Reforço Sísmico de Estruturas de Alvenaria com Elementos ... · adoptado um valor superior, da ordem de 2,0-2,5, dependendo da proporção de paredes de gaiola no conjunto das paredes

I

Ricardo Freitas Lima da Silva Barros

Reforço Sísmico de Estruturas de Alvenaria com Elementos Metálicos

Universidade Fernando Pessoa

Porto, 2005

II

III



Universidade Fernando Pessoa

Porto, 2005

IV



________________________________________________

Orientador: Mestre João Guerra

“Monografia apresentada à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de licenciado em Engenharia Civil.”


I

Sumário

O presente trabalho aborda o reforço sísmico de estruturas de alvenaria com recurso a

elementos metálicos.

Para uma melhor compreensão do funcionamento dos elementos metálicos é necessário

entender o panorama nacional e internacional da reabilitação sísmica, assim como os aspectos

mais importantes relacionados com estes elementos e com todo o processo de reforço sísmico.

Existem variados elementos metálicos e com diversas funcionalidades, que podem ser

utilizadas tendo em consideração a relação custo-benefício. Por vezes a aplicação de

elementos metálicos tem custos elevados, não só pelo seu custo em si, mas também pela

dificuldade de execução em obra, o que pode fazer incrementar os custos. No entanto, a

utilização de elementos metálicos permite intervenções pouco intrusivas, o que conduz a que

o seu uso seja aconselhado quando existe a necessidade de manter o valor patrimonial dos

edifícios.

O entendimento dos mecanismos de colapso dos edifícios, quando sujeitos a um fenómeno

sísmico, permite determinar a melhor forma de reforço estrutural e compreender as funções

dos elementos metálicos na redução da vulnerabilidade sísmica.

Cada elemento metálico tem uma função distinta no reforço estrutural. Porém, apesar de ser

analisado cada elemento separadamente, em projecto é preferível analisar o funcionamento

em conjunto, visto que se pretende que o edifício tenha um comportamento global adequado.

A análise da estabilidade das partes não garante o bom funcionamento do conjunto.

Resumindo, esta monografia apresenta soluções interventivas para fazer face aos modos

básicos do colapso em estruturas de alvenaria de pedra natural, sujeitas à acção sísmica, com

base no recurso a elementos metálicos.


II

Agradecimentos

Ao meu tio e director da M. M. Trabalhos de engenharia civil, Eng.º Oscar Vasconcelos por

toda a ajuda e facilidades que me deu na realização deste trabalho, assim como durante toda a

formação académica. Tem sido uma grande inspiração.

A toda a equipa da M. M. Trabalhos de engenharia civil Porto e à equipa dos Açores, em

especial à Eng.ª Edite Simões e Eng.ª Anabela Vidal, por toda a ajuda que me deram para o

conhecimento profundo da área da reabilitação e reforço estrutural e pela amizade.

Ao Professor Doutor Humberto Varum, pelo tempo disponibilizado, pela orientação, pelos

conhecimentos especializados na área da reabilitação sísmica e pela força que me deu para a

realização deste trabalho.

À Universidade Fernando Pessoa por me proporcionar a realização deste trabalho e todos os

conhecimentos académicos.

Por fim, os meus sinceros agradecimentos ao meu orientador Mestre João Guerra por me ter

orientado voluntariamente e ter estado sempre presente para todo o tipo de duvidas e

esclarecimentos.


Licenciatura em Engenharia Civil

Ano 2004/2005


III

Dedicatória

Este trabalho é dedicado à minha família, principalmente aos meus pais, pelo esforço e

empenho que tiveram em me ajudar a licenciar-me em Engenharia Civil.

Muito obrigado por acreditarem em mim e por me darem sempre o maior apoio.


IV

Índice Geral

Sumário .................................................................................................................................... I

Agradecimentos ......................................................................................................................II

Dedicatória ............................................................................................................................ III

Simbologia .......................................................................................................................... XIII

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

1. Avaliação da segurança sísmica e inspecção do edifício ..................................................5

1.1. Avaliação estrutural........................................................................................................5

1.2. Nível de segurança das construções ...............................................................................6

1.3. Inspecção da construção .................................................................................................6

2. Modelação da estrutura da construção .............................................................................9

2.1. Generalidades .................................................................................................................9

2.2. Esquema estrutural e danos ............................................................................................9

2.3. Características dos materiais ........................................................................................12

2.4. As acções na estrutura ..................................................................................................13

3. Determinação do tipo de intervenção ..............................................................................15


V

4. Componentes de reabilitação sísmica ..............................................................................18

4.1. Pressupostos do projecto de reforço .............................................................................18

4.2. Projecto de reabilitação ................................................................................................19

4.3. A utilização do aço .......................................................................................................20

4.4. Níveis de intervenção ...................................................................................................23

4.4.1. Salvaguarda ...........................................................................................................24

4.4.2. Reparação ..............................................................................................................24

4.4.3. Reforço ..................................................................................................................24

4.4.4. Restruturação.........................................................................................................26

4.5. Considerações económicas...........................................................................................26

5. Mecanismos de colapso típicos das estruturas de alvenaria ..........................................29

5.1. Mecanismos de colapso de primeiro modo ..................................................................29

5.2. Mecanismo de colapso de segundo modo ....................................................................35

6. Elementos metálicos de reforço sísmico...........................................................................39

6.1. Tirantes .........................................................................................................................39

6.2. Cinta de coroamento (cordolo) .....................................................................................42


VI

6.3. Barras de amarração (ancoragem) ................................................................................44

6.4. Viga reticulada (treliça) ................................................................................................46

6.5. Ligações aparafusadas ..................................................................................................48

6.6. Chapas ..........................................................................................................................49

6.7. Vigas metálicas.............................................................................................................50

6.8. Ligações metálicas entre componentes da estrutura da cobertura................................51

7. Caso real (Açores, Ilha do Faial, Horta)..........................................................................53

7.1. Descrição do caso .........................................................................................................53

7.2. Elaboração do projecto .................................................................................................54

7.2.1. Verificação numérica.............................................................................................55

7.2.2. Aplicação em obra.................................................................................................71

Conclusão ...............................................................................................................................76

Bibliografia.............................................................................................................................79

ANEXOS

ANEXO I - Carta de Veneza .....................................................Erro! Marcador não definido.


VII

ANEXO II - Mecanismos típicos de colapso de construções em alvenariaErro! Marcador

não definido.

ANEXO III - Tirantes ................................................................Erro! Marcador não definido.

ANEXO IV – Cinta de coroamento (Cordolo).........................Erro! Marcador não definido.

ANEXO V - Barras de amarração (ancoragem) .....................Erro! Marcador não definido.

ANEXO VI - Viga Reticulada (treliça) .....................................Erro! Marcador não definido.

ANEXO VII - Ligações aparafusadas.......................................Erro! Marcador não definido.

ANEXO VIII - Chapas...............................................................Erro! Marcador não definido.

ANEXO IX - Vigas metálicas ....................................................Erro! Marcador não definido.

ANEXO X - Ligações metálicas entre componentes da coberturaErro! Marcador não

definido.

ANEXO XI - Pormenores das componentes metálicas da habitação da rua Conselheiro

de Medeiros n.º 42.......................................................................Erro! Marcador não definido.


VIII

Índice de figuras

Figura 1 - Reforço provisório de uma estrutura após a ocorrência de um sismo (Fonte: http://www.dgpatr.pt, junho 2005). ............................................................................................4

Figura 2 – Levantamento da armadura com aparelho de detecção de armadura (Fonte própria)....................................................................................................................................................7

Figura 3 – Ensaios efectuados em laboratório à existência de térmitas numa viga de madeira (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)............................................................................7

Figura 4 – Edifício de gaiola pombalina e parede típica gaioleira, neste caso poderá ser adoptado um valor superior, da ordem de 2,0-2,5, dependendo da proporção de paredes de gaiola no conjunto das paredes do edifício (Fonte: Reabilitação de edifícios antigos, Patologias e técnicas de intervenção) .............................................................................................................14

Figura 5 - Fluxograma das acções a desenvolver na avaliação estrutural de construções antigas (Fonte: Sísmica 2004, 6º congresso nacional de sismologia e engenharia sísmica) ................16

Figura 6 - A "casa anti-sísmica" de Pirro Logorio, para a segurança dos edifícios contra terramotos, 1570 (Fonte: M. M. Trabalhos de Engenharia Civil) ............................................18

Figura 7 – Componentes de uma treliça a ser descarregada em obra manualmente (Fonte: M.M. Trabalhos de engenharia civil) .......................................................................................22

Figura 8 – Barra de ancoragem dos tirantes, componente leve e pouco intrusiva (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .................................................................................................22

Figura 9 - Pormenor de aparelho de apoio para evitar a transmissão de impulsos às paredes (Fonte: http://www.dgpatr.pt, Junho 2005) ..............................................................................25

Figura 10 - Reforço com inclusão de contraventamento visando melhorar a resistência sísmica (Fonte: http://www.dgpatr.pt, Junho 2005) ..............................................................................25

Figura 11 - Distribuição da frequência por tipo de intervenção (Fonte: http://www.dgpatr.pt, Junho 2005) ..............................................................................................................................28

Figura 12 - Distribuição percentual dos custos por tipo de intervenção (Fonte: http://www.dgpatr.pt, Junho 2005)...........................................................................................28

Figura 13 - Mecanismo de primeiro modo: rotura monolítica da fachada por ter sido ultrapassada a capacidade da ligação com as paredes das empenas laterais (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)................................................................................................29


IX

Figura 14 - Mecanismo de primeiro modo: mecanismo de Rondelet considerando a ligação efectiva das paredes das empenas laterais (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil) ......30

Figura 15 - Mecanismo de primeiro modo: mecanismo de “Rondelet” considerando a presença de aberturas na parede da fachada (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil) ...30

Figura 16 - Mecanismo de primeiro modo (de Rondelet) (Fonte: M. M. Trabalhos de Engenharia Civil)......................................................................................................................32

Figura 17 - Comportamento em arco na espessura da parede na presença de tirantes de piso.(Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)..................................................................34

Figura 18 – Mecanismo de primeiro modo (fachada não conectada) e de segundo modo (fachada com tirantes conectados) (Fonte: M. M. Trabalhos de Engenharia Civil).................35

Figura 19 - Influência de tirantes de plano nos mecanismos de segundo modo: mecanismos de colapso sem (à esquerda) e com (à direita) tirantes (Fonte: Sicurezza e conservazione dei centri storici, Il caso Ortigia)....................................................................................................37

Figura 20 – Interpretação dos resultados experimentais da figura (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)......................................................................................................................37

Figura 21 - Mecanismo de colapso de segundo modo(Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil).........................................................................................................................................37

Figura 22 – Tirantes em varões com esticadores, Hospital da Horta, ilha do Faial, Açores (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)..........................................................................39

Figura 23 – À esquerda tirantes em varão e à direita tirantes em cabos (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .................................................................................................40

Figura 24 – À esquerda Tirante com ligação intermédia a uma viga reticulada, à direita tirante sem ligação intermédia ancorado na parte exterior da parede da fachada (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .................................................................................................41

Figura 25 – Esticadores (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) ...................................41

Figura 26 – Esquema de aplicação de tirantes num edifício em Ortigia, Italia (Fonte: Sicurezza e conservazione dei centri storici, il caso Ortigia) ...................................................42

Figura 27 – Preparação do topo das paredes para a recepção do “cordolo” (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .................................................................................................43

Figura 28 – Aplicação do “cordolo” em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .43

Figura 29 – Ligação do “cordolo” á cobertura (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) 44

Figura 30 – Barras de amarração (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) ....................45

Figura 31 – Barras de ancoragem (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)....................45


X

Figura 32 - A viga reticulada controla o derrube da fachada, transferindo através dos tirantes do piso, as forças sísmicas aplicadas na fachada às paredes de contraventamento (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)......................................................................................46

Figura 33 – Viga reticulada colocada em posição central em relação ás paredes laterais do edifício (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) ............................................................47

Figura 34 – À esquerda ligação da viga reticulada ás paredes laterais, à direita conecção do tirante à viga reticulada (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) ...................................48

Figura 35 – Diferentes tipos de ligações aparafusadas (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)..........................................................................................................................................48

Figura 36 – Chapa quinada (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .............................49

Figura 37 – Reforço de vigas de madeira com chapas de aço pregadas (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .................................................................................................50

Figura 38 – Viga metálica (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) ...............................51

Figura 39 – Viga metálica com molde a imitar o edifício (Fonte: Manuale per la riabilitazione e la riconstruzione postsismica degli edifici) ...........................................................................51

Figura 40 – Elementos metálicos usados nas ligações das coberturas (Fonte: Reabilitação de edifícios antigos, patologias e tecnologias de intervenção)......................................................52

Figura 41 - Edifício antes e após reforço sísmico (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)..................................................................................................................................................53

Figura 42 – Planta do reforço estrutural da habitação da rua Conselheiro de Medeiros, nº 42 (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)..........................................................................62

Figura 43 – Modelo estrutural da treliça (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .........67

Figura 44 – Aplicação dos tirantes em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)....71

Figura 44 (cont.) – Aplicação dos tirantes em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)..........................................................................................................................................72

Figura 45 – Aplicação de treliça em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .......72

Figura 45 (cont.) – Aplicação de treliça em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)..................................................................................................................................................73

Figura 45 (cont.) – Aplicação de treliça em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)..................................................................................................................................................74

Figura 46 – Evolução da recuperação e disfarce da treliça (Fonte M. M. Trabalhos de engenharia civil) .......................................................................................................................74

Figura 47 – Execução de ancoragens em obra (Fonte: m. m. trabalhos de engenharia civil) ..75

Figura 48 – Aplicação do “cordolo” em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil) .75


XI


XII

Índice de quadros

Quadro 1 – Valores dos diâmetros a utilizar para as cargas de rotura (fonte: própria) ............64


XIII

Simbologia

a – Aceleração

A – Área

f – Coeficiente de atrito

fyd – Valor característico da tensão de cedência à tracção

g – Aceleração da gravidade

H – Altura

Iy – Momento de inércia

L – Comprimento

Msd – Valor de calculo do momento flector actuante

Nsd – Valor de calculo do esforço normal actuante

P – Peso

Q – Peso do coroamento

qsd – Valor de calculo da carga actuante

R – Reacção

S – Espessura

T – Tracção

Tmáx – Tracção máxima

Trd – Valor de calculo do momento de torção resistente

Tsd – Valor de calculo do momento de torção actuante

W – Peso da parede

y – Centro de gravidade

β⋅W – Força sísmica

β0 – Coeficiente sísmico de referencia

σ sd – Valor de calculo do esforço de tenção actuante

θ – Ângulo

φ – Diâmetro

α – Coeficiente de sismicidade

η – Coeficiente de comportamento

LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil

ICOMOS – Comité Cientifico Internacional para a Análise e Restauro de Estruturas do Património Arquitectónico


1

Introdução

O presente trabalho, intitulado “Reforço sísmico de estruturas de alvenaria com elementos

metálicos”, aborda as técnicas mais frequentes utilizadas no reforço sísmico com elementos

metálicos.

O seu intuito, para além de representar o culminar do curso de Engenharia Civil, visa uma

futura continuidade num estudo mais aprofundado do índice de vulnerabilidade sísmica dos

edifícios e das técnicas de reforço sísmico com recurso a elementos metálicos.

Pretende-se dar a conhecer os tipos de elementos metálicos existentes e compreender-se as

suas funções, o seu cálculo estrutural e a sua aplicação em obra. Para um melhor

conhecimento destas peças pretende-se demonstrar os mecanismos de colapso sísmico nos

edifícios de alvenaria, assim como entender os diferentes factores relacionados com os

respectivas elementos.

Durante todo o trabalho tenta-se sempre realçar a importância do valor patrimonial dos

edifícios e, com isso, demonstrar as metodologias menos intrusivas que permitem manter o

valor arquitectónico dos edifícios.

No panorama nacional estas metodologias já são aplicadas há alguns anos, tendo sido trazidas

para Portugal na altura das invasões francesas, no período entre de 1800 a 1950,

aproximadamente. No entanto, hoje em dia ainda não existem muitos documentos nacionais

que abordam as metodologias de reforço sísmico com elementos metálicos.

Comparativamente com Portugal, em Itália estes elementos são bastante usados no reforço

sísmico. Em Itália, devido à frequência de ocorrência de sismos, existem bastantes estudos

que comprovam as capacidades destes elementos, sendo grande parte deste trabalho baseado

nos mesmos, bem como nas obras de reabilitação pós-sismo de 1998 na ilha do Faial nos

Açores.


2

Não obstante do que já foi referido, e sem prejuízo do mesmo, consegue-se obter um bom

conhecimento geral do panorama nacional, relativamente à aplicação de elementos metálicos

no reforço sísmico de edifícios de alvenaria.

Na verdade, o interesse pela reabilitação do património construído está, cada vez mais, na

ordem do dia tanto em Portugal como internacionalmente. Sendo assim, a questão da

segurança sísmica é um ponto fulcral da reabilitação. É suficiente recordar o sismo de 1755,

que destruiu a cidade de Lisboa, o sismo de Benavente de 1909, que afectou a zona do Vale

do Tejo, o sismo dos Açores de 1980, que destruiu parcialmente a cidade de Angra do

Heroísmo, e mais recentemente o sismo de 1998 dos Açores, que destruiu grande parte das

ilhas do Faial e Pico.

A acção dos sismos tem um efeito devastador sobre as construções, como tem sido

demonstrado ao longo da história, sendo sempre necessário grandes obras de reabilitação para

recuperar o património construído.

É importante compreender que os efeitos devastadores não são só derivados à intensidade

elevada dos sismos, mas também porque, na sua maioria, as construções não foram

preparadas para resistir a esta acção, principalmente as construções existentes de alvenaria.

Existem vários problemas relacionados com a avaliação da segurança sísmica das construções

existentes, pois, esta é, em geral, uma tarefa bastante delicada, devido à dificuldade em

modelar correctamente a estrutura. Por outro lado, os regulamentos estruturais e/ou

documentos de referência existentes, como é o caso dos Eurocódigos, estão preparados para

projectos de estruturas novas, tornando-se necessário recorrer a adaptações destes textos para

possibilitar uma correcta avaliação.

No entanto, para além da avaliação da segurança face aos sismos e da sua análise estrutural, é

importante efectuar um levantamento do historial do edifício, pois para além de se garantir a

segurança é necessário executar intervenções minimamente intrusivas, de modo a reduzir

prejuízos ao valor intrínseco da edificação.


3

A sociedade atribui às construções antigas um valor cultural, sendo este valor proporcional à

antiguidade, quanto mais antiga a construção maior é o seu valor cultural, em regra. Daí que o

tipo de intervenção a realizar numa construção antiga deverá, por conseguinte, depender do

valor patrimonial/cultural que lhe estiver associado.

É necessário existir uma base em princípios orientadores, para que sejam bem sucedidas as

intervenções de reabilitação estrutural, tanto do ponto de vista técnico como cultural.

A Carta de Veneza de 1964 (Anexo I) é um documento de referência em matéria de

reabilitação do património, defendendo a adopção de um conjunto de princípios, dos quais se

destacam, pela sua importância, a garantia da segurança estrutural, o respeito pelo valor

cultural da construção, a intervenção mínima e o custo mínimo (Santos cit. in Barros et al.,

2004).

Contudo, nem sempre é possível garantir o cumprimento destes parâmetros em simultâneo,

sendo normal o conflito entre estes. Por vezes, é mesmo impossível garantir a segurança

estrutural sem a execução de intervenções mais profundas, pondo assim em risco o valor

cultural da construção

Natural será usufruir de todas as novas tecnologias e técnicas de reforço estrutural, por forma

a encontrar as melhores soluções para os diversos problemas que uma intervenção deste tipo

coloca, tais como:

• A resistência;

• O transporte;

• A colocação em obra;

• A operacionalidade em espaços reduzidos;

• A compatibilidade funcional e estética face às estruturas existentes.


4

Na execução destas intervenções é importante introduzir, da melhor forma, autonomia nos

elementos de reforço em relação à estrutura existente, sendo possível através da utilização de

elementos pré-fabricados, facilmente reversíveis.

A reversibilidade e a autonomia destes elementos vem facilitar a manutenção e a inspecção da

estrutura, preservando o valor tanto do edifício em geral como dos seus materiais.

Figura 1 - Reforço provisório de uma estrutura após a ocorrência de um sismo (Fonte: http://www.dgpatr.pt,

junho 2005).

Acredita-se que no final do texto que se apresenta poder-se-á obter uma boa percepção das

capacidades do reforço com elementos metálicos e das melhorias que se obtêm no

funcionamento dos edifícios, quando sujeitos a um fenómeno sísmico. Julga-se, ainda, ser

possível vir a compreender o fundamental do projecto e dimensionamento dos elementos, a

viabilidade da sua aplicação e como se efectua uma boa montagem em obra.


5

1. Avaliação da segurança sísmica e inspecção do edifício

1.1. Avaliação estrutural

Quando se avalia o desempenho estrutural de uma edificação, um dos primeiros pensamentos

vai para a aquisição de dados que permitam aferir se o seu nível de segurança é ou não

aceitável. Sendo assim, deve-se executar um estudo que tenha em consideração os parâmetros

adequados e preconizados para o tipo de construção em abordagem.

A análise estrutural de construções antigas é realizada da mesma forma que a efectuada para

construções novas, ou seja, estudando o seu comportamento através de certas hipóteses

admitidas como próximas do real. Para tal, são determinados e combinados os efeitos das

acções nos diferentes pontos da estrutura, os quais são comparados com a sua resistência

nesses mesmos pontos, tendo sempre em conta a possibilidade da existência de diferenças

substanciais.

Na concepção de construções novas são utilizados regulamentos e códigos de forma a reduzir

as incertezas, tanto a nível de resistências como em relação a acções. Os coeficientes de

segurança utilizados visam aumentar a segurança da estrutura, sem com isso aumentar,

desproporcionadamente, as dimensões dos elementos estruturais e seus os custos.

Contrariamente, na reabilitação a indeterminação é maior, tanto ao nível da eficiência como,

ou sobretudo, das despesas finais.

Em termos de modelação do comportamento das estruturas antigas esta também é mais difícil,

sendo condicionada por diferentes factores, tais como:

• A dificuldade em executar um levantamento correcto da estrutura;

• As incertezas relativas as características dos materiais existentes;

• O desconhecimento de anteriores alterações ou reparações (nem sempre sendo visível

a influência de fenómenos do passado).


6

1.2. Nível de segurança das construções

Como já foi anteriormente mencionado, existe uma diferenciação entre a avaliação de

construções antigas e construções novas. Logo, a avaliação da segurança de construções

antigas tem em consideração o seu valor cultural, pelo que é necessário uma avaliação do

custo-beneficio associada à intervenção.

O benefício é decorrente da redução do risco, enquanto o custo está associado ao valor da

intervenção, assim como da variação do valor cultural.

Dado o presumível aumento da incerteza associada às acções e às resistências dos materiais,

os coeficientes de segurança parciais a ter em conta devem ser superiores em relação aos

utilizados numa construção nova, normalmente, trabalhando-se do lado da segurança. É

evidente que se um levantamento exaustivo das cargas permanentes e da resistência dos

materiais for efectuado, então poderemos mesmo adoptar valores de coeficientes de segurança

inferiores aos recomendados para as construções novas, dado o nível de confiança se mostrar

manifestamente favorável.

1.3. Inspecção da construção

Em todas as obras de reabilitação é sempre necessário executar uma inspecção ao edifício, de

forma a obterem-se os dados suficientes para uma correcta análise. Só com esta informação é

possível uma boa execução de todo o projecto de reabilitação.

As inspecções relativas à reabilitação estrutural de construções antigas poderão realizadas em

duas fases:

1. Uma inspecção preliminar, num primeiro momento;

2. Uma inspecção detalhada, num passo posterior.


7

Sendo que a inspecção preliminar é feita de uma forma qualitativa, recorrendo à observação

visual ou á utilização de equipamento simples na determinação das patologias existentes. Por

outro lado, a inspecção detalhada é uma inspecção quantitativa, na qual são realizados ensaios

e medições, de forma a ser obtida uma avaliação das características dos materiais constituintes

da estrutura e das propriedades dinâmicas da própria estrutura. Deverá, ainda, esta última

inspecção servir para a tipificação das anomalias estruturais mais significativas.

Figura 2 – Levantamento da armadura com aparelho de detecção de armadura (Fonte própria)

Na grande maioria dos casos, nestas inspecções é simultaneamente necessário fazer um

levantamento da geometria do edifício, pois normalmente não existem projectos dos edifícios

antigos.

Figura 3 – Ensaios efectuados em laboratório à existência de térmitas numa viga de madeira (Fonte: M. M.

Trabalhos de engenharia civil)


8

Quando os níveis de detalhes da inspecção são elevados é necessário recorrer a ensaios em

laboratórios, para se obter um profundo conhecimento dos materiais e estrutura.


9

2. Modelação da estrutura da construção

2.1. Generalidades

A modelação do comportamento das estruturas das construções antigas utiliza as metodologias

habituais da análise estrutural, em que, admitindo certas hipóteses (resposta elástica linear,

recurso a modelos não lineares, etc.), se procura obter informação sobre os estados de tensão

existentes, ou que podem ser produzidos nos diferentes elementos da estrutura (Santos cit. in

Barros et al., 2004).

Refira-se, no entanto, que, em face das simplificações que é em geral necessário introduzir na

representação do funcionamento das estruturas antigas, bem como do eventual

desconhecimento quanto às características reais dos materiais, os resultados obtidos serão, em

princípio, sempre menos fiáveis que no caso das estruturas novas (Santos cit. in Barros et al.,

2004).

O comportamento de qualquer estrutura é influenciado por três factores principais:

1. A forma e as ligações da estrutura;

2. Os materiais de construção;

3. As forças, acelerações e deformações impostas (as acções) (ICOMOS, 2004).

2.2. Esquema estrutural e danos

O esquema estrutural representa o comportamento das estruturas relativamente ás diversas acções

existentes na construção, possibilitando a determinação da forma como a construção garante a sua

estabilidade.


10

Para a determinação precisa deste esquema é necessário um profundo conhecimento do

comportamento da estrutura, e para tal é imprescindível um bom conhecimento:

• Dos seus materiais;

• Da dimensão dos seus elementos;

• Das condições do terreno;

• Das ligações entre os diferentes elementos;

• Das anomalias, etc.

No caso especifico de estruturas de alvenaria é necessário ter noção que estas são geralmente feitas

de materiais que têm uma resistência à tracção muito baixa e podem facilmente exibir fendilhação

interna ou separação entre elementos. Contudo, estes sinais não são necessariamente uma

indicação de perigo, porque as estruturas de alvenaria funcionam principalmente à compressão

(ICOMOS, 2004).

Em geral, as estruturas de alvenaria dependem do efeito dos pisos ou das coberturas para

distribuir as cargas laterais e, assim, assegurar a estabilidade global da estrutura. É também

necessário compreender a sequência da construção, porque as diferentes características dos

diferentes períodos da alvenaria podem afectar o comportamento global da estrutura (ICOMOS,

2004).

Deve-se ter em atenção as paredes espessas e, principalmente, as paredes duplas. Isto tem origem

no facto do seu núcleo ser, por vezes, de fraca qualidade, surgindo problemas diversos, tais como:

• Fendas verticais;

• Deformações e destacamentos do pano exterior (que podem originar o colapso da

estrutura).


11

Assim sendo, procurar-se representar adequadamente o comportamento da estrutura e os

fenómenos que lhe estão associados, de forma a tornar possível a aplicação das ferramentas de

cálculo.

Embora em certas situações possam ser usados apenas modelos simplificados, baseados, por

exemplo, em simples condições de equilíbrio estático, hoje em dia a análise estrutural de

construções antigas, nomeadamente quando sujeitas à acção de sismos, é feita com base em

modelos sofisticados. Daí se entenda a dificuldade de um cálculo manual, pelo que quase sempre

de recorre a programas de cálculo automático, através de malhas de elementos finitos

apropriados à representação do comportamento dos diversos elementos estruturais (Santos cit. in


A elaboração dos esquemas estruturais deverá ser com base no levantamento da construção, bem

como da sua envolvente, tal como se referiu atrás. Se estiverem disponíveis, poderão também ser

usados elementos de informação já existentes sobre a construção (memórias, desenhos, fotos,

etc.), embora deva ser feita a confirmação, pelo menos parcial, destes dados. É também

importante, como forma de complemento, o contacto com a população vizinha ao edifício, permitindo

um melhor conhecimento da história e acontecimentos relacionados com este.

O esquema utilizado deve considerar quaisquer alterações e degradações sofridas ao longo do tempo,

cujo efeito pode influenciar o comportamento geral da estrutural, através da alteração das

distribuições dos esforços. Estas alterações podem ser provocadas tanto por fenómenos naturais

como por intervenções humanas.

Na modelação de estruturas complexas não deverá, no entanto, ser usado um esquema

estrutural único, mas deverão ser usados esquemas alternativos ou complementares uns dos

outros. É preciso ter presente, muito embora, que esquemas estruturais diferentes poderão

conduzir a resultados com valores substancialmente diferentes, ainda que do mesmo elemento

estrutural (Santos cit. in Barros et al., 2004).

Se tiverem sido realizados ensaios in-situ de determinação das características dinâmicas da

estrutura (frequências próprias, amortecimentos, etc.), os resultados obtidos poderão ser


12

comparados com os valores obtidos através da modelação, o que permitirá ajudar a afinar a

modelação da estrutura (Santos cit. in Barros et al., 2004).

2.3. Características dos materiais

As propriedades dos materiais (particularmente as resistências), que são os parâmetros

básicos para qualquer cálculo, podem ser reduzidos através das degradações devidas á acção

química, física ou biológica. A velocidade das degradações depende das propriedades dos

materiais (como a porosidade) e da protecção existente (telhado saliente, etc.), bem como da

manutenção. Embora as degradações possam manifestar-se à superfície, sendo assim

imediatamente visíveis através de uma inspecção superficial (eflorescências, porosidade

elevada, etc.), existem também processos de degradação que só podem ser detectados através

de ensaios mais sofisticados (ataque de térmitas na madeira, etc.) (ICOMOS, 2004).

Como se referiu no ponto anterior, os ensaios realizados nos materiais estruturais permitem a

obtenção das características dos mesmos, podendo estas características também ser obtidas

através de bases de dados já existentes, ainda que, neste ultimo caso, deve-se precaver a

existência de eventuais diferenças em relação a cada construção.

Os resultados obtidos dos ensaios realizados deverão permitir quantificar os valores

característicos das propriedades dos materiais estruturais. Serão de admitir, em geral,

distribuições normais, pelo que o valor característico será, em princípio, obtido a partir do

valor médio, tendo em conta o coeficiente de variação e a dimensão da amostra. No entanto,

como a amostragem é, em geral, pouco extensa, um critério por vezes adoptado consiste em

considerar como valor característico o valor mínimo da amostra. Deverão existir, em qualquer

caso, pelo menos dois valores (Santos cit. in Barros et al., 2004).

Quanto aos coeficientes de segurança parciais dos materiais, estes deverão estar relacionados com

a incerteza associada à determinação dos valores característicos das resistências. Embora

dependam da qualidade da informação usada, uma vez que os valores reais são já conhecidos,

poderão, em geral, ser adoptados valores inferiores aos preconizados no projecto de estruturas

novas, sendo recomendáveis valores da ordem de 1,1 para os aços, de 1,2-1,3 para os betões e

para as madeiras, e de 1,3-1,5 para as alvenarias (Santos cit. in Barros et al., 2004).


13

2.4. As acções na estrutura

As cargas permanentes (pesos próprios, etc.) deverão, em princípio, ser obtidas a partir do

levantamento da geometria e da constituição da construção. Elementos de informação já existentes

(desenhos, etc.) poderão também ser úteis, mas deverão ser usados com reservas (Santos cit. in


As acções são definidas como qualquer agente (forças, deformações, etc.) que produza tensões e

deformações na estrutura e qualquer fenómeno (químico, biológico, etc.) que afecte os materiais,

normalmente reduzindo a sua resistência. As acções originais, que ocorrem desde o início da

construção até á sua conclusão (por exemplo, o peso próprio), podem ser modificadas durante a sua

vida e é frequente que estas mudanças produzam danos e degradações (ICOMOS, 2004).

Antes de se tomar uma decisão em relação a qualquer tipo de reparação a efectuar na estrutura, é

sempre necessário ter um perfeito conhecimento das solicitações ou modificações das acções

originais, sendo que estas podem ser de naturezas diversas e, com isso, provocar diferentes

alterações, tanto na estrutura como nos materiais.

No caso deste trabalho, abordam-se de uma forma mais especifica as acções mecânicas

dinâmicas, já que a acção dinâmica mais significativa é normalmente causada por sismos.

As acções mecânicas que actuam na estrutura produzem tensões e deformações no material,

possivelmente resultando em fendilhação, esmagamento e movimentos visíveis. Sendo estas

acções dinâmicas, então são produzidas quando uma estrutura fica sujeita a acelerações

resultantes de sismos, vento, furacões, vibrações de máquinas, etc. (ICOMOS, 2004).

Na acção dinâmica resultante de um sismo a intensidade das forças produzidas está relacionada

tanto com a magnitude da aceleração, como com as frequências próprias da estrutura e a sua

capacidade para dissipar energia. O efeito de um sismo está também relacionado com a história

de sismos anteriores, que podem ter debilitado progressivamente a estrutura (ICOMOS, 2004).

Sendo assim, a acção dos sismos será, em princípio, quantificada do mesmo modo que no projecto de

estruturas novas, podendo, em certos casos, ser admitido como período tempo de referência bastante


14

inferior ao adoptado no projecto de estruturas novas, permitindo reduzir o valor da acção, deste modo.

Em certas situações poderá, também, ser possível realizar um zonamento localizado da acção

sísmica, o que, eventualmente, permitirá reduzir o valor dessa acção (Santos cit. in Barros et al.,

2004).

Quanto aos coeficientes de comportamento a adoptar no caso de análises sísmicas lineares, deverão

ser estabelecidos tomando como padrão os valores preconizados na regulamentação para o projecto

de estruturas novas, tendo em conta o "lay-out" especifico da estrutura antiga. No caso de

construções de alvenaria, por exemplo, dependendo das características mecânicas dos blocos e da

argamassa usados, bem como da eventual presença de elementos de ligação metálicos, são

recomendados valores da ordem de 1,5-2,0 (Santos cit. in Barros et al., 2004).

Figura 4 – Edifício de gaiola pombalina e parede típica gaioleira, neste caso poderá ser adoptado um valor

superior, da ordem de 2,0-2,5, dependendo da proporção de paredes de gaiola no conjunto das paredes do edifício (Fonte: Reabilitação de edifícios antigos, Patologias e técnicas de intervenção)

Em relação aos coeficientes de segurança parciais das acções, assim como nos coeficientes de

comportamento, deve-se adoptar os valores da regulamentação para projecto de estruturas novas

ou de preferência valores conservativos, trabalhando-se pelo lado da segurança.

O mesmo acontece com no caso das cargas permanentes, nas quais também é favorável

considerar valores ponderados superiores face ao preconizado para estruturas novas. Sem

embargo do que atrás ficou dito, e particularmente se os valores em consideração tiverem sido

obtidos a partir do levantamento exaustivo da construção, poderão ser admissíveis coeficientes

da ordem de 1,2 (Santos cit. in Barros et al., 2004).


15

3. Determinação do tipo de intervenção

Após uma fase de levantamento e diagnóstico das patologias do edifício é necessário

determinar a melhor forma de intervenção, de modo a reabilitar estruturalmente o edifício e

capacitá-lo a resistir á acção sísmica.

A avaliação da segurança estrutural de uma construção antiga será, em princípio, feita tal como

se faz para as estruturas novas, comparando os valores de cálculo das resistências dos materiais

com os valores de cálculo dos efeitos das acções em cada ponto da estrutura (Santos cit. in


Conforme foi referido atrás, os resultados da modelação das estruturas das construções antigas

não são, contudo e em geral, tão fiáveis como no caso das construções novas, pelo que deverá ser

avaliada a consistência desses resultados com o estado em que a construção realmente se

encontra, particularmente no que se refere à eventual existência de danos (Santos cit. in Barros et

al., 2004).

Sendo assim, é de extrema importância considerar todos os métodos de avaliação possíveis

para que se possam tomar decisões concretas e isentas de erros, por falta de avaliação.

Na fase dos levantamentos, como já foi salientado, é importante recolher toda a informação

existente sobre a história do edifício, alterações ao longo do seu percurso de vida, anomalias,

o funcionamento deste perante sismos passados, o conhecimento dos edifícios vizinhos, etc..

A informação sobre a sua história permite avaliar os resultados do funcionamento da estrutura

às acções sísmicas e, com isso, ajudar a prever o seu comportamento no futuro. De facto, nos

edifícios antigos de alvenaria é normalmente difícil de prever o funcionamento das ligações

entre os pavimentos, habitualmente em madeira, e as paredes de alvenaria.

As alterações e ampliações feitas pelos proprietários são também um problema, devido à

dificuldade de prever o seu funcionamento. Daí que o conhecimento dos resultados de

fenómenos idênticos aos que se pretende estudar facilite a tomada de decisão.


16

Por vezes, as empresas do ramo auxiliam o trabalho comparando o edifício em análise com

outros a si semelhantes e para os quais já foi efectuado o estudo.

Assim, com o conjunto destas análises (históricas, qualitativas e quantitativas) pode ser elaborada

uma boa avaliação da vulnerabilidade sísmica do edifício, permitindo determinar o melhor método

de intervenção.

Figura 5 - Fluxograma das acções a desenvolver na avaliação estrutural de construções antigas (Fonte: Sísmica

2004, 6º congresso nacional de sismologia e engenharia sísmica)

Se desta avaliação não for possível tirar conclusões claras quanto à eventual falta de segurança da

estrutura, ou de alguns dos seus elementos, será sempre preferível não intervir de modo a manter

o mais possível o valor cultural da construção. Além disso, o custo da intervenção será reduzido

se a sua reabilitação ou reforço estrutural não for efectuada (Santos cit. in Barros et al., 2004).

No fim de toda a análise, e após determinados os métodos de intervenção, deve ser elaborado

um relatório que verse todos os aspectos que foram considerados durante a análise. Com este


17

sistematizar de parâmetros de avaliação, poderemos ter as opções de intervenção devidamente

justificadas.

Na figura 5 apresenta-se um fluxograma simplificado das acções a desenvolver na avaliação

estrutural de edifícios antigos de alvenaria.


18

4. Componentes de reabilitação sísmica

4.1. Pressupostos do projecto de reforço

A correcta organização da malha estrutural é o primeiro e mais importante requisito de

qualquer edifício em alvenaria, construído segundo as regras de arte adequadas. Uma boa

malha estrutural disporá sempre de duas linhas de paredes mutuamente ortogonais, que

delimitam ambientes de forma rectangular e de dimensões contidas em relação às espessuras

das paredes. Por outro lado, distribuições da estrutura que introduzam vãos grandes, ou não

fechados nos quatro lados, situação ainda pior, determinam situações estruturais

intrinsecamente mais débeis que inevitavelmente entram em crise na ocorrência de um evento

sísmico.

Figura 6 - A "casa anti-sísmica" de Pirro Logorio, para a segurança dos edifícios contra terramotos, 1570 (Fonte:

M. M. Trabalhos de Engenharia Civil)

A consciência do papel fundamental desempenhado pela distribuição da malha estrutural do


19

edifício está bem presente no “Tratatti classici de arquitecttura”, de Vitruvio e L.B. Alberti a

Palladio, assumindo de forma explícita e consequente como sendo a primeira casa anti-

sísmica, proposta por Pirro Ligorio depois do terramoto de Ferrara de 1570 (Figura 6).

A mesma consciência está na origem da famosa imagem da Milízia (1781), a qual fala de

"casa" anti-sísmica como sendo uma "caixa" de madeira susceptível só de alterações

monolíticas, mas não de desarranjos interiores que possam comprometer a integridade desta.

Com espírito substancialmente análogo aos tratados clássicos, as normas sísmicas modernas

reassumem a exigência de condicionar os limites do vão máximo livre da parede de fachada,

admissível em edifícios em alvenaria.

4.2. Projecto de reabilitação

O projecto de reabilitação de uma construção é em tudo semelhante ao projecto de uma obra

nova, ou seja, deve conter os documentos necessários para uma correcta execução, sendo eles

as Peças Desenhadas e Peças Escritas.

No entanto, os projectos de reabilitação estrutural, devido ao seu grau de especialização,

devem ser elaborados com grande especificidade em relação à metodologia da execução dos

trabalhos e aos cuidados a ter durante a efectivação. Com isto, diminuí-se as probabilidades

de ocorrência de erros. Deve-se, também mencionar os equipamentos e materiais a utilizar,

bem como as respectivas condições de aplicação.

No caso de construções que continuam a ser utilizadas durante a execução dos trabalhos, tal

situação deverá também ser tida devidamente em conta. Deverá também ser incluída uma

estimativa do custo de cada trabalho, estabelecida de forma realista.

As soluções de reparação ou reforço de construções antigas são muito variadas, dependendo do

tipo de patologia que se procura corrigir, nomeadamente se da reparação da degradação dos

materiais se trata, ou da reparação dos efeitos de acções mecânicas, ou, ainda, de intervenções

com vista à melhoria da segurança contra a acção dos sismos (Santos cit. in Barros et al., 2004).


20

A escolha das soluções deverá, assim, ser devidamente justificada e ser objecto de análises

custo-beneficio. Como será óbvio, deverá ter-se em vista a sua máxima eficácia ao mais

baixo custo possível, respeitando o mais possível os outros princípios referidos atrás,

particularmente o respeito pelo valor cultural da construção (Santos cit. in Barros et al.,

2004).

Por vezes os métodos mais intrusivos, como é o caso da aplicação do “cordolo”1, componente

metálica que vai ser alvo de uma análise aprofundada mais á frente, não beneficiam a relação

custo-beneficio. No caso da reabilitação das habitações afectadas pelo sismo dos Açores de

1998, a aplicação do “cordolo” foi abandonada, pois a sua execução tinha um grau muito

elevado de dificuldade e de custos, não favorecendo a relação custo-beneficio.

4.3. A utilização do aço

Hoje em dia, apesar de existirem variados materiais a serem utilizados no reforço de

estruturas, o aço é o material mais utilizado em reforço estrutural no que à acção sísmica em

estruturas de alvenaria concerne.

A sua principal característica é a sua grande ductilidade, propriedade de manter a resistência

mesmo perante significativas deformações, sendo a sua utilização aconselhada em estruturas

localizadas em zonas sísmicas. De facto, os elementos de reforço neste material possibilitam

que na eventualidade de um colapso estrutural este não ocorra de um modo brusco, mas sim

gradual.

O aço é um material com grandes capacidades de flexibilidade construtiva, o que possibilita

resolver problemas estruturais com grande sucesso, dado as diversas formas de

comercialização, quer geométricas (varões, perfis laminados, enformados a frio, secções

tubulares, chapa quinada), quer mecânicas (diversas tipos de aço e classes de resistência)

(http://www.dgpatr.pt, Junho 2005).

As possibilidades oferecidas por este material são de tal modo vastas que permitem a

execução de uma ampla gama de operações, que vão desde o simples reforço de um elemento

1 Viga de confinamento que circunscreve as paredes de alvenaria, como se um cordão periférico se trata-se.


21

até à completa restruturação e adaptação anti-sísmica da própria estrutura globalmente


A utilização de elementos de aço no reforço estrutural tem várias vantagens, como sejam:

• Aspectos estéticos, como a esbelteza e a clareza das formas;

• Possibilidade de modelação;

• Reversibilidade.

Tem ainda várias vantagens em relação á utilização em obra, tais como:

• As reduzidas dimensões;

• A “leveza”, quando considerando o binómio peso-resistência e auto-porte;

• Simplicidade no transporte;

• Utilização em espaços reduzidos;

• Facilidade de colocação em obra;

• Tempos de execução reduzidos;

• Pré-fabricação.

Neste último aspecto, pré-fabricação, a sua utilização vem diminuir o tempo de montagem dos

elementos, já que estás são executadas em oficina, bem como permitir um ritmo maior de

produção paralelo ao processar da obra, assim como um melhor controlo da qualidade. Os

elementos estruturais chegam à obra em partes, as quais são facilmente montadas através de


22

ligações aparafusadas. Nas figuras seguintes é possível ver a colocação em obra das

componentes de uma treliça pré-fabricada.

A reversibilidade permite a reutilização dos elementos metálicos, o que é uma grande

vantagem em diferentes casos de intervenção, tais como a utilização como reforço provisório

em edifícios que sofreram um sismo.

A leveza dos elementos metálicos vem facilitar a colocação e montagem em obra, sendo na

sua maioria possível de montar e transportar as componentes manualmente, como se pode

verificar na figura 7.

Figura 7 – Componentes de uma treliça a ser descarregada em obra manualmente (Fonte: M.M. Trabalhos de

engenharia civil)

Figura 8 – Barra de ancoragem dos tirantes, componente leve e pouco intrusiva (Fonte: M. M. Trabalhos de

engenharia civil)


23

As reduzidas dimensões destes elementos, associadas á elevada resistência, permitem

executar obras de reabilitação estrutural em edifícios com valor cultural, sem que se utilizem

métodos muito intrusivos. Obtém-se, deste modo, um bom funcionamento estrutural dos

edifícios, sem afectar o seu valor cultural e patrimonial.

A facilidade e rapidez de colocação em obra torna o aço um instrumento ideal para o reforço

das estruturas, principalmente quando se actua no reforço de edifícios que sofreram um sismo

e que se encontram vulneráveis Uma rápida actuação pode, por vezes, impedir o colapso total

do edifício.

4.4. Níveis de intervenção

Como já se viu anteriormente, existem vários factores que podem influenciar o tipo de

intervenção a ser aplicada. Dessa maneira, subsistem vários níveis de intervenção possíveis,

sendo que estes variam com os factores já anteriormente referidos, tais como: o valor

histórico, as patologias existentes, o índice de vulnerabilidade sísmica, os fundos disponíveis,

etc.

Os níveis de intervenção podem ser classificados como:

• Salvaguarda;

• Reparação;

• Reforço;

• Restruturação.

Os primeiros dois níveis pressupõem a existência de inadequado funcionamento da estrutura,

do ponto de vista da segurança, enquanto os últimos dois, não implicando necessariamente a

existência de danos estruturais que ponham em causa a sua segurança, estão indicados quando


24

se pretende dar uma nova finalidade à estrutura, ou então modificá-la de modo a estar de

acordo com as novas disposições regulamentares (http://www.dgpatr.pt, Junho 2005).

4.4.1. Salvaguarda

Por salvaguarda entende-se o conjunto de intervenções, de carácter geralmente provisório,

destinadas a garantir a segurança da estrutura enquanto não são realizados os trabalhos de

intervenção de carácter definitivo. Este tipo de intervenção é geralmente utilizado quando

existe a possibilidade de colapso parcial ou total da estrutura (http://www.dgpatr.pt, Junho

2005).

Um caso típico para o qual se recorre a intervenções de salvaguarda, refere-se às medidas de

emergência a tomar após a ocorrência de um sismo. Aplica-se, pois, quando a urgência da

intervenção é prioritária, a carência de materiais e de fundos de financiamento exige medidas

de simples e rápida actuação, em simultâneo com grande flexibilidade operativa


4.4.2. Reparação

A reparação encontra-se cronologicamente a seguir à salvaguarda e prevê a execução de

trabalhos com a finalidade de restituir à estrutura a segurança e a funcionalidade iniciais. Este

tipo de intervenção é efectuado na sequência de anomalias funcionais causadas, por exemplo,

por agentes atmosféricos, efeitos dos sismos, ou outras causas que provoquem danos

estruturais e comprometam a segurança dos edifícios (http://www.dgpatr.pt, Junho 2005).

Em oposição à salvaguarda, a reparação tem um carácter definitivo, sendo por vezes de fácil

previsão quando os danos estruturais são devidos ao envelhecimento da estrutura ou a efeitos

ao logo do tempo. Neste caso, o diagnóstico é geralmente fácil, não exigindo medidas de

intervenção urgentes (http://www.dgpatr.pt, Junho 2005).

4.4.3. Reforço

O nível seguinte de intervenção pode ser classificado como reforço. Aqui não é necessária a

existência de danos estruturais, mas sim a necessidade de dotar a estrutura de resistência


25

suficiente para fazer face à sua nova utilização. Como exemplo, refira-se a existência de

cargas mais elevadas, ou ainda a necessidade de dotar a estrutura de resistência sísmica, como

é o caso dos edifícios construídos em épocas passadas e para os quais não existia

regulamentação sobre este tipo de acção (http://www.dgpatr.pt, Junho 2005).

Figura 9 - Pormenor de aparelho de apoio para evitar a transmissão de impulsos às paredes (Fonte:

http://www.dgpatr.pt, Junho 2005)

Figura 10 - Reforço com inclusão de contraventamento visando melhorar a resistência sísmica (Fonte:

http://www.dgpatr.pt, Junho 2005)

De um modo geral o reforço não prevê alterações significativas do esquema estrutural

resistente. Relativamente à reparação, verifica-se que no reforço estrutural os trabalhos a

realizar podem ter diversas intensidades, consoante o nível de resistência exigido à

construção. Este aspecto assume particular importância do ponto de vista sísmico, quando se

trata de melhorar ou adequar correctamente a estrutura para fazer face a este tipo de acção



26

4.4.4. Restruturação

O caso mais geral e complexo das intervenções é o da restruturação. Consiste na modificação

parcial ou total dos espaços, da volumetria e do esquema resistente. Este tipo de intervenção é

efectuado quando se pretende uma nova distribuição de espaços, ou quando, face à nova

regulamentação, o esquema estrutural existente é inadequado, mesmo que reforçado, à nova

função da estrutura (http://www.dgpatr.pt, Junho 2005).

No âmbito da restruturação podem ser consideradas as intervenções (http://www.dgpatr.pt,

Junho 2005):

• De esvaziamento estrutural do interior da construção inicial, com posterior inserção de

uma nova estrutura no interior;

• Ampliações, quer horizontais quer em elevação;

• Aligeiramento da estrutura e inserção de novas sub-estruturas no interior das

existentes.

Em zonas sísmicas, como é o caso de Portugal, todas estas intervenções de restruturação

exigem que as novas estruturas possuam adequada resistência face a acções sísmicas


4.5. Considerações económicas

Os métodos de reabilitação são cada vez mais aplicados em Portugal, encontrando-se, hoje em

dia, cada vez mais ultrapassados os problemas económicos relacionados com estas

metodologias, comparativamente com a execução de obras novas.

Quando se pensa em reabilitar estruturalmente um edifício é necessário a execução de estudos

económicos para se concluir a viabilidade e as metodologias a aplicar. No entanto, a


27

orçamentação deste tipo de obras é um problema para os técnicos, sobretudo devido à falta de

definição dos custos a serem aplicados às operações.

Não existem ainda em Portugal publicações com valores sobre os custos dos trabalhos de

reabilitação. O LNEC iniciou a elaboração de largas centenas de fichas de composição de

custos deste tipo de trabalhos e que deverá conseguir publicar em breve. Entretanto, para a

estimativa e orçamentação das obras, os técnicos têm de recorrer à elaboração directa, caso a

caso, dos custos, ou de fichas próprias similares àquelas, ou ainda de recorrer a outros tipos de

informação tais como: fichas analíticas de composição de custos de referência ou fichas de

custos médios (ICOMOS, 2004).

Os reforços com estruturas metálicos são uma das metodologias mais aplicadas em Portugal,

começaram a serem utilizados num período entre 1800 e 1950 e hoje em dia já tem uma

utilização vasta no território nacional.

Segundo a Direcção Geral do Património, no âmbito da recuperação estrutural baseada em

elementos metálicos, e tomando por base a vasta experiência italiana neste domínio, podem

ser individualizados vários tipos de operações efectuadas em:

1. Paredes;

2. Varandas e lajes em consola;

3. Pavimentos;

4. Coberturas;

5. Escadas;

6. Estruturas inseridas no interior;

7. Outros tipos de intervenção.

É interessante observar que as coberturas têm o maior custo percentual e a máxima frequência

de operações de intervenção. Tal facto será devido à elevada utilização de elementos

metálicos nas ligações entre as várias partes constituintes das coberturas.


28

Os pavimentos surgem em segundo lugar, devido a que normalmente os edifícios antigos

terem pavimentos em madeira, os quais são reforçados por vigas metálicas, chapas quinadas,

etc.

Figura 11 - Distribuição da frequência por tipo de intervenção (Fonte: http://www.dgpatr.pt, Junho 2005)

Figura 12 - Distribuição percentual dos custos por tipo de intervenção (Fonte: http://www.dgpatr.pt, Junho 2005)

Nas restantes parcelas, a utilização de elementos metálicos tem vindo a aumentar pois, quando

se fala de reforço estrutural sísmico, tem que se pensar que a melhor forma de funcionamento

do edifício é obter-se um funcionamento em conjunto de todas as partes deste. De notar que

esse mecanismo só é possível de se obter quando o reforço é feito a todos os níveis do

edifício.

É também importante mencionar que o aumento da utilização destes elementos metálicos é

devido a estes proporcionarem intervenções pouco intrusivas, e com isso conduzir a custos

mais reduzidos.


29

5. Mecanismos de colapso típicos das estruturas de alvenaria

É muito importante ter noção que a forma de colapso dos edifícios pode variar devido a

diferentes circunstâncias e que, deste modo, o reforço a ser utilizado também varia. Assim

sendo, seguidamente vão ser definidos os dois modos de colapso basilares existentes para

edifícios de alvenaria de pedra.

5.1. Mecanismos de colapso de primeiro modo

Estes mecanismos dizem respeito à parede de fachada principal, mas também se podem

estender facilmente à parede da fachada posterior (não obstante esta fachada ser de diferentes

dimensões). Considera-se, no entanto e do lado da segurança, a sua análise através do estudo

detalhado da estabilidade da fachada principal.

Figura 13 - Mecanismo de primeiro modo: rotura monolítica da fachada por ter sido ultrapassada a capacidade da

ligação com as paredes das empenas laterais (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)

Os primeiros dois mecanismos são grosseiramente simplificados: ambos recorrem a uma

parede ideal, privada de aberturas, e diferem entre eles no facto de considerar a ligação com

as paredes ortogonais das empenas. Se a ligação não existe a parede é derrubada

monoliticamente (Figura 13), se a ligação existe a parede da fachada é danificada na ligação,

dando origem ao mecanismo clássico de rotura conhecido como mecanismo de Rondelet. Este


30

autor descreveu no seu Tratado de princípios do sec. XIX (J. B. Rondelet, Traité théorique et

pratique de l’art de bâtir, Paris, 1802) (Figura 14).

Figura 14 - Mecanismo de primeiro modo: mecanismo de Rondelet considerando a ligação efectiva das paredes

das empenas laterais (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)

O terceiro mecanismo é uma adaptação do mecanismo de Rondelet, que entra em linha de

conta com a presença na fachada das aberturas de portas e janelas (Figura 15).

Figura 15 - Mecanismo de primeiro modo: mecanismo de “Rondelet” considerando a presença de aberturas na

parede da fachada (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)

Para uma parede de fachada, o primeiro mecanismo forma-se com um valor de aceleração,

segundo o R.S.A igual a:


31

Sendo:

• a – aceleração;

• g – aceleração da gravidade;

• S – espessura da fachada;

• H – altura do edifício.

Enquanto o segundo mecanismo requer, na hipótese que envolve a parede inteira, só os

últimos três níveis, por exclusão do nível enterrado, sendo as acelerações iguais,

respectivamente, a:

No mecanismo de Rondelet a viragem de cada metade da parede advém do ponto que

corresponde à fissuração inclinada, que forma com a vertical um ângulo θ. Por conseguinte, a

força que se opõe ao mecanismo de viragem é a componente (P·senθ), perpendicular à linha

de fissuração. Esta corresponde ao peso da porção triangular de parede envolvida no

mecanismo, enquanto que a força que favorece o mecanismo é a força sísmica aplicada à

mesma porção triangular.

O braço do peso é o mesmo do mecanismo da viragem global (S/2) enquanto o braço da força

sísmica é igual a (H/3)·senθ (Figura 16).

gHSga ⋅=⋅= )(β

gHSga ⋅⋅=⋅= )(5.1β


32

Figura 16 - Mecanismo de primeiro modo (de Rondelet) (Fonte: M. M. Trabalhos de Engenharia Civil)

É evidente que no cálculo proposto para o segundo mecanismo se negligencia o

desaparelhamento do ”tecido” da parede do edifício necessário para restabelecer, ao longo das

linhas de fractura, a congruência geométrica do mecanismo, obtendo-se de tal forma valores

do multiplicador de colapso que poderiam resultar ligeiramente inferiores aos reais.

Todavia, é preciso ter presente que mesmo no cálculo do primeiro mecanismo se despreza

completamente o efeito estabilizante, devido à ligação com as paredes de meação ou de

contraventamento. Isto significa que a resistência associada a tal mecanismo é, na realidade,

de qualquer modo superior ao valor obtido pelo cálculo acima indicado, ou seja: a não

consideração destes factores favoráveis é uma atitude eventualmente defensiva mas segura.

Ainda e por outro lado, nas paredes reais estão sempre presentes na fachada aberturas que

modificam o mecanismo de Rondelet. O efeito de tais aberturas envolve uma redução do

trabalho estabilizante que decorre do citado desaparelhamento das pedras da fachada e, por

conseguinte, numa diminuição adicional da diferença entre os multiplicadores de colapso

relativos ao primeiro e ao segundo mecanismo.

Em conclusão, medir a resistência sísmica das paredes de fachada considerando o derrube

monolítico da mesma, suposta sem aberturas, é uma medida do lado da segurança, mas não


33

excessivamente cautelosa (tendo em conta a aceleração sísmica capaz de produzir um dano no

edifício e, contingentemente, o colapso).

• A intervenção para controlar os mecanismos de primeiro modo

A queda provocada pelo derrube da fachada vulnerável constitui o mecanismo que é activado,

em primeiro lugar, na ocasião de um evento sísmico.

A introdução de amarrações metálicas, à cota dos pavimentos, e de cordões de topo armados

garantem a conexão das fachadas às paredes de contraventamento (paredes laterais do

edifício), permitindo transferir a estas últimas a acção sísmica. Acresce que, como as paredes

de contraventamento se opõem à acção de queda por derrube produzida pelo terramoto, a sua

maior dimensão em planta pode fornecer uma resistência de grandeza superior à das paredes

da fachada.

Em presença duma malha estrutural de muros com um grande desenvolvimento, a intervenção

tradicional, de atirantar firmemente as fachadas, origina duas ordens de problemas

conhecidos.

Em primeiro lugar, é evidente que não é por si só suficiente colocar os tirantes em

correspondência com as paredes de contraventamento, às quais os mesmos tirantes possam

estar devidamente ancorados. Com esta disposição de tirantes impede-se unicamente a queda

por rotura e derrube global da fachada, mas não se evitam os mecanismos parciais de

Rondelet atrás descritos.

O troço de parede entre dois tirantes é, de facto, solicitado à flexão pela acção sísmica. Ora,

por causa da modestíssima resistência à tracção da alvenaria de pedra, a única possibilidade

da parede se opor a este estado de solicitação é o funcionamento em arco ao longo deste troço

horizontal e na espessura da parede.


34

Uma distância excessiva entre dois tirantes consecutivos poderá originar o tal funcionamento

em arco, porém é este mesmo o responsável pela rotura à flexão da parede (Mecanismo de

Rondelet).

Figura 17 - Comportamento em arco na espessura da parede na presença de tirantes de piso.(Fonte: M.M.

Trabalhos de Engenharia Civil)

O espaçamento óptimo entre tirantes depende, naturalmente, da espessura e quantidade da

parede a atirantar e não só da disposição de aberturas de portas e janelas.

A espessura e qualidade da parede definem directamente a forma de funcionamento do arco,

enquanto a disposição das aberturas condiciona a possibilidade para ancorar de forma eficaz

os tirantes.

Nos casos em que são necessários tirantes intermédios adjacentes às paredes de

contraventamento, nasce o problema de transferir a acção de contenção da fachada promovida

pelos tirantes para essas mesmas paredes de contraventamento.

Soluções diferentes são naturalmente possíveis e elas dependem mais uma vez do vão da

parede a sustentar.


35

Para vãos modestos pode, efectivamente, ser suficiente recorrer a tirantes inclinados,

enquanto que para vãos mais imponentes a solução tem que ser mais articulada, passando pela

inserção de uma viga reticular na qual se ligam os tirantes intermediários.

5.2. Mecanismo de colapso de segundo modo

A acção sísmica que pelos tirantes conectados é transmitida da fachada à viga reticulada, deve

ser suportada pelas paredes de contraventamento nas quais a mesma viga se apoia.

Para tal, como já foi dito, a resistência de tais paredes de contraventamento é sensivelmente

superior às das paredes das fachadas, podendo esta ser superada, dando origem à clássica

rotura diagonal no plano, mecanismo do segundo modo (Figura 18).

Figura 18 – Mecanismo de primeiro modo (fachada não conectada) e de segundo modo (fachada com tirantes

conectados) (Fonte: M. M. Trabalhos de Engenharia Civil)

A verificação formal dos mecanismos do segundo modo ou o cálculo da resistência sísmica

das paredes de contraventamento é um problema para o qual ainda hoje subsistem grandes


36

incertezas e, não é por caso, que em todos os modelos disponíveis o papel dos pressupostos

subjectivos ainda assumem um carácter relevante.

Os procedimentos baseados no cálculo dos requisitos de tangencial nas paredes paralelas para

a acção sísmica, sugere a definição de um parâmetro de resistência a considerar, na ausência

de determinações baseadas em processos experimentais, assume um carácter fortemente

convencional.

Igualmente, os procedimentos baseados nos mecanismos de colapso são condicionados

pesadamente pela escolha do mecanismo mais provável e, também aqui, só uma

experimentação precisa garantiria a confiança da verificação.

Não obstante, em comparação às verificações que envolvem a avaliação da resistência, a

experimentação baseada nos mecanismos têm o mérito indiscutível de modelar com maior

realismo, o real comportamento estrutural das construções de edifício para as quais os

problemas de estabilidade são muito mais urgentes em lugar de os problemas de resistência.

Com o propósito de definir racionalmente os mecanismos de segundo modo, pode ser útil

recorrer a algumas experimentações de laboratório.

Na figura 19 são comparados os mecanismos de colapso de uma mesma parede, privada de

aberturas, em ausência e em presença de atirantamentos (preparado, neste último caso, em

dois níveis).


37

Figura 19 - Influência de tirantes de plano nos mecanismos de segundo modo: mecanismos de colapso sem (à

esquerda) e com (à direita) tirantes (Fonte: Sicurezza e conservazione dei centri storici, Il caso Ortigia)

Figura 20 – Interpretação dos resultados experimentais da figura (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)

Figura 21 - Mecanismo de colapso de segundo modo(Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)


38

O Anexo II aborda este tema de forma mais clara e desenvolvida.


39

6. Elementos metálicos de reforço sísmico

Ao longo deste capítulo vão ser apresentados os diferentes elementos metálicos usados no

reforço sísmico em edifícios de alvenaria. Para uma mais completa compreensão das suas

funções e do seu cálculo será apresentada uma aplicação real no capitulo 7, pois julga-se

importante analisar o funcionamento conjunto entre a alvenaria e os elementos metálicos.

Como complemento informativo de cada tipo de componente em anexo encontram-se

esquemas técnicos e fotos de aplicações em obra.

6.1. Tirantes

O tirante é uma componente de reforço estrutural de aço, normalmente aço inox, que trabalha

à tracção, podendo ter funções passivas ou activas na estrutura. No entanto, a sua função,

quando se trata de reforço anti-sismico, é geralmente passiva, só funcionando à tracção

aquando a ocorrência de um fenómeno sísmico.

Figura 22 – Tirantes em varões com esticadores, Hospital da Horta, ilha do Faial, Açores (Fonte: M. M.



40

A aplicação desta componente metálica já acontece há bastantes anos em Portugal, sendo que

antigamente só eram aplicados em edifícios cujos proprietários tinham posses económicas, ou

ainda em edifícios que exigiam uma elevada segurança sísmica devido á sua função, como o

caso dos hospitais (figura 22).

Existem vários tipos de tirantes, podendo ter a forma de varões, cabos, barras ou vergalhões

de ferro ou de aço. No caso sísmico, antigamente eram usados tirantes em varões de ferro,

hoje em dia são normalmente usados cabos de aço semelhantes a cabos de pré-esforço.

Figura 23 – À esquerda tirantes em varão e à direita tirantes em cabos (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia

civil)

Aplicação dos tirantes permite resistir á actuação das forças sísmicas horizontais,

perpendiculares ás paredes de fachada, evitando o derrube das mesmas, através do travamento

efectuado pelos tirantes.

Na aplicação sísmica em edifícios de pequeno vão estes tirantes são aplicados percorrendo

todo o vão, sendo ancorados nas fachadas. Já em edifícios com vãos mais elevados existe a

necessidade de ter uma ancoragem intermédia, realizada através de uma ligação a uma viga

reticulada.

Após a ancoragem nas fachadas é regulada a intensidade da tensão do cabo, através de um

esticador (figura 25). Tal dispositivo permite aumentar ou diminuir a tensão do cabo, sendo a

sua regulação manual, em geral. No entanto, o cabo não deve exercer qualquer tipo de tensão

sob as fachadas.


41

Figura 24 – À esquerda Tirante com ligação intermédia a uma viga reticulada, à direita tirante sem ligação intermédia ancorado na parte exterior da parede da fachada (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

Figura 25 – Esticadores (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

Como se referiu, os tirantes são passivos, pois como não estão a exercer tensão sob as

fachadas, só ficam activos perante um fenómeno sísmico. Sendo assim, quando ocorre um

sismo os tirantes vão permitir que todas as paredes de fachada, através desta ligação,

funcionem em conjunto, servindo de apoio ao deslocamento das mesmas.

É importante frisar a possibilidade de regular a tensão dos tirantes, pois após a ocorrência de

um sismo permite fazer uma nova regulação da tensão e capacitar o edifício para resistir a um

novo sismo.


42

Figura 26 – Esquema de aplicação de tirantes num edifício em Ortigia, Italia (Fonte: Sicurezza e conservazione

dei centri storici, il caso Ortigia)

6.2. Cinta de coroamento (cordolo)

A aplicação do “cordolo”, mais conhecido como cinta de coroamento, não é muito usual em

Portugal. Porém, em Itália é uma prática corrente no reforço sísmico dos edifícios de

alvenaria.

Recentemente este método foi aplicado em algumas habitações pertencentes às obras de

reabilitação do sismo de 1998, na ilha do Faial nos Açores. Muito embora, não foi possível

realizar esta intervenção em todos os edifícios, pois este método tem um grau de dificuldade

elevado. Na verdade, não só é necessário recorrer a mão-de-obra especializada como obriga a

algum tempo de laboração, o que leva ao encarecimento da obra.

O objectivo desta metodologia é repartir as forças horizontais sísmicas, ligar as paredes das

fachadas favorecendo um comportamento de caixa, distribuir as cargas verticais e reduzir os


43

deslocamentos da cobertura, ou seja: confinar e segurar a estrutura global de alvenaria e

madeira.

O “cordolo”, basicamente, é uma barra metálica que é aplicada no topo dos edifícios,

permitindo ligar as quatro fachadas e ao mesmo tempo fazer a união com a cobertura. A ideia

é, portanto, que todo este conjunto funcione de modo simultâneo e solidário aquando a

ocorrência de um sismo.

Figura 27 – Preparação do topo das paredes para a recepção do “cordolo” (Fonte: M. M. Trabalhos de

engenharia civil)

Este método de reforço é constituído por uma barra padrão de φ 24mm para paredes de 45cm

a 50cm de espessura, variando o diâmetro com a espessura da parede, proporcionlamente.

Esta barra deve ser inserida no interior das paredes em pelo menos 50cm, desde o seu topo,

devendo percorrer todas as paredes e fazendo a ligação entre elas como um “coroamento”.

Figura 28 – Aplicação do “cordolo” em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


44

A ligação entre a barra e a cobertura é efectuada através de varões com ligações em gancho ao

varão longitudinal e na extremidade contrária através ligações aparafusadas, de forma a

fixarem placas metálicas ás pernas da cobertura.

Figura 29 – Ligação do “cordolo” á cobertura (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

O mesmo reforço deve ser efectuado nas empenas laterais, caso existam, de forma a impedir o

derrube do bico da empena, o qual tem uma fragilidade mais elevada.

Como se pode verificar, a execução em obra desta metodologia é complexa e bastante

intrusiva, o que desfavorece a relação custo-beneficio.

6.3. Barras de amarração (ancoragem)

As barras de amarração são peças normalmente em aço inox, que servem para executar a

ancoragem dos tirantes na parte exterior das paredes. Estas barras podem ter formas

rectangulares ou redondas (“bolachas”), com cerca de 50cm de comprimento ou diâmetro,

respectivamente.

Serão sujeitas a uma carga linear, obtida após a distribuição do esforço de tracção transmitido

pelos tirantes às paredes.

As ancoragens podem ser executadas de duas formas, dependendo da situação e do tipo de

edifício.


45

Se não existe a possibilidade de manter as barras de amarração à vista, por motivos estéticos,

então ter-se-ão duas formas de se executar o trabalho, sem ser demasiado intrusivo.

Quando é possível, no final do trabalho, rebocar toda a fachada, então far-se-á uma abertura

em forma de molde com as dimensões da barra de amarração, no local onde será amarrado o

tirante. Este método, apesar de não deixar á vista a barra de amarração, não permite um acesso

à mesma ao longo do tempo, o que tornará intrusivo qualquer tipo de intervenção sobre a

barra, após a finalização da reabilitação.

Figura 30 – Barras de amarração (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

Figura 31 – Barras de ancoragem (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


46

Outra possibilidade ocorre quando as fachadas são em pedra à vista, o que, por vezes, permite

disfarçar a barra de amarração entre as pedras da fachada. Este método é mais simples e de

mais fácil execução que o anterior.

Se existe a possibilidade de manter as barras à vista, então as barras devem amarrar os tirantes

na face exterior das paredes, não evitando este método que mais tarde se possa rebocar o

edifício.

6.4. Viga reticulada (treliça)

Esta componente é constituída por perfis metálicos, de secção rectangular oca, e normalmente

é pré-fabricada. Isto permite poupança de tempo na execução da obra, assim como facilita a

montagem. Esta viga é descarregada em obra em componentes, o que permite, quando da

montagem, regular o seu tamanho, adaptando-se, assim, ao vão do edifício.

Figura 32 - A viga reticulada controla o derrube da fachada, transferindo através dos tirantes do piso, as forças sísmicas aplicadas na fachada às paredes de contraventamento (Fonte: M.M. Trabalhos de Engenharia Civil)

A viga reticulada recebe, preferivelmente mas não necessariamente, em correspondência

directa com os montantes (peças perpendiculares às linhas da viga), as forças transmitidas


47

pelos tirantes intermediários e transfere-as aos apoios de extremidade, representados pelas

duas paredes de contraventamento nas quais a mesma se apoia (Figura 32).

Nos casos em que é possível colocar a viga reticulada numa posição central em relação ao

comprimento das paredes de contraventamento (paredes laterais do edifício), a transmissão

das cargas para estas acontece da mesma forma para as solicitações originadas pela actuação

das forças nos dois sentidos, ou seja, quer pelos tirantes conectados à fachada principal, quer

pelos tirantes conectados à fachada posterior. Devem ser tidos em conta os mesmos

alinhamentos para ambas as fachadas.

Figura 33 – Viga reticulada colocada em posição central em relação ás paredes laterais do edifício (Fonte: M. M.


Porém, nos casos em que se é forçado a colocar a viga reticulada numa posição não central, é

preferível que esta seja colocada o mais distante possível da parede da fachada a segurar. Isto

permite que seja mobilizada uma maior quantidade de parede de contraventamento, através da

mobilização de uma maior quantidade de peso destas paredes. Tal disposição vai aumentar,

consideravelmente, a capacidade resistente ao derrube surgido pela acção produzida pelos

tirantes intermédios, que são conectados à viga reticulada.

No calculo da viga reticulada recorre-se a métodos numéricos, o que é efectuado por

programas informáticos, normalmente.


48

Figura 34 – À esquerda ligação da viga reticulada ás paredes laterais, à direita conecção do tirante à viga

reticulada (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

6.5. Ligações aparafusadas

As ligações aparafusadas, como o próprio nome indica, são ligações efectuadas por parafusos

metálicos que permitem conectar os elementos metálicos com a estrutura existente do edifício.

Estas ligações são de extrema importância, pois permitem garantir a segurança e o bom

funcionamento dos restantes elementos metálicos utilizados no reforço sísmico do edifício.

Para que seja garantido o bom desempenho destas ligações aparafusadas é necessário

efectuar-se o correcto cálculo das mesmas, como, por exemplo, o dimensionamento das

ligações dos tirantes aos perfis metálicos da treliça e a ligação dos perfis metálicos às vigas de

madeira dos pavimentos, entre outras ligações.

Figura 35 – Diferentes tipos de ligações aparafusadas (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


49

Na execução das ligações aparafusadas a quantidade de parafusos a serem utilizados é

determinada através do dimensionamento, quando se obtêm as condições ideais de segurança,

salvo no caso da existência de regulamentação sobre as mesmas ligações.

O calculo efectuado para o dimensionamento das ligações aparafusadas será demonstrado no

capitulo 7, conjuntamente com outros elementos, de forma a facilitar a sua compreensão.

6.6. Chapas

Existem variados tipos de chapas a serem utilizadas no reforço anti-sismico, que variam com

o tipo de função desejada.

A chapa quinada é um dos tipos mais utilizados no reforço sísmico, sendo uma chapa em

forma de cotovelo que serve de apoio às vigas de madeira dos pavimentos, Ao mesmo tempo

permite fazer a ligação entre as paredes inferiores ao pavimento.

Figura 36 – Chapa quinada (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

Esta chapa é aparafusada ás paredes, enquanto as vigas podem estar simplesmente apoiadas

sobre esta ou através de ligações aparafusadas.

Outro tipo utilizado são as chapas que permitem o reforço das vigas existentes, normalmente

de madeira, através da aplicação de chapas de aço pregadas às vigas, constituindo vigas

mistas aço/madeira (Appleton, 2003).


50

Para um bom funcionamento deste método deve-se atender à relação entre os módulos de

elasticidade do aço e da madeira, para se homogeneizar a secção composta, escolhendo-se, em

função disso, a altura e a espessura das chapas (o coeficiente de homogeneização a utilizar

poderá ser de 20:1) (Appleton, 2003).

Para além destes dois métodos mais usuais, existem variadas formas de utilizar chapas

metálicas, pois é possível criar chapas apropriadas a cada situação. No anexo VIII são

apresentados vários tipos de chapas metálicas, assim como esquemas técnicos das mesmas.

Figura 37 – Reforço de vigas de madeira com chapas de aço pregadas (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia

civil)

6.7. Vigas metálicas

As vigas metálicas servem para substituir as peças em mau estado, ou para reforçar zonas

debilitadas dos edifícios. As suas funções são em tudo semelhantes as vigas aplicadas em

obras novas.

Na execução destas vigas é necessário uma ancoragem às paredes, através de chapas

metálicas e ligações aparafusadas, ou simplesmente recorrendo a aberturas criadas nas

paredes nas quais são colocadas as extremidades da viga, seguindo-se a betonagem.


51

Figura 38 – Viga metálica (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

Para que este método não se torne demasiado intrusivo, no final da aplicação da viga metálica

é possível disfarçar com um tecto falso, ou mesmo através de um isolamento da viga com um

molde que permita imitar o resto do tecto.

Figura 39 – Viga metálica com molde a imitar o edifício (Fonte: Manuale per la riabilitazione e la riconstruzione

postsismica degli edifici)

6.8. Ligações metálicas entre componentes da estrutura da cobertura

As ligações metálicas entre componentes da cobertura, apesar de não serem normalmente um

alvo directo de reforço sísmico dos edifícios, permitem um melhor funcionamento em

conjunto de todo o edifício.

Estas ligações são efectuadas através de chapas metálicas, conhecidas com o nome de

ferragens ou samblagens, com uniões aparafusadas que permitem fazer os nós das asnas. Estas


52

ferragens podem ter diferentes formas (figura 40), a saber: pé de galinha simples ou dobrado,

tê, cruzeta, braçadeira ou esquadro; formas estas que se vão adaptar as diferentes ligações.

Figura 40 – Elementos metálicos usados nas ligações das coberturas (Fonte: Reabilitação de edifícios antigos,

patologias e tecnologias de intervenção)

É também possível, quando necessário, substituir alguns pendurais por tirantes, o que permite

reforçar estruturalmente a cobertura.

No anexo X é possível observar esquemas de aplicação destes elementos metálicos, assim

como fotos de aplicações em obra.


53

7. Caso real (Açores, Ilha do Faial, Horta)

O presente caso é referente a uma habitação unifamiliar afectada pelo sismo ocorrido em

1998, nos Açores. A habitação, cujo seu proprietário é o Sr. Gualtério Melo Quadros, situa-se

na Rua Conselheiro Medeiros, n.º42, na cidade da Horta, Ilha do Faial, Açores.

Figura 41 - Edifício antes e após reforço sísmico (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

O Projecto de Reforço Sísmico do Edifício, descrito de seguida, foi elaborado pela empresa

M.M. Trabalhos de Engenharia Civil, em regime de consultadoria com um grupo de

professores italianos.

7.1. Descrição do caso

O edifício em questão é formado por um corpo principal de planta rectangular e por um corpo

confinante a este, no seu alçado posterior, edificado com como ampliação mais recente,

conferindo à construção uma forma em “L”. Embora de menor envergadura, este corpo

transmite algum travamento ao corpo principal do edifício.

Trata-se de um edifício com um piso térreo e três pisos superiores, possuindo no último uma

torrinha voltada para as traseiras.

O edifício é constituído por paredes de alvenaria de pedra de basalto, que conferem apoio aos

pavimentos de madeira e à estrutura de também madeira da cobertura. Assim, como paredes

resistentes do edifício temos todo o perímetro do corpo principal e do corpo contíguo das

traseiras.


54

No corpo principal o vigamento de suporte dos pavimentos de madeira, dos diversos pisos,

está dividido em dois vãos. As vigas do primeiro vão apoiam-se nas paredes de pedra da

fachada, e as do segundo no alçado posterior, apoiando-se ambos numa estrutura porticada

interior de madeira. Esta terá já sido alvo de revisão ao nível do rés-do-chão, através da

execução de uma viga de betão armado, que apoia em três pilares de betão armado e nas

paredes das empenas laterais.

O edifício está implantado no interior de um quarteirão, confinando lateralmente com outros

edifícios de porte inferior.

7.2. Elaboração do projecto

Dado que o edifício em análise está confinado lateralmente por outras construções, a acção

sísmica na direcção perpendicular à parede da fachada é a mais gravosa.

Da análise ao derrube das paredes do edifício pela actuação das forças sísmicas horizontais,

que lhe são perpendiculares, e no sentido de evitar que este ocorra, resultou o recurso a

tirantes que efectuam o travamento da fachada.

Devido às condições meteorológicas locais, que são caracterizadas por valores de humidade

permanentemente elevados, dada a situação geográfica que se traduz por uma influência

marítima muito acentuada, cuja acção é muito agressiva, e dado que os tirantes terão de

manter as suas características por um longo período de tempo, foi adoptada a utilização de

cabos de aço inox, devido à sua maior durabilidade.

Os tirantes serão fixados na parte exterior da parede da fachada através de amarrações em

barras metálicas, que ficam travadas transversalmente na face exterior da parede de alvenaria

de pedra. Para isso será preciso efectuar a abertura de furos nas paredes de alvenaria de pedra,

de forma a possibilitar a passagem dos cabos. Os cabos deverão ficar devidamente esticados

utilizando-se para tal esticadores, bem como outros acessórios de ligação, como sapatilhos

para protecção dos cabos e cerra cabos que efectuarão a amarração dos cabos. Todos estes

acessórios deverão ser em aço inoxidável.


55

Ao nível dos pavimentos de madeira, foi estudada uma solução em que é utilizada uma

estrutura metálica para fixação dos cabos. Esta estrutura foi projectada de forma a ser possível

a sua pré-fabricação por módulos em estaleiro, sendo composta por perfis metálicos de secção

rectangular oca. Os módulos serão ligados entre si por ligações aparafusadas. Esta estrutura

metálica será executada na parte central do edifício, junto à viga-trolha, sendo fixada às vigas

de madeira existentes.

Para apoio desta estrutura metálica será necessário executar apoios nas paredes laterais do

edifício, sendo para tal efectuada a demolição de uma porção de parede de alvenaria de pedra

e executado um apoio em alvenaria de tijolo maciço, incluindo a fixação de um perfil

rectangular oco, permitindo a ligação aparafusada do módulo de extremidade.

Quanto à solução de reforço junto ao coroamento da parede, esta passa pela colocação de um

varão φ20 corrido em todo o contorno do coroamento. Este varão ficará 70 cm abaixo do topo

da parede de forma a possibilitar a amarração da estrutura da cobertura. Para tal serão

utilizados varões de aço φ12 com ligações em gancho ao varão longitudinal, que terão a outra

extremidade roscada de forma a serem fixados com placas metálicas e porcas aos tirantes da

cobertura.

Este reforço deverá ser efectuado igualmente nas empenas laterais, de forma a impedir o

derrube do bico da empena, cuja fragilidade é agravada pela existência de janelas nos alçados

laterais. O reforço nesta zona obriga a executar uma viga de madeira composta por tábuas de

secção 30x2cm, fixadas sob a estrutura inclinada da cobertura e dispostas a 45º relativamente

à parede. É nesta viga que será fixado o reforço do coroamento na empena lateral, através da

aplicação de barras metálicas que permitem a ligação com os varões φ12 e que serão

aparafusadas à viga de madeira.

7.2.1. Verificação numérica

O Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes indica, como

forma de quantificação da acção sísmica numa dada direcção, a seguinte expressão:


56

β = β0·(α/η)

Em que:

β0 – coeficiente sísmico de referência, que depende das características do terreno e da

frequência própria fundamental da estrutura na direcção considerada.

α – coeficiente de sismicidade, que depende da zona sísmica em que se localiza a

construção e que para o Faial é igual a 1, dado pertencer à zona A.

η – coeficiente de comportamento, que depende do tipo de estrutura e das suas

características de ductilidade, atribuindo o REBAP para as estruturas em parede de

ductilidade normal o valor de 1,5.

Esta expressão define o coeficiente sísmico β, que é um coeficiente que multiplicado pelo

valor das acções gravíticas correspondentes às cargas permanentes e ao valor quase

permanente das cargas variáveis. Assim podemos obter o valor característico da resultante

global das forças estáticas que permitem determinar os efeitos da acção sísmica.

Do que:

β = β0·(α/η) = 0,4·(1/1,5) = 0,27

� Determinação dos esforços nos tirantes

Para determinar os esforços que são necessários mobilizar ao nível dos tirantes, para que não

se dê o derrube da parede da fachada, é necessário efectuar o cálculo do equilíbrio à rotação

em torno de cada eixo definido pelos diferentes pisos, que funcionam como charneira do

movimento de derrubamento.


57

Assim temos:

Derrube em torno do ponto A do último piso da parede de fachada:

• peso da parede: W = 0,70×3,60×1800 = 4.536 kgf/m

• força sísmica: β⋅W = 0,27×4536 = 1.225,7 kgf/m

• peso do coroamento: Q = 0,70×0,70×1800 = 882 kgf/m

• comprimento da frente do edifício: L = 11,95 m

Equilíbrio à rotação em torno da aresta externa da parede à cota do terceiro piso:

W×0,70/2 + T1×2,90 - β⋅W×3,60/2 = 0 ⇒ T1 = 213,3 kgf/m


58

Derrube em torno do ponto B da parede de fachada ao nível do segundo piso:


• força sísmica: β⋅W = 0,27×8757 = 2.313,4 kgf/m

• tracção no coroamento: T1 = 213,3 kgf/m

Equilíbrio à rotação em torno da aresta externa da parede à cota do segundo piso:

W×0,70/2 + T1×6,10 + T2×3,20 - β⋅W×6,80/2 = 0 ⇒ T2 = 1.114,3 kgf/m

Derrube em torno do ponto C da parede de fachada ao nível do primeiro piso:


• força sísmica: β⋅W = 0,27×12.600 = 3.402 kgf/m


• tracção ao nível do 3º piso: T2 = 1.114,3 kgf/m

Equilíbrio à rotação em torno da aresta externa da parede à cota do primeiro piso:

W×0,70/2 + T1×9,30 + T2×6,40 + T3×3,20 - β⋅W×10,0/2 = 0 ⇒ T3 = 1.089 kgf/m

Derrube em torno do ponto D da parede de fachada ao nível do solo:


• força sísmica: β⋅W = 0,27×16.380 = 4.423 kgf/m


59


• tracção ao nível do 3º piso: T2 = 1.114,3 kgf/m

• tracção ao nível do 2º piso: T3 = 1.089 kgf/m

Equilíbrio à rotação em torno da aresta externa da parede à cota do piso térreo:

W×0,70/2 + T1×12,3 + T2×9,4 + T3×6,2 + T4×3,0 - β⋅W×13,0/2 = 0 ⇒ T4 = 1.056 kgf/m

Como é possível observar, os tirantes do terceiro piso são os mais solicitados, embora não

haja uma variação muito acentuada para os restantes pisos, com a excepção do esforço obtido

junto à cobertura, onde o valor obtido corresponde aproximadamente a um quinto do esforço

obtido para os outros níveis.

Foi elaborada uma distribuição dos tirantes nas zonas de continuidade vertical da parede,

tendo em conta as aberturas dos vãos de janelas e portas da fachada, tendo-se concluído que

serão necessárias cinco amarrações à parede da fachada e outras cinco para a parede do alçado

posterior, conforme indicado na planta apresentada na figura 42.

Tendo em conta as distâncias entre cada amarração à parede da fachada é possível obter os

seguintes valores para o esforço de tracção por cada tirante a aplicar:


60

T2 - Para os tirantes da parede da fachada principal ao nível do terceiro piso:

kN 12,02kgf 1225,731114,32

2,20T

kN 26,77kgf 2730,041114,32

2,202,70T

kN 32,77kgf 3342,91114,32

2,703,30T

kN 30,04kgf 3064,331114,32

3,302,20T

kN 12,02kgf 1225,731114,32

2,20T

25

24

23

22

21

==×=

==×+=

==×+=

==×+=

==×=

T3 - Para os tirantes da parede da fachada principal ao nível do segundo piso:

kN 11,74kgf 1197,910892

2,20T

kN 26,16kgf 2668,0510892

2,202,70T

kN 32,03kgf 3267,010892

2,703,30T

kN 29,36kgf 2994,7510892

3,302,20T

kN 11,74kgf 1197,910892

2,20T

35

34

33

32

31

==×=

==×+=

==×+=

==×+=

==×=

T4 - Para os tirantes da parede da fachada principal ao nível do primeiro piso:

Enquanto que para a parede do alçado posterior foram obtidos os seguintes esforços:

kN 11,39kgf 1161,610562

2,20T

kN 25,36kgf 2587,210562

2,202,70T

kN 31,06kgf 3168,010562

2,703,30T

kN 28,47kgf 2904,010562

3,302,20T

kN 11,39kgf 1161,610562

2,20T

45

44

43

42

41

==×=

==×+=

==×+=

==×+=

==×=


61

T2 - Para os tirantes ao nível do terceiro piso:

kN 15,84kgf 1615,7411292

2,90T

kN 26,77kgf 2730,041114,32

2,902,00T

kN 25,67kgf 2618,611114,32

2,002,70T

kN 30,04kgf 3064,331114,32

2,702,80T

kN 15,29kgf 1560,021114,32

2,80T

29

28

27

26

25

==×=

==×+=

==×+=

==×+=

==×=


62

Figura 42 – Planta do reforço estrutural da habitação da rua Conselheiro de Medeiros, nº 42 (Fonte: M. M.



63

T3 - Para os tirantes ao nível do segundo piso:

kN 15,48kgf 1579,0510892

2,90T

kN 26,16kgf 2668,0510892

2,902,00T

kN 25,09kgf 2559,1510892

2,002,70T

kN 29,36kgf 2994,7510892

2,702,80T

kN 14,95kgf 1524,610892

2,80T

39

38

37

36

35

==×=

==×+=

==×+=

==×+=

==×=

T4 - Para os tirantes ao nível do primeiro piso:

kN 15,01kgf 1531,2010562

2,90T

kN 25,36kgf 2587,210562

2,902,00T

kN 24,33kgf 2481,610562

2,002,70T

kN 28,47kgf 2904,010562

2,702,80T

kN 14,49kgf 1478,4010562

2,80T

49

48

47

46

45

==×=

==×+=

==×+=

==×+=

==×=

Assim, verifica-se que através das distâncias adoptadas entre os tirantes e o valor da força

sísmica horizontal linear, obtido ao nível dos pisos, resulta, como tracção máxima no tirante

mais esforçado, o valor de 3342,9 kgf ou 32,77 kN, correspondente ao terceiro piso.

� Dimensionamento dos cabos de aço dos tirantes

Com base nos valores obtidos é possível efectuar o dimensionamento dos cabos de aço inox,

que irão funcionar como tirantes.


64

Como regra de dimensionamento deste tipo de cabos é utilizada uma relação de segurança

entre a carga de rotura e a carga de trabalho, cujo valor aconselhável a aplicar varia no

intervalo de 4 a 5. Este valor depende da carga aplicada e da frequência com que ocorre a

solicitação.

No caso em análise, os cabos de aço inox a aplicar poderão ser sujeitos a esforços bruscos,

mas a sua utilização será muito rara, dado que os intervalos de tempo entre os sismos de

maior amplitude são de cerca de 15 a 20 anos.

Para proceder à determinação dos diâmetros a utilizar foram consultados fornecedores deste

tipo de cabos, tendo sido possível obter os seguintes valores para as cargas de rotura:

Quadro 1 – Valores dos diâmetros a utilizar para as cargas de rotura (fonte: própria)

6 x 19 6 x 36 Diâmetros

(mm) Massa

(kg/100m) Carga de

Rotura (kN) Massa

(kg/100m) Carga de

Rotura (kN)

φ8 26,3 46,3

φ10 38,9 68,4

φ12 55,1 97,6

φ14 78,7 139,0 79,4 126,0

φ16 107,0 169,0

Como critério para o dimensionamento do diâmetro dos cabos e número de cordões foi

considerado que uma relação de segurança de 2, pelo que como valor da carga de rotura do

cabo se considerou o valor de 6.685,8 kgf ou 65,55 kN, obtendo-se, assim, um cabo

constituído por 6 cordões de 19 fios com um núcleo igualmente composto por fios de aço.

Os fios de aço utilizados na composição do cabo têm uma resistência de 1770 N/mm2. Pelo

que o diâmetro obtido para os cabos a utilizar nas ancoragens ao nível dos pisos é de 12mm.


65

� Verificação ao escorregamento do coroamento da cobertura

Para que o coroamento da parede e os tirantes do piso possam realmente sustentar o esforço

acima calculado, é necessário controlar que não se verifica o escorregamento devido à

ancoragem.

No que respeita ao coroamento da parede, o contacto entre o coroamento e a parede sob o

mesmo origina uma reacção devido ao atrito que afecta toda a extensão da fachada e é devida

ao peso do coroamento e da cobertura. Tal reacção impede o escorregamento súbito e garante

a eficácia do vínculo. Assumindo um coeficiente de atrito: f = tanϕ = 0.5, e apenas

considerando somente o peso do coroamento da parede sobre a ancoragem, pode-se escrever:

T1 = 213,3 kgf/m < Q×f = 882×0.5 = 441 kgf/m

� Verificação ao escorregamento das ancoragens

No que respeita às ancoragens dos tirantes ao nível dos pisos, realizadas através da amarração

dos cabos de aço em barras metálicas travadas contra a face exterior da parede de alvenaria de

pedra da fachada, o escorregamento pode ocorrer na cunha de parede sobre a qual a

amarração é efectuada.

Tal cunha é delimitada, superiormente e inferiormente, por duas superfícies horizontais e

lateralmente por um plano diagonal à parede inclinado a 45°, sendo esta porção de parede

envolvida no mecanismo de escorregamento.

Considerou-se que a reacção de atrito ocorre, neste caso, sobre as duas superfícies horizontais

de escorregamento, superior e inferior da cunha de parede, e é devida ao peso do pano de

parede que se encontra por cima.

Para a situação mais desfavorável, que é a que se verifica na ancoragem central a executar na

parede da fachada no terceiro piso, verifica-se que a carga sobre a amarração:


66

(0.50 + 0.70)×0.70×3.60×1800 = 5443,2 kgf =53,36 kN

Pelo que:

T2×3,00 = 1114,3× 3,00 = 3342,9 kgf < 2×5443,2× 0.5 = 5443,2 kgf

� Dimensionamento das barras de amarração dos tirantes

Na ligação dos cabos de aço à parede de alvenaria de pedra serão usadas barras de aço de

secção rectangular com 50 cm de comprimento, que estarão sujeitas a uma carga linear obtida

após a distribuição do esforço de tracção transmitido pelos tirantes à parede:

- Ligação com os tirantes

Como tracção máxima transmitida pelo tirante mais esforçado temos 32,77 kN, pelo que

resulta uma solicitação sobre a barra de:

( )mkN 2,048

2

0,2566,55

22

lq M

kN/m 65,550,50

32,77

l

Tq

22

sdsd

máxsd

×=×=×=

===

Considerando uma secção de 7cmx3cm para a barra, verifica-se uma tensão de:

MPa 195,05kN/m 195.047,620,015

12

0,030,07

2,048 y

I

M 23

y

sdsdσ ≅=×

×=×=

O valor de tensão obtido é inferior à tensão resistente do aço, que é de 275,0 MPa para o aço

Fe430 a aplicar.

Enquanto que no contacto entre a barra e a parede verifica-se uma tensão localizada de:


67

MPa0,94kN/m 936,290,070,50

32,77

S

T 2

barradebarra/pareσ ≅=

×==

� Dimensionamento da treliça composta pelos perfis rectangulares ocos

Tal como foi referido, os cabos de aço inox que funcionam como tirantes são ligados a uma

treliça constituída por perfis metálicos de secção rectangular oca.

Foi estudada uma solução que permite a sua pré-fabricação por módulos, procedendo-se à sua

montagem no local da obra, sendo executados apoios para esta estrutura nas paredes laterais

do edifício e executadas amarrações pontuais por peças metálicas (pequenas chapas) que

serão ligadas por parafusos às vigas de madeira sob o pavimento existente. A localização da

estrutura a ser executada é junto à viga-trolha, que atravessa transversalmente o edifício na

sua parte central, conforme peças desenhadas.

Seguidamente, foi efectuado o cálculo da viga-treliça composta pelos perfis metálicos de

secção rectangular oca, solicitada pelas forças horizontais transmitidas pelos tirantes,

funcionando à flexão.

Assim, foi efectuado o cálculo da referida estrutura através do auxílio de um programa

informático de cálculo estrutural, tendo sido utilizado o modelo estrutural aqui apresentado:

Figura 43 – Modelo estrutural da treliça (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


68

Do cálculo efectuado resultaram perfis de secção 120x80x8 para as barras longitudinais,

montantes e diagonais. Como resultado do cálculo efectuado temos os seguintes valores das

reacções nos apoios, para cada uma das acções consideradas:

Assim é possível concluir que o peso da estrutura em perfis metálicos é de 6,7296 kN ou

686,42 kgf, obtendo-se assim de forma simplificada que o peso linear da estrutura metálica é

de 64,76 kgf/m.

� Dimensionamento das ligações aparafusadas

Será necessário efectuar o dimensionamento das ligações aparafusadas que efectuam a ligação

dos tirantes aos perfis metálicos da treliça e a ligação dos perfis metálicos às vigas de madeira

do pavimento.

Acção Sísmica 1

kN 92,6324Rx20

kN 23,5945Ry19

kN 58,7926Rx19

kN 36,7534Ry2

kN 112,2322Rx2

kN 23,3679Ry1

kN 78,3925Rx1

==

−==

−===

Acção Permanente

kN 1,6672Rz20

kN 1,6573Rz19

kN 1,6976Rz2

kN 1,7075Rz1

==

==

Acção Sísmica 2

kN 93,0692Rx20

kN 27,9083Ry19

kN 58,6616Rx19

kN 29,8584Ry2

kN 112,4157Rx2

kN 30,2343Ry1

kN 78,0081Rx1

−=−=

=−=

=−=−=


69

- Ligação Perfis Metálicos / Vigas de Madeira

Tendo em conta uma distância máxima entre as vigas de madeira existentes de 0,70m, o peso

próprio da estrutura metálica (64,76 kgf/m) e as forças sísmicas horizontais transmitidas à

estrutura pelos tirantes (no caso mais desfavorável, 1114,3 kgf/m), resultam nos seguintes

esforços por viga de madeira:

Tx = 1114,3× 0,70 = 780,01 kgf/m Ty = 64,76× 0,70 = 45,33 kgf/m

Obtendo-se assim:

vigakgf 781,3345,33780,01T 22result /=+=

Entre cada viga de madeira existente e a estrutura metálica serão utilizadas três chapas de

ligação, onde serão aparafusados quatro parafusos por chapa. Assim, cada chapa será

traccionada por um esforço de 260,44 kgf ou 2,55 kN, enquanto que cada parafuso é sujeito a

um esforço de corte de 65,11 kgf ou 0,64 kN.

Temos que o esforço de cálculo dos parafusos é de:

Tsd = 1,50 × 0,64 = 0,96 kN

Utilizando parafusos de 6mm de diâmetro de aço Fe360 da classe de resistência 4.6 temos:

kN 654400601023570Afyd0,7 Trd

23

parafuso ,,, =

××××=××= π

Logo:

Trd = 4,65 kN > Tsd = 0,96 kN

Teremos, então, que as chapas de ligação serão sujeitas a um esforço de cálculo de:

Nsd = 1,50 × 2,55 = 3,825 kN


70

MPa 5042kPa 425000030030

8253,

,,

, ≅=×

=σ

Valor que é inferior à tensão resistente à tracção do aço, que é de 275,0 MPa para o aço Fe430

a aplicar nestas peças.

- Ligação Tirantes / Perfis Metálicos

Tendo em conta os valores obtidos para o esforço de tracção a aplicar, por cada cabo de aço, é

possível dimensionar a ligação destes à estrutura composta pelos perfis metálicos ocos.

Para ligação dos tirantes aos perfis metálicos foi considerada a utilização de uma chapa

metálica em aço Fe430, com uma secção transversal de 50x5mm. Esta chapa é dobrada de

forma a obter-se uma argola onde é amarrado o cabo de aço, ao mesmo tempo que permite

efectuar ligações aparafusadas aos perfis metálicos da treliça.

Dado que o valor máximo do esforço de tracção dos tirantes é de 3342,9 kgf ou 32,77 kN, as

chapas serão sujeitas a um esforço de cálculo à tracção de:

Nsd = 1,50 × 32,77 = 49,16 kN

MPa 64196kPa 6401960050050

1649,.

,,

, ≅=×

=σ

Valor que é inferior à tensão resistente à tracção do aço, que é de 275,0 MPa para o aço Fe430

a aplicar.

Estas chapas serão fixadas à estrutura metálica de perfis ocos, através de três ligações

aparafusadas, obtendo-se um esforço máximo de corte na ligação de cada parafuso de 1114,3

kgf ou 10,925 kN.

Assim temos que o esforço de cálculo dos parafusos é de:

Tsd = 1,50 × 10,925 = 16,39 kN


71

Utilizando parafusos M12 da classe de resistência 4.6 temos:

kNAfyd parafuso 61,184012,0102357,00,7 Trd

23 =

××××=××= π

Logo:

Trd = 18,61 kN > Tsd = 16,39 kN

7.2.2. Aplicação em obra

Para uma melhor compreensão dos cálculos anteriormente demonstrados é, seguidamente,

feito um acompanhamento fotográfico da aplicação dos elementos metálicos em obra.

- Aplicação dos tirantes

Figura 44 – Aplicação dos tirantes em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


72

Figura 44 (cont.) – Aplicação dos tirantes em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

- Aplicação das treliças

Figura 45 – Aplicação de treliça em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


73

Figura 45 (cont.) – Aplicação de treliça em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


74

Figura 45 (cont.) – Aplicação de treliça em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)

Figura 46 – Evolução da recuperação e disfarce da treliça (Fonte M. M. Trabalhos de engenharia civil)


75

- Aplicação de ancoragens

Figura 47 – Execução de ancoragens em obra (Fonte: m. m. trabalhos de engenharia civil)

- Aplicação do “cordolo”

Figura 48 – Aplicação do “cordolo” em obra (Fonte: M. M. Trabalhos de engenharia civil)


76

Conclusão

Em Portugal uma parte significativa do património edificado é construído em alvenaria de

pedra natural, possuindo uma parte apreciável valor histórico. Assim sendo, é de extrema

importância manter as características dos edifícios utilizando métodos pouco intrusivos,

quando se efectua a sua justificada reabilitação.

A aplicação de elementos metálicos permite intervenções pouco intrusivas e de elevado

sucesso no reforço estrutural à acção sísmica. Contudo, e apesar da comprovação do

funcionamento destes elementos ainda não ser possível em Portugal, em Itália estas

metodologias, devido à sua elevada utilização, já foram devidamente demonstradas.

A aplicação de elementos metálicos tem várias vantagens, entre elas:

1) O transporte;

2) A colocação em obra;

3) A operacionalidade em espaços reduzidos;

4) A compatibilidade funcional e estática face às estruturas existentes;

5) A reversibilidade e a autonomia destes elementos, que facilita a manutenção e a

inspecção da estrutura;

6) A pré-fabricação.

Os elementos metálicos são normalmente em aço inoxidável. Este material, devido às suas

características de flexibilidade e à sua elevada ductilidade é bastante utilizado no reforço

sísmico, pois permite que na eventualidade de colapso estrutural este não ocorra de um modo

brusco mas sim gradual, ou seja: com aviso.


77

A não existência de regulamentos que enquadrem a avaliação estrutural dos edifícios antigos,

leva a que na apreciação dessas construções seja utilizada regulamentação concebida

edificações novas. Assim sendo, cuidado deve existir na ponderação dos valores a utilizar,

para se obter segurança nos resultados, visto existir um elevado grau de incerteza.

A precisão da avaliação estrutural vai aumentar com o grau de detalhe da inspecção efectuada,

sendo conveniente efectuar exames qualitativos e quantitativos.

Para que seja possível a elaboração de um projecto de reforço adequado a cada edifício, deve-

se ter em consideração que o comportamento das estruturas é influenciado:

1) Pela sua forma;

2) Pelas ligações da estrutura;

3) Pelos materiais de construção;

4) Pelas forças, acelerações e deformações impostas.

Portanto é importante elaborar um esquema estrutural, determinar os danos, tomar

conhecimento das características dos materiais e determinar as acções.

A obtenção de uma perfeita avaliação do edifício leva a que seja possível determinar as

melhores metodologias de intervenção, podendo esta ser de diferentes níveis:

1) Salvaguarda;

2) Reparação;

3) Reforço;

4) Reestruturação.


78

O conhecimento dos mecanismos de colapso, podendo estes ser de primeiro ou segundo

modo, leva a que se tenha uma boa percepção dos efeitos dos sismos e os tipos de danos que

estes podem causar nos edifícios de alvenaria. Assim sendo é possível determinar o tipo de

componente metálica a ser usado para evitar os diferentes danos.

Cada componente tem uma função distinta no reforço da malha estrutural. Porém, como já foi

referido atrás, o bom funcionamento dessa malha deve ser visto em conjunto.

São vários os elementos metálicos utilizados no reforço sísmico, tirantes, barras de amarração

ou ancoragem, chapas, “cordolo” ou cinta de coroamento, vigas reticuladas, vigas metálicas,

ligações metálicas para componentes das coberturas e ligações aparafusadas.

Percebeu-se que todos estes elementos têm funções distintas, como foi explicitado ao longo

do trabalho, e de extrema importância no melhoramento da reacção do edifício à acção

sísmica.

Concluindo, admite-se terem-se atingido os objectivos fundamentais propostos, tendo sido

dado conhecimentos acerca dos principais elementos metálicos utilizados no reforço à acção

sísmica em edifícios de alvenaria, tanto a nível teórico como prático, como respostas aos

modelos de colapso neste tipo de construções.


79

Bibliografia

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habitacionais. Lisboa, L.N.E.C..

Appleton, J., (2003). Reabilitação de edifícios antigos patologias e técnicas de intervenção.

Amadora, Edições Orion.

Blasi, C., Borri, A., Di Pasquale, S., Malesani, P., Nigro, G., Parducci, A. e Tampone, G

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dell’Umbria. Roma, Dei tipografía del genio civile.

Calado, L.. O aço na recuperação de edifícios. Disponível em http://www.dgpatr.pt

[consultado em Junho de 2005]

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património arquitectónico. Guimarães, Universidade do Minho.

Santos, S. Pompeu (2004). A reabilitação sísmica do património construído. In: Barros, J.,

Lourenço, P. e Oliveira, D.. Sísmica 2004: 6º Congresso Nacional de Sismologia e

Engenharia Sísmica. Guimarães, Universidade do Minho, pp. 956-966.

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Reforço Sísmico de Estruturas de Alvenaria com Elementos ... · adoptado um valor superior, da ordem de 2,0-2,5, dependendo da proporção de paredes de gaiola no conjunto das paredes