Universidade do Minho
Avaliação da segurança sísmica da Casa do Lanternim (Mértola) Paulo B. Lourenço, Graça Vasconcelos
Relatório CON-01-DEC/E-1
Data: Janeiro 2001 Nº de páginas: 26
Palavras-chave: análise estrutural, modelação, sísmica, fendilhação
Este trabalho é propriedade da Universidade do Minho não podendo ser utilizado, reproduzido por todo ou em parte, ou comunicado a terceiros sem a sua expressa autorização.
O presente trabalho foi realizado por solicitação de OZ, Lda – Diagnóstico, levantamento e controlo de
qualidade em estruturas e fundações
Azurém, 4800-058 Guimarães - Tel. 253 510200 - Fax 253 510217 - E-mail secG@eng.uminho.pt Departamento de
Engenharia Civil
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ... 1
1.1. BASES DE CÁLCULO E REFORÇO DE ESTRUTURAS ANTIGAS... 1
1.2. PROCEDIMENTOS PARA A AVALIAÇÃO DA SEGURANÇA SÍSMICA... 2
1.3. CONTEÚDO DO RELATÓRIO... 3
2. ANÁLISE PRELIMINAR DA CONSTRUÇÃO... 4
2.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS... 6
2.2. ANÁLISE SIMPLIFICADA DA ESTRUTURA... 8
2.2.1. Percentagem da Área em Planta... 8
2.2.2. Razão entre a Área Efectiva e o Peso ... 9
2.2.3. Método Simplificado Baseado na Resistência ao Corte das Paredes... 9
3. ANÁLISE ESTRUTURAL DETALHADA ... 11
3.1. ANÁLISE GLOBAL DA ESTRUTURA... 11
3.1.1. Aspectos Relativos às Paredes Não Estruturais... 13
3.1.2. Análise Não-Linear (Acções Verticais) ... 13
3.1.3. Análise Não-Linear (Acção Base –Sismo X) ... 16
3.1.4. Análise Não-Linear (Acção Base –Sismo Y) ... 17
3.2. ANÁLISE DA CHAMINÉ... 19
3.3. ANÁLISE DO LANTERNIM... 20
4. CONCLUSÕES... 21
4.1. MEDIDAS CORRECTIVAS GERAIS... 22
4.2. CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROJECTO DE REMODELAÇÃO... 22
5. REFERÊNCIAS ... 25
1. I NTRODUÇÃO
A Casa do Lanternim localiza-se no centro da Povoação de Mértola, distrito de Beja, numa encosta do Rio Guadiana. O Parque Natural do Vale do Guadiana pretende recuperar, remodelar e ampliar o imóvel tendo em vista o estabelecimento de um Centro Polivalente de Interpretação e Divulgação.
Atendendo ao mau estado do imóvel, a OZ – Diagnóstico, levantamento e controlo de qualidade em estruturas e fundações, Lda, requereu à Universidade do Minho a realização do presente estudo sobre a segurança do imóvel relativamente à acção sísmica.
Salienta-se que, com o quadro generalizado de patologias (fendilhação / deformações excessivas e deterioração dos materiais), não existem dúvidas sobre a insegurança do edifício no estado actual. O presente estudo apenas poderá ser considerado significativo do comportamento da estrutura após reparação conveniente da mesma.
1.1. BASES DE CÁLCULO E REFORÇO DE ESTRUTURAS ANTIGAS
As estruturas em regiões sísmicas deverão ser projectadas e construídas de forma a que verificarem os seguintes requisitos, com a probabilidade adequada (10-6):
• Ausência de colapso – A estrutura como um todo, incluindo elementos estruturais e não-estruturais, deverá resistir às acções de cálculo sem colapso total ou local, pelo que a integridade estrutural e uma capacidade resistente residual mínima deverão ser mantidas após o abalo sísmico;
• Limitação dos danos – A estrutura como um todo, incluindo elementos estruturais e não-estruturais, deverá ser construída e projectada para resistir a acções sísmicas, com uma probabilidade de ocorrência superior à acção sísmica de projecto, sem que os custos associados aos danos e à limitação de utilização sejam desproporcionados em relação ao custo da própria estrutura.
A aplicação destes requisitos e da regulamentação existente a estruturas antigas não é óbvia. Habitualmente, o dimensionamento relativamente à acção dos sismos destas estruturas não foi considerado originalmente enquanto que, o dimensionamento para as acções que não de excepção, foi normalmente considerado, nem que seja através de regras de construção tradicionais.
Por outro lado, em países em que os abalos sísmicos fortes se repetem com frequência (por exemplo o Japão), as lições dadas pelos danos provocados pelo sismos traduz-se directamente em modificações na prática construtiva, que incorpora aspectos dirigidos a aumentar a resistência a estes eventos. No caso português, em que os sismos são esporádicos, o processo de aprendizagem baseado principalmente em tentativa e erro, não aproveitou as lições dos sismos. Desta forma é de supor que a estrutura em análise não resultou de uma evolução para soluções estruturais mais eficientes.
Atendendo aos elevados custos das intervenções de reforço e / ou reparação de estruturas existentes e às dificuldades de análise de estruturas danificadas / reparadas, é complexo estabelecer um enquadramento racional e regulamentar para as intervenções. De facto, não existem regulamentos nacionais sobre reforço de estruturas existentes e o Eurocódigo 8 (parte 1-4) estabelece que o único requisito a cumprir no redimensionamento de estruturas existentes é o de ausência de colapso.
No presente estudo valida-se o colapso da estrutura, admitindo um comportamento homogéneo dos materiais e características mecânicas adequadas dos materiais, hipóteses que deverão ser asseguradas na definição do projecto de intervenção. Salienta-se ainda que não cabe no âmbito do presente trabalho uma discussão sobre a deterioração e desagregação dos materiais.
1.2. PROCEDIMENTOS PARA A AVALIAÇÃO DA SEGURANÇA SÍSMICA
Para a análise sísmica, a forma de definir as acções que o movimento do terreno induz na estrutura depende do método de análise que se vai utilizar. Em métodos estáticos, o efeito do sismo é quantificado por meio de um coeficiente de corte basal (designado habitualmente coeficiente sísmico), coeficiente este que define a fracção do peso total do edifício que deve ser considerada com força lateral, também total, aplicada à estrutura.
Para os edifícios modernos, os regulamentos incluem procedimentos detalhados para a determinação do coeficiente sísmico que corresponde a cada caso; este é função da zona sísmica, tipo de terreno, período fundamental de vibração da estrutura, e da ductilidade e amortecimento da estrutura.
Existe a tentação de aplicar directamente os procedimentos habituais para definir o coeficiente sísmico com que se devem analisar os edifícios históricos. No entanto, os valores assim determinados apenas podem servir de referência uma vez que as condições dos edifícios históricos são muito diferentes das condições para que foram calibradas os
valores das normas. Em edifícios importantes convém deduzir especificamente as acções sísmicas aplicáveis na avaliação da segurança tomando em consideração todos os aspectos intervenientes.
No caso em análise não se justifica, nem é exequível face à informação disponibilizada pela OZ, efectuar um estudo aprofundado para determinação do coeficiente sísmico. Para edifícios históricos situados em zonas de risco sísmico significativo, os coeficientes que resultam podem variar entre 0.1 e 0.31, adoptando-se aqui o valor de 0.22 proposto pelo R.S.A. para a zona sísmica A.
Entende-se que não se justifica a utilização de uma análise sísmica mais refinada em que, tal como é habitual, não se consideraria o comportamento não-linear da estrutura, em especial a fendilhação devida aos esforços de tracção e a correspondente falta de continuidade entre elementos estruturais.
1.3. CONTEÚDO DO RELATÓRIO
Para além deste capítulo introdutório, descreve-se, a seguir, o conteúdo dos restantes capítulos:
• O Capítulo 2 contém uma análise preliminar da construção recorrendo a métodos simplificados.
• O Capítulo 3 inclui a análise estrutural da construção, incluindo comportamento não-linear do material, por forma a definir a sua segurança relativamente à acção dos sismos.
• O Capítulo 4 apresenta as conclusões e recomendações deste estudo.
2. A NÁLISE P RELIMINAR DA C ONSTRUÇÃO
A Casa do Lanternim integra-se na malha urbana da povoação de Mértola, distrito de Beja, e encontra-se localizada numa encosta do Guadiana. Trata-se de uma edificação de três pisos (r/c+2), com cobertura de apenas uma água em telha de canudo, ver Figura 2.1 e Figura 2.2.
(a)
(b)
(c)
Figura 2.1 – Plantas do imóvel: (a) rés-do-chão, (b) 1º andar, (c) 2º andar e (d) cobertura (cont.)
(d)
Figura 2.1 – Plantas do imóvel: (a) rés-do-chão, (b) 1º andar, (c) 2º andar e (d) cobertura
(a)
(b)
(c)
Figura 2.2 – Alçados: (a) principal, (b) posterior, (c) direito e (d) esquerdo (cont.)
(d)
Figura 2.2 – Alçados: (a) principal, (b) posterior, (c) direito e (d) esquerdo
2.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
A estrutura é essencialmente constituída por paredes de alvenaria e pavimentos em madeira, ainda que exista uma abóbada de berço ao nível do rés-do-chão. Supõe-se que o edifício tenha recebido reparações e remodelações diversas uma vez que a constituição das paredes de alvenaria é altamente não-homogénea. De facto, verifica-se a presença de paredes de alvenaria com pedra irregular, com tijolo maciço e com pedra, bem como paredes de taipa.
Trata-se de um edifício de médio porte, atendendo às dimensões em planta (23 × 15 m2) e aos 3 pisos de altura, que não dispensa o cálculo para a acção sísmica2,3. Do ponto de vista sísmico, salientam-se os seguintes aspectos:
• O edifício localiza-se na zona nacional de maior sismicidade (Zona A);
• Supõe-se que o edifício não tenha sido submetido a nenhum abalo sísmico significativo, que de alguma forma pudesse demonstrar a sua segurança relativamente a esta acção4;
• Ainda que o edifício seja aproximadamente ortogonal e simétrico em planta, de acordo com o Eurocódigo 8, o edifício deve ser classificado como irregular em planta uma vez que a rigidez dos pavimentos não é suficiente para permitir o funcionamento das plantas como diafragmas rígidos.
Em altura, tal como é típico de estruturas de alvenaria, as paredes estruturais são contínuas. No entanto, o edifício possui elevada assimetria em altura pelo que também deverá ser considerado como irregular em altura.
Estas características implicam uma análise estrutural espacial para o dimensionamento relativamente à acção sísmica e a adopção de um coeficiente de comportamento reduzido;
• De acordo com o levantamento geotécnico disponibilizado pela OZ, o terreno de fundação é de boa qualidade (formação rochosa alterada e fracturada), a que se sobrepõe aterros heterogéneos muito descomprimidos e sem capacidade de suporte. A abertura de poços é fundamental para assegurar que as fundações mobilizam o suporte rochoso descrito. Em caso contrário será absolutamente necessário proceder ao reforço das fundações. No presente trabalho admite-se que as fundações se encontram se encontram ao nível do suporte rochoso e possuem dimensão adequada.
Por outro lado verifica-se a existência de um aterro muito significativo da fachada posterior do edifício com 3.2 a 5.7 m de envergadura. Desta forma será de considerar, quer a possibilidade de algum escorregamento da encosta, quer o aumento de acção sísmica provocado pela mobilização do aterro descomprimido;
• A alvenaria que o edifício apresenta é francamente deficiente e desadequada para resistir aos sismos uma vez que (a) a ligação entre paredes ortogonais não é assegurada pela interpenetração de blocos / tijolos, (b) as pedras são irregulares e (c) o ligante é de fraca qualidade. O primeiro aspecto indicia uma quase impossibilidade de assegurar um comportamento tridimensional efectivo do edifício, sendo possível o derrube da fachada principal após separação das paredes transversais, enquanto que os restantes poderão conduzir à desagregação do material por efeito dos movimentos cíclicos associados à acção do sismo;
• Verifica-se a existência de duas divisões com vãos elevados (cerca de 10 m) não contraventados. Uma é contraventada com arco mas o projecto de recuperação pretende eliminar um contraventamento e abrir uma porta, o que não deverá ser permitido;
• Verifica-se a existência de arcos, provavelmente não contemporâneos, ao nível do 1º piso que reduzem a resistência aos sismos da estrutura.
2.2. ANÁLISE SIMPLIFICADA DA ESTRUTURA
O cálculo da estrutura em análise, admitindo que o estado de conservação dos materiais é adequado, é extraordinariamente complexo em face da heterogeneidade dos materiais que constituem as paredes e das dificuldades de estabelecer o grau de ligação entre as paredes e os pavimentos / cobertura em madeira. Por esta razão entendeu-se conveniente realizar uma análise simplificada da estrutura tendo em vista uma avaliação preliminar da sua resistência ao sismo.
Para avaliar edifícios de alvenaria resistente com um número reduzido de pisos, é muito comum adoptar métodos simplificados. No entanto, estes métodos exigem normalmente que o edifício seja regular e simétrico, que as lajes dos pisos constituam diafragmas rígidos e que o modo de colapso condicionante ocorra por esforço de corte no plano dos muros. Na maior parte das estruturas antigas, estas duas últimas condições não se verificam, pelo que a avaliação de segurança recorrendo a métodos simplificados não oferece qualquer garantia, resultando apenas uma ideia geral da aptidão do edifício para resistir aos sismos.
2.2.1. Percentagem da Área em Planta
O indicador mais simples que permite avaliar a resistência das estruturas de alvenaria é a percentagem da área total da planta ocupada pelas paredes resistentes ao corte (paredes de contraventamento). De acordo com o EC85, definem-se como paredes de contraventamento aquelas cuja espessura mínima é 0.40 m. Desta forma, admitiu-se que as paredes estruturais ao nível da fundação são as indicadas na Figura 2.3, de acordo com o projecto de remodelação apresentado pela OZ.
Figura 2.3 – Paredes estruturais consideradas ao nível da fundação (Projecto de remodelação)
y x
A área total da construção é igual a 256.2 m2, enquanto que a área das paredes estruturais consideradas é igual a 58.2 m2, sendo 43.9 m2 na direcção x e 14.3 m2 na direcção y (área medidas em AutoCAD). Aqui admite-se que a direcção x é a aproximadamente longitudinal e a direcção y é aproximadamente transversal. As áreas das paredes estruturais, em percentagem da área total em planta, são 17.1% na direcção x e 5.6% na direcção y. Como valores de referência mínimos será de admitir 5% para a zona sísmica em que a construção se insere (EC8), para estruturas regulares e lajes de piso que constituam diafragmas rígidos, o que não é o caso.
Adoptando como referência, as percentagens empíricas a que, por tentativas, os construtores da antiguidade foram conduzidos no México (país com frequentes ocorrências de abalos sísmicos), nomeadamente nas catedrais de Oaxaca e da cidade do México, parece ser razoável adoptar um valor mínimo de 10%1. Neste caso, a resistência da presente estrutura na direcção y deveria ser considerada com reservas.
2.2.2. Razão entre a Área Efectiva e o Peso
Um indicador mais significativo é a razão entre a área efectiva das paredes e o peso total da estrutura, uma vez que este indicador já entra em consideração com a altura da construção.
Para esta análise, admitiram-se as seguintes hipóteses:
• Altura média da construção igual a 9.3 m;
• Peso específico médio das paredes estruturais igual a 20 kN/m3;
• Peso da cobertura igual a 1.5 kN/m2;
• Peso dos piso em madeira igual a 1.0 kN/m2 (inclui divisórias);
• Valor quase permanente da sobrecarga igual a 0.2 × 2.0 = 0.8 kN/m2.
O peso total da estrutura (sem fundações) resulta igual a 58.2 × 9.3 × 20 + 256.2 × (1.5 + 2 × 1.0 + 2 × 0.8) = 12.1 MN . A razão entre a área efectiva e o peso vale 43.9 / 12.1
= 3.6 na direcção x e 14.3 / 12.1 = 1.2 na direcção y. O valor na direcção x é francamente elevado e o valor da direcção y parece sensivelmente adequado, adoptando como referência os valores médios das catedrais de Oaxaca e da cidade do México (1.4)1.
2.2.3. Método Simplificado Baseado na Resistência ao Corte das Paredes
Este método simplificado é baseado na comparação entre o corte basal total imposto pela acção do sismo e a capacidade que a estrutura possui para resistir a esta acção.
Admite-se que a força sísmica total VS pode ser considerada igual ao peso total do edifício W multiplicado por um coeficiente sísmico β
kN 2660 12100
22 .
0 × =
=
= W
VS β .
Esta força é igual em cada direcção em que o sismo actua. No entanto, a construção possui uma resistência ao sismo diferente para cada uma das direcções aproximadas x e y.
Admitindo que todas as paredes consideradas podem desenvolver a sua capacidade máxima para esforços de corte, a força sísmica resistente será igual à soma da contribuição de todas as paredes alinhadas na direcção em análise. Esta contribuição determina-se a partir do produto da área transversal da parede Am pela esforço resistente ao corte da alvenaria fvk
∑
= m vk
R A f
V ,
onde fvk vale fvk0 + 0.4σd, de acordo com o EC6 (fvk0 representa a coesão da alvenaria e σd
representa a tensão da compressão perpendicular ao corte no elemento de alvenaria em análise). O factor de segurança da estrutura γ é dado por
S R
V
=V
γ .
Admite-se uma coesão mínima fvk0 igual a 150 kPa e uma tensão normal σd igual a 12100 / 58.2 = 207 kPa. No caso em análise, a direcção y é condicionante, obtendo-se um coeficiente de segurança igual a
25 . 2660 1
) 50 4 . 0 150 ( 3 .
14 × + × =
=
=
S R
V
γ V .
De novo, este valor é insuficiente pelo que a resistência ao sismo da estrutura na direcção y deverá ser encarada com reservas, sendo necessário o estudo mais aprofundado, apresentado no próximo capítulo.
3. A NÁLISE E STRUTURAL D ETALHADA
A necessidade de efectuar uma análise mais aprofundada da estrutura parece evidente, em função dos resultados da análise simplificada do capítulo anterior. Para esse efeito foi efectuada uma análise com elementos finitos de casca, admitindo o comportamento não-linear dos materiais.
Foi ainda efectuada uma análise local de determinadas zonas da estrutura (chaminé e lanternim), tendo em vista quantificar a segurança destes elementos específicos.
3.1. ANÁLISE GLOBAL DA ESTRUTURA
Para a análise global da estruturas adoptaram-se elementos de casca curvos quadráticos. Os elementos adoptados consideram as duas hipóteses habituais: (a) Navier- Bernoulli, secções planas mantêm-se planas após deformação mas não necessariamente perpendiculares à superfície de referência. A deformação por corte é incluída de acordo com a teoria de Mindlin-Reissner; (b) Tensão normal zero, em que se assume que a componente da tensão normal na direcção perpendicular à superfície de referência é nula.
Para a análise global da estrutura consideraram-se as paredes que, previsivelmente, funcionarão como paredes estruturais no caso da acção sísmica, ver Figura 3.1. A chaminé e o lanternim não foram incluídos uma vez que os danos locais nestes elementos poderiam impedir a análise global da estrutura até um factor de carga julgado adequado.
Os pavimentos / cobertura de madeira não foram incluídos no modelo, atendendo à previsível deficiente ligação entre a estrutura de alvenaria e as estruturas de madeira, bem como devido às dificuldades de quantificação da rigidez destes elementos.
Figura 3.1 – Modelo de elementos finitos adoptado para a análise global
As propriedades mecânicas que se adoptaram para o material foram: módulo de elasticidade E igual a 1 GPa e um coeficiente de Poisson ν igual a 0.2. Para o peso específico, adoptou-se um valor de 20 kN/m3. Como acções (de carácter permanente) considerou-se:
• O peso próprio da estrutura;
• O peso do lanternim, simulado através de cargas uniformemente distribuídas nas paredes onde este se apoia.
Para determinar os efeitos devidos à acção dos sismos, recorreu-se ao método simplificado de análise estática que consiste em admitir comportamento linear da estrutura e aplicar um sistema de forças estáticas em correspondência com as massas interessadas;
os valores destas forças podem obter-se multiplicando as cargas correspondentes àquelas massas por 0.22α, o valor máximo preconizado pelo R.S.A. para estruturas complexas (art. 30.5). O coeficiente de sismicidade α é igual a 1.0, dado que Mértola se localiza na zona sísmica A.
Para a análise não linear, adoptou-se um modelo de fendilhação distribuída corrente, com resistência à tracção nula. Para avaliação da segurança da estrutura foram realizadas três combinações de acções: Acções Verticais, Acção Base Sismo –X e Acção Base Sismo –Y. Atendendo à geometria da estrutura, ver Figura 3.1, é evidente que a Acção Base Sismo –X é mais gravosa para a estrutura / paredes de fachada exterior que a Acção Base
y x
Sismo +X, pelo que esta última não será considerada. Por outro lado, atendendo à existência dos muros de fundação, também é claro que a Acção Base Sismo –Y é mais gravosa que a Acção Base Sismo +Y, pelo que esta última também não será considerada.
3.1.1. Aspectos Relativos às Paredes Não Estruturais
Optou-se por realizar uma análise elástica preliminar em que foram consideradas no modelo duas paredes com 0.18 m de espessura, para avaliar de forma adequada a influência destas paredes na resposta da estrutura. Os resultados da análise encontram-se ilustrados na Figura 3.2 em termos de deformadas e deslocamentos máximos. É possível observar que a deformada se concentra excessivamente nestas paredes, assumindo valores manifestamente inaceitáveis, em particular, no caso da acção sísmica na direcção x. Neste caso, a deformação elástica no modelo conduz a um máximo superior a 0.06 m. Este resultado confirma a necessidade de não considerar estas paredes como elementos resistentes no caso da acção sísmica.
3.1.2. Análise Não-Linear (Acções Verticais)
Os resultados da análise realizada (1.0 G) encontram-se ilustrados na Figura 3.3, em termos de tensões principais mínimas, extensões principais máximas e deformada. Ainda que se tenha considerado a hipótese desfavorável da acção permanente ser aplicada toda de uma vez e não por fases, de forma a simular o processo de construção da estrutura, constata-se que a fendilhação assume valores insignificantes (da ordem da décima de mm), ocorrendo ao nível do arco da Figura 3.3b e algumas padieiras. As tensões de compressão máximas são também muito reduzidas, com um máximo de 0.4 MPa e um valor corrente ao nível do arranque das paredes igual a 0.2 MPa, ver Figura 3.3c. Finalmente, salienta-se que a deformação da estrutura assume também valores pouco significativos, ver Figura 3.3c.
Admitindo uma resistência mínima à compressão do material igual a 1.0 MPa, o factor global de segurança da estrutura para as acções verticais vale 2.5-5.0. Este valor poderá ser considerado adequado de acordo com o EC6.
(a)
(b)
Figura 3.2 – Deslocamentos máximos para a análise linear elástica do modelo com paredes não-estruturais: (a) Combinação Sismo –X e (b) Combinação Sismo –Y
Paredes com espessura de 0.18 m
Paredes com espessura de 0.18 m
(a)
(b)
Figura 3.3 – Resultados da análise para acções verticais: (a) Tensões principais de compressão (mínimas), (b) fendilhação (representada pela extensão principal máxima) e (c) deformada da estrutura (cont.)
(c)
Figura 3.3 – Resultados da análise para acções verticais: (a) Tensões principais de compressão (mínimas), (b) fendilhação (representada pela extensão principal máxima) e (c) deformada da estrutura
3.1.3. Análise Não-Linear (Acção Base –Sismo X)
Os resultados da análise para a acção base sismo (1.5EX + G) encontram-se ilustrados na Figura 3.4, em termos de tensões principais mínimas e extensões principais máximas, representadas na estrutura deformada. Verifica-se que a fendilhação assume valores insignificantes (da ordem do mm), ocorrendo essencialmente nas paredes de contraventamento próximas das fachadas exteriores, ver Figura 3.4b. As tensões de compressão máximas são reduzidas, com máximos localizado nos cantos das aberturas e arco até um valor de 1.1 MPa e um valor máximo ao nível do arranque das paredes igual a 0.6 MPa, ver Figura 3.4a. A deformação da estrutura assume um valor máximo de cerca de 0.02 m.
Admitindo uma resistência mínima à compressão do material igual a 1.0 MPa, o factor global de segurança da estrutura para a Acção Base Sismo –X é superior a 1.5, pelo que poderá se considerado adequado de acordo com o EC6.
(a)
(b)
Figura 3.4 – Resultados da análise para a Acção Base –Sismo X: (a) Tensões principais de compressão (mínimas) e (b) fendilhação (representada pela extensão principal máxima)
3.1.4. Análise Não-Linear (Acção Base –Sismo Y)
Os resultados da análise para a acção base sismo (1.45EY + G) encontram-se ilustrados na Figura 3.5, em termos de tensões principais mínimas e extensões principais
máximas, representadas na estrutura deformada. Para este nível de carga, a estrutura encontra-se em rotura. Verifica-se que a fendilhação assume valores significativos, atingindo 1.3 cm na parede de contraventamento francamente danificada, ver Figura 3.5b.
As tensões de compressão máximas são reduzidas, com máximos localizado nos cantos
(a)
(b)
Figura 3.5 – Resultados da análise para a Acção Base –Sismo Y: (a) Tensões principais de compressão (mínimas) e (b) fendilhação (representada pela extensão principal máxima)
das aberturas
a
té um valor de 1.0 MPa e um valor máximo ao nível do arranque das paredes igual a 0.6 MPa, ver Figura 3.5a. A deformação da estrutura assume um valor máximo de cerca de 0.025 m.Admitindo uma resistência mínima à compressão do material igual a 1.0 MPa, o factor global de segurança da estrutura para a Acção Base Sismo –Y é superior a 1.5, pelo que poderá se considerado adequado de acordo com o EC6.
3.2. ANÁLISE DA CHAMINÉ
Para verificação da estabilidade da chaminé, adoptou-se a secção crítica S representada na Figura 3.6. O esforço axial NSd que actua ao nível da secção é aproximadamente
d kN
NSd Área médio alvenaria 20 53.4
2 0 . 1 7 . 1
2× × = × × × =
=π× γ π
.
O momento flector MSd que actua ao nível da secção é dado por
m kN d
N
MSd =1.5×β× Sd × CG =1.5×0.22×53.4×2.0=35.2 . .
Figura 3.6 – Geometria da chaminé
Área = 1.7 m2
dCG = 2.0 m dmédio = 1.0 m
Secção crítica S
Admitindo que a secção crítica S possui uma área AS = π/4 × (1.332 – 0.922) = 0.725 m2 e uma inércia IS = π/64 × (1.334 – 0.924) = 0.118 m4, a tensão normal máxima é dada por
(tracção) 2 125
33 . 1 118 . 0
2 . 35 725 . 0
4 . 53
1 v kPa
I M A N
S Sd S
Sd + × =− + × =+
−
=
σ .
Verifica-se a existência de tensões de tracção significativas na chaminé sob a acção dos sismos pelo que se recomenda o reforço da mesma.
3.3. ANÁLISE DO LANTERNIM
Adoptando uma estratégia similar para o lanternim, o corpo saliente com secção S (1.85 × 1.85 m2 com espessura de 0.15 m) possui uma altura de 3.5 m. Desta forma, o esforço axial NSd que actua ao nível da secção é aproximadamente
kN NSd =(1.852 −1.552)×3.50×γalvenaria =71.4 .
O momento flector MSd que actua ao nível da secção é dado por
m kN d
N
MSd =1.5×β× Sd × CG =1.5×0.22×71.4×1.75=41.2 . .
Para a secção S, com área AS = (1.852 – 1.552) = 1.02 m2 e uma inércia IS = (1.854 – 1.554) / 12 = 0.495 m4, a tensão normal máxima é dada por
(tracção) 2 7
85 . 1 495 . 0
2 . 41 02 . 1
4 . 71
1 v kPa
I M A N
S Sd S
Sd + × =− + × =+
−
=
σ .
Este valor não é significativo pelo que o lanternim parece possuir um nível de segurança adequado para a acção do sismo, admitindo as paredes sem quaisquer aberturas.
Atendendo a que esta hipótese não se verifica na zona superior do lanternim, este ponto será novamente tratado nas conclusões.
4. C ONCLUSÕES
A estrutura da Casa do Lanternim, em Mértola, quando conveniente recuperada do ponto de vista de deterioração dos materiais constituintes, parece apresentar características satisfatórias relativamente à acção dos sismos. A análise efectuada permite concluir que, se admitirmos um comportamento homogéneo das paredes, a estrutura parece estar no limite para resistir à acção sísmica. Ainda que a segurança da estrutura parece ser a mínima exigida pelos regulamentos, para o caso da acção sísmica na direcção da menor largura verifica-se uma fendilhação inaceitável, que poderá conduzir à ruína após um número significativo de ciclos associados a um abalo sísmico. Destas forma, sugere-se uma intervenção no edifício com vista a melhorar o seu comportamento sísmico.
Salienta-se, novamente, que o presente estudo admitiu que as propriedades da estrutura são homogéneas e que as características mecânicas dos materiais são adequadas, não tendo sido incluídas na análise as zonas da estrutura que apresentam danos significativos nem os efeitos da deterioração / desagregação dos materiais. Trata-se ainda de um estudo global da estrutura e não detalhado. Estes aspectos deverão ser tomados em consideração na elaboração do projecto de intervenção, sendo necessário em particular:
• Reparar e fendas e vazios com técnicas adequadas;
• Substituir / reparar as zonas de alvenaria com características mecânicas manifestamente insuficientes;
• Identificar qualitativamente, “in situ”, defeitos estruturais localizados (não considerados na análise) e respectivas medidas correctivas;
• Decidir sobre a reparação / reforço de elementos não estruturais que possam afectar a estrutura, os seus utilizadores ou transeuntes no exterior. O colapso parcial ou total destes elementos deverá ser impedido recorrendo (a) a uma ligação adequada aos elementos estruturais, (b) ao aumento da resistência dos elementos não-estruturais ou (c) criação de elementos adequados de protecção à queda parcial dos elementos não-estruturais;
• Limitar os danos nos elementos estruturais existentes e considerados na análise durante os trabalhos de remodelação.
Por outro lado, importa salientar que o edifício em causa é um edifício histórico, no sentido em que pertence a uma área urbana que tem “valor cultural” como um todo,
enquanto que o edifício isolado não é um monumento. Isto significa que a preservação está relacionada com o carácter geral das técnicas de construção típicas da zona. Por esta razão, os requisitos e a regulamentação aplicável a estruturas correntes só são aplicáveis ao edifício em causa se não produzirem efeitos negativos na sua preservação.
Para definir a intervenção resulta necessário adoptar os critérios sobejamente conhecidos para preservação do património, que incluem a eficiência, a compatibilidade, a durabilidade e a retractabilidade (uma vez que o conceito de reversibilidade é inadequado).
Em seguida, apresentam-se os aspectos a contemplar no projecto de intervenção.
4.1. MEDIDAS CORRECTIVAS GERAIS
Para melhorar o comportamento sísmico e adequar a segurança da presente construção, exige-se:
• Definição de medidas que resultem numa acção de diafragma rígidos dos pavimentos e cobertura. Em especial, deverão ser considerados o aumento de rigidez das vigas de madeira, o aumento de rigidez dos pavimentos (recorrendo a dois soalhos cruzados a 90º, a elementos metálicos ou a uma lajeta de betão de pequena espessura) e a efectiva ligação dos pavimentos / cobertura às paredes;
• Melhorar a ligação dos cunhais e da intersecção das paredes recorrendo a pregagens, perfis metálicos ou redes metálicas.
• Adicionar elementos de confinamento das paredes, p.e. metálicos
4.2. CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROJECTO DE REMODELAÇÃO
Para melhorar o comportamento sísmico e adequar a segurança da presente construção, exige-se:
• Para limitar o aumento de massa com a nova utilização prevista, as áreas na construção antiga não deverão nos pisos superiores incluir arquivos nem áreas de utilização de carácter colectivo com possibilidade de média ou elevada concentração (por exemplo: salão de festas, salas de venda ao público, etc.);
• A necessidade de criar uma nova parede de contraventamento em alvenaria resistente, com espessura significativa (no mínimo 0.25 m), em toda a altura
do edifício, ver Figura 4.1. Esta parede resulta da necessidade de aumentar a área das paredes em planta na direcção y, bem como da necessidade de contraventar convenientemente o vão de 10 m da parede da fachada principal.
Figura 4.1 – Nova parede de contraventamento
• A necessidade de criar uma nova parede em alvenaria resistente para apoio da escada e do lanternim, com espessura significativa (no mínimo 0.25 m), em toda a altura do edifício, ver Figura 4.2.
Figura 4.2 – Nova parede resistente.
• A necessidade de substituir as paredes de alvenaria de tijolo cerâmico maciço, por vezes apoiadas sobre o pavimento de madeira, por uma divisória de baixo peso (por exemplo painéis de gesso prensado), ver Figura 4.3.
Nova parede de contraventamento
Nova parede resistente
Figura 4.3 – Paredes a substituir (a cheio)
• A necessidade de reforçar a zona saliente da chaminé, por exemplo com rede metálica;
• A necessidade de reforçar o apoio da chaminé ao nível do rés-do-chão por forma a obter um comportamento eficiente deste elemento para cargas verticais e horizontais.
• A necessidade de reforçar os nembos do lanternim, por exemplo com rede em fibra de vidro.
5. R EFERÊNCIAS
1 Meli, R., Ingeniería estructural de los edifícios históricos, Fundación ICA, México, 1998
2 Carvalho, E.C., Oliveira, C.S., Construção anti-sísmica: Edifícios de pequeno porte, LNEC, 1997
3 CEN, Eurocódigo 6, Projecto de estruturas de alvenaria, 1996
4 Moreira, V.J.S., Sismicidade histórica de Portugal continental, INMG, 1984
5 CEN, Eurocódigo 8, Disposições para projecto de estruturas sismo-resistentes, 1998
