reabilitação low cost / high value reabilitação urbana de qualidade e a baixo custo

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1 20_ 24 reabilitação low cost / high value reabilitação urbana de qualidade e a baixo custo Eduardo Júlio, DECivil Instituto Superior Técnico-UTL, ejulio@civil.ist.utl.pt Luís Canhoto Neves, DEC FCT-Universidade Nova de Lisboa, luis.neves@fct.unl.pt António Leça Coelho, LNEC, alcoelho@lnec.pt Rita Bento, DECivil Instituto Superior Técnico-UTL, rbento@civil.ist.utl.pt 1. ENQUADRAMENTO As intervenções realizadas nos últimos anos consistiram em reabilitar o velho como novo, ou seja, as estruturas existentes de edifícios e pontes foram inspecionadas, caracterizadas e o respetivo projeto de reabilitação foi elaborado de forma a garantir a sua segurança de acordo com os requisitos regulamentares definidos para a construção nova, incluindo o tempo de vida útil. Como resultado, algumas intervenções tiveram um custo da mesma ordem de grandeza da construção nova. A opção oposta de não intervir tem implicações a diversos níveis. Inicialmente, conduz a uma aceleração da degradação da estrutura, resultando num aumento do custo de intervenção, o qual cresce exponencialmente com o tempo. Pode-se argumentar que, não existindo hoje recursos financeiros, tem de se protelar a intervenção, apesar de se multiplicar várias vezes o custo associado, esperando que um dia as condições sejam mais favoráveis. Contudo, posteriormente, é a segurança da estrutura que fica comprometida, colocando-a em risco, assim como a vida dos seus utilizadores. A alternativa a estas duas abordagens, consiste em avaliar com rigor a integridade estrutural, ajustar o tempo de vida útil remanescente e restringir as solicitações a que a estrutura pode estar sujeita, i.e., implica a realização de uma análise de risco tendo por objetivo limitar a intervenção necessária a um reforço cirúrgico, com custos marginais, para assegurar a sua utilização em segurança, incluindo a segurança contra incêndio e a segurança sísmica. 2. ANÁLISE DE RISCO A inexistência de regulamentos específicos para a avaliação de estruturas existentes conduz, frequentemente, à necessidade de aplicação de ações de reforço de grande extensão, com custos desproporcionados aos reais benefícios obtidos. Com efeito, a avaliação de segurança de uma estrutura existente é um problema bastante diferente do dimensionamento de uma estrutura nova por três principais razões [1]. Em primeiro lugar, a incerteza nas propriedades dos materiais, comportamento estrutural e efeito das ações pode ser reduzida tirando partido de ensaios de materiais (Figura 1), ensaios de carga (Figura 2) ou medições de carga permanente ou tráfego. Em segundo lugar, a vida remanescente de uma estrutura é, em geral, menor que o horizonte de projeto inicial, conduzindo a menores valores máximos das ações. Em terceiro lugar, o maior custo inerente ao aumento de segurança permite, para uma estrutura existente, a utilização de margens de segurança menores. A segurança estrutural pode ser avaliada usando coeficientes globais de segurança, coeficientes parciais ou análise de risco. O primeiro método caiu em desuso, pois verifica-se que a sua utilização conduz a margens de segurança muito variáveis de estrutura para estrutura. O método dos coeficientes parciais de segurança, base dos regulamentos em vigor em Portugal, baseia-se na consideração de valores de dimensionamento para todas as propriedades, calibrados em função da incerteza associada. Este método permite apenas garantir que a segurança é suficiente, não resultando numa medida da segurança. Mais ainda, os valores dos coeficientes parciais de segurança apenas são válidos quando a incerteza nos parâmetros e o nível de segurança pretendido são aqueles assumidos no processo de calibração. Assim, os métodos de análise de risco, baseados na análise probabilística da segurança, surgem como uma alternativa fundamental para a avaliação de estruturas existentes. Como referido, a margem de segurança alvo, assim como a incerteza nas propriedades dos materiais e das ações, variam de estrutura para estrutura, obrigando a uma avaliação, caso a caso, de todos os parâmetros. Embora seja mais complexa que uma análise baseada em coeficientes parciais de segurança, a análise probabilística é hoje acessível. As principais dificuldades de uma análise probabilística prendem-se com a maior exigência computacional, a necessidade de definir distribuições de probabilidades para todas as grandezas e o 20_cm

2 > 1 > 2 uso de metodologias de fiabilidade, como sejam a simulação de Monte-Carlo [2]. A primeira das dificuldades foi ultrapassada pela evolução dos meios computacionais disponíveis a baixo preço. Em termos de caracterização de variáveis, o Joint Committe on Structural Safety, responsável pelo desenvolvimento de formatos baseados em coeficientes parciais de segurança, desenvolveu um código modelo para a caracterização de resistências e ações, que pode ser integrado com informação proveniente da estrutura, como sejam resultados de ensaios ou medições de tráfego [3]. Por último, existem disponíveis implementações comerciais de métodos de fiabilidade que permitem uma avaliação simples de probabilidades de falha a um utilizador com conhecimentos básicos de fiabilidade estrutural. Estão assim reunidas as condições necessárias para um passo em frente na avaliação da segurança de estruturas, de modo a evoluir para uma avaliação mais consistente e uma alocação de meios mais equilibrada. 3. SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO Qualquer intervenção de reabilitação num edifício implica, em consequência de exigências existentes na legislação específica [4 e 5], a verificação da qualificação ao fogo da sua estrutura. Para que se torne possível alcançar, por um lado, os objectivos enunciados nos números anteriores e que se traduzem numa avaliação mais rigorosa da integridade estrutural que conduza a uma alocação de meios mais equilibrada e, por outro, respeitar as atuais exigências legislativas às quais o projetista não se pode fur tar, é imprescindível que essa avaliação seja feita recorrendo a uma engenharia de segurança ao incêndio (ESI), a qual envolve diversas fases das quais se destacam as seguintes: Escolha das bases para o projeto. Escolha do método de cálculo. Escolha da técnica de reabilitação. No que se refere às bases para o projeto salienta-se a importância da determinação das ações térmicas (AT) a que a estrutura estará sujeita e dos métodos de verificação (MV) usados pelo projectista. As AT podem ser obtidas com base em curvas de incêndio nominais (padrão, para elementos exteriores ou de hidrocarbonetos) ou em modelos de incêndio natural (simplificados ou avançados). De entre as várias hipóteses possíveis os modelos de incêndio avançados são os que apresentam um maior rigor, permitindo alguns deles a consideração do efeito de alguns meios de segurança ao incêndio. > Figura 1: Ensaio de carotes e ensaio de provete metálico. > Figura 2: Ensaio de carga. cm_21

3 reabilitação low cost / high value 1 Soalho de madeira não resinosa (espessura 3 cm e ρ 6 kn/m 3 ) 2 Isolamento térmico (lã de rocha com espessura 5 cm) 3 Vigas de madeira > 3 1 Placa de gesso com espessura 1 cm 2 Isolamento térmico (lã de rocha com espessura 5 cm) 3 Vigas de madeira 4 Soalho de madeira não resinosa (espessura 3 cm e ρ 6 kn/m 3 ) > 4 Contudo, a atual legislação [4 e 5] obriga à utilização da curva ISO 834 [6], embora ela seja demasiado conservativa e não traduza com realismo os cenários de incêndio que ocorrem na generalidade das situações. No que concerne aos MV os projetistas poderão considerar a estrutura global, uma parte dessa estrutura ou os elementos estruturais isolados desprezando as ligações entre eles. Naturalmente que a opção do projetista por uma análise da estrutura completa contribuíra para otimizar os resultados obtidos. O método de cálculo utilizado deve ser um dos previstos nos Eurocódigos [7 e 8], podendo o projetista escolher entre os simplificados e os avançados, para além do recurso a tabelas. Os métodos avançados, concretizados em programas de cálculo automático baseados, geralmente, no método dos elementos finitos, são aqueles que permitem uma análise mais rigorosa. Das opções do projetista face às várias possibilidades de cálculo que tem ao seu dispor resultará uma maior ou menor otimização dos resultados obtidos e, consequentemente, uma variação dos custos finais da reabilitação, só sendo possível a minimização destes sem comprometer a segurança se forem escolhidas as bases para o projecto e os métodos de cálculo mais rigorosos. Se a verificação da resistência ao fogo da estrutura existente conduzir à conclusão de que ela é igual ou superior à exigida pela legislação [5] não há necessidade de sofrer qualquer intervenção, caso contrário terá de ser protegida da ação térmica devida a um eventual incêndio. Essa proteção pode ser feita recorrendo a materiais diversos (argila, betão, gesso, pinturas intumescentes, etc.) ou sistemas, devendo o projetista optar pela solução que conduz a um menor custo e assegure os objetivos pretendidos, ilustrando-se nas Figuras 3 e 4 duas soluções para pavimentos de madeira. Tendo presente a necessidade de otimizar as soluções é necessário que a legislação nacional [4 e 5] passe a permitir outros meios de determinação das AT, incluindo o recurso a modelos de incêndio avançados, de modo a que não seja considerada uma ação térmica muito superior à que a estrutura poderá ficar sujeita numa situação de incêndio. 4. SEGURANÇA SÍSMICA Em Portugal, há a possibilidade de voltarem a ocorrer sismos com consequências semelhantes ao de 1755, com efeitos devastadores, associados a significativos danos, tanto humanos como nas construções. Atendendo ao facto de, atualmente, a concentração de pessoas em Lisboa e a sua capacidade de produção ser incomparavelmente superior à que existia em 1755, verifica-se facilmente que o número de pessoas a viver em construções com uma resistência sísmica semelhante às daquela época é de aproximadamente o triplo [9]. Isto é, não seria necessário consumar-se um sismo tão forte como o de 1755 para se chegar ao mesmo número de vítimas humanas e de danos muito severos no património construído. Consequentemente, existe uma necessidade urgente de proceder a uma reabilitação urbana de qualidade, para garantir a segurança das estruturas e proteger a vida dos seus utilizadores. O risco sísmico das estruturas resulta do produto de três factores: perigosidade, exposição e vulnerabilidade e é uma enorme ameaça à segurança dos cidadãos (Figuras 5 e 6) e ao desenvolvimento sustentado do nosso país. Para que o risco seja baixo, basta que um dos fatores referidos seja baixo. Em geral, não é possível reduzir a perigosidade sísmica (trata-se de um fenómeno natural que não é possível controlar), nem há a capacidade de atuar significativamente na exposição (não é > Figura 3: Exemplo de solução de pavimento de madeira, incluindo isolamento térmico, com qualificação de resistência ao fogo. > Figura 2: Exemplo de solução de pavimento de madeira, incluindo isolamento térmico e placas de gesso, com qualificação de resistência ao fogo. 22_cm

4 possível limitar a fixação de populações em zonas de elevada perigosidade). Contudo, a engenharia sísmica dispõe presentemente de conhecimentos científ icos e técnicos para reduzir a vulnerabilidade sísmica das estruturas; i.e., os conhecimentos existentes permitem avaliar e reforçar adequadamente edifícios e outros tipos de construções, permitindo assim que estas apresentem um comportamento adequado se voltarem a ser atuadas por sismos extremamente fortes. No entanto, a nível nacional há, neste momento, um vazio regulamentar no que respeita a intervenções em edifícios existentes, em especial para os edifícios de alvenaria, e à resistência sísmica dos mesmos. Dentro dos principais regulamentos existentes que abordam o tema, destacam-se, a nível europeu, o Eurocódigo 8 [10] que reserva a Parte 3 [11] (EC8-3) para a Avaliação e reforço de edifícios existentes e a regulamentação italiana, nomeadamente a norma OPCM 3274 de Maio de 2003 [12] e algumas alterações introduzidas nesta pela norma OPCM 3431 de Maio de 2005 [13]. Fora do panorama Europeu, refere-se a regulamentação americana, que é composta por diversos documentos que se complementam e abrangem a temática associada. Mesmo com a entrada em vigor do EC8-3 em Portugal, continua a existir uma lacuna da regulamentação na parte da decisão da necessidade de avaliar o desempenho sísmico de edifícios existentes e no que respeita ao nível e tipo de reabilitação a levar a cabo. Para além disso, no EC8-3 o processo de avaliação sísmica de uma estrutura existente tem o mesmo nível de exigência que o processo de reabilitação, tanto em termos de metodologia como em termos da definição da ação sísmica. Pelo contrário, o regulamento italiano permite reduzir o nível da ação sísmica na avaliação e reabilitação até um valor mínimo de 65% da utilizada em edifícios novos e os documentos norte americanos permitem a redução de 25% da ação somente para a fase de avaliação [14]. Desta forma, o EC8-3, no seu estado atual e sem a definição adequada do correspondente anexo nacional, pode conduzir a situações em que as intervenções em estruturas existentes tenham um custo da mesma ordem de grandeza da construção nova, desincentivando significativamente a reabilitação urbana. É pois importante reduzir custos de intervenção, incorporando uma análise avançada de risco que tenha em conta o facto de se estar a intervir em estruturas existentes e não a projetar estruturas novas. Pode concluir-se que há ainda um caminho extenso a percorrer até se obter um documento com aplicação nacional que regule a intervenção em edifícios existentes, que seja de aplicação prática e que permita a donos de obra e projetistas a elaboração de projetos possíveis de executar com relações de custo-benefício adequadas. Só dessa forma se poderá potenciar a reabilitação e garantir PUB

5 reabilitação low cost / high value > 5 > 6 condições de segurança adequadas do nosso património edificado para a atuação da ação sísmica. 5. NOTAS FINAIS A reabilitação urbana é a única via para inverter a degradação do espaço construído, revitalizar os centros históricos e reestruturar as periferias. No entanto, o paradigma da reabilitação não pode ser o adotado no passado recente (reabilitações com custo superior à construção nova; e instalações com um custo de funcionamento acima dos orçamentos dos donos-de-obra). Pelo contrário, a reabilitação deve ser low cost / high value, i.e., deve-se procurar maximizar o desempenho, minimizando o custo da intervenção. Contudo, há uma série de fatores essenciais que não podem ficar esquecidos neste processo, como por exemplo, a segurança dos edifícios à ação sísmica, a segurança contra incêndio, ou a robustez estrutural. Acresce ainda que a reabilitação urbana, além de conduzir a um melhoramento do comportamento estrutural dos edifícios, deve igualmente implicar um aumento da sua eficiência energética e do seu conforto térmico e acústico. Aumentar significativamente o desempenho dos edifícios e, simultaneamente, reduzir os custos de intervenção pode parecer irrealista ou mesmo paradoxal. No entanto, este é um objetivo possível, desde que seja feita a abordagem técnica adequada, a qual deve incluir a formação avançada dos intervenientes, a elaboração de guidelines (e mais tarde legislação adequada) a seguir ao nível da conceção dos projetos de especialidade, sobretudo Arquitetura e Estabilidade, e a definição de cadernos de encargos detalhados a fornecer às empresas construtoras. BIBLIOGRAFIA 1. Diamantidis, D., Assessment of Existing Structures. Joint Committee of Structural Safety JCSS, Rilem Publications SARL, The publishing Company of Rilem, Melchers, R.E., Structural reliability analysis and prediction. 1999: John Wiley Chichester. 3. Vrouwenvelder, A., Developments towards full probabilistic design codes. Structural Safety, (2-4): p Decreto-Lei n.º 220/2008. D.R. 1.ª Série N.º de Novembro de Estabelece o regime jurídico da segurança contra incêndio. 5. Portaria n.º 1532/2008. D.R. 1.ª Série N.º de Dezembro de Aprova o Regulamento Técnico de Segurança contra Incêndio em Edifícios. 6. NP EN Eurocódigo 1 Acções em estruturas. Parte 1-2: Acções gerais Acções em estruturas expostas ao incêndio. Março NP EN Eurocódigo 2 Projecto de estruturas de betão. Parte 1-2: Regras gerais. Verificação da resistência ao fogo NP EN Eurocódigo 3 Projecto de estruturas de aço. Parte 1-2: Regras gerais. Verificação da resistência ao fogo Sousa Oliveira, C. 2008: Efeitos naturais, impacte e mitigação, Capítulo 3 no livro Sismos e Edifícios, Edições Orion, Lisboa, EN :2003. Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance Part 1: General rules, seismic actions and rules for buidings, Ref. Nº, EN , Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance, Part 3: Strengthening and repair of buildings. 12. OPCM n. 3274, Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sísmica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sísmica, Suppl. ord. n.72 alla G.U. n. 105 del 8/5/2003, e successive modifiche ed integrazioni, OPCM. n Ulteriori modifiche ed integrazioni all Ordinanza n.3274 del 20/3/2003, recante Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sísmica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sísmica Suppl. ord. n.85 alla G.U. n.107 del 10/5/2005, Casanova, S., Bento, R. 2008: Regulamentação Internacional sobre a Avaliação e Reabilitação Sísmica de Edifícios Existentes, Anexo 4 no livro Sismos e Edifícios, Edições Orion, Lisboa, > Figura 5: Colapso total de uma construção de alvenaria de pedra em Vila do Bispo, Algarve, durante o sismo de 28 de Fevereiro de > Figura 6: Danos na fachada de um edifício de dois pisos em Angra de Heroísmo (sismo de 1980). 24_cm