Caracterização e Avaliação Sísmica de um Edifício Misto Alvenaria-Beta o. Engenharia Civil

Caracterização e Avaliação Sísmica de um Edifício Misto Alvenaria-Bet ão

João Pedro da Costa Ferreira da Silva

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Orientadores:

Professora Doutora Rita Maria do Pranto Nogueira Leite Pereira Bento Professora Doutora Ana Paula Martins Falcão Flor

Júri

Presidente: Professora Doutor José Joaquim Costa Branco de Oliveira Pedro Orientador: Professora Doutora Rita Maria do Pranto Nogueira Leite Pereira Bento

Vogal: Professora Doutor Mário Manuel Paisana dos Santos Lopes

Outubro de 2016

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Agradecimentos

Não posso deixar de exprimir o meu reconhecimento às pessoas que me apoiaram e que tanto contribuíram para a realização deste trabalho:

Agradeço à professora Rita Bento e à professora Ana Paula Flor pela dedicação, interesse e disponibilidade demonstrada desde o primeiro dia de orientação. Pela ajuda e partilha de conhecimentos oferecidas na realização desta dissertação.

Agradeço de uma forma muito especial à Jelena Milošević pela enorme paciência, simpatia e apoio constante em todas as minhas dúvidas e lutas com a modelação estrutural. Reconheço que o tempo despendido e a dedicação que demonstrou foi determinante para o sucesso deste trabalho.

À Sónia Ildefonso pela disponibilidade, simpatia e pelos conhecimentos transmitidos sobre os programas de caracterização geométrica: ArchiCad e CityEngine.

Aos meus amigos e colegas que proporcionaram momentos de alegria e boa disposição, pelo apoio e compreensão nas alturas mais difíceis e sobretudo pela companhia ao longo de todos estes anos.

Um especial obrigado aos meus pais e restante família, porque foram determinantes para o sucesso deste trabalho. Pela paciência, incentivo, compreensão e carinho demonstrado não só nesta etapa, mas ao longo da minha vida. Pelos valores e educação que me deram e por me fazerem acreditar que um dia, todo o meu esforço será recompensado.

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Resumo

Os edifícios “de Placa” representam uma tipologia construtiva mista de transição entre os edifícios de alvenaria e os de betão armado da cidade de Lisboa, resultado da expansão urbana entre as décadas de 30 e 60 do século XX. Devido à sua representatividade e por terem sido construídos antes das regulamentações de dimensionamento sísmico estrutural em vigor, é relevante a caracterização e avaliação sísmica deste tipo de edifícios.

A partir de um edifício representativo desta tipologia, procedeu-se à representação tridimensional do mesmo em ambiente BIM (Building Information Modelling) e do seu contexto geográfico em ambiente SIG 3D (Sistemas de Informação Geográfica 3D), com o intuito de facilitar não só a compreensão das suas características geométricas e do espaço envolvente, como também contribuir para o armazenamento e disponibilização de dados relevantes sobre o edifício.

Posteriormente, pretendeu-se avaliar o desempenho sísmico do edifício de estudo, através da realização de análises estáticas não lineares, a partir de uma modelação estrutural do edifício tendo em consideração a participação dos dois edifícios contíguos, com recurso ao programa 3MURI/TREMURI.

Relativamente à análise sísmica efetuada, constatou-se que a verificação dos critérios de segurança exigidos foi alcançada para a distribuição de forças laterais pseudo-triangular. Porém não satisfez para o carregamento lateral uniforme da direção longitudinal do edifício. Revelou-se ainda a existência de danos significativos na maioria dos elementos de betão armado para todas as situações analisadas, evidenciando um dimensionamento inadequado destes elementos a ações sísmicas e a necessidade de se adotarem técnicas de reforço estrutural.

Palavras-chave

Edifício “de Placa”, Bairro de Alvalade, Building Information Modelling (BIM), Sistemas de

Informação Geográficas 3D (SIG 3D), Avaliação de Desempenho Sísmico, Análise Estática Não Linear.

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Abstract

‘Placa’ buildings represent a mixed typology constructive transition between the masonry and the reinforced concrete (RC) buildings of Lisbon’s city, result of the urban expansion on the decade between 30 and 60 of the twentieth century. Due to the fact that they were constructed before the actual seismic design regulations, it is important to analyze and assess seismically these types of buildings.

From a representative building of this typology, a three-dimensional model in BIM (Building Information Modelling) representation about the building under consideration and other in 3D GIS (3D Geographic Information Systems) representation about its geographic context was performed, in order to improve not only the perception of its geometric characteristics and surrounding area, but also to provide relevant building’s data storage and accessibility.

Afterwards, it was intended to evaluate the building’s seismic performance through non-linear static analyses from a structural modeling of it, taking into account the effect of the adjacent buildings and using the program 3MURI/TREMURI.

Concerning the seismic analysis performed, it can be concluded that the required safety verification for the pseudo-triangular load pattern was achieved. However, structural safety was not verified for the longitudinal direction of the building in case of the uniform lateral load distribution.

Moreover, visible significant damages in most reinforced concrete elements for all the cases analysed was presented, revealing an inappropriate design of these elements for seismic actions and leading to the need of implementing structural strengthening techniques.

Keywords

‘Placa’ building, ‘Bairro de Alvalade’, Building Information Modelling (BIM), 3D Geographic

Information Systems (3D GIS), Seismic Performance Assessment, Non-Linear Static Analysis

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Índice

1 Introdução ... 1

1.1 Enquadramento ... 1

1.2 Objetivos ... 2

1.3 Estruturação do Trabalho... 3

2 Edifícios “de Placa” – Caraterização e Contextualização Territorial ... 5

2.1 Introdução ... 5

2.2 Evolução das Técnicas Construtivas dos Edifícios de Alvenaria de Lisboa ... 5

2.3 Descrição Geral de Edifícios “de Placa” ... 7

2.3.1 Tipologia “Rabo de Bacalhau” ... 9

2.4 Planeamento Urbano do Bairro de Alvalade... 10

2.5 Estudo do Edifício ... 13

2.5.1 Caracterização Geral ... 13

2.5.2 Caracterização Estrutural ... 15

3 Caracterização Geométrica ... 19

3.1 Introdução ... 19

3.2 Caraterização geométrica do edifício ... 19

3.2.1 Modelação em BIM ... 20

3.2.2 Apresentação do modelo BIM ... 22

3.3 Caracterização geométrica do espaço envolvente ... 26

3.3.1 Modelação em SIG 3D ... 26

3.3.2 Apresentação do Modelo SIG 3D ... 28

3.4 Conclusões das modelações realizadas ... 32

4 Modelação Estrutural ... 33

4.1 Introdução ... 33

4.2 Programa de cálculo estrutural ... 34

4.3 Metodologia ... 38

4.3.1 Caracterização Material ... 38

viii

4.3.2 Definição de Massas ... 40

4.3.3 Elementos Estruturais ... 41

4.3.4 Modelo Numérico ... 45

4.4 Calibração do Modelo Numérico ... 47

4.4.1 Resultados de ensaios in situ de vibração ambiental ... 47

4.4.2 Análise comparativa de resultados ... 49

5 Avaliação Sísmica do Edifício ... 53

5.1 Introdução ... 53

5.2 Definição da Ação Sísmica ... 54

5.3 Análise Estática Não Linear ... 56

5.3.1 Desempenho Sísmico ... 57

5.4 Avaliação de Desempenho Sísmico do Edifício de Estudo ... 59

5.4.1 Curvas de Capacidade ... 59

5.4.2 Determinação do deslocamento objetivo ... 66

5.4.3 Análise de resultados ... 69

6 Conclusões e Desenvolvimentos Futuros ... 77

6.1 Conclusões ... 77

6.2 Trabalhos Futuros ... 79

Referências Bibliográficas ... 81

Anexo A ... AI

Anexo B ... BI

Anexo C ... CI

ix

Lista de Tabelas

Tabela 1 – Critérios para esforços últimos utilizados no TREMURI. ... 36

Tabela 2 - Propriedades mecânicas dos materiais estruturais adotadas ... 39

Tabela 3 - Cargas aplicadas ... 40

Tabela 4 - Resultados das frequências próprias da estrutura obtidos de ensaios in situ ... 49

Tabela 5 - Resultados da análise modal do modelo ... 49

Tabela 6 - Valores de propriedades mecânicas de alvenaria de blocos de betão ... 50

Tabela 7 - Valores de resultados dinâmicos para diversas análises modais do modelo ... 50

Tabela 8 – Comparação de frequências e percentagem de erro para cada situação e direção ... 51

Tabela 9 - Parâmetros do espectro de resposta ... 56

Tabela 10 - Deslocamentos últimos (𝑑𝑢) do edifício de estudo ... 62

Tabela 11 - Propriedades das curvas de capacidade bilineares (1 GL) ... 67

Tabela 12 - Valores dos deslocamentos objetivos (1 GL) ... 69

Tabela 13 - Deslocamentos últimos e objetivos para o sistema com múltiplos graus de liberdade ... 70

Tabela 14 - Deslocamentos objetivos para a situação de intensidade sísmica a 100% ... 71

Tabela 15 - Verificação do critério de segurança para a distribuição uniforme na direção 𝑋 ... 73

Lista de Figuras Figura 1 – Evolução dos processos construtivos correntes do edificado de Lisboa. 1,2 – Pré-pombalinos; 3- pombalino; 4 – gaioleiro; 5 – “de placa”; 6 e 7 – betão armado... 1

Figura 2 – (a) Perspetiva de um piso com gaiolas pombalinas e (b) imagem virtual dos frontais de madeira de um piso pombalino ... 6

Figura 3 - Localização de edifícios "de Placa" ... 7

Figura 4 - Fundações de Edifícios "de Placa", (a) em alvenaria e (b) em betão armado ... 8

Figura 5 - Planta retangular de um edifício "de Placa" ... 9

Figura 6 - Esquema representativo da tipologia "Rabo de Bacalhau" ... 9

Figura 7 - Diferentes tipologias de "Rabo de Bacalhau" ... 10

Figura 8 – Planta do Plano de Urbanização da Zona a Sul da Avenida Alferes Malheiro ... 11

Figura 9 - Planta de divisão de células do Bairro de Alvalade ... 11

x

Figura 10 - Plantas do 3º Andar e Cobertura de edifício "Rabo de Bacalhau" tipo A na célula 3 ... 12

Figura 11 - Plantas de 3º Andar e Cobertura de edifício "Rabo de Bacalhau" variante tipo A na célula 3

... 12

Figura 12 - Gráfico com o número de edifícios "de Placa" de cada tipologia de "Rabo de Bacalhau" no

Bairro de Alvalade ... 13

Figura 13 - Localização do quarteirão delimitado a contorno azul... 13

Figura 14 – Fotografias do edifício de estudo, (a) alçado principal e (b) vista principal e dos edifícios

adjacentes à esquerda (2015) ... 14

Figura 15 - Plantas dos diferentes pisos do edifício de estudo, (a) piso comercial e (b) pisos

habitacionais ... 14

Figura 16 - Área de implantação e perímetro do edifício de estudo ... 15

Figura 17 – (a) Planta de fundações do edifício e (b) sapata de um pilar de betão armado do edifício de

estudo ... 16

Figura 18 - Caracterização material das paredes do edifício de estudo do (a) Piso Térreo, (b) 1º Piso,

(c) 2º e 3º Pisos ... 17

Figura 19 - Escadas principais do edifício ... 17

Figura 20 - Esquema das potencialidades de modelos BIM ... 19

Figura 21 - Representação em BIM de danos estruturais num edifício devidos à ação de uma cheia 20

Figura 22 - Sequência do procedimento adotado para a construção do modelo BIM ... 21

Figura 23 - Perspetiva tridimensional do modelo BIM do edifício de estudo, (a) vista principal e (b) vista

posterior ... 22

Figura 24 – Diferentes perspetivas do modelo BIM, (a) varanda da fachada principal (b) varandas da

fachada de tardoz, (c) interior de uma divisão, (d) interior de espaço comercial, (e) vista das escadas

de acesso aos diveros pisos, (f) porta principal do edifício e (g) cobertura com chaminé e clarabóia. 23

Figura 25 - Comparação entre alçados principais através de (a) fotografia e (b) modelo BIM ... 24

Figura 26 - Comparação entre alçados de tardoz através de (a) fotografia e (b) modelo BIM ... 24

Figura 27 - Comparação entre entradas principais do edifício de estudo através de (a) fotografia e (b)

modelo BIM ... 24

Figura 28 – Procedimento de seleção do conteúdo de cada documento ... 25

Figura 29 - Procedimento para obtenção de link de atalho ... 25

Figura 30 - Representação de danos em edifícios (a) antes de um sismo e (b) após ação sísmica, numa

área de estudo através de um modelo SIG 3D ... 26

Figura 31 - Esquema do procedimento adotado para a construção do modelo SIG 3D ... 27

xi

Figura 32 – Representação geométrica dos diferentes níveis de detalhe ou LoD ... 28

Figura 33 - Representação da Célula 3 do Bairro de Alvalade no modelo SIG 3D ... 29

Figura 34 - Quarteirão do modelo SIG 3D com nível de detalhe LoD3 ... 30

Figura 35 - Representação geométrica de um edifício presente no modelo SIG 3D com um nível de detalhe (a) LoD2 e (b) LoD3 ... 30

Figura 36 - Modelo BIM inserido no modelo SIG 3D ... 31

Figura 37 - Apresentação de tabela de atributos de um edifício no modelo SIG 3D ... 31

Figura 38 - Discretização dos macro-elementos segundo o método FME ... 34

Figura 39 - Mecanismos de rotura no plano de paredes de alvenaria, (a) por flexão, (b) por corte com deslizamento e (c) por corte com fendilhação diagonal ... 35

Figura 40 - Mecanismos de colapso da estrutura no plano (a) global e (b) soft-storey ... 35

Figura 41 – Leis constitutivas multilineares força-deformações para nembos e lintéis ... 36

Figura 42 – Representação de um pórtico equivalente de uma estrutura mista alvenaria-betão armado e correspondente idealização ... 37

Figura 43 - Representação das cargas distribuídas da cobertura ... 41

Figura 44 - Definição das propriedades das paredes de betão armado ... 42

Figura 45 - Definição da laje de betão armado ... 42

Figura 46 - Planta dos pisos habitacionais referentes à (a) modelação de um dos edifícios executado e (b) planta de estruturas adaptada do edifício de estudo ... 43

Figura 47 - Definição de elementos varandas da fachada principal ... 43

Figura 48 - Definição da fundação de uma parede estrutural ... 44

Figura 49 - Definição de (a) um pilar de betão armado e (b) uma viga de betão armado ... 44

Figura 50 - Modelo 3MURI/TREMURI (fachada principal) ... 45

Figura 51 - Modelo 3MURI/TREMURI (fachada posterior) ... 45

Figura 52 - Representação dos níveis no modelo 3MURI/TREMURI ... 46

Figura 53 - Representação da malha de macro-elementos para o modelo desnivelado ... 46

Figura 54 – Localização dos pontos de medição em planta ... 47

Figura 55 - Exemplo de registos de acelerações (direções 𝑥, 𝑦, 𝑧) de um ensaio de caracterização dinâmica realizado para o edifício de estudo ... 48

Figura 56 - Função de densidade espectral de potência da componente 𝑥 da aceleração ... 48

Figura 57 - Função de densidade espectral de potência da componente 𝑦 de aceleração ... 48

xii

Figura 58 - Modos de vibração do modelo estrutural na (a) translação longitudinal e (b) translação

transversal ... 51

Figura 59 - Zonamento sísmico de Portugal Continental ... 55

Figura 60 - Carta geológica de Lisboa (e-Geo) ... 55

Figura 61 – Exemplo de uma curva de capacidade resistente ... 57

Figura 62 - Determinação da relação idealizada força-deslocamento elasto-perfeitamente plástica. Adaptado de EC8-1 ... 58

Figura 63 - Gráfico das curvas de capacidade para a direção 𝑥 ... 60

Figura 64 - Gráfico das curvas de capacidade para a direção 𝑦 ... 60

Figura 65 - Curvas de capacidade para o carregamento pseudo-triangular ... 61

Figura 66 - Localização das paredes analisadas em planta na direção 𝑥 ... 62

Figura 67 - Distribuição de danos para o deslocamento último segundo a direção 𝑥 para o sentido negativo na a) fachada principal, b) fachada de tardoz de extremidade e c) fachadas de tardoz de continuidade entre dois edifícios ... 63

Figura 68 - Localização das paredes analisadas em planta na direção 𝑦 ... 64

Figura 69 - Distribuição de danos para o deslocamento último segundo a direção 𝑦 no sentido positivo na a) parede de empena (parede (d)) e b) parede interior (parede (e)) ... 64

Figura 70 - Distribuição de danos para o deslocamento último segundo a direção y no sentido negativo na a) parede de empena (parede (d)) e b) parede interior (parede (e)) ... 65

Figura 71 - Espetro de resposta da ação sísmica no formato ADRS para cada tipo de sismo ... 66

Figura 72 - Curvas de capacidade bilineares (1 GL) ... 67

Figura 73 – Determinação do deslocamento objetivo (1 GL) para (a) períodos curtos e (b) períodos médios-longos ... 68

Figura 74 - Interseção das curvas de capacidade bilineares com os espectros de resposta elástica da ação sísmica no formato ADRS ... 69

Figura 75 - Quociente entre o deslocamento último e objetivo para o sistema com múltiplos graus de liberdade para o sismo do tipo 1 – distribuição pseudo-triangular ... 70

Figura 76 - Quociente entre o deslocamento último e objetivo para o sistema com múltiplos graus de liberdade para o sismo do tipo 2 – distribuição pseudo-triangular ... 70

Figura 77 - Distribuição de danos para o deslocamento objetivo segundo a direção 𝑥 para o sentido

negativo e carregamento lateral pseudo-triangular na (a) fachada principal, (b) fachada de tardoz de

extremidade e (c) fachadas de tardoz de continuidade entre dois edifícios ... 72

xiii Figura 78 - Distribuição de danos para o deslocamento objetivo segundo a direção 𝑦 no sentido positivo e carregamento lateral pseudo-triangular na (a) parede de empena e (b) parede interior ... 72 Figura 79 - Distribuição de danos para o deslocamento objetivo segundo a direção 𝑦 no sentido negativo e carregamento lateral pseudo-triangular na (a) parede de empena e (b) parede interior ... 72 Figura 80 - Apresentação de danos para o deslocamento último (distribuição uniforme) segundo a direção 𝑥 para o sentido negativo na (a) fachada principal, (b) fachada de tardoz de extremidade e (c) fachadas de tardoz de continuidade entre dois edifícios ... 74

Figura A1 – Planta de Fundações e Planta das Lojas ... AI

Figura A2 – Planta dos Andares e Planta das Coberturas ... AII

Figura A3 – Alçados Principal e Alçado Posterior ... AIII

Figura A4 – Cortes Laterais...AIV

Figura B1 – Planta de Fundações (Projeto) ... BI

Figura B2 – Planta do R/C (Projeto) ... BII

Figura B3 – Planta dos Andares (Projeto) ... BII

Figura B4 – Pormenorização de lajes, vigas e escadas de betão armado existentes ... BIII

Figura B5 – Pormenorização de vigas e pilares de betão armado existentes ...BIV

Figura C1 – Memória descritiva do estudo das estruturas (Folha 1) ... CI

Figura C2 – Memória descritiva do estudo das estruturas (Folha 2) ... CII

Figura C3 – Memória descritiva do estudo das estruturas (Folha 3) ... CIII

xiv

xv

Lista de Abreviaturas e símbolos

ADRS Acceleration Displacement Response Spectrum AML Arquivo Municipal de Lisboa

1 GL Um grau de liberdade

𝐸 Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young 𝐺 Módulo de Distorção

w Peso volúmico

𝑓

Resistência média à compressão

𝑇

Período elástico do sistema equivalente de um grau de liberdade 𝐹

Força de cedência do sistema equivalente de um grau de liberdade

𝑑

Deslocamento do sistema no limite de plasticidade equivalente de um grau de liberdade 𝑑

Deslocamento último do sistema equivalente de um grau de liberdade

𝑑

Deslocamento objetivo do sistema equivalente de um grau de liberdade 𝑑

Deslocamento último do sistema com múltiplos graus de liberdade 𝑑

Deslocamento objetivo do sistema com múltiplos graus de liberdade 𝜐 Coeficiente de Poisson

𝜏 Resistência ao corte 𝛾

Classe de importância Γ Fator de transformação

𝜇

Ductilidade do sistema equivalente de um grau de liberdade

xvi

1

1 Introdução

1.1 Enquadramento

O edificado da cidade de Lisboa, foi sofrendo alterações construtivas ao longo da sua história, destacando-se o período de reconstrução motivado pelo sismo que ocorreu em 1755. De facto, o sismo de 1755 provocou a destruição quase completa da cidade de Lisboa, especialmente na zona da Baixa.

O tsunami e o fogo que a seguir ocorreram agravaram ainda mais a destruição da cidade. Os edifícios existentes tinham sido projetados com técnicas construtivas pouco rigorosas e apenas para resistirem a ações verticais. Houve assim a necessidade de criar novos regulamentos de urbanização e construção que permitissem melhorar as capacidades resistentes dos edifícios a ações horizontais.

Contudo e de acordo com Appleton (2001), também há registo de técnicas construtivas posteriores, fomentadas pelo crescimento populacional e esquecimento gradual das consequências deste tipo de catástrofes, que não respeitavam as exigências impostas após o sismo de 1755, apesar de serem mais expeditas, rápidas e económicas, condicionando por isso a segurança estrutural.

Atualmente, o parque habitacional de Lisboa é constituído por mais de metade de edifícios de alvenaria (Ravara et al., 2001), identificando-se várias tipologias deste tipo anteriores e posteriores à data do sismo referido. Segundo Simões e Bento (2012), denominam-se por edifícios pré-pombalinos os edifícios executados antes de 1755; pombalinos até 1850; edifícios gaioleiros no período entre 1850 e 1930 e por fim, edifícios “de placa” às estruturas construídas entre 1940 a 1960 e anteriores às de betão armado (Figura 1).

Figura 1 – Evolução dos processos construtivos correntes do edificado de Lisboa. 1,2 – Pré-pombalinos; 3- pombalino; 4 – gaioleiro; 5 – “de placa”; 6 e 7 – betão armado (Cóias e Silva, 2001)

O risco sísmico de uma área habitacional está associado à conjugação do nível de exposição

deste fenómeno, da perigosidade local e da vulnerabilidade das construções existentes. De acordo com

Lopes e Oliveira (2001), os conhecimentos científicos atuais não possibilitam a previsão com fiabilidade

do próximo sismo com intensidade considerável, porém a sismicidade histórica permite identificar

Portugal com um potencial sísmico elevado para o presente século. O facto de mais de 67% dos

2

edifícios de alvenaria existentes na cidade de Lisboa necessitarem de intervenções estruturais e 10%

estar num estado avançado de degradação, segundo o estudo do Censos de 2011 (INE, 2012), prejudica o seu fator de vulnerabilidade sísmica.

Como alguns edifícios de alvenaria existentes apresentam um carácter cultural e histórico significativo, é fundamental a valorização e correta conservação deste património. Esta questão aliada à preocupação pela garantia de salvaguarda de vida humana, devido à elevada percentagem desta tipologia construtiva numa zona de elevada exposição sísmica, potencia a necessidade de se desenvolverem estudos de caracterização estrutural e avaliação de vulnerabilidade sísmica.

A utilização de representações tridimensionais de edifícios acoplada de informação georreferenciada sobre as suas características geométricas e estruturais, beneficiaria no processo dos estudos mencionados anteriormente. Efetivamente, com a melhoria da acessibilidade e facilidade de leitura e interpretação destes dados, seria mais eficaz o planeamento e implementação de estratégias de mitigação da vulnerabilidade sísmica associada.

1.2 Objetivos

A presente dissertação tem como objetivo primordial a avaliação do comportamento estrutural à ação sísmica de um edifício representativo da tipologia “de Placa”, da cidade de Lisboa.

Uma vez que os edifícios “de Placa” apresentam características estruturais especificas, realizar- se-á uma caracterização desta tipologia e da geometria do edifício em estudo.

Com o intuito de auxiliar o estudo de vulnerabilidade sísmica do edifício, pretende-se adotar um procedimento, com um potencial interessante de ser explorado, que contribua na melhoria não só da visualização das características geométricas e do contexto geográfico do edifício em análise, como também na acessibilidade e leitura das suas propriedades estruturais. Assim, serão realizados dois modelos virtuais tridimensionais com diferentes níveis de detalhe: o primeiro desenvolvido em ambiente em BIM (Building Information Modeling) e relativo a um edifício tipo isolado e o segundo relativo à área geográfica envolvente em ambiente SIG-3D (Sistemas de Informação Geográfica 3D).

Para avaliar o comportamento sísmico do edifício de estudo, recorrer-se-á a análises estáticas

não lineares. Para tal, será realizado um modelo computacional que representará as propriedades e

condições existentes do edifício inserido num quarteirão, com o objetivo de posteriormente estudar o

seu desempenho sísmico.

3

1.3 Estruturação do Trabalho

A presente dissertação está dividida em seis capítulos e três anexos, procedendo-se de seguida à descrição dos assuntos desenvolvidos em cada capítulo.

No primeiro e presente capítulo, apresentam-se inicialmente o tema da dissertação e alguns factos que justificam o desenvolvimento deste trabalho. Além disso, definem-se os objetivos pretendidos e a organização do próprio documento.

No segundo capítulo, procede-se à descrição das diversas tipologias construtivas existentes na cidade de Lisboa, realçando-se a referente aos edifícios “de Placa”. Pretende-se assim caracterizar em pormenor esta tipologia e referir ainda o planeamento urbano original do bairro em que o edifício de estudo está inserido. No final, apresentam-se as diversas características e propriedades estruturais do edifício a analisar.

No terceiro capítulo, é apresentado inicialmente a base teórica que serve de enquadramento aos modelos computacionais de caracterização geométrica e expõe-se a metodologia para a realização destes modelos. Por fim, apresentam-se os resultados das diferentes modelações desenvolvidas.

No quarto capítulo, pretende-se expor a metodologia aplicada para a modelação estrutural do edifício a analisar, apresentado os fundamentos teóricos do programa de cálculo, hipóteses de caracterização assumidas e, por fim, a calibração do modelo efetuada.

No quinto capítulo, procede-se à avaliação do desempenho sísmico do edifício recorrendo a análises estáticas não lineares. Define-se a ação sísmica regulamentar e apresentam-se os resultados obtidos para as análises efetuadas.

No sexto capítulo, procura-se efetuar uma análise crítica do trabalho desenvolvido. São referidas as conclusões principais sobre os resultados obtidos e apresentam-se sugestões de trabalhos futuros, bem como perspetivas de aplicação e desenvolvimento dos conteúdos referidos nesta dissertação.

.

4

5

2 Edifícios “de Placa” – Caraterização e Contextualização Territorial

2.1 Introdução

Os edifícios “de Placa” constituem uma parte significativa do parque habitacional de Lisboa, resultado da expansão urbana entre as décadas de 30 e 60 do século XX, representando uma tipologia construtiva de transição entre os edifícios de alvenaria e os de betão armado. Este período é caracterizado pela introdução gradual de elementos de betão armado, numa primeira fase com a substituição de pavimentos de madeira por lajes de betão armado e mais tarde pela implementação de pórticos integrais de betão armado (Monteiro e Bento, 2013a).

Segundo Monteiro e Bento (2012), a introdução de lajes de betão armado implica um aumento de massa considerável na estrutura e consequentemente das forças de inércia, condicionando o comportamento sísmico do edifício caso os elementos verticais não apresentem a resistência necessária. Assim, é da maior importância o estudo das características geométricas e estruturais para uma avaliação adequada da vulnerabilidade sísmica deste tipo de edifícios.

2.2 Evolução das Técnicas Construtivas dos Edifícios de Alvenaria de Lisboa

O edificado de Lisboa apresenta um número significativo de edifícios de alvenaria com diferentes tipologias. Ao longo da sua história, estes edifícios sofreram alterações das suas propriedades estruturais, resultado dos materiais naturais disponíveis, da ocorrência de catástrofes naturais e do desenvolvimento de conhecimentos e regulamentos construtivos impostos à época.

De acordo com Simões et al. (2012), os edifícios que resistiram ao sismo de 1755, resultam de um longo período sem um planeamento urbano apropriado, não sendo por isso possível identificar uma tipologia representativa. Contudo, apresentam essencialmente paredes estruturais de alvenaria e pavimentos e coberturas de madeira, podendo existir paredes interiores, sem função estrutural, constituídas igualmente de madeira. Este tipo de edifícios, denominados por pré-pombalinos, estão localizados em zonas mais antigas da cidade nomeadamente, na colina do Castelo de São Jorge e Bairro Alto.

Importa referir que a madeira representou um dos primeiros materiais estruturais a ser utilizado na construção da cidade de Lisboa, pela sua abundância, trabalhabilidade e leveza, facilitando nos finais da Idade Média, a execução de edifícios com pisos superiores.

Após o sismo de 1755, houve um maior cuidado na reconstrução da cidade, tendo sido adotadas

técnicas construtivas inovadoras que conferissem maior resistência à ação sísmica. Assim, a madeira

foi novamente preponderante como material estrutural, ao permitir a construção de estruturas

tridimensionais complexas (“gaiola pombalina”) preenchidas por alvenaria, que permitiam um

contraventamento eficaz a deslocamentos horizontais (Figura 2). Este tipo de construção, também

denominada por pombalina, era caraterizada por uma geometria regular com paredes principais

6

(a) (b)

exteriores de alvenaria de pedra, pavimentos de madeira e paredes interiores em tabique ou em frontal de madeira com função de contraventamento.

Figura 2 – (a) Perspetiva de um piso com gaiolas pombalinas e (b) imagem virtual dos frontais de madeira de um piso pombalino (Ramos e Lourenço, 2000)

No final do século XIX, registou-se um aumento demográfico e consequentemente uma maior procura habitacional. O esquecimento das consequências de um sismo de grande magnitude e a necessidade de se adotarem técnicas construtivas mais céleres e económicas, negligenciando por isso alguns cuidados a nível de resistência sísmica, desencadeou o aparecimento de edifícios com propriedades estruturais novamente precárias (Appleton, 2001). Esta construção é denominada gaioleira e os edifícios são constituídos essencialmente por paredes exteriores de alvenaria que suportavam pavimentos de madeira e paredes interiores de alvenaria ou de tabiques de madeira.

Em 1930, entrou em vigor o Regulamento Geral da Construção Urbana (RGCU, 1930), com o intuito de melhorar a resistência e segurança construtiva. Uma das recomendações do regulamento anteriormente referido, era a introdução de vigas de betão armado no piso térreo, para garantir o travamento dos elementos de paredes de alvenaria exteriores, quando os edifícios não apresentassem a estrutura de madeira nas paredes interiores dos edifícios pombalinos (Sousa et al., 2006).

Mais tarde, em 1938, o engenheiro Duarte Pacheco tornou-se presidente da Câmara Municipal de Lisboa e para dar resposta ao problema associado ao crescimento significativo da população registado neste período, decidiu organizar um plano de urbanização, o Plano Geral de Urbanização e Expansão de Lisboa. Este programa conduziu não só a um maior controlo do planeamento das novas áreas de habitação como um maior cuidado do ponto de vista estrutural dos edifícios a executar.

De acordo com Monteiro e Bento (2012), o aparecimento destes novos regulamentos e a aquisição de conhecimentos relativos à capacidade do betão armado como elemento estrutural, por parte de engenheiros e arquitetos, impulsionou a construção de edifícios com este material em Portugal.

Apesar de no início de 1930 terem sido usados, ocasionalmente, elementos de betão armado,

só na década de 1940 é que se tornou uma técnica mais corrente (Monteiro e Bento, 2012). Assim,

assistiu-se a uma substituição gradual dos elementos de madeira a nível de paredes interiores por

7 elementos de alvenaria, e na introdução de elementos de betão armado ao nível de pavimentos e como estruturas porticadas de betão armado. Os primeiros edifícios a implementarem estas técnicas construtivas são designados por edifícios “de Placa”, consistindo assim numa estrutura mista de alvenaria e betão armado.

2.3 Descrição Geral de Edifícios “de Placa”

O período compreendido entre 1940 a 1960, é caracterizado pela introdução de edifícios do tipo

“de Placa”, encontrando-se predominantemente nas zonas do Bairro de Alvalade e do Bairro dos Actores (Figura 3).

Figura 3 - Localização de edifícios "de Placa" (Milošević et al., 2014)

Esta tipologia representa o final da construção Gaioleira, registando-se alterações relevantes a nível de características geométricas e estruturais. A constituição da argamassa deixa de ser de cal aérea, sendo substituída por cal hidráulica e também, em algumas situações, com cimento. As paredes de fachada continuaram a ser constituídas por alvenaria de pedra ou de tijolos cerâmicos, com espessuras a variar entre os 0,40 m e 0,70 m, sendo que alguns casos existe uma diminuição desta espessura com a altura (Monteiro e Bento, 2013a). Em relação às paredes interiores, existe uma substituição da madeira como material constituinte, passando a utilizar-se blocos de betão ou alvenaria de tijolo com espessuras entre os 0,15m e os 0,25m, podendo, tal como nas paredes de fachada, diminuir esta espessura em altura (Monteiro e Bento, 2012).

As fundações deste tipo de edifícios são essencialmente sapatas contínuas de alvenaria de

pedra, com uma espessura superior às paredes que suportavam, com uma profundidade mínima entre

0,30 m e 0,50m. Em alguns casos, também foram utilizadas sapatas de betão armado como elementos

de fundação (Monteiro e Bento, 2012). Na Figura 4 ilustram-se estas duas soluções de fundações.

8

(a) (b)

Figura 4 - Fundações de Edifícios "de Placa", (a) em alvenaria e (b) em betão armado. Adaptado de Monteiro e Bento (2012)

Relativamente aos pavimentos destes edifícios, também se registou uma alteração dos tradicionais pavimentos de madeira por lajes de betão armado. Devido ao racionamento de ferro motivado pela Segunda Guerra Mundial, as primeiras construções deste período apenas apresentavam lajes de betão armado em locais impostos por regulamentos e onde o comportamento da madeira é inadequado, designadamente zonas húmidas (cozinhas e casas de banho) e varandas. Só mais tarde é que se regista a execução de lajes em todo o piso, justificando a denominação “de Placa” conferida a esta tipologia (Monteiro e Bento, 2013a).

As lajes de betão armado possuem espessuras entre os 0,07m e 0,10m, descarregando diretamente sobre as paredes de alvenaria ou em alguns casos nas paredes de betão armado, geralmente as paredes de empena (Lopes et al., 2008).

Registou-se posteriormente, a introdução de elementos verticais e horizontais de betão armado no exterior de toda a estrutura, inicialmente nos cantos salientes das fachadas posteriores e mais tarde na fachada principal (Monteiro e Bento, 2012).

De referir que o dimensionamento dos elementos desta solução de pórtico de betão armado, apenas era realizado para verificar a segurança a cargas verticais, revelando por isso problemas de quantidades de armadura que confiram ductilidade suficiente e, consequentemente, segurança estrutural à ação sísmica. Além disso, segundo Monteiro e Bento (2012), o betão utilizado revela uma baixa capacidade resistente (C20/25 nas melhores situações) e uma compactação pouco adequada.

Relativamente à geometria em planta dos edifícios de “Placa”, existem dois formatos

característicos desta tipologia. Um deles é caracterizado por um formato retangular e estava associado

a casas de renda económica (Figura 5). Pretendia-se assim a obtenção de uma solução económica

compatível com uma adequada organização dos espaços e funções das habitações

(Monteiro e Bento, 2012). A entrada principal está localizada no centro do edifício, conduzindo às

escadas principais que permitiam o acesso às habitações, existindo dois fogos por piso (Costa, 1997).

9 Figura 5 - Planta retangular de um edifício "de Placa" (Costa, 1997)

Além desta geometria em planta, também existe um outro formato característico dos edifícios

“de Placa”, denominado “Rabo de Bacalhau”, procedendo-se de seguida à sua caracterização.

2.3.1 Tipologia “Rabo de Bacalhau”

Um número significativo de edifícios “de Placa” existentes no Bairro de Alvalade, apresentam uma geometria em planta que consiste na conjugação de dois retângulos, em que o menor está localizado na parte posterior do edifício, assemelhando-se a uma geometria de “T” invertido, possibilitando uma melhor relação perímetro-área e melhores condições de ventilação e disposição solar (Figura 6). Esta configuração é denominada por “Rabo de Bacalhau”.

Figura 6 - Esquema representativo da tipologia "Rabo de Bacalhau". Adaptado de Eloy (2012)

Segundo Eloy (2012), a organização dos espaços interiores desta tipologia é caracterizada por uma segregação das áreas funcionais, nomeadamente da separação entre as áreas de serviço e os espaços sociais e quartos privados. Assim e tendo o intuito de assegurar a privacidade das famílias e privilegiar essencialmente a zona privada, procurou-se dispor os quartos ao longo da fachada principal com vista para a rua principal ou jardins. Em relação à cozinha, sala de jantar, quarto dos empregados e respetiva casa de banho e escadas de serviço localizavam-se na parte posterior do edifício. Na zona central encontravam-se as escadas principais dos edifícios, em madeira ou betão armado.

A tipologia “Rabo de Bacalhau” apresenta vários formatos geométricos em planta, porém não

existe uma classificação consensual das geometrias existentes. Eloy (2012), propõe a existência de 4

formatos da tipologia “Rabo de Bacalhau”, denominados de A a D, ilustrando-se na Figura 7 as

características geométricas para cada caso.

10

Figura 7 - Diferentes tipologias de "Rabo de Bacalhau". Adaptado de Eloy (2012)

2.4 Planeamento Urbano do Bairro de Alvalade

O desenvolvimento do distrito de Lisboa no período de 1910/20 e meados dos anos 30, ficou marcado por um crescimento lento e sem um planeamento urbano conciso, devido à indiferença do poder central relativamente aos problemas municipais. Assim, Lisboa desenvolveu-se por pequenos bairros, urbanizando progressivamente novas zonas rurais, anarquicamente e sem continuidade com as unidades, ainda rurais ou já urbanas, que lhes ficam contíguas (Costa, 2010).

O ano de 1933, constituiu uma data de mudança da conjuntura anterior, pelo facto do país se encontrar num período de maior estabilização, possibilitando a resolução dos seus problemas internos com maior cuidado. Efetivamente, a partir do ano de 1934, a Câmara Municipal de Lisboa promoveu diversas conferências com o intuito de estimular a elaboração de um plano diretor para a cidade.

A eleição do Eng. Duarte Pacheco para a presidência da Câmara Municipal de Lisboa e Ministro das Obras Públicas no ano de 1938, revolucionou a política urbana da cidade, caraterizada por uma elevada postura empreendedora e de intervenção na eliminação do monopólio privado do solo urbano e, por outro lado, na implementação de grandes empreendimentos de obras públicas (construção de redes viárias, aeroporto e ampliação do porto de Lisboa) com o objetivo de desenvolver o mercado interno. Assim, Duarte Pacheco promoveu a realização do Plano Geral de Urbanização e Expansão de Lisboa (PGUEL), iniciado em 1938 com a participação de Étienne de Gröer, que definiu as grandes linhas de desenvolvimento da cidade e redigiu o programa para o estudo analítico de base ao estabelecimento do Plano Diretor de Urbanização de Lisboa (PDUL) (Costa, 2010).

Em 1943, concluiu-se o estudo das grandes linhas do PGUEL, sendo também estabelecidas as bases em que assentariam os estudos de pormenor a elaborar em paralelo com as necessidades de expansão da cidade. A urbanização do Bairro de Alvalade teve origem na realização dos estudos anteriores, tendo sido alterados em 1944, para o que se designou Plano de Urbanização da Zona a Sul da Avenida Alferes Malheiro, tendo sido revisto e aprovado em 1945.

De acordo com Costa (2010), o Plano de Urbanização da Zona a Sul da Avenida Alferes Malheiro

teve como principal intuito a resolução do problema de carência na oferta habitacional na cidade,

registando-se na época um crescimento populacional anual de 12 000 habitantes- Como ilustra a Figura

8, a zona promovida estava delimitada pelos atuais eixos principais da cidade, nomeadamente da

11 Avenida do Brasil (a norte), Avenida Gago Coutinho (a nascente), linha ferroviária (a sul), Rua de Entrecampos e Campo Grande (a poente), que em conjunto com a localização privilegiada no contexto de Lisboa, fundamentou a escolha desta área para a expansão habitacional. Este bairro foi dimensionado para aproximadamente 45 000 habitantes, distribuídos por 12 000 fogos.

Figura 8 – Planta do Plano de Urbanização da Zona a Sul da Avenida Alferes Malheiro (Costa, 2010) O plano anterior definiu a divisão do Bairro de Alvalade, em oito células, como se observa na Figura 9, resultantes da estrutura viária principal presente – Avenida dos Estados Unidos da América, Avenida da Igreja, Avenida de Roma e Avenida Rio de Janeiro. Devido a princípios de zonamento, atribuiu-se a cada célula determinadas funções. As células 1, 2, 4, 7 e 8 destinavam-se sobretudo a uso habitacional, nomeadamente de rendas económicas (1, 2 e 4) ou limitadas (7 e 8), enquanto nas células 5 e 6 estavam presentes espaços de lazer e igualmente habitações de renda económica e limitada.

Figura 9 - Planta de divisão de células do Bairro de Alvalade (Costa, 2010)

12

Relativamente à célula 3, também denominada como “zona comercial”, foi construída com o intuito de oferecer áreas comerciais aos habitantes das células 1 e 2 que na época se encontravam isolados numa área de expansão da cidade. Neste sentido, foram implementados na célula 3, edifícios mistos (piso térreo comercial e pisos superiores habitacionais), constituindo quarteirões alongados em forma de “U”, abertos a norte (fechados no topo por edifícios comerciais de um piso).

Os projetos-tipo dos edifícios de utilização mista para célula 3 foram realizados pelo Arq.º Fernando Silva, que desenvolveu cinco tipo de edifícios, sendo que a maioria é do tipo A de “rabo de bacalhau” (Figura 10) e alguns com uma variante A desta tipologia, para as situações de gaveto (Figura 11).

Figura 10 - Plantas do 3º Andar e Cobertura de edifício "Rabo de Bacalhau" tipo A na célula 3 (Costa, 2010)

Figura 11 - Plantas de 3º Andar e Cobertura de edifício "Rabo de Bacalhau" variante tipo A na célula 3 (Costa,

2010)

13 Uma vez que a tipologia de “Rabo de Bacalhau” variante tipo A, é a mais representativa do Bairro de Alvalade, como se pode constatar pela Figura 12, procurou-se um edifício “de Placa”, que fosse representativo deste tipo e com poucas alterações desde a sua construção, para a caraterização e avaliação do seu comportamento à ação sísmica. Na seção seguinte, procede-se à caracterização deste edifício.

Figura 12 - Gráfico com o número de edifícios "de Placa" de cada tipologia de "Rabo de Bacalhau" no Bairro de Alvalade. Adaptado de Ferreira (2014)

2.5 Estudo do Edifício

2.5.1 Caracterização Geral

O edifício de estudo desta dissertação está inserido na célula 3 do Bairro de Alvalade, num quarteirão delimitado pela Rua José D’Esaguy, Avenida da Igreja, Rua José Duro e Rua Luís Augusto Palmeirim, como ilustra a Figura 13.

Figura 13 - Localização do quarteirão delimitado a contorno azul (CML, 2016) 0

50 100 150 200 250 300

A B C D

Núm e ro d e Ed ifí c io s

Tipologia "Rabo de Bacalhau"

14

(a) (b)

(a) (b)

Este quarteirão foi construído por volta do ano de 1948 e é constituído por 16 edifícios, sendo que a maioria apresenta uma geometria em planta idêntica (Tipologia A de “Rabo de Bacalhau”), à exceção dos edifícios de gaveto e os que apresentam a fachada principal virada para a Avenida da Igreja e Rua Luís Augusto Palmeirim.

O edifício possui propriedades estruturais do tipo “de Placa” e apresenta um formato em planta característico da tipologia “Rabo de Bacalhau”, nomeadamente do tipo A. Optou-se por um edifício situado no interior de uma banda, devido à influência não desprezável de outras estruturas adjacentes no seu comportamento à ação sísmica. Apresenta-se na Figura 14, fotografias do edifício em análise.

Figura 14 – Fotografias do edifício de estudo, (a) alçado principal e (b) vista principal e dos edifícios adjacentes à esquerda (2015)

É também considerado um edifício misto no que se refere à sua utilização, sendo que o piso térreo possui funções comerciais e os restantes três pisos superiores são habitacionais. Na Figura 15 apresenta-se as plantas dos diferentes pisos.

Figura 15 - Plantas dos diferentes pisos do edifício de estudo, (a) piso comercial e (b) pisos habitacionais (AML)

15 A altura total da estrutura desde a cota de soleira até ao topo da cobertura, é aproximadamente 15,50 metros e o pé-direito médio é igual a 3,80 e 3 metros para o piso comercial e habitacionais, respetivamente. O comprimento da fachada principal é aproximadamente 18 metros e as empenas medem 10,50 metros. Considerando a saliência no tardoz, o comprimento lateral acresce para 14,70 metros. Como se pode observar na Figura 16, o edifício possui uma área de implantação de cerca de 229 m

, de construção aproximadamente 916 m

e um perímetro com um valor próximo de 64 metros.

Figura 16 - Área de implantação e perímetro do edifício de estudo (CML, 2016)

2.5.2 Caracterização Estrutural

A obtenção de informações estruturais e construtivas relativas ao edifício de estudo, foi realizada através da consulta de documentos presentes no Arquivo Municipal de Lisboa (AML) sobre a obra em questão, nomeadamente memórias descritivas e justificativas, pormenorizações dos elementos da estrutura, registos de alterações estruturais efetuadas, plantas, cortes e alçados. De seguida, referem- se as diversas características estruturais do edifício em análise, com base na memória descritiva do estudo das estruturas (AML), presente no Anexo C deste trabalho.

Fundações

As fundações referentes às divisórias, empenas e paredes mestras são contínuas e constituídas por maciços de alvenaria de pedra e argamassa de cimento e areia, assentes sobre sapatas de betão simples, com uma espessura de 0,30 metros.

Relativamente às fundações dos pilares de betão armado, são descritas como blocos isolados

de betão simples com uma profundidade superior a metade da largura da sapata, para permitir uma

transmissão de cargas ao solo adequada. Complementando esta informação com os desenhos de

pormenorização das sapatas dos diversos pilares existentes, é possível constatar que existe um

prolongamento dos varões de aço dos pilares na seção das sapatas, conferindo assim um reforço de

armaduras nestas fundações. As dimensões das seções das sapatas variam consoante o tipo de pilar

presente.

16

(a) (b)

Na Figura 17, apresenta-se a planta de fundações, sendo possível identificar as espessuras das fundações para cada parede estrutural, e um corte da sapata de um dos pilares existentes do edifício.

Figura 17 – (a) Planta de fundações do edifício e (b) sapata de um pilar de betão armado do edifício de estudo (AML)

Paredes Exteriores e Interiores

Devido à impossibilidade de serem realizados ensaios in situ de caracterização material das paredes existentes, por serem de natureza destrutiva, a identificação dos materiais foi realizada tendo em conta a informação presente na Memória Descritiva do edifício.

Em relação às paredes das fachadas principal e posterior, são constituídas por uma estrutura de betão armado, sendo os espaços vazios preenchidos com dois panos de alvenaria de tijolo com 0,40 m de espessura total, constituído por uma caixa de ar interior com 0,08 m de espessura.

As empenas são descritas como paredes de betão armado com 0,20 m de espessura, não sendo partilhadas com os edifícios adjacentes.

Relativamente às paredes interiores, existem dois tipos de natureza material. As paredes interiores que constituem a separação dos dois fogos e da caixa de escadas, são formadas por alvenaria de tijolo furado com uma espessura de 0,25 m. Em relação às restantes paredes interiores, é mencionado que as se encontram nos dois últimos pisos são de alvenaria de tijolo furado, enquanto as dos restantes pisos são de alvenaria de tijolo maciço, apresentando espessuras que variam entre os 0,15 m e 0,25 m.

Na Figura 18, apresenta-se uma esquematização da caracterização material das paredes dos

diversos pisos do edifício em estudo.

17

(a) (b)

(c)

Figura 18 - Caracterização material das paredes do edifício de estudo do (a) Piso Térreo, (b) 1º Piso, (c) 2º e 3º Pisos

Pavimentos e Escadas

O edifício apresenta em todos os pisos, pavimentos constituídos por lajes de betão armado com 0,10 m de espessura. O dimensionamento destas lajes foi realizado discretizando a mesma em diversos painéis, que descarregavam as suas cargas diretamente nas paredes de alvenaria que os suportavam.

É ainda mencionado na Memória Descritiva do mesmo que o pavimento do piso térreo é constituído por um massame de betão sobre o aterro previamente regado e batido a maço.

Relativamente às escadas, são de betão armado com uma espessura igualmente de 0,10 m (Figura 19).

Figura 19 - Escadas principais do edifício

18

Cobertura

Em relação à cobertura do edifício, é constituída por telhas do tipo Marselha, suportadas por uma estrutura de madeira de pinho.

Pilares e Vigas

Como referido anteriormente, os edifícios “de Placa” representam uma transição construtiva entre edifícios de alvenaria e edifícios que apresentam elementos estruturais em betão armado. De facto, o edifício de estudo é caracterizado como uma estrutura constituída por pilares, vigas e lajes em betão armado.

Relativamente aos pilares, o edifício apresenta em toda a sua altura pilares nas fachadas principal e posterior, e ainda no seu interior no piso térreo. Importa referir que existe uma variação das propriedades geométricas e estruturais na continuação dos pilares, entre o piso comercial e o piso superior de habitação.

Em relação às vigas, o edifício apresenta estes elementos horizontais nas fachadas principais e posterior em todos os pisos e ainda no seu interior para o 1º piso elevado.

As características estruturais e o posicionamento destes elementos no edifício em estudo, podem ser observados nas figuras presentes no Anexo B deste trabalho.

É importante referir que no período de construção do edifício, o dimensionamento de vigas, pilares e dos pavimentos era apenas efetuado para a verificação da segurança ao efeito de cargas verticais.

No que se refere a posteriores alterações estruturais realizadas, apenas há registo da

implementação de uma marquise no 2º andar do lado esquerdo, no ano de 1959, pelo que se

considerou as características estruturais anteriormente mencionados, para o estudo deste edifício.

19

3. Caracterização Geométrica

3.1 Introdução

Tendo o intuito de se avaliar adequadamente a resistência sísmica de edifícios antigos, é importante a obtenção de um conjunto de informações de caracterização estrutural e de contexto geográfico dos edifícios mais vulneráveis. Atualmente, existem várias ferramentas digitais que possibilitam armazenar, manipular e visualizar de forma inequívoca toda a informação disponível.

Assim, foram desenvolvidas duas abordagens de representação da informação:

i) representação detalhada do edifício com recurso a ferramentas BIM;

ii) representação da envolvente e do contexto geográfico com recurso a ferramentas SIG 3D.

A modelação em ambiente BIM (Building Information Modelling) constitui uma representação 3D de todos os aspetos de um edifício num único modelo de base de dados (Amirebrahimi et al., 2015) e a modelação SIG 3D (Sistemas de Informação Geográfica 3D) permite representar ambientes virtuais 3D, com capacidade de aceder, visualizar e manipular um conjunto de dados georreferenciáveis relativos aos elementos de um dado espaço geográfico

3.2 Caraterização geométrica do edifício

De acordo com Rajarathnam e Santhakumar (2015), a estabilidade de um edifício inserido numa área propícia a ocorrência de sismos, depende do seu próprio comportamento estrutural quando sujeito à ação sísmica. Assim, para que estudos de vulnerabilidade sísmica apresentem resultados fidedignos e adequados, é fulcral que os mesmos tenham em consideração as características estruturais de cada edifício. A acessibilidade e análise destas singularidades, pode ser simplificada com a utilização de modelos BIM. Efetivamente, com o desenvolvimento tecnológico surgiram determinados softwares que permitem representar modelos virtuais 3D de edifícios de forma precisa, acoplados de informação detalhada e organizada sobre os mesmos (Figura 20).

Figura 20 - Esquema das potencialidades de modelos BIM

20

Conforme refere Eastman (1974), este conjunto de documentos de caracterização material e estrutural é suscetível de ser alterado e/ou complementado ao longo do ciclo de vida da estrutura, reforçando o objetivo de se obter uma análise rigorosa e atualizada do ponto de vista de vulnerabilidade sísmica.

Salienta-se ainda a vantagem de esta ferramenta trabalhar num contexto tridimensional, o que permite obter uma visualização mais compreensível, completa e real dos elementos constituintes do edifício. Numa vertente a nível de planeamento, construção e manutenção do edifício, a implementação correta desta ferramenta, proporciona melhorias relevantes na gestão e resolução de conflitos desempenhadas pelas diferentes identidades do projeto, favorecendo a qualidade de construção do edifício com custos e tempos de execução menores (Eastman et al., 2011).

Existem ainda diversos estudos que implementaram os modelos BIM como forma de visualizar e avaliar os danos em estruturas devidos a diversas ações, designadamente de sismos (Christodoulou et al., 2015), de incêndios (Rüppel e Schatz, 2011) e cheias (Amirebrahimi et al., 2015), apresentando na Figura 21, um modelo BIM obtido para um caso de estudo relativo à ação de cheias.

Figura 21 - Representação em BIM de danos estruturais num edifício devidos à ação de uma cheia (Amirebrahimi et al., 2015)

3.2.1 Modelação em BIM

A criação de modelos 3D de base de dados de edifícios requer a realização de um conjunto de tarefas descritas nos passos seguintes e ilustrados na Figura 22.

i) Definição de cotas dos pisos. Para a representação de cada piso é necessário a definição do seu nível em relação a um determinado referencial, por exemplo a cota de soleira do edifício;

ii) Importação de informação geométrica. Podem ser utilizados recursos tais como desenhos de plantas dos diversos pisos, nos respetivos níveis, auxiliando e funcionado como ponto de partida para o posicionamento dos diversos elementos constituintes de cada andar;

iii) Inserção de elementos verticais. Em cada andar, devem ser implementados um conjunto de

objetos verticais, nomeadamente paredes e pilares e no caso do nível de fundações ainda

sapatas. Em todos estes elementos podem ser aplicados os eventuais revestimentos;

21 iv) Implementação de pisos e elementos longitudinais. Introdução de lajes, com respetivos

pavimentos e eventuais tetos falsos, e definição de vigas;

v) Criação de elementos de escadas. Para a ligação dos diversos pisos, é necessário a introdução de escadas e caraterização dos seus revestimentos e componentes, designadamente corrimãos.

vi) Criação e edição de aberturas. Tanto num contexto interior e exterior do edifício, após a definição das paredes é importante a implementação de elementos como portas, vãos de lojas e janelas.

vii) Inserção de elementos arquitetónicos relevantes nas fachadas e criação de varandas com guarda-corpos ou marquises;

viii) Criação da cobertura. É necessário a implementação do telhado do edifício com os respetivos elementos característicos, nomeadamente eventuais claraboias, chaminés, etc.

Figura 22 - Sequência do procedimento adotado para a construção do modelo BIM

i) ii)

iii), iv) e v) vi) e vii) viii)

22

(a) (b)

3.2.2 Apresentação do modelo BIM

Para a realização do modelo BIM do edifício em estudo, recorreu-se ao software ArchiCad (Graphisoft, 2015). Esta ferramenta informática de base BIM, permite não só representar as características geométricas do edifício com bastantes detalhes e realismo, como apresentar de modo expedito cortes e alçados do mesmo. Além disso, possui a capacidade de armazenamento e disponibilização de dados referentes aos diversos elementos constituintes do modelo em estudo, como se demonstrará mais adiante nesta seção.

Recolha e organização dos dados

Com o intuito de se obter um modelo rigoroso e com uma representação das características geométricas tão próximas da realidade quanto possível, foi necessário a aquisição de um conjunto de documentos provenientes do Arquivo Municipal de Lisboa (AML), designadamente de desenhos (plantas, cortes e alçados) presentes no Anexo A deste trabalho. É importante salientar que as projeções das fachadas e modelação de interiores foram ajustadas ao seu estado atual através de fotografias de visitas realizadas ao edifício (Abril de 2015), podendo, no entanto, ter existido alterações pontuais promovidas pelos próprios proprietários.

De seguida, procede-se à exposição de diversas figuras que ilustram o modelo elaborado em ArchiCad (Graphisoft, 2015), de diferentes perspetivas (Figuras 23 e 24) e comparações com imagens de fotografias retiradas ao edifício em análise (Figuras 25, 26 e 27).

Figura 23 - Perspetiva tridimensional do modelo BIM do edifício de estudo, (a) vista principal e (b) vista posterior

23

(a) (b)

(c) (d)

Figura 24 – Diferentes perspetivas do modelo BIM, (a) varanda da fachada principal (b) varandas da fachada de tardoz, (c) interior de uma divisão, (d) interior de espaço comercial, (e) vista das escadas de acesso aos diveros

pisos, (f) porta principal do edifício e (g) cobertura com chaminé e clarabóia.

(e) (f) (g)

24

(a) (b)

(a) (b)

(a) (b)

Figura 25 - Comparação entre alçados principais através de (a) fotografia e (b) modelo BIM

Figura 26 - Comparação entre alçados de tardoz através de (a) fotografia e (b) modelo BIM

Figura 27 - Comparação entre entradas principais do edifício de estudo através de (a) fotografia e (b) modelo

BIM

25 Este modelo permite ainda a organização e visualização da informação recolhida do AML, através da associação de um conjunto de links a determinados objetos presentes no modelo BIM, que direcionam a um serviço de armazenamento e partilha de conteúdos acessível via Internet. De seguida, apresenta-se o procedimento para aceder a um dos documentos referidos anteriormente.

1º Passo: Escolha do documento pretendido – O modelo BIM contém um conjunto de objetos com dados de carácter idêntico em cada um deles. Como se observa na Figura 28, cada um dos objetos está identificado com o nome do documento a que está associado, bastando apenas selecionar o objeto pretendido.

Figura 28 – Procedimento de seleção do conteúdo de cada documento

2º Passo: Obtenção de link de atalho para o documento pretendido – Como se observa na Figura 29, após a escolha do objeto, seleciona-se o ícone de informação (contorno vermelho superior), que permite o aparecimento de uma janela informativa sobre o objeto, que contém um ou mais links que permitem a visualização do documento via Internet.

Figura 29 - Procedimento para obtenção de link de atalho

26

3.3 Caracterização geométrica do espaço envolvente

A modelação em ambiente SIG 3D recorre a gramáticas de forma, associando a capacidade de análise das funções básicas dos SIG (Sistema de Informação Geográfica) com a visualização tridimensional dos objetos. Genericamente, os SIG caracterizam-se por serem sistemas computacionais que permitem o armazenamento, modelação e consulta de informação espacial, habitualmente através de uma tabela de atributos georreferenciada, sendo a visualização de trabalho um espaço bidimensional.

A utilização de modelos de ambientes virtuais tridimensionais, em detrimento de mapas 2D, ambos com possibilidade de vincular informação espacial aos elementos presentes, revela ser uma mais valia não só a nível de interatividade do utilizador no acesso e manuseio de informação georreferenciada, como também na compreensão e interpretação das características geométricas de um conjunto de estruturas e do seu contexto envolvente.

Numa vertente de análise de vulnerabilidade sísmica, estes tipos de abordagens revelam-se bastante eficientes na identificação de edifícios com características estruturais mais precárias e com maiores necessidades de intervenção/reforço. Existem diversos estudos (Karimzadeh et al., 2014 e Pirasteh et al., 2015) focados no desenvolvimento de modelos SIG e SIG 3D de cidades vulneráveis à ação sísmica, não só pela componente de acessibilidade de informação espacial, como na visualização/categorização de danos causados em estruturas por este tipo de fenómenos contribuindo para uma melhor gestão e avaliação de risco das regiões urbanas. A Figura 30 pretende ilustrar um caso de estudo deste tipo, nomeadamente de avaliação de danos em edifícios de uma área de estudo devido à ação sísmica.

Figura 30 - Representação de danos em edifícios (a) antes de um sismo e (b) após ação sísmica, numa área de estudo através de um modelo SIG 3D (Karimzadeh et al., 2014)

3.3.1 Modelação em SIG 3D

A construção dos modelos SIG 3D recorre à técnica de gramática de formas (shape grammar)

apresentada pela primeira vez por Stiny em 1975, e posteriormente desenvolvidas em split grammars

por Wonka et al. (2003) e Muller et al. (2006). As regras de forma permitem ao utilizador especificar

relações entre elementos e definir hierarquias. Conforme descreve o autor desta técnica, Stiny (1980),

uma gramática de forma representa um conjunto de regras de transformação – espaciais, booleanas e