REABILITAÇÃO SÍSMICA DOS EDIFÍCIOS. Seminário - 03 de Junho de Ordem dos Engenheiros - Lisboa

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1 REABILITAÇÃO SÍSMICA DOS EDIFÍCIOS Seminário - 03 de Junho de Ordem dos Engenheiros - Lisboa

2 Risco sísmico na região de Lisboa e Vale do Tejo Diagnóstico da vulnerabilidade dos edifícios existentes Maria Luísa Sousa Paulo Candeias LNEC DE NESDE Seminário - 03 de Junho de Ordem dos Engenheiros - Lisboa

3 Organização 1. Risco sísmico definição de conceitos 2. Análise probabilística do risco 3. Modelação de perdas casos de estudo 4. Vale a pena mitigar?

4 Organização 1. Risco sísmico definição de conceitos 2. Análise probabilística do risco 3. Modelação de perdas casos de estudo 4. Vale a pena mitigar?

5 Risco sísmico, R Fotografia Robert E. Wallace [USGS] A perigosidade sísmica ou ameaça, que representa o perigo potencial de ocorrência de sismos na região P H (H>h) H Perigosidade, H

6 Risco sísmico, R Fotografia Robert E. Wallace [USGS] Fotografia de Jorge Rodrigues [1998] Vulnerabilidade, V A vulnerabilidade sísmica que traduz a susceptibilidade do elemento em risco sofrer danos em consequência da acção de um sismo de dada severidade H, V Perigosidade, H

7 Espalhafatos, Faial, 1998 foto de Jorge Rodrigues

8 Risco sísmico, R Fotografia de Jorge Rodrigues [1998] Fotografia Robert E. Wallace [USGS] Vulnerabilidade, V H, V Perigosidade, H

9 Risco sísmico, R França et al. [2003] Fotografia de Jorge Rodrigues [1998] Fotografia Robert E. Wallace [USGS] Exposição, E Vulnerabilidade, V R = f( H, V, E) Perigosidade, H

10 Risco sísmico, R França et al. [2003] Fotografia de Jorge Rodrigues [1998] Fotografia Robert E. Wallace [USGS] Exposição, E Vulnerabilidade, V R = f( H, V, E) Perigosidade, H

11 Risco sísmico, R H V E R

12 Risco sísmico, R H V E R

13 Organização 1. Risco sísmico definição de conceitos 2. Análise probabilística do risco 3. Modelação de perdas casos de estudo 4. Vale a pena mitigar?

14 Modelação probabilística do risco sísmico P(L > l ) = D H P(L > l d ) P(D > d h ) H Dano f H (h) dh dd Fragilidade P L (L>l d) v E(L d) v Função de perdas P D (D>d) v 100% d P D (D>d h) v E(D h) v Curva de vulnerabilidade Perda h f H (h) Perigosidade sísmica Adaptado de Campos Costa, 2004 P L (L>l) v Probabilidade

15 Modelação probabilística do risco sísmico ( D d h) P D = E(L h) = Ne T Dano Fragilidade 100% ( D = d h) P ( V v) A DF P = d v v d D V P D (D>d h) v P D (D>d) v DF d Factor de Dano d E(D h) v Curva de vulnerabilidade E( L h) h f H (h) Perigosidade sísmica Probabilidade

16 Modelação probabilística do risco sísmico E(L h) = Int. Ne T ( D = d h) P ( V v) A DF P = d v v d D Nível de dano MPD V V 0,932 0,068 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 V-VI 0,712 0,169 0,093 0,026 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 VI 0,598 0,061 0,183 0,073 0,073 0,0 0,012 0,0 0,0 0,0 VI-VII 0,220 0,011 0,044 0,110 0,176 0,330 0,098 0,011 0,0 0,0 VII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,167 0,333 0,389 0,111 0,0 0,0 VII-VIII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,062 0,125 0,250 0,375 0,188 VIII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,167 0,0 0,167 0,666 V MPD ( D, h) = P ( D = d h) F 1 F ( d + 1, h) D = D( d, h) FD( d + 1, h) F ( N, h) D D D 1 d = 0 d < d = N N D D

17 Modelação probabilística do risco sísmico Nº de edifícios Nº de edifícios de habitação [x 10 3 ] [x 10 3 ] E(L h) = ATAPS + Outros Ne T % 15% 25% 15% Alv. <= 1960 Alv Alv ( D = d h) P ( V v) A DF P = d v v d D Total edifícios = x % BA <= 1960 V 457 BA % 13% BA Classes de vulnerabilidade FEMA & NIBS [1999]

18 Modelação probabilística do risco sísmico E(L h) = Ne T ( D = d h) P ( V v) A DF P = d v v d D V Exposição E = NeT Av Pv ( V = v v) E(L h) = Perdas económicas esperadas condicionais = Área perdida equivalente

19 Modelação probabilística do risco sísmico E(L h) = Ne T ( D = d h) P ( V v) A DF P = d v v d D V 1 E(L) = H f (h) E(L h) H dh fdp 0.1 f H (h) Porto Lisboa Faro [ P( H h) ] d > dh P [H > h] 0.01 h Perigosidade sísmica II IV VI VIII X XII Intensidade m acrossísm ica

20 Indicadores de risco E(L h) = Ne T ( D = d h) P ( V v) A DF P = d v v d D V Absoluto Específico H E(L)= E(L h)f (h)dh H AEL AHL AELR=AEL / VRPH AELC = AEL / Np T AHLR= AHL / Np T Económico Humano

21 Organização 1. Risco sísmico definição de conceitos 2. Análise probabilística do risco 3. Modelação de perdas casos de estudo 4. Vale a pena mitigar?

22 Perigosidade Sísmica, H Ocorrência Magnitude [3,5-4,0] 4,0-5,0 5,0-6,0 15 0'0"W 10 0'0"W 5 0'0"W 45 0'0"N 6,0-7,0 7,0-8,0 2 ]8,0-8,5] instrumental histórico 40 0'0"N '0"N Carvalho, Atenuação '0"N 35 0'0"N 10 0'0"W km 5 0'0"W

23 Perigosidade Sísmica, H 1000 LISBOA 220 PGA [cm/s2] Ajuste dist. Ajuste Lognormal 475 anos afastado Sismicidade Próxima (Sé) o Sismicidade 475 anos Afastada próximo (Sta Mª dos Olivais) Período de retorno Retorno [ano]

24 Classificação dos perfis geotécnicos 37 perfis Unidade geográfica de análise: freguesia perfil geotécnico km 90 km MAL

25 Efeito dos solos 1.2 Sa [g] Sd [cm]

26 Vulnerabilidade sísmica dos ER Taxonomia 1. Adequada ao panorama construtivo 2. Adaptar-se ao inventário dos elementos em risco 3. Coincidir com os critérios dos métodos de avaliação de danos

27 Vulnerabilidade sísmica dos ER Taxonomia 1. Adequada ao panorama construtivo 2. Adaptar-se ao inventário dos elementos em risco 2. Coincidir com os critérios dos métodos de avaliação de danos

28 Caracterização do parque habitacional Parque habitacional Edifícios antigos de alvenaria e construção tradicional Edifícios posteriores ao BA Edifícios antigos de alvenaria (urbanos) Alvenaria com elementos de BA BA

29 Caracterização do parque habitacional Parque habitacional Edifícios antigos de alvenaria e construção tradicional Edifícios posteriores ao BA Construção tradicional (rural) Edifícios antigos de alvenaria (urbanos) Alvenaria com elementos de BA BA Anteriores 1755 De «placa» Anterior regulamentos Pombalinos Pequeno porte Alv. confinada Posterior RSCCS anterior RSA Gaioleiros Posterior RSA

30 Vulnerabilidade sísmica dos ER Taxonomia 1. Adequada ao panorama construtivo 2. Adaptar-se ao inventário dos elementos em risco 3. Coincidir com os critérios dos métodos de avaliação de danos

31 Inventário dos elementos em risco Elementos em risco Edifícios de habitação Alojamentos Ocupantes Portugal Continental 3,0 M 4,8 M 9,8 M Censos 2001

32 Inventário dos ER Questionário da unidade estatística EDIFÍCIO

33 Factores de vulnerabilidade Época de construção Antes de Tipo de estrutura BA ACP ASP ATAPS Outros Nº de pavimentos a 7 8 a 15 + de 15

34 Inventário dos elementos em risco Edifícios por época de construção, tipo de estrutura e nº de pavimentos PORTUGAL CONTINENTAL Tipo de estrutura BA ACP ASP ATAPS O BA 0,0% 8,0% ACP 0,0% ASP 47,3% ATAPS 51,9% O 0,8% Antes de BA 7,3% 10,9% ACP 22,1% ASP 41,9% ATAPS 28,2% O 0,5% BA 16,7% 11,3% ATAPS 15,5% ACP 33,9% ASP 33,5% O 0,4% 0,0% 0,0% 62 45% 60% 0,1% % 0,8% % 40% 54% 67% 0,1% % 3,8% % 4,2% ,4% 30% % 3,1% 43% 34% 1,9% % 58% 40% 37% 67% 30% 1,8% ,0% ,5% ,8% ,8% ,6% BA 30,6% ACP 45,6% ASP 17,8% ATAPS 5,6% O 0,3% 38% 47% 57% 39% 61% 0,7% ,0% % 2,3% 10% ,9% 44% % 5,8% % ,8% BA 37,0% ACP 51,8% ASP 7,9% ATAPS 2,6% O 0,7% 32% 38% 57% 38% 1,4% ,5% ,1% % 11% 51% 6,6% % 9,2% Nº de pavimentos 1 11,3% BA ACP ASP 41,1% 51,5% 5,0% ATAPS 2,1% O 0,3% 28% 34% 0,6% ,2% ,0% % 14% 54% 4,6% % 5,8% ,1% BA 44,0% ACP 49,4% ASP 4,1% ATAPS 2,2% O 0,3% 26% 34% 0,4% ,2% ,0% % 53% 15% 4,0% % 4,5% ,8% BA 43,7% ACP 49,1% ASP 4,1% ATAPS 2,8% O 0,3% 24% 44% 34% 0,4% ,2% ,0% % 52% 3,8% % 4,3% BA 46,1% 22% ACP 47,0% 32% 10,2% ASP 3,6% 0,4% ATAPS 3,1% 0,3% O 0,2% 0,0% % 53% 17% 12% 4,7% 4,8%

35 Inventário dos elementos em risco Parque habitacional ASP + ATAPS ACP + BA Edifícios antigos de alvenaria (urbanos) Alvenaria com elementos de BA BA

36 Das tipologias dos Censos para classes de vulnerabilidade Classes de vulnerabilidade CENSOS 2001 ATAPS + others Alvenaria anterior a 1960 Alvenaria Alvenaria épocas x 5 tipo de estrutura x 7 nº pisos = 315 tipologias BA anterior 1960 BA BA LNECLoss 49 CV (84 CV f. Localização)

37 Exposição em Lisboa (Censos 2001) (31%) Nº pisos a 7 8 a 15 + de 15 Número de Edifícios (20%) (8%) (2%) (15%) (17%) (7%) 0 ATAPS+ Outros Alvenaria 1960 Alvenaria Alvenaria BA 1960 BA BA Tipologias edifícios

38 Exposição em Lisboa (Censos 2001) (31%) Nº pisos a 7 8 a 15 + de 15 Número de Edifícios (20%) ATAPS+ Outros Alvenaria (8%) Alvenaria (2%) Alvenaria (15%) BA (17%) BA (7%) BA Nº pisos habitantes a 7 8 a 15 + de (34%) Tipologias edifícios Número de habitantes (9%) (20%) (4%) (1%) (16%) (16%) 0 ATAPS+ Outros Alvenaria 1960 Alvenaria Alvenaria BA 1960 BA BA Tipologias

39 Inventário dos ER na AML e concelhos limítrofes 90 km MAL 96 km Censos 2001 Freguesias 277 (7%) Perfis geotécnicos 37 Unidade geográfica de análise: freguesia perfil geotécnico tipologias de edifícios 49 Edifícios residenciais (16%) Fogos (29%) População (29%) Valor de reposição (%PIB 2001) ( 47%) 39

40 Exposição na AML Valor económico de reposição do parque habitacional da AML

41 Vulnerabilidade sísmica Elementos resistentes Configuração dos seus sistemas estruturais Disposições de dimensionamento Qualidade da construção Estado de conservação Época de construção Localização da construção

42 Exposição em Portugal Estado de conservação Total = Nº de edifícios x ,9% 38,2% 88 2,9% 0 S/ necessidade de reparação C/ necessidade de reparação Muito degradado Estado de conservação

43 Lisboa: 7700 edifícios em mau ou muito mau estado de conservação 43

44 44

45

46 Vulnerabilidade sísmica dos ER Taxonomia 1. Adequada ao panorama construtivo 2. Adaptar-se ao inventário dos elementos em risco 3. Coincidir com os critérios dos métodos de avaliação de danos

47 Vulnerabilidade sísmica e danos de edifícios Mecanicista FEMA & NIBS [1999] 7 classes de vulnerabilidade 84 tipologias Avaliação da vulnerabilidade sísmica

48 Método mecanicista do espectro de capacidade Iteração 0: Te ξ0 espectro de resposta inicial Aceleração Espectral SA ξ1 ξ2 Iteração 1: T1 Iteração 2: T2 T f Ponto de resposta (SD max, SA max ) Curva de capacidade ξf espectro de solicitação final após convergência Deslocamento Espectral SD T f >T2>T1>Te

49 Definição de fragilidade e vulnerabilidade sísmicas P D (D >= d SD max ) V Ausência de Dano P D (D >= d SD ) D. Ligeiro D. Moderado D. Severo D. Total SD = SD max SD

50 Vulnerabilidade sísmica e danos de edifícios Mecanicista FEMA & NIBS [1999] 7 classes de vulnerabilidade 84 tipologias Avaliação da vulnerabilidade sísmica Estatísticos ou Empíricos Di Pasquale & Orsini [1997] Zuccaro & Pappa [2002] Tiedemann [1992] 4 classes de vulnerabilidade MSK 7 classes de vulnerabilidade Giovinazzi & Lagomarsino [2003 e 2004] 5 classes vulnerabilidade 27 X 2 tipologias

51 Definição de fragilidade e vulnerabilidade sísmicas Matrizes de probabilidade de dano MPD ( D, I) = P ( D = d I) D = F D 1 F F ( d ( d, I) F D D ( N D D + 1, I) ( d, I) + 1, I) 1 d = 0 d < d = N N D D Int. Nível de dano V 0,932 0,068 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 V-VI 0,712 0,169 0,093 0,026 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 VI 0,598 0,061 0,183 0,073 0,073 0,0 0,012 0,0 0,0 0,0 VI-VII 0,220 0,011 0,044 0,110 0,176 0,330 0,098 0,011 0,0 0,0 VII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,167 0,333 0,389 0,111 0,0 0,0 VII-VIII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,062 0,125 0,250 0,375 0,188 VIII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,167 0,0 0,167 0,666

52 Vulnerabilidade sísmica e danos de edifícios Mecanicista LISBOA AML Avaliação da vulnerabilidade sísmica Estatísticos ou Empíricos PORTUGAL

53 Perdas esperadas anuais Lisboa AEL / PIB 2008 [ ] AELC [ per capita] AELR [ ] [0-0,001] 0,001-0,002 0,002-0,005 0,005-0,01 0,01-0,012 0,012-0,015 ]0,015-0,024] [0,38-1,0] 1,0-2,0 2,0-3,0 3,0-4,0 4,0-5,0 5,0-6,0 ]6,0-7,1] [0,8-1,0] 1,0-2,0 2,0-3,0 3,0-4,0 4,0-5,0 5,0-6,0 ]6,0-8,5] AHL [#] [0-0,01] 0,01-0,02 0,02-0,05 0,05-0,10 0,10-0,15 0,15-0,20 ]0,20-0,33] N Kilometers Km AHLR [ ] [0-0,001] 0,001-0,002 0,002-0,005 0,005-0,01 0,01-0,02 0,02-0,05 ]0,05-0,07]

54 Avaliação do risco individual Região Probabilidade anual de morte Sismos no Irão 1 : Sismos em Itália 1 : Sismos em Lisboa 1 : Sismos em Portugal Continental 1 : Sismos na Califórnia 1 : Aceitável 1:10 6 /ano ALARP 1:10 4 /ano 1:10 5 /year Intolerável ALARP - As Low As Reasonably Practical 1:10 4 /ano Limite de tolerabilidade para os edifícios existentes

55 Variáveis explicativas Distribuição geográfica por concelho VRPH Np T mlometers 0 3 Perigosidade, H Vulnerabilidade, V Exposição, E valor elevado valor baixo

56 Perdas esperadas anuais Distribuição geográfica por concelho ometers AHL risco elevado risco baixo AHLR 5] Kilometers m capita] AEL AELR ] AELC ]

57 Acumulação do risco sísmico perdas esperadas anuais por NUT II Minho-Lima Cávado Ave Grande Porto Tâmega Entre Douro e Vouga Baixo Mondego Pinhal Litoral Médio Tejo Alto Trás-os-Montes Douro Baixo Dão-Lafões Vouga Serra da Estrela Pinhal Interior Norte Pinhal Interior Sul Beira Interior Norte Cova da Beira Beira Interior Sul!! Espo São J! Oeste Lezíria do Tejo Grande Lisboa Península de Setúbal Alto Alentejo Alentejo Central!! Be! NUTS II Norte Centro LVT Alentejo Algarve NUTS III Alentejo Litoral Baixo Alentejo Algarve N O Aljezur! M! Vila do Bispo km Kilom

58 Acumulação do risco sísmico perdas esperadas anuais por NUT II Existências / Perdas VRPH [Euro x 10 9 ] Índivíduos [x 10 3 ] AEL [Euro x 10 6 ] AEL/PIB 2001 [%] Norte Centro LVT Alentejo Algarve PT 124 (40%) (37%) 17 (13%) 69 (22%) (18%) 18 (14%) 83 (27%) (35%) 56 (42%) 18 (6%) 532 (5%) 19 (14%) 15 (5%) 390 (4%) 24 (18%) 310 (100%) (100%) 135 (100%) 0,014 0,015 0,046 0,016 0,019 0,110 AELR [ ] 0,14 0,27 0,68 1,06 1,54 0,44 AELC [Euro per capita] AHL [#] ,2 (2%) 0,4 (3%) 5,6 (40%) 2,7 (19%) 5,2 (37%) 14,1 (100%) AHLR [ ] 0,0001 0,0002 0,0016 0,0052 0,0133 0,0014

59 Acumulação do risco sísmico perdas esperadas anuais por NUT II Existências / Perdas VRPH [Euro x 10 9 ] Índivíduos [x 10 3 ] AEL [Euro x 10 6 ] AEL/PIB 2001 [%] Norte Centro LVT Alentejo Algarve PT 124 (40%) (37%) 17 (13%) 69 (22%) (18%) 18 (14%) 83 (27%) (35%) 56 (42%) 18 (6%) 532 (5%) 19 (14%) 15 (5%) 390 (4%) 24 (18%) 310 (100%) (100%) 135 (100%) 0,014 0,015 0,046 0,016 0,019 0,110 AELR [ ] 0,14 0,27 0,68 1,06 1,54 0,44 AELC [Euro per capita] AHL [#] ,2 (2%) 0,4 (3%) 5,6 (40%) 2,7 (19%) 5,2 (37%) 14,1 (100%) AHLR [ ] 0,0001 0,0002 0,0016 0,0052 0,0133 0,0014

60 Acumulação do risco sísmico perdas esperadas anuais por NUT II Existências / Perdas VRPH [Euro x 10 9 ] Índivíduos [x 10 3 ] AEL [Euro x 10 6 ] AEL/PIB 2001 [%] Norte Centro LVT Alentejo Algarve PT 124 (40%) (37%) 17 (13%) 69 (22%) (18%) 18 (14%) 83 (27%) (35%) 56 (42%) 18 (6%) 532 (5%) 19 (14%) 15 (5%) 390 (4%) 24 (18%) 310 (100%) (100%) 135 (100%) 0,014 0,015 0,046 0,016 0,019 0,110 AELR [ ] 0,14 0,27 0,68 1,06 1,54 0,44 AELC [Euro per capita] AHL [#] ,2 (2%) 0,4 (3%) 5,6 (40%) 2,7 (19%) 5,2 (37%) 14,1 (100%) AHLR [ ] 0,0001 0,0002 0,0016 0,0052 0,0133 0,0014

61 Acumulação do risco sísmico perdas esperadas anuais por NUT II Existências / Perdas VRPH [Euro x 10 9 ] Índivíduos [x 10 3 ] AEL [Euro x 10 6 ] AEL/PIB 2001 [%] Norte Centro LVT Alentejo Algarve PT 124 (40%) (37%) 17 (13%) 69 (22%) (18%) 18 (14%) 83 (27%) (35%) 56 (42%) 18 (6%) 532 (5%) 19 (14%) 15 (5%) 390 (4%) 24 (18%) 310 (100%) (100%) 135 (100%) 0,014 0,015 0,046 0,016 0,019 0,110 AELR [ ] 0,14 0,27 0,68 1,06 1,54 0,44 AELC [Euro per capita] AHL [#] ,2 (2%) 0,4 (3%) 5,6 (40%) 2,7 (19%) 5,2 (37%) 14,1 (100%) AHLR [ ] 0,0001 0,0002 0,0016 0,0052 0,0133 0,0014

62 Conclusões O número reduzido de mortes ocorridas em Portugal Continental no século XX explica baixa percepção da população sobre o risco sísmico AHL é superior em + 20 às mortes/ano no sec. XX

63 Conclusões O número reduzido de mortes ocorridas em Portugal Continental no século XX explica baixa percepção da população sobre o risco sísmico AHL é superior em + 20 às mortes/ano no sec. XX Risco sísmico específico cresce do norte para sul Algarve maiores AELR, AELC e AHLR devido perigosidade elevada Baixo Alentejo e sul do Litoral Alentejano devido a perigosidade e vulnerabilidade elevadas

64 Conclusões Risco de morte nas NUTS II = Norte e Centro é muito reduzido

65 Conclusões Risco de morte nas NUTS II = Norte e Centro é muito reduzido Lisboa e Vale do Tejo maior risco sísmico absoluto AML maiores AEL devido à exposição elevada

66 Fim OBRIGADA

67 Organização 1. Risco sísmico definição de conceitos 2. Análise probabilística do risco 3. Modelação de perdas casos de estudo 4. Vale a pena mitigar?

68 Vale a pena mitigar? When will be the next earthquake? [Barry Parsons, Nature, 2010] How do we make sure it won t kill so many people when it hits? [Barry Parsons, Nature, 2010]

69 Vale a pena mitigar? When will be the next earthquake? [Barry Parsons, Nature, 2010] How do we make sure it won t kill so many people when it hits? [Barry Parsons, Nature, 2010] Vale a pena mitigar?

70 Vale a pena mitigar? Custos e benefícios da mitigação Valores das perdas Hierarquizar as medidas de mitigação? Intervenções para mitigação e reforço? Áreas geográficas? Tipologias? etc.

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72 Resolução AR nº Recomendação ao Governo para que adopte medidas para reduzir o risco sísmico 3. Elabore, em articulação com as autarquias locais um plano nacional de redução da vulnerabilidade sísmica das redes de infra-estruturas industriais, hospitalares, escolares, governamentais, de infra-estruturas de transportes, energia, telecomunicações, gás, água e saneamento, e de outros pontos críticos, bem como do património histórico e zonas históricas dos núcleos urbanos, com identificação e hierarquização das zonas de risco. 4. Para as infra-estruturas tuteladas pelo Estado como para o património histórico-cultural sejam realizados programas específicos de intervenção para a redução da vulnerabilidade sísmica, sempre que assim se justifique, a promover pelos ministérios com as respectivas tutelas e de acordo com o plano de avaliação e hierarquização das prioridades.

73 Risco sísmico na região de Lisboa e Vale do Tejo Diagnóstico da vulnerabilidade dos edifícios existentes Maria Luísa Sousa Paulo Candeias LNEC DE NESDE Seminário - 03 de Junho de Ordem dos Engenheiros - Lisboa