a situação dos monumentos portugueses face ao risco ... · natureza e da proximidade do perigo...

A situação dos monumentosmonumentos portugueses face ao risco sísmico e arisco sísmico e a sua estabilidade

lestrutural

Paulo B. Lourenço

pbl@civil.uminho.pt www civil uminho pt/masonrywww.civil.uminho.pt/masonry

Noções básicas çde gestão do risco e patrimóniorisco e património cultural

3|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Conceitos básicos (I) Desastre: Um evento natural ou provocado pelo homem que causa Desastre: Um evento natural ou provocado pelo homem que causa

importantes danos físicos ou destruição, perda de vidas humanas ou alterações drásticas no ambiente natural, e.g. sismos, cheias, deslizamentos fogos explosõesdeslizamentos, fogos, explosões…

Perigosidade: Uma situação que coloca algum nível de ameaça à vida, saúde, propriedade ou ambiente, e que pode provocar um desastre

Um mapa de perigosidade não pode ser relacionado com um mapa de desastres

Os desastres são a consequência de uma gestão de risco inadequada

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

4|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Conceitos básicos (II) Vulnerabilidade: medida da extensão do dano ou perturbação numa Vulnerabilidade: medida da extensão do dano ou perturbação numa

comunidade, estrutura, serviço e/ou área geográfica, em função da sua natureza e da proximidade do perigo

Ri did d d d d t d Risco: medida das perdas esperadas no caso de um evento de uma dada magnitude, que ocorre em determinada área durante um período de tempo específico. Depende de: Perigosidade; Vulnerabilidade; Valor Económico

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

5|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Gestão do riscoGestão do risco Identificação, caracterização e avaliação das ameaças Avaliação da vulnerabilidade de ativos críticos em relação a ameaças

específicas Determinação do risco (i.e. as consequências esperadas de um tipo de

ataque em ativos específicos) Id tifi ã d did d i t i Identificação de medidas para reduzir estes riscos Priorização das medidas de redução do risco em função de uma

estratégiaestratégia Numa gestão de risco ideal, a definição de prioridades adotada é tal

que os riscos com maiores perdas e a máxima probabilidade de q p pocorrência são tratados em primeiro lugar, seguindo depois uma ordem descendente. Na prática, o processo pode ser difícil, quando se comparam riscos com elevada probabilidade de ocorrência e perdascomparam riscos com elevada probabilidade de ocorrência e perdas pequenas com um risco de perdas elevadas e baixa probabilidade de ocorrência

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

6|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Gestão do risco, técnicos e a sociedade Perceção e comunicação Perceção e comunicação Avaliação e diagnóstico Soluções custos e implementação Soluções, custos e implementação

Última década: 80.000 mortos/anoÚltimos 30 anos: custos aumentaram 10x

Como resolver a indeterminação matemática de consequências impressionantes e probabilidades ínfimas?

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

7|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Gestão do risco de desastres para o património culturalGestão do risco de desastres para o património cultural O património cultural dificilmente tem valor quantificável, pelo que a

avaliação do risco não se pode aplicaravaliação do risco não se pode aplicar O património cultural perdido não pode ser recuperado por medidas

pós-desastre

Como reduzir e mitigar o risco?Os estudo realizados mostram que o investimento na mitigação permite• Os estudo realizados mostram que o investimento na mitigação permite poupar o quádruplo do valor investido

• Uma análise de risco multivariada deve definir as prioridades• O investimento é grande pelo que é necessário considerar um período

alargado de investimento• A mitigação deve ser considerada numa perspetiva abrangente, transversal

à comunidade e numa perspetiva de longo prazo, conduzindo a comunidades fisicamente, socialmente e economicamente resilientes

É necessário estar preparado para danos severos e recuperação pós-evento (perdas humanas, económicas e culturais)

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Sismos

9|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O que é um sismo?O que é um sismo? Um sismo é o resultado de uma libertação rápida de energia na

crosta terrestre que cria ondas sísmicasq As ondas resultam em abanões ou movimentos rápidos do terreno,

que podem conduzir à perda de vidas e à destruição da propriedade

Sismo de 1755 em Lisboa: tsunami de 10 m de altura, incêndio que durou 5 dias, 85% dos edifícios destruídos, até 90.000 mortos = 30% da população, Iluminismo – Kant / Voltaire)

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

10|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O bl í i (I)O problema sísmico (I) Os desastres são a consequência de uma gestão do risco inadequada A investimento na prevenção conduz a ganhos de 4x o valor investido Os sismos dificilmente são responsáveis pela morte de pessoas, sendo o

colapso dos edifícios a principal causa das mortescolapso dos edifícios a principal causa das mortes Os cenários de um grande sismo em Portugal (do tipo de 1755 em Lisboa)

preveem cerca de 10.000 mortos e uma perda de 100 a 200% do PIB

Igreja do Carmo, Lisboa Igreja de Santa Maria, Beja

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

11|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O bl í i (II)O problema sísmico (II)

2009 e 2012, Itália

2011, Espanha

1755, Lisboa

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

12|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O itá lO aceitável

SISMO KOBE, 1995

A intensidade do sismo lt l dultrapassou os valores de

projeto em mais de 50%:

Evento ExtremoEvento Extremo

O dano neste pilar de ponte éO dano neste pilar de ponte é aceitável (ainda que indesejado)

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

13|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O i itá lO inaceitável

O dano neste pilar de ponte é inaceitável

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

14|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O itá lO aceitável Pior cenário possível: Viga embebida + Juntas verticais não preenchidas Dano ligeiro até 100% do sismo de projeto em Lisboa Rotura dúctil com 250% do registo sísmico de projeto em Lisboa

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

15|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O i itá l itá lO inaceitável e o aceitável

O património existente possui usualmente vulnerabilidade elevada: (a) materiais frágeis; (b) construção pesada; (c) ligações deficientes.p ; ( ) g ç

Uma medida simples e económica pode melhorar francamente a situação

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

16|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

E l d i j N Z lâ di (Si 2010 11)Exemplos de igrejas na Nova Zelândia (Sismos 2010-11) Vermelho: edifício inseguro com acesso proibido Amarelo: segurança comprometida com acesso urgente permitido Verde: sem restrições

red52% red

38%yellow

green94%

Pedra Tijolo Madeira

yellow32% green

yellow43%

green19% red

yellow4%

94%

16% 19% red2%

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

17|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

O f ?O que fazer? Aceitar um número elevado de perdas (30%, 40%?) num sismo de

it d l dmagnitude elevada Ou avaliar vulnerabilidade e definir um plano de mitigação do risco

sísmico?

Estudo Simplificado

Nível Territorial

Estudo Detalhado

Casos SelecionadosIntervenção

Se necessário

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

18|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Ní l T it i lNível Territorial 58 igrejas portuguesas 10 precisam de estudo detalhado

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

19|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Ní l D t lh dNível Detalhado Igreja de Santa Maria de Belém Parece ter um nível de risco aceitável

Estudo de uma ã d

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

secção da nave Estudo completo

20|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

I t ã (I)Intervenção (I) Igreja de S. Francisco na Horta

Dano Existente

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

21|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

I t ã (II)Intervenção (II)

Reforço

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Estabilidade EstruturalEstrutural

23|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Aplicações (I)

Mosteiro dos Jerónimos Mosteiro de Salzedas Sé do Porto Convento Tomar

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

24|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Aplicações (II)CatedralCatedral Cantuária, Reino Unido

Defesa Pontifícia, Itália

Qutb Minar, Nova D li Í di

Itália

2.14

7.82

5.98

0.55

8.97

3.13

1.24

1.41

2.77

3.34

3.34

2.43*

Deterioração daspedras do arco

Deli, Índia 3.21

14.30

1.45

3.61

2.83

4.68

3.89

1.96

1.74

2.75

3.08

0.81

4.41

3.85

3.41

3.35

2.68

1.33

1.32

2.58

3.37

3.55

3.50

F1

2.23

0.35

6.83

2.86

1.28

1.19

1.1 9

2.58

1.45

1.44

2.84

1.46

3.34

3.34

3.54

3.45

3 .55

1.25

3 .45

2.01

2.01

0.54

1.44

0.44

T

T Fendasnaseparaçã

FamagustaChipre

14.29

8.14

6.62

1.37

1.42

2.76

6.25

8.39

3.54

T Fendas na separaçãpanos de alvenaria

Fendas na chave dasabóbadas

Safi e Mazagão, Marrocos

Chipre

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Mashad, Irão

25|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

26|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Abordagem MetodológicaMONITORIZAÇÃOHISTÓRIA ANÁLISEINSPECÇÃO ÇS Ó Ç

CONDIÇÕES ACTUAIS

EVIDÊNCIAS EMPÍRICAS HIPÓTESES

Conclusões sobre as condições do edifício e intervenções apropriadas

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

27|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

AbordagemMetodológica

A especificidade do património, com a sua história complexa, requer a organização deestudos e propostas em fases semelhantes às que são utilizadas em medicina. Anamnese,diagnóstico, terapia e controlo correspondem, respetivamente, ao levantamento dainformação disponível, identificação das causas de deficiências, seleção das açõesnecessárias e o controlo da eficácia das intervenções.

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Análise estrutural vs. EstabilidadeEstabilidade estrutural

29|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Resultados do NIKERResultados do NIKER

Mé d i lifi d l b l d d i ó i Métodos simplificados para a resposta global de estruturas do património construído com valor cultural

Métodos robustos para verificar ligações e subestruturas

Estudos paramétricos de edifícios em função da geometria, técnicas de intervenção, rigidez de elementos horizontais e ligações

Quantificação adequada sobre o desempenho das construções e parâmetros de resposta a utilizar na avaliação de segurança e projeto sísmico

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

30|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Métodos robustos para ligações e subestruturasMétodos robustos para ligações e subestruturas

Alvenaria simples vs. mista alvenaria-madeira

Parede de alvenaria em T Abóbadas cruzadas

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

31|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Métodos robustos para ligações e subestruturas:Métodos robustos para ligações e subestruturas:Ligações parede-parede

40

50

20

30

Forc

e [K

N]

0 5 10 15 200

10 Experimental Model 1 - RCM Model 2 - RCM

Displacement [mm]Validação

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Displacement [mm]

32|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Estudos paramétricos: PavimentosEstudos paramétricos: Pavimentos

M1: Pavimento unidirecional emM1: Pavimento unidirecional emparedes numa direção

M2: Pavimento bidirecional emM2: Pavimento bidirecional emparedes em caixa

M3: Pavimento unidirecional emparedes em caixa

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

33|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Estudos paramétricos: Propriedades dos materiaisEstudos paramétricos: Propriedades dos materiaisParameter Changed value

results

Mode shape X Frequency X [Hz] Mode shape Y Frequency Y

[Hz]

Parameter Changed value

results

Mode shape X Frequency X [Hz] Mode shape Y Frequency Y

[Hz]

reference -

6.58 4.87 reference -

8.58

6.61

Profile of joists 8x10cm2

6.75

4.94

Profile of joists 8x10cm2

9.10 6.70

Profile of planks

1.5x10cm2

6.70 4.95 Profile of planks

1.5x10cm2 8.94

6.72

2.0x10cm2

6.88

5.07

2.0x10cm2 9.18 6.78

Properties of wooden elements

C24 Ε=11GPa

G=0.69GPa

8.18

6.10

Properties

Properties of wooden elements

C24 Ε=11GPa

G=0.69GPa

8.98 6.81

Properties of

masonry walls

ρ=2.30Mgr/m3 Ε=1.4GPa

9.41

7.57

Properties of masonry

walls

ρ=2.30 Mgr/m3 Ε=1.4GPa

10.16

9.10

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Alvenaria simples Misto alvenaria-madeira

34|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Estudos paramétricos de edifícios: LigaçõesEstudos paramétricos de edifícios: Ligações

Modelo deModelo de referência

Direção longitudinal

Direçãotransversal

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Transepto vs. nave

35|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Estudos paramétricos de edifícios: LigaçõesEstudos paramétricos de edifícios: Ligações

0,2

0,25

Ligaçõesd t i d

0,05

0,1

0,15

a(g)

reference

deterioradas

0,2

00 20 40 60 80displacement (mm)

0,05

0,1

0,15

a(g)

reference

Direção longitudinal

0 35

0

,

0 10 20 30 40displacement (mm)

e ce

0,10,150,2

0,250,3

0,35

a(g)

refere

Direçãotransversal

00,05

,

0 5 10 15 20 25

displacement (mm)

nce

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Original vs. deteriorado

Cuidado!

37|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Adotar a ferramenta de análise adequadaFator de segurança: 124%

Adotar a ferramenta de análise adequada

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

38|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

Análise adequada?Análise adequada?Análise correta

1 piso 2 pisos 3 pisos

Dl = 6 0 kN/m2; Ll = 1 0 kN/m2

1.00

Dead load = 6.0 kN/m2Live load = 1.0 kN/m2

Dl = 6.0 kN/m2; Ll = 1.0 kN/m2

Dl = 7.0 kN/m2; Ll = 2.0 kN/m2

00

6.00

1.00

9.00

1.00Dead load = 6.0 kN/m2

Live load = 1.5 kN/m2Dl = 7.0 kN/m2; Ll = 2.0 kN/m2 Dl = 7.0 kN/m2; Dl = 2.0 kN/m2 Análise regulamentar (q=1.5)

1.50 1.00 1.50 1.00 1.50

3.0

2.00

1.50 1.00 1.50 1.00 1.50

2.00

1.50 1.00 1.50 1.00 1.50

2.00

6.50

6.50

6.50

6.50

0.30

6.50

0.30

6.50

0.30

Não se pode usarEm rocha

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

Em solo bom

Conclusões

41|Os monumentos portugueses face ao risco sísmico e a sua estabilidade estrutural Paulo B. Lourenço

ConclusõesConclusões Não subsistem dúvidas que a perigosidade vai resultar em desastres em

diferentes localizações no mundo e que não existem medidas pós-desastrediferentes localizações no mundo e que não existem medidas pós desastre que podem recuperar a herança cultural perdida. As palavras-chave são: mitigação e preparação

A ibili l i d i d d i i A sensibilização e envolvimento da sociedade são imperiosas O problema é multidisciplinar e complexo, mas tem solução O cumprimento das cartas internacionais sobre o património cultural implica O cumprimento das cartas internacionais sobre o património cultural implica

a aplicação dos seus princípios e responsabilidades As ações têm de ser faseadas, para que possam ser alocados recursos Existem métodos de avaliação de estabilidade adequados (e também não!) A ausência de ações não resolve os problemas, apenas os piora

Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering

A situação dos monumentosmonumentos portugueses face ao risco sísmico e arisco sísmico e a sua estabilidade

lestrutural

Paulo B. Lourenço

pbl@civil.uminho.pt www civil uminho pt/masonrywww.civil.uminho.pt/masonry