Reforço sísmico de edifícios de habitação. Viabilidade da mitigação do risco

Abstract

Uma das principais missões de um engenheiro civil é a garantia da segurança e protecção de pessoas e bens. Ora, é do conhecimento geral que Portugal Continental possui um historial de ocorrência de sismos de elevada intensidade e que, sempre que estes ocorrem, os danos observados são extremamente elevados. Ao mesmo tempo, verifica-se que parte do parque habitacional existente apresenta características que lhe conferem grande vulnerabilidade sísmica e que se tratam de edifícios já com alguma idade, necessitando de intervenção, tanto ao nível estrutural como ao não estrutural. Assim, surge a motivação para estudar a viabilidade da intervenção estrutural para a redução da vulnerabilidade sísmica deste edificado. Este trabalho constitui então um contributo para resolução do problema atrás mencionado, demonstrando-se de forma clara a necessidade de intervenção estrutural nas três tipologias construtivas analisadas, com a análise e verificação da vulnerabilidade sísmica dos edifícios e procedendo-se também a estudos de viabilidade económica e de desempenho do edificado. Simultaneamente, pretende-se que o mesmo seja entendido como uma ferramenta de auxílio aos técnicos especialistas na tomada de decisão. A análise da vulnerabilidade sísmica do edificado existente é realizada para cada uma das tipologias construtivas em estudo: edifícios com paredes em alvenaria de pedra e pavimentos em madeira, edifícios de “placa” com paredes em alvenaria e pavimentos em betão e edifícios porticados em betão armado construídos antes da entrada em vigor dos regulamentos de estruturas em 1983. Cada tipologia construtiva é devidamente caracterizada, dando-se maior ênfase aos edifícios de “placa” por representarem uma parte significativa do edificado nacional e, ao mesmo tempo, por existir pouca documentação sobre o seu sistema construtivo. A vulnerabilidade sísmica do edificado, suspeitável com base na consulta dos projectos, é comprovada pela realização de análises de vulnerabilidade sísmica baseadas em análises estáticas não lineares ou análises pushover. O risco sísmico do parque habitacional é estimado em particular para o caso do bairro de Alvalade em Lisboa, através da generalização dos resultados obtidos em edifícios-modelo para as respectivas tipologias construtivas. Verifica-se que os danos sísmicos expectáveis para as tipologias em estudo são elevados para ambas as acções sísmicas de referência do Eurocódigo 8, sendo altas as probabilidades de dano elevado e de colapso para o cenário de sismo “afastado” em qualquer uma das tipologias, e que a previsão de custos de reparação do dano sísmico nestes edifícios varia entre 60 e 100% do custo de construção nova. A estimativa de perdas humanas aponta para que cerca de 8% dos ocupantes dos edifícios possam sofrer ferimentos, variáveis entre ferimentos ligeiros e vítimas mortais. A possibilidade de redução da vulnerabilidade e consequentemente, de redução do dano sísmico através da aplicação de soluções de reforço, é igualmente analisada. A eficiência de cada uma das soluções de reforço foi verificada através da análise das curvas de capacidade resistente dos edifícios face à acção sísmica, comparando os casos com e sem reforço. A viabilidade das soluções, em termos de desempenho do edifício e em termos de custos, pode ser quantificada de modo a servir de auxílio na tomada de decisão por parte dos técnicos envolvidos, bem como justificar a opção por determinada solução. Ao longo do trabalho são descritas e exemplificadas as diversas metodologias desenvolvidas para os efeitos pretendidos, nomeadamente no que respeita à análise da vulnerabilidade sísmica do edificado, à generalização para as tipologias construtivas a partir de análises individuais de edifícios-modelo, à obtenção de valores de custos de trabalhos em edifícios existentes a partir de bases de dados estrangeiras e, finalmente, à quantificação da eficiência económica e de desempenho das soluções de reforço sísmico.

The ensurance of the safety and protection of persons and properties is one of the main objectives in civil engineering. The mainland Portugal has a history of high intensity earthquakes occurrence with extremely high observed damages. At the same time, part of the existing buildings has characteristics of great seismic vulnerability and they require structural and non-structural intervention due to the presented age. This work is a contribution to the question about the feasibility of the structural intervention to reduce the stock building seismic vulnerability by demonstrating the necessity of this kind of intervention in the three studied building typologies and by developing both economic and performance feasibility studies. The analysis of the seismic vulnerability of existing buildings is carried out in detail for the studied building typologies: unreinforced masonry buildings, “boxed” buildings with masonry walls and concrete floors and reinforced concrete buildings. Each building typology is detailed, particularly the “boxed” buildings, due to the lack of information about these. The seismic vulnerability of buildings, which is predictable from the poor design, is confirmed from the vulnerability analysis based in the pushover analysis methodology. The seismic risk is evaluated for the case of “Bairro de Alvalade”, in Lisbon, through the generalization of the individual results to the building typologies. The predicted seismic damage is extremely high for both reference seismic actions considered in Eurocode 8. The risk of occurrence of high damage or collapse is very high for the earthquake scenario with distant epicentre. The repair costs of seismic damage represent 60 to 100% of the construction cost of a new building. The estimate of fatalities suggests that 8% of the building occupants may suffer injuries ranging from minor injuries and fatalities. The possibility of reduction of the seismic damage by applying of seismic strengthening solutions is also analyzed. The effectiveness of each strengthening solutions can be verified through the analysis of the buildings capacity curves obtained from the pushover loading, comparing the cases with and without reinforcement. The feasibility of the solutions in terms of building performance and cost can be quantified namely to support the involved technicians at the decision-making process. It is also useful to justify the choice of a particular solution. Throughout this work the various methodologies developed for their intended purposes are described and exemplified, like the analysis of the seismic vulnerability of Portuguese buildings, the generalization to the building typologies from the individual model analysis, the computation of strengthening costs from foreign databases and, finally, the efficiency evaluation of the seismic reinforcement, in terms of both structural and economic aspects.