Técnicas de Reforço a Usar numa Construção Tradicional Danificada pelo Sismo de 9/7/98 na Ilha do Faial, Açores

Técnicas de Re o ço a Usa numa Cons ução T adicional Dani icada pelo Sismo de 9/7/98 na Ilha do Faial, Aço es Aníbal Cos a P o esso Associado da Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o, Po o, Po ugal An ónio A êde P o esso Auxilia da Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o, Po o, Po ugal Domingos Mo ei a Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o, Po o, Po ugal Nuno Ne es Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o, Po o, Po ugal Pala as Cha e: Modelação, Pa imónio, Danos, Re o ço, Análise Sísmica RESUMO Es e abalho p e ende e idencia as écnicas de epa ação e e o ço que es ão a se implemen adas na econs ução das mo adias da Ilha do Faial, que o am a ec adas pelo sismo de 9 de Julho de 1998 nos Aço es. Pa a o e ei o ap esen a-se o caso de um edi ício de habi ação e comé cio si uado no cen o da cidade da Ho a, azendo a sua desc ição es u u al e dos danos so idos na sequência daquele sismo. A es u u a oi nume icamen e analisada sob a acção dos acele og amas egis ados no Obse a ó io do P íncipe de Mónaco, si uado na Cidade da Ho a, Faial, Aço es, sendo ap esen ados alguns dos esul ados ob idos. Em ace de ais esul ados da análise sísmica e da comp eensão dos danos obse ados, são p opos as écnicas de e o ço que i ão se implemen adas nas ob as de econs ução daquelas mo adias. 1.- INTRODUÇÃO Es e abalho e e e-se ao es udo do edi ício si o na Rua de Se pa Pin o, n.º 1 da eguesia Ma iz, concelho de Ho a na ilha do Faial, ilus ado na ig.1. Es e edi ício em a sua implan ação num dos locais mais impo an es da cidade da Ho a, ap esen ando a sua aça com imponência, e desen ol e-se em qua o pisos um dos quais come cial e ês de habi ação. Os ãos al e nam en e padiei as ec as e a cos, sendo os ebocos ex e io es pin ados de e de cla o com elemen os deco a i os execu ados em a gamassa salien e com pin u a b anca a con as a com o undo. O úl imo piso ap o ei a as águas u adas da cobe u a e ap esen a se e mansa das de belo e ei o deco a i o nos á ios alçados, em pa icula as mansa das dos dois "ga e os", onde se egis am boni os on ais. O és-do-chão em ocupação come cial, com excepção da zona de en ada pa a os pisos supe io es. O piso do 1º anda , al como os seguin es, em no seu in e io um qua o de a umações que é en ol ido po um co edo de dis ibuição pe mi indo a ligação en e os á ios compa imen os des a habi ação, que cons am de uma sala, com um qua o anexo, cozinha, um qua o de banho, um qua o in e io e um qua o p incipal i ado pa a a enseada da Ho a. Exis e ainda um qua o que comunica com a sala po in e médio duma po a g ande. No úl imo piso os ec os êm as inclinações da cobe u a com as á ias mansa das salien es, que se desenham no ec o dos compa imen os con o me se pode obse a na ig. 1. Figu a 1 – Vis as do p édio, salien ando-se as mansa das salien es As pa edes ex e io es des e edi ício são bem cons uídas com al ena ia de ped a apa elhada. A pa ede das asei as oi pa cialmen e e ei a após o sismo de 1973, com ecu so a al ena ia de blocos de bagacinas con o me e a uso na época. Tal como as pa edes ex e io es, os cunhais são cons uídos com al ena ia apa elhada de ped a. Aquando da execução das pa edes, as ped as de maio es dimensões e am escolhidas pa a os cunhais a im de ealiza em um melho con a en amen o das pa edes aí conco en es. As pa edes in e io es dos á ios anda es são de abique, com excepção das pa edes do es abelecimen o come cial que são de al ena ia de blocos e que o am execu adas nas úl imas ob as de emodelação ealizadas em 1995. No en an o, uma das pa edes in e io es do qua o in e io desempenha unções es u u ais (não se podendo po ém conside a como uma pa ede mes a) endo no seu in e io uma es u u a compos a po pila es de madei a que dão apoio a um conjun o de igas, ambém de madei a, e que ão supo ando os á ios pisos a é à cobe u a. Os abiques de duas aces são de in e io oco e cons i uídos po um asquiado de ipas de madei a dispos as na ho izon al e ixadas aos p umos deixando uma caixa de a com ce ca de 7cm. O asquiado é depois emboçado e ebocado com uma a gamassa de cal, icando a pa ede com uma espessu a o al de 9 a 10 cm. As al ena ias de blocos u ilizadas nes a habi ação são do ipo adicional com blocos de bagacinas, a eia e cimen o, assen es com a gamassa no mal e com acabamen o ebocado e pin ado. A espessu a dos blocos a ia en e os 10cm e os 20cm consoan e se a am de pa edes di isó ias in e io es ou pa edes esis en es ex e io es, espec i amen e. Os a cos isí eis em alguns ãos da achada são ealizados em al ena ia de ped a de aco do com os p ecei os usuais, e con o me se ilus a na ig. 2. Aquando da isi a ao local, a p op ie á ia e e iu a exis ência de elemen os me álicos que a i an am es a cons ução, não endo sido possí el no en an o localizá-los. Po ém, no és-do- chão exis em pila es me álicos que desempenham unções es u u ais. A cobe u a é à ancesa, com uma es u u a de madei a que dá apoio à elha do e es imen o ex e io , con o me se pode obse a na ig. 3. Po sua ez, as plan as es u u al e de a qui ec u a de um dos pisos es ão ep esen adas na ig. 4. O pa imen o do piso come cial é de be onilha com e es imen o de acabamen o e os es an es pisos são de soalho de madei a. As escadas in e io es são ambém de madei a e supo adas po uma es u u a do mesmo ma e ial. Figu a 2 – Po meno es da achada Figu a 3 – Po meno es da cobe u a do edi ício ealizada em es u u a de madei a Figu a 4 – Plan a de es u u as e de a qui ec u a do edi ício si o na Rua Se pa Pin o, n.º 1 2.- COMPORTAMENTO OBSERVADO DE ALGUNS ELEMENTOS ESTRUTURAIS Duma análise global, a es u u a do edi ício ap esen ou um azoá el compo amen o ace à in ensidade do sismo que a solici ou. Tal ac o e -se-á icado a de e à boa execução das pa edes ex e io es que e á impedido a oco ência de danos bem mais impo an es. No en an o, e i icou-se o apa ecimen o de bas an es issu as na in e ligação das pa edes ex e io es com as in e io es e ec os ( e ig. 5), p incipalmen e nos pisos mais ele ados, em i ude de os pa imen os não ga an i em o uncionamen o de conjun o des e edi ício que ap esen a já uma al u a ap eciá el pa a uma cons ução de al ena ia. Figu a 5 – Fissu as na ligação das pa edes in e io es às ex e io es A cobe u a, al como o ec o do úl imo piso, de e e so ido mo imen os impo an es, pelo que os apoios dos elemen os es u u ais o am a ec ados. Os cunhais, po se em elemen os que de em ga an i o a amen o en e duas pa edes, so e am g andes es o ços e o am obse adas o u as em odos eles. Além disso, e i icou-se que a maio pa e dos abiques, senão odos, se desliga am das pa edes ex e io es. O compo amen o da cobe u a oi sa is a ó io, não se endo e i icado in il ações de água, e os elemen os es u u ais encon am-se em es ado azoá el. 3.- ANÁLISE NUMÉRICA DO EDIFÍCIO O edi ício oi disc e izado e nume icamen e analisado pelo mé odo dos elemen os ini os e usando o p og ama de cálculo CASTEM2000 (CEA, 1990), endo-se adop ado elemen os de casca de és nós pa a modela as pa edes e elemen os de ba a de dois nós pa a as igas e os ba o es. Fo am modeladas as escadas e as mansa das da cobe u a, ap esen ando-se na ig. 6 algumas das di e sas malhas usadas pa a o cálculo da es u u a. A endendo à exis ência de con inuidade en e es e edi ício e o izinho, ma e ializada pelas pa edes da achada e pela pa ede de sepa ação que é meei a, oi modelada pa e das pa edes izinhas, conside ando-se um apoio na espec i a ex emidade. A pa i da modelação do edi ício o am calculadas as equências e os espec i os modos de ib ação, dos quais se ap esen am os dois p imei os nas igs. 7 e 8. Des as duas con igu ações modais, que são essencialmen e de anslação segundo cada uma das di ecções ho izon ais p incipais da es u u a, pode-se obse a que as pa edes de achada e empena exibem uma p onunciada de o mada de lexão e ical e ho izon al associada ao designado e ei o de pipa, que ad ém da al a de apoios ho izon ais das pa edes (ao ní el dos pisos) en e a base e a cobe u a onde se ma e ializam as p incipais es ições ao mo imen o. Figu a 6 – Malhas de elemen os ini os da es u u a do edi ício Figu a 7 - 1º Modo, 2.553 Hz (Plan a e Pe spec i a) Figu a 8 - 2º Modo, 2.731 Hz (Plan a e Pe spec i a) A es u u a do edi ício oi nume icamen e analisada sob a acção dos acele og amas egis ados no local, mais p ecisamen e ao ní el das undações do Obse a ó io P íncipe de Mónaco, si uado na Cidade da Ho a, Ilha do Faial (Oli ei a e al., 1998). Fo am conside adas as ês componen es do sismo de 9 de Julho de 1998, pa a as quais o alo máximo da acele ação a ingiu 360 cm/s 2 numa das di ecções ho izon ais. A espos a sísmica da es u u a da Ig eja oi ob ida em egime linea elás ico po in eg ação no domínio do empo a a és do mé odo de Newma k, endo sido adop ada a o mulação de Rayleigh pa a a conside ação do amo ecimen o es u u al do ipo iscoso, com coe icien e de amo ecimen o de ce ca de 5%. Esses cálculos pe mi i am a ob enção dos deslocamen os em di e sos pon os, em plan a e em al u a, e a de e minação dos es o ços e ensões nas pa edes ao longo do empo de análise, seguida do egis o dos co esponden es alo es máximos. Assim, na ig. 9 ap esen a-se uma en ol en e dos deslocamen os máximos no mais às pa edes (nos dois sen idos, con o me o sinal da exci ação) da qual se pode con i ma o já e e ido e ei o de pipa. Figu a 9 - Deslocamen os Máximos No mais às Pa edes (50x) (Plan a e Pe spec i a) De modo idên ico e a í ulo de exemplo, na ig. 10 ilus am-se as dis ibuições dos es o ços no mais e dos momen os lec o es máximos numa das pa edes do edi ício, nes e caso a pa ede 1 que se epo a à achada p incipal. Em pa icula , es ão ep esen ados os es o ços no mais de acção ho izon al que e elam maio es acções na pa e supe io , em i ude da endência de des aque das pa edes de achada ans e sais a es a na zona do cunhal. Também os momen os lec o es e icais são mais ele ados na zona in e io daquele pano de pa ede, e idenciando aí maio es cu a u as ca ac e ís icas do e ei o de pipa. a) Es o ços no mais ho izon ais máximos b) Momen os lec o es e icais máximos Figu a 10 – Es o ços no mais e de lexão na pa ede 1 ( achada p incipal) 4.- ANÁLISE SUMÁRIA DOS RESULTADOS Da consul a dos esul ados ob idos pa a uma acção sísmica que é 2.4 ezes supe io à acção sísmica egulamen a (Ra a a e al., 1984), oi possí el conclui que as ensões e icais e ho izon ais de acção são de alo eduzido, sal o em pon os singula es que êm a e com a modelação usada ou em zonas especiais, como as padiei as e os a cos. As ensões e icais de comp essão ap esen am, em média e na base da pa ede, alo es que a iam en e 0.3 MPa (3 Kg/cm 2 ) e 0.4 MPa (4 Kg/m 2 ); al como e e ido, apa ecem zonas pon uais onde as ensões aumen am a é ce ca de 0.6 MPa, po azões ligadas à malha adop ada. Os momen os lec o es ho izon ais, a que co esponde á a a madu a ho izon al, ap esen am o seu máximo a iando en e 30 a 50 kN.m/m e oco endo na zona cen al das pa edes. De ac o, em i ude da aca igidez e do de icien e a amen o con e ido pelos pisos in e médios, a pa ede unciona como uma laje apoiada no e eno, na cobe u a e, com maio ou meno g au de e iciência, nas pa edes ans e sais que conco em nos cunhais. De igual modo pa a os momen os e icais, a que co esponde a a madu a e ical, o máximo apa ece ambém na zona cen al, com alo es em o no de 40 kN.m/m. 5.- SOLUÇÃO DE REFORÇO E CONDIÇÕES DE APLICAÇÃO A in e enção p opos a consis e no e o ço de pa edes, pa imen os e cobe u as, semp e que possí el man endo os ma e iais exis en es, e na cin agem dos pa imen os de madei a e cobe u as, com especial a enção às ligações en e os á ios ipos de elemen os es u u ais, po o ma a ga an i o seu uncionamen o conjun o quando subme idos à acção sísmica. 5.1.- Pa edes As pa edes ex e io es em al ena ia de ped a de e ão se de idamen e picadas nas duas aces, com limpeza a jac o de água an es da aplicação das a gamassas. A al ena ia é egula e de boa qualidade, não necessi ando po an o de a amen o especial do seu in e io . O e o ço des as pa edes de e á se execu ado de aco do com o esquema da ig. 11-a, segundo o qual, após a limpeza da pa ede a jac o de água, se p ocede á à aplicação do eboco de egula ização na pa ede humedecida e à colocação da ede de aço inox com pos e io eboco de ecob imen o e acabamen o a eado pa a ecebe a pin u a inal. As pa edes li es, e pa alelas às igas do pa imen o e aos i an es da cobe u a, se ão a adas ao ní el da cobe u a e dos pa imen os al como se esquema iza na ig. 15-b. a) Re o ço com ede de aço inox b) T a amen o das pa edes li es Figu a 11 – Esquemas de e o ço das pa edes 5.2.- Pa imen os Os pa imen os exis en es de e ão se em g ande pa e man idos, p ocedendo-se à subs i uição dos elemen os es u u ais e do soalho que se encon em de e io ados. As ligações das igas de madei a às pa edes esis en es que lhes dão apoio se ão e o çadas pela in odução de um pe il em chapa quinada de aco do com a ig. 12-a. A iga olha (ou iga p incipal) de e á se man ida e as igas de madei a, que nela apoiam, se ão ligadas po o ma a con e i -lhes con inuidade. Po ou o lado as igas de e ão se con enien emen e ligadas às pa edes, con o me indicado na ig. 12-b. a) Ligação pa imen o - pa ede b) Ligação da iga olha - pa ede Figu a 12 – Ligações de pa imen os e igas às pa edes 5.3.- Cobe u a A cobe u a em um papel undamen al no compo amen o des a es u u a, dado que lhe con e e apoio ao ní el supe io . A endendo à sua o ma, es a compo a-se como uma casca, cons i uindo um elemen o bas an e ígido desde que seja de idamen e solida izado. Pa a isso de e á se adop ado o p ocedimen o ilus ado no po meno da ig. 13-a, de modo a ga an i a ligação dos i an es às pa edes ex e io es a a és duma can onei a em chapa quinada que de e á coo e odo o pe íme o do edi ício, sendo assegu ada a con inuidade nos can os. As di e sas peças de madei a que ealizam a cobe u a de e ão se inspeccionadas e subs i uídas no caso de não es a em em boas condições de conse ação e uncionamen o. As empenas de e ão se a adas ao ní el da cobe u a, segundo o esquema ilus ado no po meno de alhado na ig. 13- b. a) Apoio e ligação da cobe u a à pa ede b) T a amen o das empenas na cobe u a Figu a 13 – Ligações da cobe u a às pa edes 5.4.- Ou os elemen os es u u ais Na es u u a em análise, duas das pa edes in e io es se ão e o çadas na sua ligação à pa ede ex e io , con o me o de alhe ap esen ado na ig. 14-a. A pa ede meei a se á ambém de idamen e e o çada (usando-se a solução desc i a pa a as pa edes ex e io es) e se á con enien emen e ligada às pa edes ex e io es de aco do com o p ocesso ilus ado na ig. 14-b. a) Pa ede in e io - pa ede ex e io b) Pa ede meei a - pa ede ex e io Figu a 14 – Ligações á ias às pa edes ex e io es 5.5.- Conside ações ge ais sob e o dimensionamen o dos elemen os de e o ço Os alo es ob idos pa a as ensões e os es o ços no mais e de lexão, e o ac o de a acção sísmica de p ojec o (150 cm/s 2 ) (Ra a a e al., 1984) co esponde a um alo 2.4 ezes meno do que o alo da acele ação usada no cálculo, (360 cm/s 2 ) suge e os seguin es comen á ios: i) O ní el de ensões é baixo, nomeadamen e o de comp essões. As ensões ho izon ais de acção ap esen am alo es mais al os, como esul ado do uncionamen o da pa ede apoiada nas ex emidades e lec indo pa a o a ou pa a den o em unção do sinal da exci ação. Es es alo es são no, en an o, conside a elmen e eduzidos com as ligações da pa ede ao ní el dos pisos (segundo o esquema a ás e e ido) e com um e icaz a amen o dos cunhais pa a liga adequadamen e as pa edes aí conco en es. ii) Os máximos momen os lec o es calculados pa a as pa edes (ce ca 17 kN.m/m) i ão mui o a enuados com a ixação da pa ede ao longo da al u a (ao ní el dos pisos). No e-se po ém que, pa a es e alo do momen o, se ia necessá io dispô de uma a madu a com uma á ea igual a 0.9 cm 2 /m nas duas di ecções, o que é conseguido com a malha de aço p e is a pa a o e o ço das pa edes. iii) A pa ede meei a e a pa ede pa alela a es a ( e ig. 4) são bas an e al as, necessi ando de se a adas ao longo da al u a e de e adequadamen e em con a as suas ligações às ou as pa edes. Pa a al, de e á se adop ada a já e e ida disposição de um eboco a mado e de can onei as em chapa quinada po o ma a liga ais pa edes en e si e aos pisos. i ) Ao ní el das undações as ensões são baixas, pelo que não se á necessá io oma nenhuma medida especial. 6. CONCLUSÕES Em unção da obse ação dos danos e da análise dos esul ados ob idos na análise numé ica e ec uada oi possí el conclui que o ní el de ensões ins alado no edi ício em análise é compa í el com o ipo de cons ução que se az na zona u bana. No en an o, o na-se impe a i o oma em conside ação alguns p ocedimen os indispensá eis na cons ução an isísmica,