimizam a intervenção, tendo em conta tanto a salvaguarda da vida humana bem como a redução de perdas económicas. Estas perdas estão associadas à reposição do edifício nas condições existentes, ao tempo de retoma de utilização do edifício e aos efeitos na comunidade. O objectivo de reabilitação é definido através da garantia de um ou mais alvos de reabilitação (ou objectivos de reabilitação discretos) em que cada um consiste num nível de desempenho do edifício para um nível de acção sísmica. Os níveis de desempenho do edifício são descritos em função dos níveis de desempenho para os elementos estruturais, designados de S1 a S5, e para os elementos não estruturais, de NA a ND.

Logo à partida, esta ampla possibilidade de escolha de exigências de desempenho permite uma elasticidade na escolha do tipo de reabilitação que se pode fazer, tendo em conta não só os mínimos de segurança (como a salvaguarda da vida humana) mas permitindo a escolha de relações custo-benefício adequadas a cada caso e a cada proprietário. O objectivo de reabilitação escolhido vai definir o custo e exequibilidade do projecto de reabilitação, bem como os benefícios a obter em termos de melhoria da segurança, redução de danos, e interrupção de uso no caso de ocorrência de sismos.

Comentários

Nos regulamentos europeus e nas normas norte americanas as exigências de desempenho são definidas em termos de estados de danos associados a uma acção sísmica, definida pelo período de retorno. O objectivo da avaliação e da reabilitação é definido por combinações de exigências de desempenho.

Nos regulamentos europeus os estados de danos são definidos pelos Estados Limite (EL) para cada qual se apresenta uma breve descrição de danos nos elementos estruturais e não estruturais. As exigências de desempenho são em mesmo número que os EL a cada qual corresponde uma acção sísmica.

O EC8-3 define três EL de entre os quais o de Colapso Eminente que corresponde a um estado de danos mais próximo do colapso que o EL Último utilizado no dimensionamento de edifícios novos. Na realidade, o EC8-3 está a ser mais exigente na avaliação e reabilitação de edifícios existentes que para o dimensionamento de edifícios novos, o que é um contra-senso.

O Regulamento Italiano define somente dois EL, escolhidos de entre os três disponíveis no EC8-3, mas considerando o EL de Danos Limitados associado a uma acção sísmica menos gravosa que o equivalente no EC8-3.

Os estados de danos nas normas norte americanas denominam-se por níveis de desempenho, são descritos de forma mais aprofundada e são em maior número, cinco para os elementos estruturais e quatro para os não estruturais. As exigências de desempenho do edifício são também em maior número, tantas quantas as combinações possíveis dos níveis de desempenho, embora nem todas façam sentido nem sejam razoáveis. As mais importantes são quatro. A acção sísmica pode ter quatro níveis e associada aos quatro níveis de desempenho define a matriz (4x4) de escolha dos alvos de reabilitação. A combinação destes alvos de reabilitação define finalmente o objectivo de reabilitação.


151

O Regulamento Italiano define logo o objectivo ao definir a acção sísmica e ao impor à partida os Estados Limite a verificar. No EC8-3 esta escolha é remetida para os Anexos Nacionais. Nas normas norte americanas a escolha de um objectivo de reabilitação depende daquilo que motiva a execução da reabilitação, isto é, se ela é voluntária ou obrigatória. Para a voluntária, o dono do edifício deve escolher um objectivo dentro dos disponíveis na norma e no caso de ser obrigatória este objectivo é estipulado directamente por regulamentos e autoridades locais ou planos de mitigação. A escolha deve ser efectuada de entre três grupos de objectivos, o básico (BSO), o melhorado e o limitado.

O objectivo básico (BSO) da norma norte americana corresponde à verificação simultânea dos alvos p e k (ver na Figura 59). Por comparação a verificação dos dois Estados Limite no Regulamento Italiano corresponde à verificação dos alvos de reabilitação a e k da norma norte americana, enquanto que no EC8 corresponde aos p, k e f. Assim, conclui-se que, segundo a terminologia norte americana, o EC8-3 corresponde a uma reabilitação melhorada e o Regulamento Italiano corresponde a uma reabilitação menos exigente ou limitada.

4.8 Acção sísmica

EC8

A acção sísmica é definida através de um espectro de resposta elástico ou de projecto. Este último é obtido do primeiro pela consideração de um coeficiente de comportamento que depende das características da estrutura, em particular do seu nível de ductilidade.

No EC8-3 o coeficiente de comportamento não está explicitado para os edifícios existentes em alvenaria. Visto que também não existem indicações sobre a possibilidade de utilizar os valores definidos para as estruturas novas de alvenaria, ao aplicar o EC8-3 à risca, a acção sísmica a utilizar terá que ser a elástica (correspondente ao espectro de resposta elástico).


A acção sísmica é definida da mesma forma que no EC8.

Relativamente ao coeficiente de comportamento, o regulamento apresenta valores aplicáveis à tipologia de alvenaria que são iguais para o caso de edifícios novos e para os existentes. Este regulamento define o coeficiente de comportamento de forma diferente que no EC8, recorrendo à introdução do coeficiente de sobre-resistência, tal como definido na Equação (3.9) no Capítulo 3. Os valores apresentados para este coeficiente são superiores aos apresentados no EC8 para edifícios novos. Não é possível um comparação relativamente aos edifícios existentes, pois, como já foi referido, no EC8-3 estes valores não são definidos.

Valores mais elevados para o coeficiente de comportamento apresentados no Regulamento Italiano têm como consequência a redução da acção sísmica na verificação da segurança dos edifícios existentes de alvenaria utilizando as análises lineares, comparativamente com o que se utiliza normalmente no dimensionamento de edifícios pelo EC8-3.

De forma a ter em conta as diversas tipologias construtivas existentes no território, o Regulamento Italiano permite às várias regiões, no caso de intervenções de reabilitação e de reforço ditadas pela necessidade de


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diminuir a vulnerabilidade sísmica, a redução do nível de protecção sísmica até 65% do nível previsto para as novas construções e consequentemente do nível de acção sísmica a considerar para os diversos estados limite bem como do número de estados limite a considerar.


A acção sísmica é definida por espectros de resposta de acelerações ou por acelerogramas. O nível de sismicidade é definido como alto, moderado ou baixo, e está relacionado com parâmetros da aceleração espectral de resposta do local. Não se recorre a espectros de resposta reduzidos.

O documento referente à avaliação sísmica de edifícios existentes considera uma acção sísmica 25% inferior à definida no documento que regulamenta a reabilitação que por sua vez é igual à utilizada no dimensionamento de edifícios novos. Ou seja, a abordagem norte americana permite a redução do nível da acção sísmica só para a fase de avaliação.

Comentários

Em todos os regulamentos a acção sísmica é definida da mesma forma, através de espectros de resposta.

Para a avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes os regulamentos europeus utilizam o espectro de resposta reduzido para ter em conta a não linearidade da resposta estrutura à acção sísmica. No entanto, o EC8-3 quando particulariza e complementa os pressupostos de cálculo para a tipologia de alvenaria, não menciona as análises lineares com espectro de resposta reduzido nem dá indicações para valores de coeficientes de comportamento a utilizar.

Na definição do espectro de resposta reduzido o Regulamento Italiano apresenta valores para o coeficiente de comportamento associado a edifícios existentes de alvenaria, que são iguais aos utilizados para edifícios novos da mesma tipologia. Estes valores são mais ambiciosos que os equivalentes no EC8 para edifícios novos.

As normas norte americanas não admitem a redução da acção sísmica através da consideração de um espectro reduzido. Consideram a não linearidade da resposta actuando directamente nos resultados da análise (exigências) ou no cálculo das capacidades resistentes.

No que respeita ao nível da acção sísmica a considerar os documentos diferem. O EC8-3 não menciona a possibilidade de qualquer redução, o Regulamento Italiano permite reduzir o nível da acção sísmica na avaliação e reabilitação até um valor mínimo de 65% da utilizada em edifícios novos e os documentos norte americanos permitem a redução de 25% da acção somente para a fase de avaliação.

4.9 Modelação

EC8

Apresenta lacunas ao nível de critérios para a modelação do edifício existente ou já reabilitado. As indicações que existem são as correspondentes à modelação de edifícios novos, sendo que para a tipologia de alvenaria somente refere que a rigidez pode ser, na ausência de uma avaliação rigorosa, considerada pela metade.


153

Em modelos não-lineares os materiais serão simulados com relações elasto-perfeitamente plásticas.

A relação do modelo de cálculo com o nível de conhecimento é feita limitando a elaboração de modelos não lineares para níveis de conhecimento mais elevados, KL2 e KL3.

A escolha do modelo entre espacial (3D) ou plano (2D) depende de critérios de regularidade de entre os quais a classificação dos pisos como rígidos ou não. Só a Parte 1 do EC8 apresenta critérios, para o caso de edifícios novos, que permitem fazer a classificação do diafragma como rígido ou flexível.

Refere-se a possibilidade de modelação dos lintéis de fachada no modelo desde que estejam ligados correctamente às paredes e sejam verificados posteriormente.


A escolha do tipo de modelo, espacial ou plano, depende de entre vários critérios de regularidade, da classificação dos pisos como rígidos ou não. O regulamento apresenta, para edifícios novos de alvenaria, critérios que permitem uma classificação simples, tendo em conta as características geométricas e dos materiais que compõem o piso.

Possibilita a modelação dos lintéis de fachada, no caso de se verificarem determinadas condições, de ligação às paredes e de existência de elementos dúcteis tipo vigas de betão. Esta última condição é de difícil aplicação aos edifícios antigos construídos antes da existência daquele material.

Referem-se critérios para a modelação de edifícios inseridos em grupo ou para edifícios mistos, compostos por vários materiais.


O modelo de cálculo deve ser elaborado tendo em conta o método de análise utilizado.

No caso de edifícios existentes de alvenaria a modelação das paredes pode ser feita tendo em conta o comportamento global ou o comportamento para fora do plano de elementos isolados. São dadas expressões para o cálculo da rigidez das paredes no plano, tendo em conta o comportamento em consola ou duplamente encastradas.

Não é permitida a análise do comportamento para fora do plano utilizando os métodos de análise global. A rigidez para fora do plano não deve por isso ser tida em conta no modelo de análise global.

Os diafragmas que devem ser tidos em conta no modelo, são simulados como elementos rígidos ou flexíveis.

Nas análises não lineares o comportamento dos materiais é modelado através de curvas backbone que consideram a degradação da rigidez e a resistência residual, caso exista.

Comentários

Relativamente ao EC8-3 o Regulamento Italiano é mais completo no que se refere à modelação pois dá indicações para edifícios em grupo e para a classificação dos pisos como rígidos de forma mais prática.


154

As relações força-deslocamento a considerar nos modelos não-lineares são iguais nos regulamentos europeus e não contemplam a degradação da rigidez devido ao comportamento cíclico. Pelo contrário, a norma norte americana ASCE/SEI 41-06 além de considerar relações que têm em conta este efeito, apresenta também o efeito da rigidez residual, caso exista. Não indica, no entanto, uma forma simplificada de considerar a rigidez em fase fendilhada. Refere que a modelação deve ter em conta os diafragmas, dando expressões para o cálculo da rigidez destes.

4.10 Métodos de análise

EC8

No que respeita aos métodos de análise estrutural, o EC8 preconiza somente métodos para análise do comportamento global da estrutura. Apresenta cinco métodos, nomeadamente dois lineares, dois não lineares e um método linear que considera a não linearidade da resposta através da adopção de um coeficiente de comportamento. Para cada método indica os critérios de aplicabilidade, adicionais aos referidos para edifícios novos, tendo em conta as particularidades das três tipologias estruturais.

A aplicabilidade dos métodos lineares está dependente de critérios de regularidade, de relações exigências/capacidades de elementos primários dúcteis e frágeis e da classificação dos pisos como rígidos ou não. Para os edifícios de alvenaria colocam-se algumas questões que se listam de seguida:

nas condições de regularidade observa-se que alguns pontos são incompatíveis com os edifícios existentes em alvenaria o que implica, na maior parte dos casos, a obrigatoriedade de execução de análises não-lineares para este tipo de edifícios. Um dos pontos importantes é a classificação dos diafragmas como rígidos;

relativamente às condições que abordam relações entre exigências/capacidades de elementos, o problema coloca-se na classificação dos elementos de alvenaria, tanto em primários ou secundários como em dúcteis ou frágeis. Esta dificuldade, se não for ultrapassada, pode inviabilizar a execução de análises lineares;

o anexo referente à tipologia de alvenaria não apresenta qualquer indicação do coeficiente de comportamento a adoptar e omite nos critérios de verificação da segurança as análises lineares com espectro de resposta reduzido.

Para a aplicação das análises não lineares devem-se considerar relações força-deslocamento adequadas e que contabilizem o comportamento não linear dos materiais. Em relação aos edifícios de alvenaria estas relações são difíceis de obter e o regulamento não dá indicações neste sentido.


No Regulamento Italiano para além dos métodos globais, é considerado um método de análise para mecanismos locais e um método simplificado para grupos de edifícios. Este método simplificado permite a análise do edifício em separado, individualizando-o como uma unidade estrutural dentro do grupo ou quarteirão, utilizando análises estáticas não-lineares. Se os pisos forem considerados rígidos a análise de


155

cada piso pode ser feita em separado. No caso de pisos flexíveis a análise incide nas estruturas independentes de paredes isolados ou complanares.

O método de análise para mecanismos locais baseia-se em macro-elementos, que simulam mecanismos de colapso da estrutura, e aplica o principio dos trabalhos virtuais para o cálculo da resistência sísmica em termos de um coeficiente multiplicativo das forças verticais que induz a perda de equilíbrio dos mecanismos simulados.

No que respeita aos métodos globais, este regulamento reduz os cinco do EC8-3 para quatro, considerando que os métodos elásticos pressupõem logo à partida uma não-linearidade da resposta através da consideração do coeficiente de comportamento; ou seja, não considera análises lineares com espectro de resposta elástico.

Nos critérios de regularidade que definem a aplicabilidade de análises lineares em edifícios existentes de alvenaria não se considera a condição que relaciona exigências/capacidades de elementos dúcteis e frágeis. Este facto torna estas condições mais adequadas a serem aplicadas em edifícios existentes, pois correspondem a critérios essencialmente geométricos, que não necessitam de cálculo específico.


As análises lineares são aplicáveis caso se verifique as relações entre DCR’s (demand-capacity ratio), ou seja, entre os coeficientes exigência-capacidade. As análises estáticas lineares são aplicáveis se se verificarem as condições de regularidade e da limitação da contribuição dos modos superiores, tal como no EC8-3. As primeiras condições obrigam a uma análise prévia para a verificação da aplicabilidade da análise. Acaba por não ser uma metodologia muito adequada para edifícios existentes e torna-se muito trabalhoso.

No cálculo das forças laterais são considerados os efeitos de degradação de rigidez, dos modos de vibração superiores e a flexibilidade da estrutura, com a contabilização de coeficientes correctivos Ci e uma distribuição vertical das forças dependente do período fundamental.

As análises estáticas não lineares têm a sua aplicação limitada para estruturas cuja resposta não seja afectada pelos efeitos dos modos de vibração superiores e pela degradação da rigidez.

Para paredes de alvenaria não reforçada a norma referente à reabilitação propõe a verificação destes elementos também para a flexão fora do plano.

Comentários

O processo de escolha do modelo e do método de análise no documento norte americano, ASCE/SEI 41-06 é baseado nas quantidades que influenciam na resposta estrutural (capacidades e exigências). Isto torna a aplicação prática difícil. Idealmente, segundo a norma, para verificar a aplicabilidade dos modelos 2D o projectista tem executar pelo menos uma análise estática linear em modelo 3D, tendo em conta a deformabilidade dos pisos. Comparativamente, o processo nos regulamentos europeus, representado na Figura 71, utiliza critérios indirectos, que resulta num procedimento mais simples para aplicação prática que o norte americano [58].


156

As condições de relação entre exigências/capacidades de elementos dúcteis patente no EC8-3 () e nos americanos (DCR’s) não são adequadas a edifícios existentes de alvenaria por ser difícil fazer a distinção entre elementos dúcteis e frágeis. O Regulamento Italiano reconhecendo este facto eliminou a classificação de elementos dúcteis/frágeis e a condição correspondente e impõe condições para aplicação das análises lineares somente de cariz geométrico ou descritivo.

As condições de regularidade especificas para os edifícios de alvenaria, patentes no EC8-3, são muito restritivas. Em especial, a condição de exigência de pisos rígidos inviabiliza na generalidade dos casos a utilização das análises lineares em edifícios existentes de alvenaria, que normalmente apresentam pisos de madeira, bastante flexíveis. Apresenta-se na Tabela 31 um resumo dos critérios para aplicação das análises lineares, descritos em cada regulamento.

A utilização do coeficiente de comportamento para reduzir a acção sísmica só é utilizada nos regulamentos europeus. Nos E.U.A. este coeficiente afecta os resultados da análise e não a acção. No entanto esta diferença acaba por não ser importante e não afecta significativamente os resultados finais.

No EC8-3 a acção sísmica reduzida só está bem definida para o caso das tipologias de betão e de estruturas metálicas. No caso das alvenarias além de não serem dadas indicações sobre as verificações da segurança recorrendo a análises lineares com a acção sísmica reduzida também não são definidos os valores a adoptar para o coeficiente de comportamento.

No Regulamento Italiano o coeficiente de comportamento, para as estruturas de alvenaria tanto novas como existentes, foi calibrado e redefinido de forma a que os resultados obtidos com as análise lineares se aproximassem dos resultados obtidos pelas análises não lineares, pelos testes experimentais e não entrassem em contradição com o observado na prática e com as regras dos edifícios simples. Isto implica numa simplificação substancial dos procedimentos para a verificação da segurança, já que as análises lineares apresentam uma boa fiabilidade e tornam-se numa verdadeira alternativa face às análises não-lineares.

De notar que os valores adoptados para os coeficientes de comportamento estão relacionados com soluções estruturais e detalhes construtivos típicos dos edificado italiano [59]. Para outras soluções os valores deverão ser revistos e adaptados.

Relativamente às análises estáticas não lineares, o método patente no EC8-3 e o Regulamento Italiano assume que a estrutura se comporta de forma elástica-perfeitamente plástica e não considera nem a degradação de rigidez nem o comportamento dinâmico e os efeitos da existência de pisos flexíveis. Os documentos norte americanos consideram estes factores no cálculo do deslocamento alvo e a degradação da rigidez na curva de capacidade. Na Tabela 32 resumem-se os critérios que limitam a aplicação das análises estáticas não lineares nos documentos analisados.


157

Figura 71 - Processo de escolha do tipo de modelo e método de análise no EC8-3

Sistema estrutural

Não regular Regular em planta

Modelo 3D

Tipo de Diafragma Tipo de Diafragma

Rígido/Não rígido Rígido Não rígido

Modelo 3D

Modelo 2D vs 3D1 - Simetria de massa e rigidez?2 - Rigidez suficiente à torção?

Método de Análise Linear: Estática vs Dinâmica

2 - Estrutura regular em altura?1 - T<min(4Tc;2s)

em planta

Modelo 3D Modelo 2D

Não Sim

Método de Análise: Linear vs Não Linear

2 - DCR <1 - elementos frágeis1 - DCRmáx/DCRmín < 2.5 - elementos dúcteis

Não

Sim

Dinâmica Linear

Estática Linear

Executa-se uma análise Linear em modelo 2D ou 3D

Não SimEfectuar análise É válida a análisenão-linear em modelo 2D ou 3D

linear em modelo2D ou 3D

3 - Condições de regularidade específicas para alvenaria (exemplo: pisos rígidos)


158

Tabela 31 - Resumo do critérios para aplicação de análises estáticas lineares.

Regulamento Critérios

Regularidade Contribuição dos modos superiores

Outros

Eurocódigo 8 Verifica os critérios de regularidade em altura, que são:

a) Continuidade em altura dos sistemas resistentes a carregamentos laterais;

b) Valores da rigidez lateral e massa de cada piso constantes ou a reduzir gradualmente em altura;

c) Para estruturas e pórtico, a relação entre a resistência real dos pisos e a calculada não deve variar desproporcionadamente de pisos para piso;

d) Os recuos existentes na estrutura verificam determinadas condições geométricas em termos de dimensão máxima e relativa;

s

TT C

0.2.4

1 com Tc definido

de acordo com o gráfico do espectro resposta elástico (limite superior do período na zona correspondente a aceleração espectral constante). Esta condição limita o valor do período fundamental da estrutura na direcção em análise, correspondendo a um critério de limitação da contribuição dos modos superiores na resposta.

i.max /min < 2,5 em que max e min são os valores máximos e mínimos de i=Di/Ci, para todos os elementos dúcteis em que i>1;

ii. Capacidade > Exigências, em todos os elementos frágeis;

iii.Os pisos são diafragmas rígidos;

iv. Vigas entre paredes ligadas adequadamente ou com tirantes de ligação;

v. Calculo da resposta da estrutura global só para verificação do estado limite de danos.


Verifica os critérios de regularidade em altura, que são:

a) Todo sistema estrutural resistente se mantém ao longo da altura do edifício;

b) A massa e a rigidez mantêm-se constantes ou variam gradualmente, sem variações bruscas, da base ao topo do edifício;

c) Uma eventual diminuição da planta do edifício ocorre de modo gradual entre dois pisos sucessivos.

T1 < 2,5TC

Sendo:

T1 o período do primeiro modo de vibração na direcção em análise. Para edifícios com altura inferior a 40m pode ser calculado por T1 = C1H3/4 ;

H a altura do edifício, em metros, desde o nível das fundações;

C1 = 0,05.

Documentos norte

americanos

Verifica os critérios de regularidade necessários para a aplicação das análises lineares, acrescendo as seguintes condições:

a) Relação entre a dimensão em planta em cada piso relativamente ao piso adjacente é inferior a 1,4;

b) O edifício não tem qualquer irregularidade de torção em cada piso;

c) O edifício não tem qualquer irregularidade de rigidez vertical;

d) O edifício tem um sistema ortogonal a conferir a resistência lateral.

T< 3,5TS

Sendo:

T o período fundamental da estrutura;

TS equivalente ao Tc


159

Tabela 32 - Critérios para aplicação de análises estáticas não lineares vs dinâmicas não lineares .

Regulamento Critérios de aplicabilidade

Eurocódigo 8

i. Contribuição dos modos superiores

sCT

T0,2

.41

Regulamento Italiano A aplicação da análise não tem limitações.

Documentos norte americanos

i. Contribuição dos modos superiores

Vpiso (LDP) < 1,3 Vpiso (modo fundamental)

ii. Degradação da rigidez

R <Rmax,

4.11 Verificação da segurança

EC8

A verificação da segurança baseia-se na comparação entre exigências e capacidades dos elementos e da estrutura global. Para os edifícios de alvenaria calculam-se as capacidades em termos de deslocamentos no topo do edifício ou entre pisos e em termos de esforços de corte nas paredes. As exigências serão calculadas dependendo do tipo de análise efectuada e da verificação a efectuar.

Cálculo de Exigências

São utilizados os valores médios das características dos materiais no modelo de cálculo.

Não são aplicáveis os métodos de análise linear para calcular a resposta global do edifício, no caso dos estados limite de colapso eminente e de danos severos. No estado limite de limitação de danos, as análise lineares são permitidas, sendo a exigência calculada como a força de corte na base. Assume-se uma redistribuição dos esforços de corte na base desde que se mantenha a localização e o valor da resultante e se garanta em cada parede uma redistribuição entre -25% e +33%.

Nas análises não lineares as exigências são calculadas em termos de deslocamentos no topo ou entre pisos, respectivamente, para a resposta da estrutura global e para os elementos parede isolados.

Cálculo de Capacidades

A capacidade global da estrutura é definida consoante o estado limite a verificar em termos de deslocamento último, deslocamento de cedência ou resistência de corte na base.


A verificação da segurança é feita da mesma forma que no EC8.

Cálculo de Exigências

Na análises lineares e para o caso de pisos rígidos, a redistribuição da força de corte na base é diferente da permitida pelo EC8. O valor absoluto da variação do corte em cada parede (V), devido à


160

redistribuição, deve ser, no máximo, 25% do corte na parede isolada (V) ou 10% do corte total do piso (Vfloor). Estas percentagens de redistribuição foram adoptadas de forma a se aproximarem os valores dos esforços de corte obtidos pela análise linear aos valores obtidos pela análise não-linear. Implicitamente, esta redistribuição é proporcional à reserva de resistência disponível em cada parede [59].

Cálculo de Capacidades

O regulamento apresenta expressões para o calculo de capacidades, denominados modelos de capacidade. São apresentados modelos para a resistência das paredes ao corte ou à flexão no plano e para fora do plano e para a resistência de lintéis de alvenaria.


A verificação da segurança é feita através da comparação entre capacidades e exigências dos elementos. No caso de paredes de alvenaria a verificação é feita distinguindo comportamento dúctil ou frágil e dependente do tipo de análise efectuada.

No caso de análise lineares o comportamento não linear da resposta é tido em conta através de factores correctivos e a abordagem é diferente para comportamento dúctil ou frágil. No primeiro caso as capacidades de elementos dúcteis são afectadas pelo factor de comportamento m, no segundo, as exigências nos elementos frágeis são corrigidas por coeficientes Ci que têm em conta a não linearidade da resposta.

No caso de análises não lineares a verificação é feita pela comparação de deslocamentos relativos e pela limitação das variáveis que definem a curva força-deslocamento do elemento.

Comentários

A avaliação da segurança em todos os documentos é realizada através da comparação entre capacidades e exigências nos elementos estruturais, de forma a garantir as exigências de desempenho que se pretende para o edifício.

As exigências nos elementos estruturais correspondem aos resultados da análise efectuada ao modelo de cálculo para as acções consideradas. No caso de análises lineares ambos os regulamentos europeus permitem uma redistribuição de esforços para permitir uma certa aproximação dos resultados aos da análise não linear e permitir contemplar a reserva de resistência das paredes. O Regulamento Italiano permite uma redistribuição mais generosa que o EC8-3, facto que se deve a resultados obtidos de um extenso programa experimental em Itália. O cálculo de capacidades é idêntica nos dois regulamentos, recorrendo a resistências ou a deslocamentos nas paredes e na estrutura global, dependendo do tipo de análise efectuada e do estado limite a verificar. No calculo de resistências o Regulamento Italiano apresenta modelos de capacidade para as paredes ao corte, à flexão no plano (momento último) e fora do plano. O EC8-3 só calcula a resistência ao corte que pode ser comandada pela rotura ao corte ou à flexão.

O EC8-3, no que se refere aos edifícios existentes de alvenaria, não permite a realização de análises lineares “puras” (espectro de resposta elástico) para a verificação dos Estados Limite de colapso e de danos severos. O facto de ser omisso relativamente possibilidade de utilização de análises lineares com espectro de


161

resposta de projecto acaba por limitar a aplicação de análises lineares para o Estado Limite de danos. Assim, dado que a avaliação da segurança de um edifício existente pressupõe à partida a garantia de um estado limite com danos elevados (de colapso ou danos severos), conclui-se que segundo o EC8 é sempre necessário realizar análises não lineares para edifícios existentes de alvenaria.

No Regulamento Italiano os critérios de verificação já estão calibrados para os elementos estruturais da tipologia de alvenaria. Permite análises lineares, que utilizam o espectro de resposta reduzido, para a verificação de todos os estados limites. Os coeficientes de comportamento também se encontram calibrados para as tipologias estruturais existentes.

O Regulamento Italiano propõe métodos para a verificação de mecanismos locais e para a análise de edifícios inseridos em grupos.

O documento norte americano de reabilitação sísmica de edifícios existentes considera a não linearidade da resposta da estrutura obtida pelas análises lineares de forma diferente que nos regulamentos europeus. Em vez de afectar a acção sísmica com o coeficiente de comportamento, calculando um espectro de resposta de projecto, afecta os resultados da combinação sísmica de acções no caso de elementos dúcteis e os resultados da acção sísmica isolada no caso de elementos frágeis. Esta diferença, no entando, não produz resultados práticos com diferença significativa.

4.12 Escolha de intervenção

EC8

No que respeita à intervenção propriamente dita, o EC8-3 apresenta uma listagem geral de tipos de intervenções possíveis e, no anexo correspondente à tipologia de alvenaria, uma listagem não exaustiva de técnicas de reparação e reforço sísmico. Estas listagens são definidas de forma qualitativa, apresentando as definições e aplicabilidade das técnicas e não sendo fornecidos elementos para o cálculo de cariz quantitativo. Os critérios de escolha e de dimensionamento da intervenção são abordados de uma forma resumida e superficial.


As técnicas de reforço são apresentadas em anexo, para as quais são fornecidas informações e descritos critérios de aplicação de forma qualitativa. São abordadas algumas técnicas de reforço e reparação de fundações.


O documento FEMA 547 descreve categorias e classes de técnicas individuais de reabilitação sísmica associadas a danos e anomalias para tipos de edifícios modelo da FEMA. Apresenta para cada tipo de edifício as anomalias sísmicas usuais e são sugeridas técnicas de mitigação e de reabilitação adequadas a cada caso.


162

Comentários

A escolha da intervenção baseia-se, em todos os regulamentos, nos resultados da avaliação previamente efectuada complementada com os resultados de um diagnóstico inicial.

Na abordagem europeia os pressupostos e critérios para o diagnóstico inicial não são definidos em nenhum dos documentos. Os tipos de intervenção são organizados de forma geral por categorias, similares em ambos os documentos europeus, que são desenvolvidas com maior ou menor extensão nos respectivos anexos. As listagens das técnicas de reabilitação apresentam aspectos de natureza mais qualitativa e descritiva, mas com poucos aspectos de natureza quantitativa, que permitam o cálculo e inclusão das soluções de reabilitação na análise estrutural. Pressupõe-se uma experiência prévia dos profissionais envolvidos na escolha do melhor tipo de intervenção a considerar e não é feita nenhuma relação entre as técnicas de reabilitação com as anomalias estruturais que o edifício apresenta.

No documento FEMA 547 a tarefa de intervenção é facilitada pois além de se individualizar as anomalias para a tipologia estrutural adequada ao edifício em estudo, existe a correspondência destas com as técnicas mais adequadas. O documento permite ao projectista ir directamente ao cerne da questão com a adjuvante de ter pormenores construtivos de cariz prático para as intervenções que ajudam o dimensionamento mais célere e eficaz.

4.13 Comentários finais

4.13.1 Abordagem europeia

Analisando a situação actual verifica-se que os dois documentos europeus seguem no geral uma metodologia adequada para a avaliação e reabilitação de edifícios existentes. Metodologia esta que está de acordo com os conceitos e regras de base das recomendações existentes para o efeito, nomeadamente as recomendações ICOMOS que incidem mais nos monumentos. Falta talvez focar mais a vertente quantitativa de técnicas de reabilitação, técnicas e ensaios de inspecção, técnicas de diagnóstico e levantamento de anomalias, etc. Para esse efeito devem ser elaborados documentos que apontem para os diversos estudos já efectuados e respectivas conclusões.

A Parte 3 do Eurocódigo 8 é um documento que ainda está em desenvolvimento e que pode beneficiar do conhecimento adquirido e da organização considerada no novo Regulamento Italiano, especialmente no que respeita à tipologia de alvenaria. Seria importante adequar a norma que será implementada de forma harmonizada em toda a comunidade europeia aos novos conhecimentos adquiridos nos últimos tempos e que, na sua generalidade, se encontram já indicados no regulamento italiano. A maior alteração a ser efectuada seria a consideração em separado da tipologia de alvenaria das tipologias de betão e estruturas metálicas, pois são necessariamente materiais e construções com comportamentos aos sismos completamente distintos.

Ressalva-se, no entanto, o facto de os documentos normativos terem que ser abrangentes para poderem ser aplicados a todas as realidades existentes a nível europeu. Cada país e região têm características próprias e especificas, especialmente no que respeita à sismicidade do território, tipologia das construções e consequente vulnerabilidade e risco sísmico associado. Será de todo impossível abranger, num único documento, todas as situações possíveis.


163

É de conhecimento geral que uma construção antiga em alvenaria, cuja designação tem um sentido muito lato, abrange vários tipos de soluções estruturais e métodos construtivos que podem variar muito de zona para zona e de país para país. Por exemplo um edifício antigo de alvenaria é diferente de Itália para Portugal e mesmo da região de Lisboa para a região do Algarve ou Litoral Alentejano, listando algumas das zonas com maior sismicidade. A alvenaria, como se sabe, pode ser composta por unidades de alvenaria de diversos tipos de materiais (pedra, adobe, tijolo, etc.) e por argamassas com características bastante diferentes, o que faz com que o comportamento dos elementos estruturais de alvenaria e o seu desempenho face à acção sísmica tenha uma grande variabilidade.

Portanto, para existir uma abordagem europeia e uma uniformização de critérios, é necessária uma norma que estabeleça os princípios base que se devem respeitar para a realização de uma avaliação e reabilitação, mas é igualmente importante permitir a elaboração de documentos de aplicação a nível nacional para adequar a cada realidade. Estes documentos existem no âmbito do EC8-3 e denominam-se por Anexos Nacionais. É urgente que se dê a importância que estes merecem e se estabeleça um plano de trabalhos adequado para a sua elaboração. Estes documentos devem adequar a metodologia abrangente e mais lata do documento normativo para a realidade nacional através de indicações com cariz qualitativo, e quando necessário, algumas observações e dados complementares de cariz quantitativo.

Apresenta-se na Tabela 33 um resumo das diferenças e semelhanças dos regulamentos europeus, na sua versão actual.

4.13.2 Abordagem norte americana

A abordagem norte americana como se pode constatar pela quantidade de publicações existentes está bastante mais desenvolvida mostrando a preocupação que existe em preservar o património mas também permitir a manutenção dos edifícios existentes mais comuns com relações custo-benefício adequadas. Desde 1997, os E.U.A. dispõem de um conjunto completo de guias ou manuais, com comentários, sobre a reabilitação sísmica de edifícios, que permitem aos projectistas escolher abordagens adequadas a diferentes níveis de resistência sísmica, tendo em conta a localização geográfica, os objectivos de desempenho, o tipo de edifício, de ocupação, relações custo-benefício e outros factores relevantes.

A consideração em separado da uma norma para a avaliação de estruturas existentes (ASCE/SEI 31-03) e de outra para a reabilitação sísmica de edifícios (ASCE/SEI 41-06) permite uma maior elasticidade no processo, pois a avaliação torna-se mais simples, na maior parte das vezes sem ter que se recorrer à elaboração de modelos matemáticos e análises de cálculo de estruturas bem como ao levantamento exaustivo das características mecânicas dos materiais por meio de ensaios e técnicas de inspecção.

O facto de se dispor de uma caracterização das tipologias existentes através da definição de tipos de edifícios modelo permite a rápida avaliação do estado e comportamento da estrutura bem como a adequação de técnicas de reabilitação. O documento que relaciona anomalias estruturais mais usuais com as respectivas soluções de reabilitação é uma ferramenta de grande utilidade para os projectistas e donos de edifícios.

Por último convêm referir que já existem documentos que definem os passos a dar para reabilitações incrementares, ou seja que indicam como executar reabilitações em tipos de edifícios com maior importância,


164

como escolas e hospitais, de forma gradual. Isto permite que os custos relacionados com a reabilitação sejam distribuídos ao longo do tempo, facilitando a tomada de decisão por parte das autoridades que podem gerir melhor os seus orçamentos e impedir que os custos de uma intervenção de uma só vez inviabilizem a realização da mesma. Apresenta-se na Tabela 34 uma comparação resumida entre os regulamentos europeus (abordagem europeia) e os documentos norte americanos (abordagem norte americana).

Tabela 33 - Comparação entre EC8-3 e Regulamento Italiano.

Critério Eurocódigo 8 – Parte 3 Regulamento Italiano

Organização Corpo com critérios de aplicação geral complementado por anexos referentes a cada tipologia estrutural (betão, estrutura metálica e alvenaria)

Regulamento referente a dimensionamento sísmico de edifícios que inclui novos e existentes. Capítulo para edifícios novos de alvenaria e sub-capítulo para edifícios existentes de alvenaria.

Aplicabilidade Edifícios isolados, ressalva para edifícios históricos, Indica as situações que despoletam a necessidade de avaliação sísmica da estrutura.

Metodologia Baseada no desempenho e com procedimento iterativo.

Recolha de informação

Definida em termos gerais para todas as tipologias, de betão, estruturas metálicas e alvenaria.

Características mecânicas dos materiais obtidas através de testes.

Direccionada para a tipologia de alvenaria e por isso mais adequada.

Características mecânicas dos materiais obtidas através testes ou de tabelas.

Avaliação da segurança

Exigências de desempenho

Considera 3 Estado Limite, que têm que ser definidos quanto ao número e tipo nos Anexos Nacionais de cada país.

Considera 2 Estado Limite para a tipologia de alvenaria.

Acção sísmica Definida por espectro de resposta elástico e de projecto. Não é referido o valor do coeficiente de comportamento a utilizar para a tipologia de alvenaria.

Definida por espectro de resposta elástico e de projecto, mas considera um coeficiente de comportamento definido de forma mais completa e que aproxima os resultados da análise linear aos da análise não linear


Só considera métodos de análise global.

Aplicabilidade de análises lineares mais restrita no caso da tipologia de alvenaria e de difícil aplicação prática.

Considera métodos de análise global, de análise a mecanismos locais e simplificados para aplicar a grupos de edifícios.

Aplicabilidade das análises lineares com critérios mais adequados e adaptados à tipologia de alvenaria.

Modelação Dá indicações para elaboração de modelo de cálculo para análise global. Os critérios para qualificar os diafragmas são pouco práticos.

Define os critérios práticos para considerar os pisos como rígidos ou flexíveis.

Modelação de estrutura global, de mecanismos locais e de edifícios englobados em grupos.

Verificação da segurança

Permite redistribuição de esforços de corte na base nas análises lineares.

Permite redistribuição de esforços de corte na base nas análises lineares com maiores percentagens.

Intervenções Fornece categorias ou tipos de intervenções possíveis, de âmbito geral.

Desenvolve as intervenções tendo em conta elementos em particular, no anexo da tipologia de alvenaria.

Fornece categorias ou tipos de intervenções possíveis, de âmbito geral.

Desenvolve as intervenções tendo em conta elementos em particular e a tipologia de alvenaria.

Edifícios simples Existem regras para classificar somente os edifícios novos.

Existem regras para classificar os edifícios existentes.


165

Tabela 34 - Comparação entre abordagens europeia e norte americana.

Critério Abordagem europeia Abordagem norte americana

Documentos Não existe um plano de mitigação de risco sísmico a nível europeu e em grande parte dos países.

Regulamentos focam a parte de avaliação e reabilitação, focando essencialmente aspectos estruturais e fornecendo elementos de natureza essencialmente quantitativa.

Não existem um documento que defina técnicas de reabilitação sísmica associadas a anomalias estruturais e não estruturais.

Plano de mitigação de risco sísmico bem desenvolvido. Vários documentos que se complementam para definir uma metodologia para a reabilitação sísmica de edifícios existentes. Abordagem com elementos quantitativos e qualitativos.

Documentos diferentes para as fases de avaliação e de reabilitação, que podem ter exigência diferentes.

Documento com técnicas de reabilitação associadas a anomalias.

É permitida a reabilitação incremental.

Exigências de desempenho

São definidos 3 Estado Limite, que definem o desempenho esperado da estrutura em termos de elementos estruturais e não estruturais.

Existe uma vasta gama de níveis de desempenho (estruturais e não estruturais) que podem ser combinados para a definição de vários Objectivos de Reabilitação.

Objectivos de reabilitação

São impostos á partida os objectivos de protecção de vida humana e limitação de custos. Não é possível uma elasticidade na escolha nem reabilitações reduzidas ou melhoradas.

São definidos em três grupos, permitindo a realização de reabilitações de nível base, melhoradas ou reduzidas.

Métodos de reabilitação

Só existe um método de reabilitação possível, aplicável á estrutura no global. Não são permitidas reabilitações parciais ou reduzidas.

Os edifícios regulares são considerados no conceito de edifícios simples.

Método sistemático para a estrutura no global.

Método simplificado para zonas parciais, com objectivos reduzidos ou edifícios regulares.


Métodos globais e métodos de avaliação de mecanismos locais.

Métodos globais.

Estratégias de reabilitação

Estratégias de reabilitação descritas no sentido lato. A escolha não é assistida.

Estratégias de reabilitação interligadas com os danos observados na estrutura. Correspondência directa que facilita a aplicação prática a qualquer projectista.


166


167

5 RECOMENDAÇÕES 5.1 Geral

A reabilitação sísmica insere-se num cenário global que abrange não só a resistência estrutural como a melhoria das condições de habitabilidade e conforto e a própria estática dos edifícios, quarteirões, bairros, etc.. Usualmente a reabilitação é definida com o objectivo de eliminar os danos físicos e a patologia construtiva e ambiental acumulada ao longo de anos, assim como introduzir, sempre que necessário, uma beneficiação geral, modernizando as instalações e equipamentos existentes, tornando esse edifício apto para o seu completo e actualizado uso [60]. É composta por várias especialidades, nomeadamente arquitectura, térmica, acústica, redes de saneamento e segurança estrutural para listar algumas. Dentro da especialidade da segurança estrutural insere-se então a vertente sísmica que têm como objectivo dotar o edifício da resistência sísmica adequada para garantir os objectivos globais mencionados antes.

Pelo exposto conclui-se que um processo de reabilitação sísmica terá sempre etapas em comum com o processo de reabilitação global, nomeadamente, nas fases iniciais, em termos de recolha de informação.

Neste trabalho, é proposto um processo de avaliação e reabilitação sísmica para edifícios existentes, que se representa na Figura 72. Representam-se no diagrama as etapas principais e uma breve descrição das mesmas, bem como os inputs que podem estar disponíveis e que facilitam o desenvolvimento das mesmas. Estes inputs correspondem necessariamente a uma regulamentação referente à reabilitação sísmica de edifícios existentes complementada por outros documentos técnicos que poderão ser parte integrante desta regulamentação ou serem referenciados por esta.

Tal como já foi referido, em Portugal esta regulamentação ainda não existe e irá corresponder, a médio prazo, à aplicação da Parte 3 do Eurocódigo 8 através do Anexo Nacional, que terá força de lei. Pretende-se contribuir para a elaboração desta legislação com as recomendações que se propõem e que têm por base as conclusões retiradas da análise efectuada no Capítulo 4. As recomendações propostas focarão os seguintes pontos:

propor algumas alterações e complementos ao EC8-3 especialmente no que respeita à tipologia de alvenaria;

listar alguns pontos importantes a focar no anexo nacional e propor logo à partida algumas considerações tidas como importantes para as estruturas de alvenaria;

relativamente aos outros documentos, como nem todas as conclusões se enquadram na aplicação do EC8-3, é também referido o projecto para a elaboração de um programa de mitigação de risco sísmico em Portugal [61] [62] e o aproveitamento de alguns dados obtidos no desenvolvimento do mesmo.

5.2 Metodologia para reabilitação sísmica edifícios existentes

Apresenta-se na Figura 72 a metodologia para reabilitação sísmica de edifícios existentes, proposta neste trabalho e que corresponde a um processo sistemático composto por várias etapas que se caracterizam de forma resumida nos parágrafos seguintes.


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A identificação e caracterização da estrutura corresponde ao levantamento das informações sobre a estrutura que permite conhecer o objecto de estudo. Estas informações devem focar dados intrínsecos ao edifício e dados exteriores a este, como por exemplo da zona envolvente, de edifícios adjacentes, do quarteirão, etc. Relativamente ao edifício devem ser conhecidos elementos de referência tais como autores, projectos, datas dos projectos e da construção; elementos históricos tais como tipologia construtiva e alterações à construção inicial, materiais e procedimentos construtivos utilizados; situação actual e estado de conservação da estrutura. Este levantamento irá permitir detectar anomalias e caracterizá-las em termos de amplitude e de influência na resistência da estrutura.

Com base no levantamento faz-se um diagnóstico preliminar do nível da resistência sísmica do edifício. Este diagnóstico permite definir a necessidade de se proceder a uma avaliação sísmica. Note-se que esta necessidade também pode ser definida logo à partida por entidades exteriores ao processo através de planos de mitigação de risco sísmico, por exemplo.

No processo representa-se uma fase intermédia que permite a avaliação simplificada recorrendo a regras simples que podem ser definidas com base em características do edifício (como a classificação de edifícios simples de alvenaria) ou com base em procedimentos simplificados (por exemplo checklists).

O conjunto das etapas correspondentes ao diagnóstico preliminar e ao procedimento analítico de avaliação sísmica define o diagnóstico da estrutura face à resistência sísmica. Se o edifício não verificar as exigências de desempenho definidas à partida será necessário proceder à sua reabilitação sísmica com reparação e/ou reforço dos elementos estruturais resistentes a esta acção bem como intervir ao nível dos não estruturais.

A escolha da intervenção será feita com base nos resultados do diagnóstico efectuado anteriormente, ou seja, com base nas anomalias detectadas e na avaliação sísmica efectuada, e poderá ser enquadrada numa das categorias apresentadas. Após a escolha do tipo de intervenção a efectuar será necessário fazer uma verificação do edifício reabilitado para confirmar que as intervenções que se propõem conferem a resistência necessária e são adequadas. Esta verificação segue os mesmo passos que os feitos na fase de avaliação e caso sejam verificadas as exigências de desempenho conclui-se que o edifício tem resistência sísmica adequada, caso contrário é necessário voltar a reformular as intervenções inicialmente propostas ou adequar as exigências de desempenho. Este último ponto só será possível se a regulamentação em vigor tiver essa flexibilidade.


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Figura 72 - Processo para avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes

SIM

NÃO

EDIFÍCIO ANTIGO

Necessidade de Avaliação Sísmica ?

Avaliação sísmica

Verifica as exigências de desempenho?

Escolha do método de reabilitação sísmica.

Alteração de uso. Reforço total ou parcial.

Demolição total ou parcial.

Avaliação sísmica tendo em conta as

intervenções

Verifica as exigências de desempenho?

Edifício com resistência sísmica

Define as exigências de desempenho.

Identificação e caracterização da estrutura

Diagnóstico preliminar

EC8-3 Metodologia Exigências de desempenho

SIM

EC8-3 Listagem de intervenções Critérios de escolha

NÃO

Redução de massa.

SIM

NÃO

Avaliação simplificada. Verifica regras?

NÃO

SIM

Redefine as exigências de desempenho

Redefine a intervenção

Levantamento das tipologias a nível nacional.

EC8-3 Listagem de intervenções. Metodologia Exigências de desempenho

Levantamento das anomalias comuns para cada tipologia.

EC8-3 Regras

Programa de mitigação de risco sísmico:

Activo ? Passivo ?

EC8-3 Regras


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No diagrama representa-se além das etapas principais do processo de avaliação, os documentos que podem contribuir com informações e dados importantes para a execução das tarefas. O principal será o EC8-3 que constitui uma parte importante do processo contribuindo para as tarefas de avaliação sísmica tanto da estrutura no estado existente como para a estrutura reabilitada, para a tarefa de escolha da intervenção, de definição de exigências de desempenho, e fornecimento de regras simples para uma avaliação simplificada. Outros documentos serão o plano de mitigação de risco sísmico e outros documentos técnicos de carácter informativo. Percebe-se que pode ser vantajoso a existência de um levantamento prévio das tipologias existentes e as suas características, pois facilita logo à partida a classificação da estrutura, bem como das anomalias mais comuns para cada tipologia, que facilita na elaboração do diagnóstico.

Verifica-se a existência de uma ligação da metodologia de avaliação e reabilitação com um possível programa de mitigação de risco sísmico que pode definir a necessidade de avaliar o edifício e nesse caso definir também as exigências de desempenho que o mesmo deve garantir.

De forma a que o processo fique completo é necessário que estes documentos de input estejam adequados, ou seja, que permitam efectivamente executar a tarefa de reabilitar a estrutura à acção sísmica de forma prática.

5.3 Eurocódigo 8 – Parte 3

O Eurocódigo é um documento que, para ser aplicado à realidade de cada país, recorre aos Anexos Nacionais, onde se definem os parâmetros deixados em aberto pelo regulamento (Parâmetros de Determinação Nacional) e se indicam informações e critérios que complementam o corpo principal do documento.

Pelas conclusões retiradas da análise feita ao EC8-3 e pela comparação com o Regulamento Italiano e com os documentos americanos verifica-se que existem alguns pontos críticos na aplicação deste regulamento à prática, especialmente quando se trata de edifícios de alvenaria. Poder-se-ia actuar ao nível do Anexo Nacional para cobrir estas questões mas tal tarefa iria requerer que este documento se sobrepusesse ao documento principal, saindo fora do seu âmbito de aplicação. Este é um documento de carácter informativo e complementar e não de substituição. Será então necessário fazer alguns ajustes na organização do EC8-3. para que a metodologia aí patente se torne adequada aos edifícios existentes de alvenaria.

As recomendações feitas neste trabalho são organizadas por pontos, tentando manter a lógica da organização do documento e da apresentação feita.

Aplicação do documento

O EC8-3 não indica quais as condições que levam à necessidade de utilização do regulamento. Seria interessante adoptar os critérios associados a programas de mitigação de risco sísmico passivo tal como foi realizado na elaboração do novo Regulamento Italiano. Recomenda-se a adopção das seguintes regras:

a) aumento do edifício em altura ou em planta;

b) alteração do tipo de utilização do edifício, decorrente da intervenção, que envolva o aumento das cargas iniciais (permanentes e variáveis);


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c) execução de intervenções estruturais com vista a transformar o edifício noutro diferente do original;

d) execução de intervenções estruturais que envolvam alterações substanciais no comportamento global do edifício (renovações, substituições de partes estruturais, etc.).

Por outro lado, de forma a possibilitar a utilização do regulamento em conjunto com um programa de mitigação de risco sísmico, é recomendada a inclusão de indicações que expliquem o modo de aplicação do regulamento em cada caso.

Metodologia

O regulamento foca as fases de avaliação e reabilitação sísmica que são duas fases distintas e sequenciais que poderão requerer exigências diferentes. Para facilitar e simplificar a fase de avaliação, o regulamento poderia permitir a execução de uma avaliação através de outro método, mais simples, que contemple até critérios e exigências de desempenho menos exigentes, por exemplo através da consideração de uma acção sísmica mais reduzida. Como exemplos temos o Regulamento Italiano que permite a consideração de uma acção sísmica reduzida até 65% da considerada para edifícios novos e os documentos norte americanos que permitem uma acção sísmica 25% inferior, mas somente para a fase de avaliação.

Recomenda-se que fique a cargo de cada país a definição da % de redução da acção sísmica bem como a utilização de um possível método simplificado. Para este último recomenda-se o método de avaliação simplificado desenvolvido nos E.U.A., denominado por RVS – rapid visual screening, ou correspondente ao nível 1 do documento ASCE/SEI 31-03 em que se utilizam checklists.


No EC8-3 a metodologia de recolha de informação está calibrada para os edifícios de betão armado e de estrutura metálica. Propõe-se a inclusão das alterações efectuadas pelo Regulamento Italiano neste ponto, que corresponde à separação da tipologia de alvenaria das restantes. Desta forma, é possível adequar a recolha de informação e a definição do nível de conhecimento.

O Regulamento Italiano simplificou a recolha das características mecânicas dos materiais minimizando a execução de testes e permitindo a comparação com edifícios semelhantes já conhecidos. A definição do nível de conhecimento também foi simplificada e adequada à alvenaria.

Só o simples facto de se separar a tipologia da alvenaria das restantes implica que não será necessário seguir os critérios expostos actualmente no EC8-3 para a definição de cada nível de conhecimento, que como já foi referido, se considera mais adequado para as estruturas de betão armado e estruturas metálicas. Poder-se-ia então completar nos anexos nacionais com informações adicionais adequadas ao existente em cada região e país.

Exigências de Desempenho e Objectivo de Reabilitação

As exigências de desempenho tal como definidas no EC8-3, sendo correctas para o caso de edifícios novos, podem ser bastante limitativas no caso de edifícios existentes se se tentar manter o mesmo nível de


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segurança, levando mesmo a soluções de reabilitação sísmica com relações custo-benefício que podem inviabilizar qualquer intervenção.

No caso de edifícios existentes, os objectivos da reabilitação sísmica devem depender, além da preservação da vida humana, de diversos factores tais como, classe de importância do edifício, da relevância do mesmo a nível histórico, cultural, social e económico bem como de relações custo-benefício envolvendo todas estas vertentes. O objectivo da reabilitação está ligado à garantia de um determinado nível de danos após a ocorrência de uma determinada acção sísmica, que no EC8 está ligado à verificação de determinados Estado Limite associados a um nível de acção sísmica.

Para permitir uma maior elasticidade na escolha do objectivo de reabilitação propõe-se a inclusão de uma maior gama de estados de danos associados a vários níveis de acção sísmica. Desta forma, seguindo a linha dos documentos americanos, seria dado aos donos de edifícios ou entidades intervenientes na reabilitação de edifícios uma maior possibilidade de escolha nas relações custo-benefício associadas à reabilitação sísmica, permitindo não só reabilitações menos exigentes como também parciais ou incrementais. A escolha continuaria a ser feita com base nos respectivos Anexos Nacionais.

O Regulamento também deveria permitir a consideração de uma acção sísmica reduzida relativamente à acção base, na verificação segurança de edifícios existentes. Estes valores seriam definidos em cada país recorrendo aos Anexos Nacionais, garantindo um nível máximo imposto pelo corpo geral do documento. A variação do valor da acção sísmica poderia depender do objectivo da reabilitação, do restante tempo de vida útil da estrutura existente, etc.


Na prática corrente os métodos mais acessíveis para a análise global de sistemas estruturais são os métodos lineares e os métodos estáticos não lineares. Os métodos dinâmicos não lineares associados a modelos não lineares refinados constituem ainda uma ferramenta pouco acessível para a análise de edifícios nos gabinetes de projectos de estruturas. São modelos matemáticos muito pesados e exigem um nível computacional bastante alto bem como um conhecimento técnico bem desenvolvido do comportamento cíclico dos materiais e da sua modelação.

Na Figura 67 foi apresentado um diagrama que reflecte os passos para a escolha do método de análise no EC8-3. Como se pôde observar, relativamente aos edifícios de alvenaria, a aplicação das análise lineares depende de critérios que normalmente inviabilizam a utilização destas por serem inadequados. No caso destes edifícios um destes critérios é a exigência de existência de pisos rígidos que distribuam as forças horizontais pelas paredes. Por outro lado, verificou-se que o EC8-3 não define qualquer critério relativamente à utilização de análises lineares, considerando o coeficiente de comportamento, para os edifícios de alvenaria. Não se percebe se é possível a sua utilização e quais são os limites para os valores do coeficiente de comportamento a utilizar. Em suma, as regras que o EC8-3 apresenta para a escolha do método de análise resulta na maior parte dos casos de edifícios existentes de alvenaria na obrigatoriedade de recorrer a métodos de análise não linear.

Para adequar a aplicação das análises lineares a edifícios existentes de alvenaria e para aproximar os resultados desta análise aos das análises não lineares, propõe-se:


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a reformulação dos critérios de regularidade apresentados no EC8-3 e em especial a revisão da condição ”Os pisos possuem uma rigidez no plano suficiente e encontram-se bem ligados às paredes de periferia para funcionarem como diafragmas rígidos e distribuírem as forças de inércia pelos elementos verticais”;

a eliminação das condições que comparam exigências e capacidades em elementos dúcteis e frágeis, “max /min < valor no intervalo (2,0; 3,0)”. Esta sugestão vem no seguimento da inadequação da classificação dos elementos como dúcteis ou frágeis no caso da tipologia de alvenaria;

a clarificação da aplicação de análises lineares recorrendo a coeficiente de comportamento, para a tipologia de alvenaria;

a definição do coeficiente de comportamento a utilizar para as estruturas existentes de alvenaria. Parece apropriado que a definição do coeficiente de comportamento da forma apresentada no Regulamento Italiano (q= q0 OSR) seja adoptada no EC8-3 e que os termos q0 (termo proporcional à capacidade de dissipação e deformação) e OSR (coeficiente de sobre-resistência) sejam definidos como Parâmetros Nacionais. Desta forma seria possível em cada país defini-los tendo em conta as tipologias estruturais do seu território, incluindo as várias soluções de melhoramento da ductilidade;

a reformulação das regras para redistribuição do esforço de corte na base, em edifícios de alvenaria, após uma análise linear. Esta redistribuição foi redefinida no novo Regulamento Italiano com base em estudos experimentais, realizados no âmbito da tese de mestrado de Paolo Morandi [59], e parecem ser mais adequados a edifícios de alvenaria que os patentes na versão actual do EC8-3. Propõe-se a introdução destas percentagens como parâmetros nacionais.

A aplicação do método estático não-linear patente no EC8 apresenta alguns problemas quando aplicado a estruturas de alvenaria não reforçada, devido às particularidades do seu sistema estrutural. Este método é baseado no comportamento elástico-perfeitamente plástico do sistema e não são consideradas a degradação da rigidez e da resistência devido ao carácter cíclico da acção sísmica. Edifícios de alvenaria tradicionais têm geralmente diafragmas muito flexíveis, normalmente pisos de madeira, o que impede a assumpção de piso rígido. Propõe-se que o EC8-3 indique a consideração destas questões nos Anexos Nacionais como informações complementares ao método de base, tendo em conta os resultados de investigações recentes [21][22].

Os edifícios de alvenaria só podem ser analisados em termos de resposta global caso sejam prevenidos os mecanismos de rotura locais, geralmente denominados por primeiro modo de colapso. Reconhece-se que o conhecimento destes mecanismos é um ponto importante na avaliação da segurança de um edifício existente de alvenaria, questão que não é abordada no EC8-3. Propõe-se neste sentido a inclusão de recomendações ao nível da verificação da segurança destes mecanismos locais, que implica também na inclusão de critérios de modelação e métodos de análise adequados. Esta tarefa pode ser baseada na regulamentação Italiana que apresenta um método baseado em macro elementos e análise cinemática.

Na realidade os edifícios existentes, raramente se encontram isolados e normalmente inserem-se em quarteirões ou grupos de edifícios. Considera-se importante a existência de recomendações vocacionadas para estes casos. Em Itália verifica-se já uma preocupação com este assunto que é abordado na nova versão


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do regulamento sísmico, com a inclusão de um método simplificado. Propõe-se a inclusão no EC8-3 de métodos para análise de edifícios incorporados em quarteirões ou grupos, que podem ser complementados no anexo nacional com informações relativas à realidade nacional. Na elaboração deste método pode-se ter por base o que foi considerado no regulamento italiano.

Modelação

Recomenda-se a inclusão no EC8-3 de indicações relativamente a edifícios de tipologia mista ou inseridos em quarteirões ou em grupo, bem como para mecanismos de colapso locais. Estas indicações podem ser remetidas para os Anexos Nacionais, de forma a adequar à realidade de cada país e de cada região.

Relativamente à modelação global do edifício seria importante introduzir algumas recomendações ou regras para a simulação de diafragmas flexíveis, tomando como exemplo os documentos americanos.

Verificação da segurança

O EC8-3 propõe uma classificação do comportamento dos elementos estruturais e dos mecanismos de rotura como dúcteis ou frágeis e apresenta as verificações da segurança baseadas nesta classificação. Tal classificação embora adequada para as estruturas de betão e metálicas, não o é para a tipologia estrutural de alvenaria. Nesta, a distinção entre a rotura por flexão (correspondente a um mecanismo dúctil) ou por corte (mecanismo frágil) é problemática a discutível, sendo mesmo reconhecida alguma ductilidade para as roturas por corte [37]. Assim, considera-se importante que na verificação da segurança os critérios de comparação de exigências e capacidades devam ser adequados à tipologia de alvenaria. Para tal propõe-se que esta tipologia deva ser, à partida, separada da de betão e estruturas metálicas e deva ser eliminada a classificação elemento/mecanismo dúctil/frágil, tal como no Regulamento Italiano. Em termos de verificações de segurança propõe-se a realização da junção entre as verificações existentes no Anexo C do EC8-3 e das propostas pelo Regulamento Italiano, além de se possibilitar a definição de verificações diferentes nos Anexos Nacionais de cada país.

O EC8-3 não permite a utilização de análises lineares com o espectro de resposta elástico para o cálculo da resposta global da estrutura. Esta limitação deve-se ao facto de estas análises não considerarem a redistribuição de esforços, a ductilidade da estrutura e a resposta desta em regime não linear. Em conjunto com o facto de o EC8-3 ser omisso, para a tipologia de alvenaria, relativamente às análises lineares com acção sísmica de projecto, resulta que para a verificação da segurança de edifícios existentes de alvenaria é obrigatória a utilização de análise não lineares, com tudo o que isso implica (Figura 73). No entanto, se for permitida a análise linear recorrendo ao espectro de resposta reduzido, esta questão fica resolvida com maior ou menor aproximação à resposta real dependendo do coeficiente de comportamento utilizado.

Recomenda-se então que a proposta anterior de admitir a utilização das análises lineares recorrendo ao coeficiente de comportamento para edifícios existentes de alvenaria deva ser complementada com a permissão de utilização destas análises para a verificação dos Estados Limite de danos severos e de eminência de colapso além do Estado Limite de danos limitados, que já é permitido na versão actual.

Em termos de verificações da segurança o EC8-3 é omisso relativamente a modelos de capacidade para lintéis de alvenaria e para os diafragmas dos pisos. Para os primeiros recomenda-se a adopção do que está


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considerado no Regulamento Italiano enquanto que para o segundo pode-se seguir as indicações do documento americano ASCE/SEI 41-06. Seria também interessante rever os modelos de capacidade para as paredes de alvenaria, fazendo uma comparação com o indicado no Regulamento Italiano que considera modelos de rotura à flexão e ao corte, calculando o momento e o esforço de corte último.

Estrutura

Objectivo de reabilitação baseado em estados de danos.

Danos

Selecção do estado de danos (Estado Limite):

LimitadosDanos

SeverosEminênciaColapso

AnáliseQualquer Só análises não lineares

Modelos não lineares

Nível de conhecimento KL2 ou KL3

ModeloQualquer

níveis de conhecimentoTodos os

Figura 73 - Relações entre o objectivo de reabilitação, os níveis de conhecimento e métodos de análise, no EC8-3

Edifícios simples de alvenaria

A tentativa de classificar os edifícios existentes de alvenaria como edifícios simples, de acordo com as regras patentes no EC8-1 para edifícios novos, resulta na grande maioria dos casos numa tarefa inglória. Esta tarefa foi feita em Itália por Morandi no âmbito da tese de mestrado [59] que encontrou os pontos críticos e cujo estudo resultou em recomendações que foram tidas em conta na revisão da norma OPCM 3274. Os resultados obtidos em Itália devem ser adoptados pelo EC8-3 que deverá permitir também a classificação de edifícios simples para estruturas existentes. Esta classificação pode ser o equivalente a uma avaliação sísmica simplificada em que, através de regras simples, se consegue verificar a resistência sísmica de um edifício existente.

5.4 Anexo Nacional da Parte 3 do Eurocódigo 8

Os Parâmetros de Determinação Nacional previstos actualmente no EC8-3 são os seguintes:

1) anexos informativos A, B e C; 2) número de Estado Limite a ser considerados; 3) período de retorno das acções sísmicas associadas aos Estados Limite; 4) factores de segurança parciais dos materiais; 5) factores de confiança; 6) níveis de inspecções e testes;


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7) valor máximo da relação mín

máx

- relação entre os valores máximos e mínimos do coeficiente

i

ii C

D que relaciona exigências (D) com capacidades (C) de elementos dúcteis;

8) informação complementar e não contraditória sobre os procedimentos das análises estáticas não lineares, que permitam capturarem os efeitos dos modos superiores.

As recomendações feitas neste trabalho para o corpo geral do EC8-3 resultam nos seguintes parâmetros de determinação nacional adicionais:

1) percentagem máxima de redução da acção sísmica relativamente à utilizada para edifícios novos; 2) coeficiente de comportamento q = q0 OSR; 3) termo proporcional à capacidade de dissipação e deformação (q0), função da tipologia estrutural e

da regularidade da estrutura; 4) coeficiente de sobre-resistência (OSR), função da configuração estrutural, do número de pisos e

critérios de modelação; 5) percentagens de redistribuição dos esforços de corte nas paredes calculados através de análises

lineares; 6) informação complementar sobre um método de avaliação simplificada; 7) informação complementar e não contraditória sobre procedimentos das análises estáticas não

lineares que permitam ter em conta o efeitos dos pisos flexíveis e a degradação da rigidez e resistência;

8) informação complementar sobre métodos de análise para mecanismos locais; 9) informação complementar sobre métodos de análise para edifícios inseridos em quarteirões e em

grupo; 10) informação complementar sobre edifícios mistos; 11) informação complementar sobre edifícios simples de alvenaria. 12) informação complementar sobre planos de mitigação de risco sísmico.

No anexo informativo referente à tipologia de alvenaria deve existir informações complementares relativamente aos seguintes pontos.


A recolha de informação poderá ser facilitada se existir um levantamento prévio das tipologias existentes no território nacional em termos de edifícios de alvenaria. As tipologias levantadas poderão ser classificadas por edifícios modelo com características bem definidas, seguindo a linha do que foi feito nos documentos norte americanos. Com esta classificação efectuada facilmente se determinaria, para um dado edifício em estudo, qual o tipo de edifício modelo em que este se enquadraria. De entre os edifícios de alvenaria, existem em Portugal algumas tipologias estruturais marcantes e sobre as quais já se tem um conhecimento razoavelmente aprofundado, tais como os edifícios pombalinos, os gaioleiros, os edifícios placa, etc..


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Com base no levantamento anterior, devem ser elaboradas tabelas com características mecânicas dos materiais usuais nas tipologias dos edifícios antigos de alvenaria existentes em Portugal. Estes valores teriam por base resultados experimentais resultantes da campanha de levantamento que se propõe realizar ou de campanhas já realizadas. Propõe-se um modelo similar ao adoptado na regulamentação italiana que considera intervalos de valores médios para cada parâmetro que posteriormente permitem afinar as características adoptadas com base no conhecimento adquirido da estrutura ( ver tabela 34). São listadas as tipologias de alvenaria seguindo o exemplo da tabela e preenchem-se os valores para cada característica, máximo, mínimo ou médio.

Tabela 35 - Proposta de tabela com valores de referência dos parâmetros mecânicos dos materiais.

fm N/cm2

0

N/cm2

E N/mm2

G N/mm2

W kN/m3

Tipologia da alvenaria Resistência à compressão

média

Resistência ao corte média

Módulo de elasticidade

médio Módulo de

corte médio Peso

específico médio

Coeficiente de Poisson

Alvenaria de pedra irregular Valor máx

Valor mín

Valor máx

Valor mín

Valor máx

Valor mín

Valor máx

Valor mín Valor médio Valor médio

Alvenaria de tijolo

Alvenaria de adobe

...

Estes valores irão corresponder às condições mais desfavoráveis, ou seja, aos materiais com má qualidade, sem boa ligação entre os componentes, etc. Para ter em conta condições melhores pode-se elaborar uma tabela de coeficientes correctivos (tabela 35) que tenham em conta cada melhoria, nomeadamente, boa argamassa, boa ligação, reboco reforçado, etc.

Tabela 36 – Proposta de tabela com valores correctivos dos parâmetros mecânicos.

Tipologia da alvenaria Boa argamassa

Ligações transversais

Injecções de argamassa

Reboco reforçado Outros ....

Alvenaria de pedra irregular Coeficiente correctivo

Alvenaria de tijolo

Alvenaria de adobe

...

Escolha da intervenção

Devem ser elaboradas tabelas informativas que relacionem as tipologias com anomalias usuais e respectivas técnicas de reparação e reforço. Seria a forma de considerar as questões de forma qualitativa e complementar a abordagem quantitativa associada ao cálculo e análise.


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5.5 Programa de mitigação de risco sísmico

O projecto para elaboração do programa de mitigação de risco sísmico em Portugal ou de redução da vulnerabilidade sísmica de edifícios é uma questão que já foi iniciada na década de 90, mas que por vários motivos tem sido constantemente prorrogada. Faz-se um historial das acções já tomadas pelas diversas entidades.

A Sociedade Portuguesa de Engenharia Sísmica (SPES) e o Grémio das Empresas de Conservação e Restauro do Património Arquitectónico (GECORPA) elaboraram em documento que visou servir de base a um programa de acção de carácter preventivo dedicado ao edificado, compreendendo as seguintes tarefas principais [61]

1 - Levantamento do parque habitacional e avaliação do risco; Este levantamento é condição indispensável para o planeamento do programa. O levantamento foi iniciado há já alguns anos, mas foi interrompido. Se se pretender restringir o programa às zonas do país de maior risco sísmico, será necessário estender o levantamento a toda a região de Lisboa e Vale do Tejo, Algarve e Açores. Estão em causa cerca de um milhão de edifícios [7].

2 - Definição de estratégias de intervenção mais eficazes; Trata-se de uma tarefa que envolve apenas estudo aprofundado das principais tipologias construtivas em presença. Passa pela aplicação, de forma sistemática, da mesma metodologia seguida no projecto de intervenções de reabilitação estrutural. Poderá envolver um componente experimental mais ou menos desenvolvida [7].

3 - Aperfeiçoamento de soluções de reabilitação sísmica; 4 - Criação do enquadramento legislativo;

Trata-se, sob esta designação, para além do fundamental enquadramento legislativo, das actividades de planeamento geral, prioritização e definição de critérios para diversas áreas de decisão: zonamento, formação e qualificação dos agentes, homologação de técnicas e materiais [7].

5 - Formação técnica e divulgação junto da população; 6 - Elaboração de planos directores de reabilitação sísmica; 7 - Execução dos trabalhos.

Por outro lado, iniciou-se em fins de 1999 o projecto designado por “Mitigação do risco sísmico em Portugal” com financiamento da Fundação para a Ciência e Tecnologia e também do próprio orçamento de investigação do LNEC, que inclui actividade analítica e experimental e tem como objectivos [62]:

avaliar o risco sísmico actual em Portugal associado aos edifícios de habitação; identificar e avaliar a eficiência de medidas de reforço estrutural tendentes à diminuição desse

risco; preparar uma proposta regulamentar que possa servir para a implementação de operações de

reabilitação sísmica.


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Em 2001, numa conferência sobre a Redução da Vulnerabilidade Sísmica do Edificado no LNEC organizada pela SPES e GECoRPA, foi apresentado um artigo focando a “Viabilidade Técnica de Execução do Programa Nacional de Redução da Vulnerabilidade Sísmica do Edificado” [7]. Neste artigo fez-se o ponto da situação do desenvolvimento do dito programa e demonstrou-se existir a capacidade técnica em Portugal para levar a cabo todas as tarefas anteriormente propostas para atingir os objectivos definidos.

De entre as tarefas indicadas, as conclusões desta dissertação podem contribuir para o desenvolvimento de 3 das 7, nomeadamente, levantamento do parque habitacional e avaliação do risco, definição de estratégias de intervenção mais eficazes, criação do enquadramento legislativo.

Para tal é importante a elaboração de um plano de mitigação de risco sísmico em Portugal, que defina a necessidade e a forma de fazer a avaliação da vulnerabilidade.

A avaliação da vulnerabilidade pode ser feita através de um processo similar ao realizado nos E.U.A.. Podem ser incorporados no plano de mitigação ou nos anexos nacionais o conceito de objectivo de reabilitação que permita uma escolha mais vasta de níveis de desempenho para as estruturas e uma flexibilidade nas relações custo-benefício da reabilitação sísmica.

O plano de investigações em Itália deverá servir como base de arranque para um plano similar a nível nacional, onde se faria o levantamento das tipologias, se determinaria as vulnerabilidades de cada uma e as acções de reabilitação sísmica apropriadas a cada. Seria similar ao que se fez nos E.U.A. ao agrupar as tipologias em edifícios modelo tipo e para cada uma se definirem as anomalias mais correntes e as técnicas de reabilitação associadas.


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6 CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

Neste trabalho foi apresentada a regulamentação sobre a reabilitação e reforço sísmico de estruturas, existente a nível internacional, dando ênfase aos edifícios de alvenaria. Neste contexto, foi apresentada pormenorizadamente, no Capítulo 3, a metodologia e os critérios patentes no EC8-3 para a avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes a ser futuramente adoptado em Portugal. Neste capítulo, apresentou-se também de forma exaustiva o Regulamento Italiano nas partes aplicáveis aos edifícios existentes de alvenaria, ficando definida a abordagem europeia no que respeita a este assunto. A abordagem norte americana foi apresentada de forma mais resumida, pela exposição dos diversos documentos existentes, focando os mais importantes que se complementam e permitem ter uma visão abrangente.

No Capítulo 4, com o conhecimento adquirido sobre os documentos analisados e apresentados no Capítulo 3, procedeu-se a comparações entre os regulamentos estudados, assinalaram-se as diferenças e semelhanças e retiraram-se algumas conclusões. Todo o trabalho foi desenvolvido tendo como ponto de partida o EC8-3 pelo que todas as comparações e conclusões focam aspectos já existentes ou a considerar neste documento.

Com base nas comparações e conclusões retiradas da análise dos documentos, foram propostas no Capítulo 5 deste trabalho algumas recomendações que se podem inserir no desenvolvimento do Anexo Nacional do EC8-3 e no desenvolvimento de um plano de mitigação de risco sísmico em Portugal. Certas recomendações focam forçosamente alterações a efectuar ao próprio EC8-3, por saírem fora do âmbito de aplicação do Anexo Nacional. Das várias conclusões obtidas ressaltam e resumem-se aqui as mais importantes, seguidas das respectivas recomendações propostas.

Conclusão: Mesmo com a entrada em vigor do EC8-3 em Portugal, continua a existir uma lacuna da regulamentação na parte da decisão de necessidade de avaliar o desempenho sísmico de edifícios existentes e no que respeita ao nível e tipo de reabilitação a levar a cabo, em edifícios de alvenaria, na sequência dos resultados da avaliação. Verifica-se que o Regulamento Italiano define, logo à partida, condições que levam à obrigatoriedade de realizar uma avaliação sísmica de um edifício existente, que pode ou não implicar num reforço ou reabilitação sísmica do mesmo.

Recomendação: Para resolver esta questão recomendou-se a introdução no EC8-3 das condições apresentadas no Regulamento Italiano.

Conclusão: No EC8-3 o processo de avaliação sísmica de uma estrutura existente tem o mesmo nível de exigência que o processo de reabilitação, tanto em termos de metodologia como em termos da definição da acção sísmica. Os documentos norte americanos, por outro lado, permitem uma avaliação de vários níveis de exigência que vão desde a simples observação da estrutura, passando por verificações sistemáticas parametrizadas (através de checklists) até à verificação da segurança com base em cálculos mais complexos. Verifica-se que o processo de avaliação patente no EC8-3 corresponde ao nível de avaliação


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mais exigente da norma norte americana, que esta recomenda somente para casos específicos, pois corresponde a procedimentos complexos e caros.

Para a fase de avaliação os documentos norte americanos (na norma ASCE/SEI 31-03) definem um valor 25% mais baixo para a intensidade da acção sísmica relativamente à utilizada na fase de reabilitação (norma ASCE/SEI 41-06), onde a acção é igual à considerada para o dimensionamento de edifícios novos. Ou seja, na abordagem norte americana a fase de avaliação é, em todos os aspectos, menos exigente do que a fase de reabilitação. Consideram que a partir do momento em que um edifício necessita de reforço ou de reabilitação sísmica, este deverá garantir os mesmos pressupostos que uma construção nova.

Recomendação: Foi recomendada a introdução, no EC8-3, de um processo de avaliação simplificado e a consideração de um nível de acção sísmica mais reduzida para esta fase. Além disso, recomendou-se a clarificação da possibilidade de classificar os edifícios existentes como edifícios simples de alvenaria, tal como já é feito no caso de edifícios novos de alvenaria no EC8-1. Esta classificação permitirá fazer uma avaliação simplificada, visto que não é necessário proceder a cálculos específicos para a verificação da segurança sísmica do edifício, mas somente garantir critérios relacionados com a configuração geométrica da estrutura.

Conclusão: Para a definição do objectivo da avaliação ou da reabilitação sísmica, o EC8-3 apresenta três Estados Limite (EL) de entre os quais se deve escolher, no Anexo Nacional, o número e o tipo a considerar na avaliação. Dos EL apresentados, o de Colapso Eminente corresponde a uma exigência de desempenho cujos danos se aproximam mais de um cenário de colapso da estrutura que os correspondentes ao Estado Limite Último apresentado na verificação de edifícios novos. O EL de danos limitados está associado a uma acção sísmica com um período de retorno de 225 anos, que é mais exigente que a acção sísmica considerada para o EL de limitação de danos utilizado para os edifícios novos, que tem um período de retorno de 95 anos. Considera-se que não faz sentido ser mais exigente na avaliação e reabilitação sísmica de edifícios existentes que no dimensionamento de edifícios novos. Reconhecendo isto, o Regulamento Italiano não considera o EL de Colapso, para a reabilitação de edifícios existentes e ainda propõe uma acção sísmica com menor período de retorno para o EL de Limitação de Danos, definida com período de retorno de 72 anos. Além disso, este regulamento permite, na avaliação e reabilitação de edifícios existentes, uma redução até 35% do valor da acção sísmica igual à utilizada no dimensionamento dos edifícios novos.

Recomendação: Neste âmbito recomendou-se a revisão das exigências de desempenho, em termos de Estados Limite, apresentadas no EC8-3, e a inclusão de uma maior gama de estados de danos associados a vários níveis de acção sísmica, para alargar o leque de escolha de objectivos de reabilitação para edifícios existentes, tal como se faz na abordagem norte americana. Além disto propõe-se a possibilidade de adoptar uma acção sísmica com um nível mais baixo que a utilizada para o dimensionamento de edifícios novos, tal como permitido no Regulamento Italiano.

Conclusão: Em termos da metodologia apresentada no EC8-3, que é comum ao processo de avaliação e ao de reabilitação, continua a ser necessária a introdução de indicações de cariz mais prático no que respeita a métodos de cálculo, técnicas de reabilitação e características de materiais a utilizar como referência para a prática corrente. Só desta forma é possível a aplicação do regulamento por projectistas, com experiência


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limitada na área, em edifícios sem grande interesse histórico, sem que haja a necessidade de grandes campanhas de recolha de informação, que vão incrementar o custo e introduzir danos na estrutura através de testes destrutivos. Por exemplo, o Regulamento Italiano permite o recurso a tabelas com características mecânicas dos materiais bem como a utilização de dados experimentais e informações obtidas de outros edifícios, o que simplifica bastante o processo de recolha de informação.

Considera-se que a metodologia do EC8-3 está mais vocacionada para edifícios existentes em betão armado ou em estrutura metálica. Relativamente aos edifícios em alvenaria existem algumas questões importantes que se levantam, relacionadas essencialmente com a recolha de informação e a posterior definição do nível de conhecimento, com os métodos de análise, em especial os lineares, e com as verificações da segurança.

Recomendação: Propõe-se que as metodologias para os edifícios de alvenaria e para os edifícios de betão armado e em estrutura metálica sejam apresentados separadamente, adequando aos diferentes tipos estruturais os critérios para recolha de informação, de definição do nível de conhecimento e verificação da segurança para a alvenaria.

Conclusão: Em termos de recolha de informação, a forma patente no EC8-3 é mais adequada às tipologias de betão e estruturas metálicas, pois individualiza a recolha por tipos de elementos (pilares, vigas, paredes, etc.). Para a tipologia de alvenaria, onde existe uma preponderância de elementos estruturais de paredes resistentes, a organização dos dados apresentada pelo Regulamento Italiano para a definição dos níveis de conhecimento torna-se mais simples e mais adequada, pois basta caracterizar o material alvenaria não sendo necessário individualizar elementos. Além disso, na determinação das características mecânicas da alvenaria o Regulamento Italiano permite evitar a execução de testes na estrutura.

Recomendação: Adoptar a organização de dados e a metodologia para a recolha de informação e definição do nível de conhecimento do Regulamento Italiano. No seguimento disso, proceder à elaboração de tabelas com valores de referência de características mecânicas de materiais usualmente encontrados nos edifícios antigos, em especial os de alvenaria.

Conclusão: Em termos de métodos de análise verifica-se que, se for aplicado o preconizado no EC8-3 para a generalidade dos edifícios existentes de alvenaria, é quase sempre necessário recorrer a análises não lineares para se fazer a verificação da segurança no âmbito de uma avaliação ou de uma reabilitação sísmica. Isto deve-se à existência de critérios bastante restritos para aplicação das análises lineares, de entre os quais a garantia de pisos rígidos é o mais condicionante.

Ora ,se se considerar que os métodos lineares são os mais simples de aplicar e de maior utilização na prática corrente, conclui-se que o EC8-3 vem introduzir, neste aspecto, uma dificuldade acrescida a um processo que já tem um elevado grau de complexidade. Além disso, verifica-se que, para ser possível recorrer a análises não lineares, é necessário ter um nível de conhecimento da estrutura, só conseguido com recurso a testes e inspecções mais detalhadas, o que vai incrementar os danos da estrutura e o custo da reabilitação estrutural.

Recomendação: Reformulação dos critérios de aplicação das análises lineares a edifícios existentes, possibilitando a utilização da acção sísmica de projecto para a tipologia de alvenaria, isto é reduzida através


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do coeficiente de comportamento. Consideração deste coeficiente como parâmetro de determinação nacional e definição, no Anexo Nacional, de valores para este coeficiente com base em campanhas experimentais para várias configurações estruturais da tipologia de alvenaria, tendo em conta os edifícios existentes em Portugal.

Conclusão: No que respeita à verificação da segurança, no EC8-3 não é referida a necessidade de estudar o comportamento de um edifício inserido num quarteirão ou grupo de edifícios e não são dadas indicações para o estudo de edifícios com tipologia estrutural mista (alvenaria e betão, alvenaria e madeira, etc.). Pelo contrário o Regulamento Italiano dá indicações a esse nível, embora de forma relativamente superficial.

Recomendação: Introduzir indicações para mecanismos locais, para edifícios inseridos em quarteirões e grupos de edifícios e para edifícios de tipologia mista, em termos de métodos de cálculo, modelação, verificação da segurança e técnicas de intervenção. Estas indicações deverão ser feitas mais aprofundadamente no Anexo Nacional, permitindo a actualização dos métodos e o acompanhamento da evolução do conhecimento científico.

Conclusão: As técnicas de reabilitação e reforço sísmico no EC8-3 são listadas de uma forma qualitativa e não são dadas indicações que permitam escolher a intervenção que melhor se adequa às anomalias apresentadas pelo edifício. Os documentos americanos são mais completos nesta área pois definem edifícios tipo para os quais são associadas as anomalias mais correntes e as técnicas de intervenção mais adequadas para a sua mitigação. Para cada técnica são apresentados pormenores construtivos que facilitam a tarefa do projectista, que mesmo com pouca experiencia no assunto consegue obter dados qualitativos e quantitativos que permitem a escolha e o dimensionamento das soluções de reforço e reabilitação.

Recomendação: Seguir a abordagem norte americana e incluir no Anexo Nacional do EC8-3 informação sobre técnicas de reabilitação. Realizar um levantamento das tipologias estruturais dos edifícios existentes em Portugal e criar uma classificação por edifícios modelo. Construir uma base de dados de anomalias correntes para cada tipo de edifício e relacioná-las com técnicas de intervenção adequadas a cada situação.

Desenvolvimentos futuros deverão ser elaborados no seguimento das recomendações feitas e da inclusão destas nos documentos referidos anteriormente. Para tal será necessário estudar possíveis métodos simplificados de avaliação, métodos de análise de mecanismos locais, métodos de análises e modelação de edifícios inseridos em quarteirões e grupos de edifícios bem como o aprofundamento dos estudos para tipologias mistas.

No âmbito dos desenvolvimentos práticos seria importante proceder ao levantamento das tipologias existentes em Portugal e a consequente elaboração de uma classificação em edifícios modelo. Associado a esta classificação devem ser elaboradas tabelas com valores de referência para as características de materiais, tipos de anomalias frequentes e técnicas de reabilitação associadas.

De forma a validar algumas conclusões obtidas no decorrer deste trabalho, seria interessante aplicar a metodologia do EC8-3, tal como existe actualmente, a casos práticos. Para tal poder-se-iam escolher edifícios de tipologias estruturais existentes no nosso parque edificado como por exemplo um edifício


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pombalino, um edifício gaioleiro, um edifício placa, etc.. Esta aplicação prática até poderá vir a levantar questões adicionais e pertinentes que poderão ser tidas em conta na revisão do EC8-3 e na elaboração do Anexo Nacional.


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Documents

Análise da Regulamentação Internacional Sobre Reabilitação e Reforço Sísmico de Estruturas