Safety analysis of modern heritage masonry buildings: Box-buildings in Recife, Brazil

Abstract

There was a large increase in the construction of public housing in Brazil during the 1970s because of housing shortage and economic policies supporting development projects and private investments. Box-buildings arose in that time, constructed by non-experts interested only in a fast return on the investment. These buildings were made in an empirical way, with no consideration of specific technical norms or standards and thus, critically reducing their safety coefficient. Now, it is estimated that there are between 4,000 to 6,000 buildings constructed with these characteristics in the Recife Metropolitan Region. They are inhabited by more than 250,000 people, comprising approximately 10% of the population of this region. Around 90% of these buildings seem to present some risk of collapse, with different severity. 230 buildings are at high risk of collapse and have been evacuated. More than 100 buildings have been condemned, 5 have been demolished and 12 have already collapsed. The present dissertation focuses on a recent PhD thesis co-supervised at University of Minho carried out by de Carvalho (2010) and aims to extend it. That work is an experimental and numerical research applied to one building that suffered collapse. An extensive testing programme was carried out, including non-destructive and minor destructive testing on the building, as well as laboratory testing. A finite element model was made, updated with the data obtained through the dynamic identification, and a linear elastic numerical analysis was performed. The objective of the present dissertation is to extend the work carried out before to the non-linear regime, by incorporating the inelastic phenomena, aiming at quantifying the safety of the existing buildings and better understanding the damage and the reasons for the collapse. The research mainly comprises a safety analysis of the structure and a sensitivity analysis, in order to understand the importance of the material parameters and their influence on the structural response of the building.

construção de habitação social no Brasil teve um grande impulso a partir da década de setenta devido à escassez de habitação, incentivada pelas políticas económicas que facilitaram os projetos de desenvolvimento do país na época e o investimento privado. Os prédios tipo caixão emergiram naquela época, construídos por profissionais sem experiência em construção, interessados apenas no rápido retorno desse tipo de investimento. A maior parte destas edificações foram executadas de forma empírica, sem consideração dos requisitos de regulamentação técnica específicas que possibilitassem o estabelecimento de um nivel de segurança estrutural aceitável. Atualmente, estimase que existam entre 4,000 a 6,000 edifícios com essas características construídos na Região Metropolitana do Recife (RMR) e que estes sejam habitados por cerca de 250,000 pessoas, compreendendo aproximadamente 10% da população do grande Recife. Cerca de 90% destes edifícios apresentam risco de colapso, sendo que 230 são considerados de alto risco e já foram evacuados. Mais de 100 prédios foram interditados, 5 foram demolidos e 12 sofreram colapso. O presente trabalho centra-se numa recente tese de doutoramento coorientada na Universidade do Minho realizada por de Carvalho (2010) e pretende continuar o seu trabalho. Aquela tese é uma investigação experimental e numérica aplicada a um edifício que colapsou. Foram realizados no edifício ensaios não destrutivos e semi-destrutivos, tendo ainda sido executados ensaios em laboratório de amostras retiradas das paredes do edifício. Por outro lado, realizou-se um modelo de elementos finitos, atualizado com as informações obtidas por meio de um ensaio de identificação dinâmica realizado no edifício, e completou-se uma análise elástica linear. O objetivo do presente trabalho é alargar o trabalho feito na tese para uma análise em regime não linear, incorporando a resposta inelástica para quantificar a segurança desses edifícios, entender melhor os danos e tentar identificar as causas do colapso. A investigação compreende principalmente uma análise da segurança da estrutura e uma análise de sensibilidade, a fim de entender a importância das características dos materiais e a sua influência sobre a resposta estrutural do edifício.

Durante los años 70, hubo un gran aumento de la construcción de vivienda pública debido a la escasez de vivienda y las políticas económicas que apoyaban proyectos de desarrollo y la inversión privada. Los edificios tipo caixão surgieron en ese momento, construidos por profesionales sin experiencia en el campo de la construcción e interesados solamente en el rápido retorno de la inversión. Los edificios se construían de manera empírica, sin consideraciones a las normas y códigos de la época y por ello, el coeficiente de seguridad de los edificios se redujo drásticamente. Actualmente, se estima que hay entre 4,000 y 6,000 edificios construidos de esta manera en el área metropolitana de Recife (RMR). Están habitados por más de 250,000 personas, lo que comprende aproximadamente al 10% de la población total de la región. Alrededor del 90% de estos edificios presentan algún riesgo de colapso y de los cuales 230 están considerados en alto riesgo y ya han sido evacuados. Más de 100 están pendientes de demolición, 5 han sido ya demolidos y 12 han colapsado. El presente trabajo pretende continuar el trabajo empezado en la tesis doctoral realizada por de Carvalho (2010) y codirigida en la Universidade do Minho. La tesis es una investigación numérica y experimental sobre un edificio que colapsó. Se llevó a cabo un extenso programa de ensayos que incluyó ensayos no destructivos y semi-destructivos sobre el edifico, y trabajo experimental en laboratorio, con muestras extraídas del edificio. Se realizó un modelo de elementos finitos, actualizado con la información obtenida a través de un ensayo dinámico que se desarrolló sobre el edificio, y se llevó a cabo un análisis elástico lineal. El objetivo del presente trabajo es ampliar el trabajo realizado en la tesis llevando el análisis al régimen no lineal, incorporando la respuesta inelástica para así cuantificar la seguridad de este tipo de edificios y entender mejor los daños y las razones del colapso. La investigación comprende principalmente un análisis de la seguridad de la estructura y un análisis de sensibilidad, con el fin de comprender la importancia de las características de los materiales y su influencia en la respuesta estructural del edificio.