Estudo sobre a estabilidade do Teatro Lethes (Faro) Paulo B. Lourenço, P. Gregorczyk. Relatório 99-DEC/E-3

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1 Estudo sobre a estabilidade do Teatro Lethes (Faro) Paulo B. Lourenço, P. Gregorczyk Relatório 99-DEC/E-3 O presente trabalho foi realizado por solicitação de OZ, Lda Diagnóstico, levantamento e controlo de qualidade em estruturas e fundações Data: Junho 1999 Nº de páginas: 35 Palavras-chave: análise estrutural, modelação, patologias, fendilhação Departamento de Engenharia Civil Universidade do Minho Azurém, 4800 Guimarães - Tel Fax secg@eng.uminho.pt

2 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ANÁLISE ESTRUTURAL DEFINIÇÃO DA ESTRUTURA RESISTENTE ANÁLISE DO EFEITO DAS CONDIÇÕES DE APOIO ANÁLISE NÃO-LINEAR CONCLUSÕES INVENTÁRIO DO PATRIMÓNIO ARQUITECTÓNICO ANEXO A...A.1

3 1. INTRODUÇÃO O Teatro Lethes ocupa o antigo colégio jesuíta de São Tiago Maior. A fronteira que dá para a rua que tem o seu nome é austera e corresponde a um padrão comum entre as casas da Companhia de Jesus. Mas ostenta uma frase que imediatamente mostra a função a que foi destinado: Monet oblectando (instrui distraindo). Com efeito, em 1874, expulsas as ordens religiosas, foi o edifício e a sua horta comprados por um particular que transformou a igreja em teatro, escolhendo como modelo o Scala de Milão (ou São Carlos em Lisboa?). O espaço era diminuto e as adaptações tiveram de ser feitas à medida. O resultado foi um teatrinho muito simpático para uma plateia de quinhentos espectadores e duas ordens de camarotes, ver Figura 1. O palco e o teatro são delicadamente trabalhados e o espaço é encantador e familiar. Abandonado durante uns tempos, foi oferecido à Cruz Vermelha que procedeu ao seu restauro. Tem sido um ponto de encontro dos farenses, espaço aberto à cultura e onde têm passado vários grupos de teatro 1. (a) (b) (c) Figura 1 Arquitectura do Teatro Lethes: (a) alçado frontal; (b) corte sobre a plateia; (c) alçado lateral; (d) corte médio longitudinal; (e) planta ao nível da plateia (cont.) (d) 1 Parágrafo extraído de Alarcão, J.V., Algarve, Editorial Presença, pp. 105, Ver também Secção 4. 1

4 (e) Figura 1 Arquitectura do Teatro Lethes: (a) alçado frontal; (b) corte sobre a plateia; (c) alçado lateral; (d) corte médio longitudinal; (e) planta ao nível da plateia (contd.) O presente parecer foi requerido pela empresa OZ, Lda Diagnóstico, levantamento e controlo de qualidade em estruturas e fundações e está inserido num estudo mais vasto de diagnóstico da estrutura. O corpo principal do teatro, onde está localizada a plateia e o palco apresenta uma cobertura em abóbada de berço constituída por alvenaria de tijolo cerâmico argamassado. A abóbada é suportada por paredes de grande espessura de alvenaria de pedra argamassada e sobre o palco existe um terraço que contém lateralmente um pequeno tanque supostamente localizado por cima de uma parede resistente. De acordo com os elementos fornecidos pela OZ, toda a cobertura se encontra fendilhada na zona de meio vão, ver Figura 2. A geometria actual da abóbada está representada num corte longitudinal e nas plantas do levantamento topográfico efectuado, ver Figura 3 e Figura 4. 2

5 Figura 2 Fotografia do intradorso da abóbada Figura 3 Corte longitudinal da abóbada ao longo do fecho (Corte indicado na Figura 4) 3

6 (a) (b) Figura 4 Levantamento topográfico e linhas de nível do (a) extradorso e (b) intradorso da cobertura sobre o placo e plateia 4

7 Uma simples análise dos elementos fornecidos é suficiente para constatar que as deformações apresentadas são excessivas e que se recomenda o reforço da estrutura, por forma a restabelecer um nível de segurança adequado. Refere-se ainda que a utilização prevista da estrutura é incompatível com os riscos de colapso inerentes às patologias observadas. A análise estrutural deste género de estruturas é complexa uma vez que variações pouco significativas da geometria, das condições de apoio, das cargas e do comportamento à tracção dos materiais podem conduzir a alterações significativas da carga de colapso (e logo do nível de segurança da estrutura). Para estudar detalhadamente a estrutura seria necessário efectuar uma análise tridimensional de toda a abóbada, incluindo a separação entre material de enchimento e abóbada de tijolo e incluindo uma análise paramétrica da influência das condições de apoio e das propriedades dos materiais. Dadas as condicionantes de tempo, e a pedido da OZ, efectua-se apenas uma modelação plana e muito simplificada da abóbada sobre o palco (sujeita a cargas permanentes mais elevadas), tentando caracterizar o seu comportamento e obter uma estimativa da carga de colapso. Salienta-se, que as aberturas existentes nas paredes e o comportamento tridimensional da estrutura não foram considerados na análise. Em face das condicionantes descritas, este estudo terá de ser considerado como um estudo prévio e as suas conclusões deverão ser consideradas apenas a título indicativo. 5

8 2. ANÁLISE ESTRUTURAL A abóbada é constituída por uma membrana de tijolos cerâmicos, cujas dimensões são em média de m 3, dispostos segundo a maior dimensão, coincidindo com a espessura da membrana. Supõe-se que a argamassa de assentamento dos tijolos seja de cal e areia e que o enchimento da abóbada sobre o palco seja de constituição semelhante às das paredes resistentes. Salienta-se que as paredes que dão apoio à abóbada possuem espessuras diferentes, o que conduz a um carácter anti-simétrico da estrutura. Os valores propostos pela OZ para as características mecânicas elásticas dos materiais foram: - Módulo de elasticidade da abóbada: 4.5 GPa; - Módulo de elasticidade das paredes e material de enchimento: 1.0 GPa; - Coeficiente de Poisson: 0.15; - Peso por unidade de volume: 20 kn/m 3. Para as acções considerou-se apenas o peso próprio dos materiais DEFINIÇÃO DA ESTRUTURA RESISTENTE Numa primeira fase, efectuou-se um estudo em que se compararam os resultados associados à definição de quatro estruturas resistentes diferentes (adoptando-se em todos os casos, comportamento elástico e linear), ver Figura 5. As condições de apoio na fundação correspondem à situação de encastramento puro. No modelo M1 admitiu-se toda a estrutura homogénea e resistente com E = 4.5 GPa. Este modelo conduziu a tensões de tracção baixas (+0.29 MPa) e a uma estrutura muito rígida com deslocamento do fecho muito reduzido (0.26 cm). No modelo M2 admitiu-se como estrutural apenas uma parte interior, em correspondência com a Figura 1b, sendo o restante apenas considerado como carga permanente. De novo se admitiu a parte interior estrutural e as paredes como homogéneas e com E = 4.5 GPa. Este modelo conduziu já a tensões de tracção e deslocamento do fecho mais elevados (+0.67 MPa e 0.65 cm). No modelo M3, considerou-se como parte estrutural da abóbada apenas o tijolo, sendo todo o restante carga permanente. De novo se admitiu a parte interior estrutural e as paredes como homogéneas e com E = 4.5 GPa. Este modelo conduziu já a tensões de tracção 6

9 extraordinariamente elevadas (+1.58 MPa) e a um deslocamento do fecho substancial (1.3 cm). Após discussão destes resultados com a OZ, acordou-se em considerar como representativo o modelo M4 em que a alvenaria de tijolo é representada como homogénea, com E = 4.5 GPa, e a alvenaria de pedra é representada como homogénea, com E = 1.0 GPa. M1 M2 M3 Figura 5 Modelos adoptados para a definição da estrutura resistente M4 Na Tabela 1 encontram-se condensados os resultados, em termos de deslocamentos do fecho e tensões principal de tracção máxima. Salienta-se desde já que os valores dos deslocamentos do fecho são notoriamente pequenos, quando comparados com os deslocamentos verificados na estrutura. Os resultados completos dos quatro modelos, em termos de deformadas e tensões principais, encontram-se em Anexo. Tabela 1 Comparação entre modelos adoptados para a definição da estrutura resistentes 7

10 Modelo Tipo de análise Deslocamento do fecho [cm] Tensão máxima de tracção (MPa) M1 Linear M2 Linear M3 Linear M4 Linear ANÁLISE DO EFEITO DAS CONDIÇÕES DE APOIO Para avaliar se as condições de apoio poderiam justificar as diferenças substanciais entre os deslocamentos nos modelos e os deslocamentos observados, realizaram-se três análises adicionais, relativamente ao modelo M4 (seleccionado na Secção 2.1), ver Figura 6. M4 M5 M6 Figura 6 Modelos adoptados para verificação das condições de apoio: M4 - encastramento; M5 - rótulas; M6 - encastramento deslizante; M7 - rótulas deslizantes M7 Nestes modelos, analisou-se o efeito do encastramento nos apoios e do deslizamento horizontal devido à deformabilidade do solo (adoptou-se uma rigidez para o solo de 8

11 10 MN/m 3 e uma altura da fundação de 1.0 m). Os resultados completos dos três modelos adicionais, em termos de deformadas e tensões principais, encontram-se em Anexo. Os resultados da análise encontram-se condensados na Tabela 2. Constata-se que: a liberdade de rotação dos apoios conduz a um aumento do deslocamento do fecho entre 20 e 30% e a um aumento da tensão máxima de tracção de cerca de 10%; o efeito da deformabilidade do solo conduz a um aumento do deslocamento do fecho entre 10 e 20% e um aumento da tensão máxima de tracção de cerca de 50%; a diferença entre M7 (rótulas + efeito de solo) e M4 é de 40% em termos de deslocamento do fecho e 64% em termos de tensão máxima de tracção. Estes valores são elevados e condicionam adicionalmente a análise. No entanto, o deslocamento máximo do fecho (1.4 cm) é muito inferior aos valores observados na estrutura, o que implica que o comportamento não linear dos materiais seja a causa fundamental para explicar o comportamento da estrutura. Desta forma, adopta-se o modelo M4 nas análises seguintes. Tabela 2 Comparação entre modelos adoptados para a verificação das condições de apoio Modelo Tipo de análise Deslocamento do fecho [cm] Tensão máxima de tracção (MPa) M4 linear M5 linear M6 linear M7 linear ANÁLISE NÃO-LINEAR A análise não-linear de estruturas é uma ferramenta poderosa que permite reproduzir o comportamento das estruturas desde a sua fase elástica, passando pela fendilhação, até ao colapso completo da estrutura. Para uma utilização adequada desta ferramenta é necessário não só um profissional devidamente qualificado mas também uma caracterização adequada dos materiais utilizados, um conhecimento aprofundado da estrutura com visitas ao local e um período de reflexão (com análise paramétrica). Com as limitações expostas anteriormente, o presente estudo deve ser encarado como o possível dentro das condicionantes e não como um estudo elaborado e definitivo. 9

12 Efectuou-se uma análise fisicamente e geometricamente não-linear, tendo como objectivo assegurar um deslocamento do fecho de cerca de 10.0 cm, para a carga permanente a que a estrutura está sujeita (peso próprio). A obtenção das propriedades não-lineares dos materiais foi efectuada por tentativas até se obter um valor próximo do pretendido. Em seguida, a análise foi prosseguida até obter a carga de colapso. O factor de segurança da estrutura (para as cargas permanentes) será dado pela razão entre a carga de colapso e a carga permanente a que a estrutura está submetida. Para lei constitutiva do material, adoptou-se o modelo de plasticidade de Rankine (critério da tensão principal máxima) com um valor apropriado da resistência à tracção para a alvenaria de tijolo, que representa o limite máximo de tensões de tracção. Para o material de enchimento e paredes, admitiu-se uma resistência nula à tracção. Nestas condições, o valor da resistência à tracção obtido de acordo com o processo descrito foi 0.2 MPa, o que é um valor corrente. A relação entre o factor de carga e o deslocamento de fecho está indicada na Figura 7. Verifica-se que o factor de segurança é mínimo (1.03) e a estrutura pode estar em risco de colapso imediato Nível correspondente à carga permanente 0.80 Factor de carga Deslocamento do fecho (mm) Figura 7 Relação entre o factor de carga e o deslocamento do fecho 10

13 A Figura 8 ilustra a forma de colapso, o que parece confirmar as grandes deformações observadas no intradorso da abóbada sobre o palco. Salienta-se, no entanto que o modelo prevê grandes deformações também no extradorso da abóbada, o que não parece verificar-se na realidade. Este fenómeno é uma consequência da simplificação da modelação e apenas poderia ser resolvido se se colocassem elementos de interface entre a abóbada de tijolo e o material de enchimento. Figura 8 Deformada na rotura Na Figura 9 e Figura 10 ilustram-se as zonas onde o modelo prevê dano no material de enchimento e na abóbada de tijolo. Verifica-se que a zona do fecho é crítica no intradorso da abóbada e que as zonas a um quinto do vão são críticas no extradorso da abóbada. Este mecanismo de rotura com três rótulas é bem conhecido, sendo característica habitual deste género de estruturas. 11

14 Figura 9 Localização do dano no enchimento (extensão plástica equivalente) Figura 10 Localização do dano no arco (extensão plástica equivalente) 12

15 3. CONCLUSÕES Em conclusão, reafirma-se que as deformações verificadas na estrutura são manifestamente excessivas, colocando em risco a sua segurança. De acordo com as hipóteses admitidos no estudo, a ruína da estrutura poderá estar imeinente (factor de segurança de 1.03), pelo que se recomenda o reforço urgente da mesma. 13

16 4. INVENTÁRIO DO PATRIMÓNIO ARQUITECTÓNICO Teatro Lethes / Colégio Santiago Maior 2 Localização : Faro, Faro, Sé Acesso : R. Dr. Justino Cumano, no Lg. das Mouras Velhas e na R. de Horta Machado Protecção : IIP, Dec. nº 45/93, DR 280 de 30 Novembro 1993 Enquadramento : Urbano, planície, isolado, o teatro é rodeado de vias de circulação rodoviária e está implantado no topo da rua com o seu nome. Descrição : Planta longitudinal, volumes articulados, a cobertura é um telhado de 1 e 2 águas *, a fachada principal de 3 panos, com o central dividido em 3 registos rasgados o 1º. por 3 portas, o 2º. por 3 janelas de sacadas e o 3º. por 3 janelas e sobre estas últimas a descrição MONET OBLECTANDO. O remate é feito por uma balaustrada corrida. Os outros dois panos igualmente com 3 registos, tem no 1º. uma porta e uma pequena janela, no 2º. uma janela e uma sacada e o último em forma de empena de 1 água tem um pequeno óculo. Utilização Inicial : Religiosa / educacional e culto Época de Construção : Séc. 17 / 19 / 20 Arquitecto/Construtor : Dr. Justino Cúmano (séc. 19) Cronologia : Séc Colégio jesuíta, D. Fernando Martins Mascarenhas funda nos princípios. O colégio esteve em actividade até à expulsão dos jesuítas do nosso país. Vieram então habitar o convento os Carmelitas descalços; extinção das ordens Religiosas; vendido em hasta pública e adquirido pelo Dr. Lázaro Doglioni, médico italiano. O novo proprietário decidiu adaptar o corpo central, correspondente à igreja, a teatro lírico; início das obras dirigidas pelo sobrinho do médico, Dr. Justino Cúmano, que tentou realizar uma réplica, de menores dimensões, do teatro de São Carlos, em Lisboa; a 2 Direccção-Geral dos Edifícios e Monumentos Nacionais ( 14

17 mando da viúva iniciaram-se novas obras de restauro. Já neste século este edifício foi sede de um clube desportivo e recreativo; a família Cúmano vendeu-o à Cruz Vermelha Portuguesa. Tipologia : Arquitectura religiosa - civil, maneirista e ecléctica; planta longitudinal, igreja salão, fachada de vários panos e registos com vãos de moldura rectilínea. Características Particulares : A adaptação do colégio jesuíta a teatro produziu profundas modificações no plano original. Bibliografia : LOPES, João Baptista da Silva, Corografia (...) do reino do Algarve, Lisboa, 1841; PINTO, Rocha, O Teatro Lethes, in O Algarve Ilustrado, Faro, Intervenção Realizada : Obras particulares da família Cúmano, séc. XIX e XX. Recentemente foram feitas obras a cargo da Cruz Vermelha Portuguesa que procurou preservar o traçado existente, adaptando certas dependências às novas funções. 15

18 ANEXO A

19 Modelo M1 Tipo de Análise: linear Descrição do modelo: apoios: encastramento materiais: só BRICK carga: peso próprio Fig. A.1 Malha do modelo M1 Fig. A.2 Deformada A.1

20 Fig. A.3 Tensão principal P1 Fig. A.4 Tensão principal P2 A.2

21 Tipo de Análise: linear Descrição do modelo: apoios: encastramento materiais: BRICK e LOAD carga: peso próprio Modelo 2 Fig. A.5 Malha do modelo M2 Fig. A.6 Deformada A.3

22 Fig. A.7 Tensão principal P1 Fig. A.8 Tensão principal P2 A.4

23 Tipo de Análise: linear Descrição do modelo: apoios: encastramento materiais: BRICK e LOAD carga: peso próprio Modelo 3 Fig. A.9 Malha do modelo M3 Fig. A.10 Deformada A.5

24 Fig. A.11 Tensão principal P1 Fig. A.12 Tensão principal P2 A.6

25 Fig. A.13 Tensão principal P1 (detalhe) Fig. A.14 Tensão principal P2 (detalhe) A.7

26 Tipo de Análise: linear Descrição do modelo: apoios: encastramento materiais: BRICK e STONE carga: peso próprio Modelo 4 Fig. A.15 Malha do modelo M4 Fig. A.16 Deformada A.8

27 Fig. A.17 Tensão principal P1 Fig. A.18 Tensão principal P2 A.9

28 Fig. A.19 Tensão principal P1 (detalhe) Fig. A.20 Tensão principal P2 (detalhe) A.10

29 Fig. A.21 Tensão principal P1 (arco) Fig. A.22 Tensão principal P2 (arco) A.11

30 Modelo 5 Tipo de Análise: linear Descrição do modelo: apoios: rótulas materiais: BRICK e STONE carga: peso próprio Fig. A.23 Deformada A.12

31 Fig. A.24 Tensão principal P1 Fig. A.25 Tensão principal P2 A.13

32 Fig. A.26 Tensão principal P1 (arco) Fig. A.27 Tensão principal P2 (arco) A.14

33 Modelo 6 Tipo de Análise: linear Descrição do modelo: apoios: encastramento + molas horizontais com rigidez 10 MN/m materiais: BRICK e STONE carga: peso próprio Fig. A.28 Deformada A.15

34 Fig. A.29 Tensão principal P1 Fig. A.30 Tensão principal P2 A.16

35 Fig. A.31 Tensão principal P1 (arco) Fig. A.32 Tensão principal P2 (arco) A.17

36 Modelo 7 Tipo de Análise: linear Descrição do modelo: apoios: rótulas + molas horizontais com rigidez 10 MN/m materiais: BRICK e STONE carga: peso próprio Fig. A.33 Deformada A.18

37 Fig. A.34 Tensão principal P1 Fig. A.35 Tensão principal P2 A.19

38 Fig. A.36 Tensão principal P1 (arco) Fig. A.37 Tensão principal P2 (arco) A.20