Revista Internacional techITT | Vol.14 | Issue 38 | 2016 | Especial CONPAT by Revista TechITT

TECH ITT REVISTA INTERNACIONAL

ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO • ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCIÓN

Especial

CONPAT 2015

Volume

Número

Director: Fernando Branco fbranco@civil.ist.utl.pt Coordenador editorial: Inês Flores-Colen Publicado por: Gatewit Avenida da Liberdade, nº 136, 4º, 5º e 6º 1250-146 Lisboa Contactos: E-mail: info@gatewit.com Website: www.techitt.com tech ITT Press: • Revista Internacional tech ITT ( 3 X Ano ) • Monografias

EDITORIAL

ESTUDIOS PARA LA PUESTA EN VALOR DE EDIFICIO PATRIMONIAL CON PINTURAS MURALES EN ZONA SÍSMICA: UN CASO DE ESTUDIO

Fernando Branco Portugal

N. G. Maldonado, P. E. Martin, I. A. Maldonado, F. A. Calderon, G. A. Gonzalez del Solar, M. C. Domizio Argentina

ENSAIOS DINAMICOS EM PAREDES DE FRONTAL POMBALINAS

CARACTERIZAÇÃO IN SITU DE UM REBOCO ANTIGO ATRAVÉS DO MÉTODO DA RESISTÊNCIA À FURAÇÃO

A. Gonçalves, L. Guerreiro, P. Candeias, J. Ferreira, A. C. Costa Portugal

R. Nogueira, A. P. Ferreira Pinto, A. Gomes Portugal

AVALIAÇÃO, DIAGNÓSTICO E PROJEÇÃO DE CUSTOS EM MANUTENÇÃO DE HABITAÇÃO SOCIAL MUNICIPAL M. J. Matos, A. Simões, M. F. Rodrigues, R. Vicente, A. Costa, H. Varum, M. Álvares, J. Ferreira Portugal

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Nº 38 - MAR 2016 VOL. 14

ISSN 1645-5576

EDITORIAL Para este número da revista selecionouse um conjunto de artigos, apresentados no CONPAT 2015 relativos ao tema da reabilitação de edifícios antigos e existentes. Trata-se de um tema muito actual que além dos aspetos técnicos envolve temas sociais, históricos e económicos. A boa solução deverá sempre encontrar o equilíbrio entre as duas perguntas base: a) até que ponto deve ser feita a intervenção sem adulterar a componente histórica/arquitectónica original?; b) como deve ser feita a reabilitação para dotar a habitação de padrões de qualidade actuais?. É neste diálogo que, com inovação, deve avançar a reabilitação dos nossos edifícios antigos tornando a antiga cidade na nova cidade, mas continuando a lembrar o legado que os nossos avós nos deixaram. Esperamos que aprecie este volume da RIT.

CORPO CIENTÍFICO:

Alfredo Serpell (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile) Elton Bauer (Universidade de Brasília, Brasil) Hipólito de Sousa (Faculdade de Engenharia do Porto, Portugal) João Carlos Gonçalves Lanzinha (Universidade da Beira Interior, Portugal) João Gomes Ferreira (Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal) João Ramôa Correia (Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal) José Barroso Aguiar (Universidade do Minho, Portugal)

Fernando Branco (Director da RIT)

José Rangel (Universidad Autónoma de Nuevo León, México) Manuel Pinheiro (Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal) Nuno Simões (Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, Portugal) Paulina Faria (Faculdade Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Portugal) Paulo G. Yugovich R. (Facultad de Ciencias y Tecnologia, Universidad Católica Nuestra Sr. de la Asunción, Paraguay) Paulo Helene (Universidade de São Paulo, Brasil) Resende Nsambu (Faculdade de Engenharia da Universidade Agostinho Neto, Angola) Romeu Vicente (Universidade de Aveiro, Portugal) Rosário Veiga (Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Portugal)

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ESTUDIOS PARA LA PUESTA EN VALOR DE EDIFICIO PATRIMONIAL CON PINTURAS MURALES EN ZONA SÍSMICA: UN CASO DE ESTUDIO N. G. MALDONADO PhD, Prof. Ing. en Const. CeReDeTeC, FRM, UTN Mendoza; Argentina

P. E. MARTIN PhD, Prof. Ing. Civil CeReDeTeC, FRM, UTN Mendoza; Argentina

I. A. MALDONADO Ms. Ing. Civil CeReDeTeC, FRM, UTN Mendoza; Argentina

F. A. CALDERON Ing. Civil ANPCyT; FRM UTN Mendoza; Argentina

G. A. GONZALEZ DEL SOLAR

M. C. DOMIZIO Ing. Civil CONICET, FRM UTN Mendoza; Argentina

Ing. Civil CONICET, FRM UTN Mendoza; Argentina

RESUMEN

ABSTRACT

En este trabajo se presenta una propuesta de intervención de un edificio de fines del siglo XIX, que alberga la obra pictórica del artista Fernando Fader, por lo que el valor patrimonial de los murales pintados en la casa-museo condiciona los trabajos de la puesta en valor. La metodología de estudio ha comprendido las siguientes etapas: relevamiento detallado, decisiones de emergencia, análisis de las condiciones de conservación, diagnóstico y propuesta de rehabilitación. El relevamiento de las patologías comprueba el daño sísmico por ausencia de arriostramientos y falta de capacidad portante de sus fundaciones. Desde el punto de vista de la seguridad se requieren restricciones al número de visitantes y después de la inspección de cielorrasos suspendidos, se clausuran salones de exposición. El análisis de condiciones de conservación requiere de un estudios de suelos y fundaciones, cateos de materiales con identificación de composición y medición de microvibraciones ambientales para modelar el edificio por elementos finitos y corroborar los estados de patologías encontradas. Durante el estudio se descubren pinturas ocultas del mismo artista, que se validan por difracción de rayos X. El diagnóstico indica que la construcción de mampostería monumental ha sufrido distintas intervenciones arquitectónicas a lo largo de su historia, derivando en patologías que afectan su seguridad estructural frente a cargas verticales, ambientales y al sismo. En el análisis de la puesta en valor de la fundación se han considerado distintas alternativas disponibles, desde la no intervención hasta una intervención significativa, en función de la disponibilidad de acceso a la misma y de la tecnología local. En las conclusiones se resalta el gran impacto tecnológico y económico de la rehabilitación de las fundaciones en relación a la superestructura metálica a incorporar y la necesidad de investigar materiales compatibles para no afectar los murales.

This paper presents a proposal for intervention of a building from the late nineteenth century, which houses the paintings of artist Fernando Fader, is presented at the equity value of the murals painted on the house-museum work conditions commissioning value. The study methodology comprised the following stages: a detailed survey, emergency decisions, the analysis of the maintenance conditions, diagnosis and rehabilitation proposal. The survey of pathologies checks the absence of seismic braces and lack of bearing capacity of their foundations. From the point of view of security restrictions on the number of visitors are required and after inspection of suspended ceilings, showrooms are closed. Analysis of maintenance conditions requires soil surveys and foundations, searches of materials composition identification and measurement of environmental microvibrations to model the building finite element and corroborate the statements of pathologies found. During the study hidden paintings by the same artist were found, this paintings were validated by X-ray diffraction. The diagnosis indicates that monumental masonry building has undergone various architectural interventions throughout its history, leading to diseases affecting the structural safety against vertical, environmental and earthquake loads. In the analysis of the enhancement of the foundation it have been considered various alternatives available, from non-intervention to a significant intervention, depending on the availability of access to it and the local technology. The conclusions highlight the great technological and economic impact of the rehabilitation of foundations in relation to the metal superstructure and incorporate the need to investigate compatible materials to avoid affecting the murals.

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1. Introducción La puesta en valor de edificios patrimoniales, cuando hay que habilitarlos para uso público en una zona de elevado riesgo sísmico, donde se dificulta seguir estrictamente los principios de las diferentes cartas de restauración, representa un reto a la ingeniería estructural [1]. El presente caso trata de una casa de veraneo de mampostería cerámica cocida, con techos de zinc y carpintería de cedro, roble y pinotea, ventanas con celosías de hierro y pisos de madera y mosaico, rodeada de jardines y construida a partir de 1882 [2], de corriente ecléctica, que alberga los murales pintados entre 1905 y 1906 por el artista plástico Fernando Fader (1882-1935). Los murales del hall de entrada y de una habitación con piscina se prepararon con yeso importado, representan temáticas costumbristas, con amplitud del paisaje, con técnicas impresionistas donde la luz y el color son factores predominantes. En 1951 se habilitó la casa como Museo Provincial de Bellas Artes y en 1998 se la declaró como bien patrimonial de la Provincia de Mendoza, Argentina (Figura 1). En 2012 el Gobierno de Mendoza solicitó el estudio de la puesta en valor. La metodología de trabajo ha incluido las siguientes etapas: i) inspección detallada, ii) adopción de medidas paliativas de emergencia, iii) análisis de las condiciones de conservación del edificio, iv) diagnóstico y v) estudio de alternativas para la rehabilitación. La estructura de la casa-museo está compuesta de muros de mampostería cerámica cocida de 0.65 m de espesor y desarrollada en tres niveles. La Figura 2 presenta el plano de Planta Baja (±0.00 m), donde se puede observar indicado en color rojo la proyección del Subsuelo (-3.00 m) y en color azul la proyección de la Planta Alta (+4.30 m). El entrepiso situado en el nivel ±0.00 m es de tipo flexible compuesto por vigas de madera y entablonado de pinotea, en tanto que el entrepiso a nivel +4.30 m se compone de bovedillas de mampostería cocida aglutinada con mortero cálcico que descansa sobre vigas metálicas, cumpliendo la función de losa rígida. La estructura de la cubierta está constituida por un entramado de madera. La fachada principal se forma con un parapeto acompañada por sendas torres a sus costados cuyas alturas alcanzan los 11.00 m.

Figura 1: Vista del frente de la casa-museo

Figura 2: Plano de Planta

A partir de los datos de campo y de laboratorio [3], se generó un modelo estructural mediante el método de elementos finitos, incluyendo la interacción con un suelo de baja capacidad portante [4] y la temperatura para simular el comportamiento estructural [5] (Figura 3). También se estudió el estado de conservación de los murales. Del análisis de distintas alternativas, surge la propuesta de rehabilitación. En la decisión de la puesta en valor se han considerado no sólo los costos sino la disponibilidad de tecnología local, de acuerdo con las normas de rehabilitación vigentes [6]; [7], pero desde el punto de vista de patrimonial, se prefiere la combinación de estructuras que no interfieran con la fábrica original [3]. La verificación de la seguridad estructural se ha realizado con medición de microvibraciones ambientales [8].

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Figura 3: Estado de daño del edificio (paredes con murales a conservar en color verde)

2. Metodología de estudio del caso En zona sísmica, el objetivo principal de la puesta en valor de una construcción patrimonial de uso público es minimizar la pérdida de vidas humanas y recién a partir de ahí plantear cómo satisfacer los principios de conservación, de intervención mínima y de reversibilidad, exigidos por las cartas de restauración. El principio de conservación requiere una evaluación detallada, extensa y multidisciplinaria de la estructura, así como la identificación de sus valores culturales y de su construcción. El principio de mínima intervención requiere la menor cantidad de alteraciones que permitan la adecuación sísmica y la preservación de la autenticidad de la construcción. Los principios de reversibilidad y el de la renovación de la intervención aseguran la posible eliminación de las intervenciones en el futuro, en el caso de resultar ineficaces, perjudiciales o inferiores de nuevos métodos de avance tecnológico. En este caso se suman los Principios de ICOMOS para la preservación y conservación/ restauración de pinturas murales (2003) que proporcionan aspectos más específicos para las mismas, reflejando principios y prácticas universalmente aplicables [9].

2.1. Inspecciones y relevamientos Para realizar la tarea de inspección se debió eliminar el emplacado de yeso que tenían las paredes de la casa-museo, situación que permitió encontrar nuevas pinturas murales. Se realizó una exhaustiva exploración de las patologías que presenta el edificio, evaluándose el daño. Los daños más significativos provienen: de la sismicidad regional, detectándose modificaciones de estructura con los sismos de principios del siglo XX, de la presencia de humedad por presencia de jardines y por mal funcionamiento de los desagües pluviales, de la condición de exposición ambiental (calidad del suelo y temperatura) y de las intervenciones realizadas por el uso de materiales de diferente comportamiento mecánico. Se realizaron cateos en la estructura de mampostería, fondos de cielorrasos y fondos de pisos. Se detectaron tensores dentro de la mampostería en la zona de las torres de la fachada, técnica constructiva usada en la región después de los terremotos de 1903 y 1917. El estudio de suelos permitió ubicar las fundaciones existentes y caracterizar dinámicamente el suelo (medición de la velocidad de onda). Se instaló un acelerómetro con el objetivo de conocer las propiedades dinámicas del edificio previo a su reestructuración. Estas propiedades se correlacionan con mediciones de temperatura y humedad durante un año a fin de establecer una línea base y poder evaluar la reestructuración en sus etapas intermedias y su estado final. Se extrajeron muestras de ladrillos y morteros en distintas ubicaciones para identificación por análisis químico. Se utilizó un espectrómetro de difracción por rayos X para determinar la composición química de los pigmentos pictóricos de las nuevas pinturas murales descubiertas y por comparación con los datos de los murales existentes para su validación como pertenecientes al pintor Fernando Fader [2]. La Figura 4 presenta una secuencia del estado de un mural pintado, situación de deterioro que se repite en el resto de los murales pintados, tanto en la pintura expuesta al público como en la parte posterior que se oculta bajo emplacados o cielorrasos.

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Figura 4: Vista del mural (izq.), fisuración del mural (centro) y fisuración por la parte posterior del mural (der.)

2.2. Medidas paliativas de emergencia Durante la inspección se detectó que los soportes de los cielorrasos suspendidos se encuentran seccionados, por cual es necesario restringir el acceso y se prohíbe la circulación general, lo que conllevó a reubicar los cuadros y las oficinas del museo. La Figura 5 muestra distintos puntos de soporte del cielorraso que se encuentran colapsados, tanto por carga como por corrosión.

2.3. Análisis de las condiciones de conservación La estructura portante de la casa-museo está conformada por gruesos muros de mampostería cerámica maciza con distintos niveles de fisuración en tímpanos, encuentro de muros y zonas con diferentes materiales. La cubierta es metálica con estructura de sostén de madera con cabriadas, correas y relleno de caña y barro, actualmente en buen estado de conservación. La cava ubicada en el subsuelo presenta un importante nivel de humedad ambiente por falta de aislación hidráulica y ventilación suficiente.

Figura 5: Soporte quebrado (izq.), viga y alambre de soporte cortado por corrosión (centro) y alambre de soporte de cielorraso cortado (der.)

Se identificó en laboratorio el material cerámico utilizado como mampuesto, caracterizando sus aspectos físicos y mecánicos (densidad = 1600 kg/m³, porosidad 22%, resistencia a compresión = 2,2 MPa). Los ensayos químicos sobre muestras de los morteros utilizados indican la presencia de cal como aglomerante. Los resultados obtenidos permiten clasificar a la mampostería como de baja capacidad portante. La cimentación original existente está conformada por cascotes y piedras unidas con mortero de cal, de 0,80 m de ancho y 1,50 m de profundidad como valor promedio, desmoronable en varios sectores. El suelo presenta tres estratos hasta la profundidad estudiada: i) hasta -1,00 m rellenos y material orgánico, ii) desde -1,00 m y hasta -3,00 m limos ML y iii) a partir de -3.00 m un suelo granular GW. Los parámetros geotécnicos determinados en laboratorio sobre muestras (ángulo de fricción, cohesión, densidad, etc.) y en campo (ensayo de placa) fueron utilizados para la modelación del comportamiento de la fundación. Del análisis de cargas de la casa-museo se comprobó que las secciones de fundación no son suficientes para el nivel de carga permanente y el estudio de suelos determinó que los cimientos existentes no tienen capacidad suficiente para la combinación de cargas verticales y horizontales, por lo tanto es necesaria su rehabilitación estructural.

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El estado de preservación actual indica que los murales no tienen problema con el agua de lluvia para el estado de protección hidráulica que hoy presenta la continuidad de los muros con pinturas murales, pero si no se soluciona en forma definitiva la disposición de los desagües habrá probabilidad de aparición de humedad por infiltración. La presencia de humedad ascendente se observa en los murales ubicados en la sala de la piscina debido al agua infiltrada de los jardines circundantes, lo que debe resolverse con la puesta en valor. No hay presencia de hongos ni de insectos durante la inspección debido a las condiciones ambientales y de mantenimiento de la casa-museo. El microclima ha mantenido la temperatura y humedad estables con solamente efectos de ventilación cruzada de puertas y ventanas.

2.4. Diagnóstico La casa-museo ha sufrido pérdidas de material original, debido a causas humanas (intervenciones previas) como por el daño provocado por el paso del tiempo y el efecto destructivo de los sismos. En el pasado era habitual que los elementos de una construcción se reemplazaran a gran escala, en lugar de repararse, y que las superficies se renovaran y no se conservaran disminuyendo la autenticidad del edificio, como sucedió con la primera intervención desde 1949 . En la última intervención no se realizó una adecuación sísmica, sino que se tomaron medidas con revestimientos estéticos, priorizando el ocultamiento de las patologías y llevando a desestimar valores culturales de muros, componentes y terminaciones. Prueba de ello, son las pinturas encontradas durante este último relevamiento [3]. La evaluación del comportamiento de la estructura tiene que ser abordada a través de la evaluación de la condición actual de la estructura y mediante el análisis de su historia en término de propiedades de los materiales, técnicas constructivas, detalles estructurales, patrones de fisuración y deterioro. Las paredes pintadas por Fernando Fader son componentes de la estructura, y están afectadas por fisuración y problemas de humedad, por lo que se requiere un especial cuidado para la conservación de las pinturas. Para diagnosticar el estado estructural de los murales se ha realizado el análisis bajo las siguientes premisas con el fin de aportar al análisis las condiciones ambientales y estructurales del edificio: condiciones del soporte (grietas en mampostería o revoque, saltado de revoque por daño sísmico), revoque (falta de cohesión, falta de adhesión en nivel variable, pérdidas de estratificación total, pérdidas de capas superficiales), alteraciones en las capas de pinturas (pérdidas de cohesión, desprendimiento de capa de pintura, abrasiones por daño mecánico, pérdida de capa de pintura, alteraciones cromáticas, sedimentos de tierra y polvo, ataque e infestación de insectos), cristalización de sales (eflorescencias) e intervenciones previas (rellenos en niveles superficiales y subsuperficiales, rellenos sobre la pintura, retoque de rellenos, sobrepintado del original, cambio de colores, tratamiento superficial, revestimientos, fragmentos desprendidos sustituidos in situ). Los daños debido a la humedad en la base de los muros pueden ocasionar inestabilidad de los mismos, y derrumbe fuera del plano cuando sufre erosión o debilitamiento por ciclos de humedecimiento-secado. Constituye un importante riesgo de vida humana. En este caso el aporte de agua de los jardines y estanques circundantes es significativo y debe ser controlado para evitar este tipo de daños en la mampostería. En intervenciones anteriores se han realizado algunas reparaciones debido a la presencia de humedad como el recambio de ladrillos o recalces de fundaciones. Las paredes de mampostería tienen características térmicas que mantienen el edificio templado en verano y atemperado en invierno debido a que los muros, por su masa, poseen una alta inercia térmica, la cual reduce la velocidad de transferencia de calor y disminuye el salto térmico entre el interior y el exterior. La condición de clima semidesértico de la zona donde se encuentra emplazada la estructura, causa efectos deletéreos debido a la tensión causada por la expansión y contracción de los mampuestos y morteros como consecuencia de las amplitudes térmicas elevadas de un clima semidesértico. La deformación por efectos térmicos en la mampostería depende del coeficiente de dilatación térmica del material y de la variación de la temperatura. Esta patología se hace presente en el muro de fachada con frente hacia el Oeste, debido al fuerte asoleamiento que soporta diariamente. Además de las dilataciones y contracciones reversibles, debido a acciones térmicas y de humedad, se pueden presentar daños irreversibles debido a condiciones de fabricación y composición, que pueden fisurar la fábrica si el alargamiento o acortamiento está coartado. Estas situaciones se pueden evitar disponiendo juntas que absorban estas variaciones dimensionales y que impidan los esfuerzos que causan las fisuraciones. Éste es el caso del frente de la casa-museo, donde se puede observar en las fotografías del año 1950 y en la actualidad el estado de fisuración en sentido longitudinal en los encuentros entre frente y torres debido a la ausencia de juntas de dilatación.

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Un tema de importancia a considerar en el diagnóstico lo constituyen los cielorrasos suspendidos de yeso, colocados con una importante estructura de madera y anclados en forma muy precaria a la estructura existente, superando las sobrecargas móviles habituales del cálculo de estructura (Figura 5). Lo mismo ocurre con los lucernarios y las estructuras metálicas que los soportan y sus conexiones con las estructuras existentes. 2.4.1 Análisis numérico de la estructura Se procedió a modelar la estructura mediante elementos finitos con el objetivo de analizar el estado tensional de la mampostería, de tal forma de lograr una mejor descripción de las patologías encontradas y de sus causas. Se utilizó un software de elementos finitos con capacidades para análisis no lineal de materiales y grandes deformaciones (ABAQUS 6.11, [5]), utilizando los parámetros obtenidos durante los estudios de campo y ensayos de laboratorio de los materiales. La variable deformación plástica se utiliza para analizar los resultados como indicador del grado de daño de la mampostería. Del análisis tensional y de deformaciones bajo cargas verticales y sísmicas reglamentarias [6; 7] en las Figuras 6a y 6b se observa que el patrón de daños es semejante al encontrado durante la inspección de patologías (Figura 3). Se procedió a verificar la respuesta de la estructura bajo la acción única del peso propio, observándose que se repite el patrón de daño (Figura 7a). De esto se desprende que el edificio se daña directamente por su propio peso, debido a la baja resistencia del suelo en los sectores fundados en el limo. Al analizar la misma estructura fundada sobre el suelo granular del estrato inmediato inferior se obtiene la Figura 7b donde se observa un nivel de daño mínimo.

Figura 6: Deformaciones máximas. a) carga vertical + sismo longitudinal b) carga vertical + sismo transversal

El análisis de las cargas permanentes en el sector correspondiente al muro del frente, indica un estado de tensión del suelo de 187 kN/m² el cual es mayor a la capacidad del suelo (115 kN/m2). Bajo el cimiento de los murales de Fader, en el salón de entrada, el estado de tensión del suelo es de 170 kN/m² muy superior a los 79 kN/m² de la capacidad del suelo. Este estado tensional del suelo indica las razones de la fisuración de la mampostería por falta de capacidad portante de la fundación en el nivel de apoyo.

Figura 7: Deformaciones máximas. a) carga vertical (estructura fundada en suelo ML) b) carga vertical (estructura fundada en suelo GW)

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2.4.2 Análisis ambiental El estado de fisuración de la fachada principal implica cuestiones en relación a las condiciones ambientales y a las técnicas constructivas utilizadas. En el sector de las torres se puede observar una importante fisuración entre las ventanas de planta baja y planta alta (Figura 3). Esta fisuración se debe, por un lado a la técnica constructiva empleada ya que las ojivas originales de la casa-museo fueron reemplazadas por arcos de medio punto en la parte exterior, en la intervención de 1951, por lo cual se pueden observar colores distintos correspondientes a ladrillos de épocas distintas, y fisuración debido a la contracción tanto de los ladrillos nuevos como de los morteros. A esta situación se le suma el efecto reversible de la deformación debido a las temperaturas extremas de verano y los problemas congelación-deshielo del invierno. Parte de la fisuración vertical se debe a la diferencia de comportamiento de la estructura, porque se retiraron los balcones del primer piso y se reconvirtieron las puertas en ventanas. La modelación mediante el método de los elementos finitos de un día de verano se presenta en la Figura 8 cuando actúan en forma conjunta las cargas verticales propias de la casa museo y la temperatura, verificando los resultados del estado tensional y las deformaciones del modelo con las patologías existentes en el frente [3].

Figura 8: Estado tensional bajo cargas verticales + temperatura

La medición de las propiedades dinámicas del edificio por medio de vibraciones ambientales y forzadas, antes del comienzo de los refuerzos estructurales conforma la línea de base, que se comparará en cada etapa de refuerzo que genere cambios en la masa o rigidez del sistema. En la Figura 9 se presenta el sector en estudio, donde se realizaron 3 campañas de medición para conocer las frecuencias y formas modales, dos a corto plazo utilizando acelerómetros en distintas posiciones (Figura 10) y una a largo plazo para la determinación de las dos primeras frecuencias cada tres horas durante 5 meses con el objetivo de conocer las variaciones respecto a los cambios ambientales (temperatura y humedad relativa del aire). Estas relaciones (temperatura y humedad vs. frecuencia) son de suma importancia ya que en ocasiones los cambios en las propiedades dinámicas debidas a condiciones ambientales son de igual o mayor magnitud que las debidas a daño o refuerzo en este caso, por lo que es importante conocer si los cambios son debidos a modificaciones estructurales o variables ambientales [8].

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Figura 9: Planta de la casa-museo y ubicación de sensores

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Figura 10: Ubicación de acelerómetros

2.5. Propuesta de rehabilitación La propuesta de rehabilitación ha tenido en cuenta los criterios de conservación requeridos por la Dirección de Patrimonio al preservar el frente del edificio y todas las paredes con murales pintados por Fader, mantener decoraciones de muros con valor histórico y muros exteriores de galería y en la medida de lo posible conservar la pintura ornamental de las cajas murarias. Si bien el daño de la casa-museo se ha producido fundamentalmente por efecto de deformación excesiva del terreno ante la acción del peso propio, resulta necesario vincular toda la estructura. Además este diseño estructural pretende solucionar la acción de las cargas sísmicas. Las alternativas evaluadas corresponden a los materiales a incorporarse en la rehabilitación teniendo en cuenta las condiciones de tecnología local y economía, ya que al tener como destino un uso público, el nivel de seguridad reglamentario requiere de la puesta en valor en forma total [6,7]. Para la rehabilitación se considera el Capítulo 8 del Código de Construcciones Sismorresistentes de la Provincia de Mendoza (1987) sobre: “Modificaciones o reparaciones de obras existentes”, que evalúa los siguientes aspectos: - Importancia de la obra actual: Corresponde a I.1. Obras importantes: por tratarse de una estructura dañada con valor patrimonial histórico. - Calidad sismorresistente de la obra primitiva: Corresponde a C.4. Obras de mala calidad: las que no fueron proyectadas conforme a esta norma y presentan signos de funcionamiento estructural anómalo, cuya ejecución es defectuosa o bien no tienen un sistema resistente completo. Construcciones que no se ajustaron a los códigos vigentes al momento de su construcción o sin previsiones sismorresistentes. - Capacidad sismorresistente de la obra primitiva: Corresponde a alcanzar S1: seguridad suficiente r > 100%. Para alcanzar el nivel de seguridad corresponde: reparación de daños y ajuste completo al Código, o bien ampliaciones independientes y programa de sustitución. La estrategia planteada para la verificación estructural del edificio formula un modelo (Figura 6) de elementos finitos no lineal, a fin de verificar la estructura ante las distintas acciones, considerando ya el daño existente de la estructura, y por otro lado se analiza la estructura, en forma lineal, mediante un software de elementos finitos, que permite el diseño y verificación de la

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solución propuesta y que permite dimensionar los distintos elementos estructurales. Se propone la siguiente secuencia de reparación: 1) Recalce de muros mediante la construcción de submuración bajo cimientos hasta alcanzar suelo granular (Figura 11).

Figura 11: Recalce de fundaciones y orden de construcción de los sectores con hormigón

Para mantener la actual disposición de los jardines circundantes a la casa, se ubicará una manta geotextil de manera de impedir el ingreso del agua en un ancho de 1 m y a 0.6 m de profundidad. También se deberá impermeabilizar con manta textil el sector de fuente ubicada frente al museo. 2) Refuerzo de las fundaciones de la cava y de la estructura de madera: Se ha resuelto realizar un refuerzo de la estructura ya existente en este local, utilizando columnas de madera aserrada de similares características a la estructura existente. Se optará por maderas duras y secciones similares a las presentes. 3) Reparación de todas las fisuras y grietas de la mampostería mediante relleno adecuado. 4) Vinculación en distintos niveles de los muros de mampostería mediante perfiles de acero estructural (F24) (Figura 12): colocación de anillos envolventes en todos los locales del cuerpo estructural en estudio. Estos anillos de refuerzo se materializan con perfiles de acero UPN 120 y UPN 140 y se encuentran distribuidos de tal manera de formar anillos cerrados en cada uno de los locales de Planta Baja. Como es de esperarse, muchos de los muros poseerán de esta manera sendos perfiles a cada lado del paramento, los que serán vinculados entre sí por medio de pasadores de fijación (Figura 13) exceptos los de la fachada.

Figura 12: Vinculación en distintos niveles de los muros de mampostería mediante perfiles

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Figura 13: Disposición de los refuerzos

5) Refuerzo de muro de fachada y torreones a diferentes niveles mediante emparrillados conformados por perfiles: se propone la incorporación de una estructura conformada por caño estructural 50x50x6,35mm y perimetralmente apoyada en los muros por medio de perfiles UPN 140. Esta estructura se ubicará en los niveles +3,70 m (dintel) y 5,00 m (techo) desde NPT en Planta Alta (Figura 14). Por otro lado, los anillos en planta alta no solamente cumplen la función de contener los muros de las torres sino también resultan el apoyo para el paramento frontal del museo (Figura 15). Finalmente, es necesario destacar la función de vinculación que proveen los anillos cerrados al redistribuir las acciones a toda la estructura generando una respuesta monolítica. También se destaca que las tensiones en los elementos estructurales de refuerzo, no superan las tensiones máximas para el material adoptado.

Figura 14: Refuerzo de paramento frontal y torreones

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Figura 15: Vista posterior de refuerzo de paramento frontal

6) Refuerzo de cubierta de losa de bovedillas en el hall de entrada (Figura 16).

Figura 16: Detalle del refuerzo de la bovedilla

7) Construcción de cubierta para modificación de desagües pluviales (Figura 17).

Figura 17: Vista general de la cubierta (izq) y estructura de sostén (der)

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3. Conclusiones El estado de degradación de la estructura justifica la intervención para su rehabilitación. Las técnicas a aplicar en esta tarea deben compatibilizar los criterios de restauración con la tecnología y mano de obra local disponibles. Al asegurarse un comportamiento adecuado de la fundación frente a la acción gravitatoria y sísmica mediante una intervención importante en las cimentaciones, se garantizan los requerimientos patrimoniales. Se propone el empleo de hormigón armado de manera de asegurar una correcta transmisión de las cargas actuantes a los estratos granulares del suelo (Figura 11). El monitoreo de vibraciones ambientales es una herramienta valiosa para determinar la calidad del resultado de la puesta en valor. La conservación de las pinturas murales requiere de medidas de protección durante la puesta en valor y un estricto control en las intervenciones a realizarse en el trasdós de las mismas, para no causar problemas de incompatibilidad de materiales. Se recomienda ajustar el cálculo térmico una vez que se retire el cielorraso para ajustar los volúmenes a calefaccionar y se definan las terminaciones de los muros exteriores y cielorrasos, ya que la incorporación de aire acondicionado puede afectar el estado de las pinturas murales.

4. Agradecimientos Los autores agradecen la colaboración en este proyecto de la Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Mendoza, Gobierno de Mendoza Dirección de Patrimonio Cultura y Museos, Agencia Nacional para la Promoción Científica y Tecnológica FONCYT y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas CONICET. Los autores desean agradecer al personal técnico de la UTN, a los becarios alumnos Marcelo Carreño, Claudio Maldonado y Ezequiel Pagano y al personal del Museo Provincial de Bellas Artes Emiliano Guiñazú por su colaboración.

5. Referencias [1] Maldonado, N.G.; Martín, P.E.; Maldonado, I.A., “Seismic Mitigation of a Historic Masonry Building”, The Open Construction and Building Technology Journal, vol. 5 (Suppl. I-M3), 2011, pp. 61-70

[2] Gutiérrez Viñuales R. “Fernado Fader. Obra y pensamiento de un pintor argentino”. Instituto de América-CEDODAL, Santa Fe (Granada)-Buenos Aires, 1998, pp. 270 [3] CeReDeTeC. Informe Técnico 01/2014 Museo Emiliano Guiñazú – Casa de Fader, 2014, pp. 1-111. [4] Maldonado, N.; Martín, P.; Maldonado, I.; Calderón, F.,”Puesta en valor de una escuela patrimonial en zona de alto riesgo sísmico: un caso de estudio”, Revista ALCONPAT, vol. 4, Nº 2, 2014, pp. 161 – 175. [5] Simulia. ABAQUS 6.11; Manual del Usuario. Dassault Systèmes Simulia Corp., 2011 [6] Gobierno de Mendoza, Código de Construcciones Sismorresistentes de la Provincia de Mendoza, 1987. [7] INPRES CIRSOC 103, Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes Parte 1 Construcciones en general. 2013 [8] Peeters, B.; De Roeck, G., “One year monitoring of the 24-bridge: environmental influences versus damage events”, Proceedings of IMAC 18, the International Modal Analysis Conference, San Antonio, Texas, USA, 2000, pp. 1570-1576. [9] ICOMOS. Principios para la preservación, conservación y restauración de pinturas murales. 2003. pp. 6.

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ENSAIOS DINAMICOS EM PAREDES DE FRONTAL POMBALINAS A. GONÇALVES Bolseira ICIST, IST, UL Lisboa

L. GUERREIRO Prof. Associado ICIST, IST, UL Lisboa

P. CANDEIAS Investigador Auxiliar / Convidado LNEC Lisboa

J. FERREIRA Prof. Associado ICIST, IST, UL Lisboa

A. C. COSTA Investigador Principal LNEC Lisboa

SUMÁRIO

ABSTRACT

O estudo apresentada neste trabalho teve como objetivo caracterizar experimentalmente o comportamento dinâmico das paredes de frontal Pombalinas, através de ensaios realizados na mesa sísmica no Laboratório Nacional de Engenharia Civil em Lisboa.

This paper describes an experimental campaign at LNEC (the Portuguese National Laboratory of Civil Engineering) shaking table. The tests was carried out aiming at studying the seismic behavior of the “frontal” walls and at assessing the applicability of strengthening technique. The results of the dynamic tests carried out at LNEC 3D shaking table are presented regarding the dynamic identification tests, in order to characterization and compare the models.

No presente artigo expõem-se as opções que estiveram na base da conceção do modelo das paredes para a realização dos ensaios na plataforma sísmica triaxial. Apresentam-se a conceção do modelo e a construção dos modelos experimentais incluindo a definição da sua geometria, a caracterização dos materiais e as dificuldades encontradas nos ensaios. Por fim apresentam-se os resultados da caracterização modal do modelo das paredes pombalinas

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1. Introdução Os Edifícios Pombalinos, assim designados em homenagem ao Marquês de Pombal, são estruturas com o máximo de quatro pisos, com arcadas no piso térreo, pavimentos de madeira nos pisos superiores, paredes de alvenaria na fachada e paredes de frontal no interior. Embora a estrutura “pombalina” tenha um bom comportamento sísmico, depois de mais de 250 anos estas construções necessitam de obras de reabilitação por causa da sua degradação natural, das intervenções inadequadas a que foram submetidas (tais como a adição de andares, modificação de elementos estruturais ou alteração da funcionalidade do edifício) e porque as novas exigências regulamentares são mais rigorosas no que se refere à resistência aos sismos. Os ensaios realizados no Núcleo de Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estruturas do Departamento de Estruturas do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), em Lisboa (Portugal), tiveram como objetivo avaliar diretamente o desempenho sísmico das paredes de frontal pombalinas. Para tal foram construídos dois modelos em escala real, com o intuito de reproduzir o comportamento de um edifício pombalino. Os ensaios na mesa sísmica inserem-se num programa experimental que se iniciou no IST com ensaios cíclicos em paredes frontais pombalinas [1].

2. Definição do modelo físico O programa experimental tem como objetivo avaliar o desempenho sísmico das paredes de frontal existentes nos edifícios pombalinos. O primeiro passo foi definir o modelo físico que representa as paredes de frontal. A conceção dos modelos físicos foi sempre rodeada de grandes cuidados e incertezas, pois pretende-se que os modelos reproduzam os fenómenos físicos associados ao comportamento sísmico na realidade o mais fielmente possível. O modelo físico que se apresenta é inovador, pois é o primeiro ensaio dinâmico na mesa sísmica realizado em modelos de paredes de frontal pombalina. Os modelos a ensaiar na plataforma sísmica do LNEC devem reproduzir os aspetos mais relevantes do comportamento dos edifícios “Pombalinos” quando sujeitos à ação sísmica. Como existem várias geometrias e características que definem a parede de frontal, adotaram-se as mesmas características dos ensaios realizados no Instituto Superior Técnico [1]. Os modelos representam as características originais numa perspetivo de reabilitação dos edifícios atuais. Para além das características das paredes, a definição dos modelos experimentais é resultado das limitações impostas pelas condições da realização dos ensaios, que são: as dimensões da plataforma na mesa sísmica e a logística de transporte dos modelos para a mesa sísmica. Outro fator que também teve muita importância na conceção dos modelos e se apresenta como inovação do modelo é a simulação do efeito da fachada sobre as paredes de frontal. Começando pela definição dos modelos das paredes de frontal, estas reproduzem o comportamento das paredes com dois pisos, com uma altura total de 6 m, comprimento de 3 m e um afastamento entre paredes de 2,7 m. Cada parede tem dois painéis de 3x3 m2 que são ligados no primeiro piso através de ligações de meia madeira e pregos. A espessura da parede é de 12 cm. Os prumos e as diagonais têm uma secção de 8x12 cm2. A travessa no meio é de 22x12 cm2 e no topo de 20x12 cm2. Os pisos são formados por barrotes de 10x12 cm2, afastados 15 cm, sobrepostos por uma placa de contraplacado de 16 mm aparafusada aos barrotes (Figura 1). A estrutura é constituída por barrotes de madeira de pinho bravo, e todas as ligações entre as madeiras são de meia madeira, exceto as diagonais, que são pregadas nos prumos e travessas. Os modelos são preenchidos entre os prumos, travessas e diagonais com alvenaria de tijolos maciços. Os ensaios foram realizados com a alvenaria ainda jovem. Optou-se por uma composição bastarda com o traço de 1:2:6 (cimento: cal: areia). Os materiais utilizados foram cal hidratada (aérea), cimento Portland 32,5 N e areia numa relação areia lavada de rio/areia de areeiro de 2/1. O tempo de secagem das alvenarias (período entre a construção das paredes e os ensaios) foi de um mês e meio. Como já foi dito anteriormente, com este ensaio pretendeu-se estudar o comportamento das paredes de frontal à ação sísmica, sendo fundamental reproduzir o comportamento da fachada sobre as paredes de frontal. A fachada foi simulada através de uma estrutura metálica que teve como base a distribuição da massa ao longo da fachada na direção vertical das paredes. A fachada metálica é ligada à parede de frontal através das travessas da cruz da Santo André, o que corresponde a seis pontos em cada parede. Essa ligação é feita através de chapas que são aparafusadas à madeira e à estrutura metálica, sendo removíveis para posterior reaplicação (i.e. novos ensaios).

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Figura 1 - Geometria do modelo das paredes pombalinas

A estrutura tem 12 massas de 600 kg, distribuídas aos pares em altura, com vários graus de liberdade para ter capacidade de deformação e redistribuição das massas pelos pisos. A estrutura articulada foi conseguida através da colocação de rótulas em altura. Apresenta-se na Figura 1 a geometria da fachada e da ligação às paredes de frontal.

3. Instrumentação A instrumentação utilizada nos ensaios foi idealizada de modo a permitir efetuar a medição das grandezas físicas consideradas mais relevantes de acordo com o comportamento esperado deste tipo de edifícios à ação sísmica. A instrumentação necessária para este estudo inclui: i) transdutores de deslocamento; ii) acelerómetros; iii) células de carga; iv) sensores óticos. Na Figura 2 está representado o esquema da instrumentação (acelerómetros, LVDT e sensores óticos). No caso destes ensaios, os acelerómetros foram instaladas das duas paredes de frontal e na parede metálica. Colocaram-se acelerómetros a vários níveis do modelo, localizados em cada travessa nas paredes de frontal e em cada massa da estrutura metálica, para medir o campo de acelerações horizontais no plano das paredes frontais e perpendicular à estrutura metálica. Dado poder existir movimentos para fora do plano, foram colocados acelerómetros nos dois pisos, perpendiculares a cada parede.

Figura 2 – Instrumentação: a) acelerómetros na parede metálica (A1PM…A12PM); b) acelerómetros na parede de frontal Este (E-A01…E-A08) e na parede Oste (W-A01…W-A08), transdutores de deslocamento (E-LV1…E-LV10); sensores óticos (Led1…Led4).

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4. Acção aplicada Nos ensaios na mesa sísmica usaram-se acelerogramas artificiais, gerados pelo software LNEC-SPA [2] que define a amplificação do espectro de resposta. Nos ensaios realizados na plataforma sísmica triaxial, foram utilizados fundamentalmente dois tipos de sinais: o sinal de solicitação sísmica e o sinal de identificação modal. O sinal de identificação modal dos modelos é caracterizado por uma gama de frequências de 0,1 Hz a 40 Hz, equivalente a um ruído branco. O sinal é totalmente artificial, e destina-se a permitir a identificação das frequências e modos de vibração dos modelos, aplicando técnicas de análise estocástica. A série tem que ser longa e com uma amplitude tal que não interfira com os resultados dos ensaios de solicitação sísmica (Figura 3). O sinal de solicitação sísmica foi definido a partir do espectro de resposta regulamentar para a zona 2,3 (Sismo afastado da zona de Lisboa) de acordo com o Eurocódigo 8 [3], para um terreno tipo D (depósitos de solos não coesivos de compacidade baixa a médias com e sem alguns estratos de solos coesivos moles ou solos predominantemente coesivos de consistência mole a dura). A Figura 4 apresenta o espectro de resposta das acelerações utilizado nos ensaios, ajustado ao Eurocódigo 8, com aceleração, velocidade e deslocamento no sinal, com valores máximos de 0.33 g, 273,9 mm/s e 60.5 mm, respetivamente.

Figura 3 - Sinal de identificação modal.

Figura 4 – Espectro de resposta do ensaio.

Nos ensaios dinâmicos os sinais de solicitação sísmica foram sendo alternados com o sinal de identificação modal. Os ensaios dinâmicos nos modelos iniciam-se com a imposição do sinal de identificação modal para determinar as propriedades dinâmicas do modelo inicial, seguindo-se o ensaio de solicitação sísmica. O processo repete-se, alternando o sinal de identificação modal com a solicitação sísmica com amplitude crescente, até se atingir o estado máximo de danos no modelo ou a capacidade máxima da plataforma sísmica. Na Tabela 1 estão indicadas as etapas realizadas durante o ensaio. A amplitude do sinal de solicitação sísmica está relacionada com o período de retorno do sismo. Nos ensaios realizados consideraram-se os seguintes períodos de retorno: 73 anos; 225 anos; 475 anos; 975 anos e 2000 anos. O procedimento de ensaio tem o objetivo de quantificar e qualificar o comportamento das paredes de frontal pombalinas face à ação sísmica de modo a permitir uma posterior avaliação da sua vulnerabilidade baseada na informação obtida. A avaliação do comportamento foi realizada através da identificação das propriedades dinâmicas dos modelos ao longo do ensaio e por meio da medição da resposta dos modelos à solicitação sísmica imposta na base com amplitude crescente através de acelerómetros [4]. A campanha experimental apresentada neste artigo consiste nos ensaios de identificação modal nos modelos com a estrutura de madeira e alvenaria, designado Modelo 1-1 e Modelo 1-2. Com o Modelo 1-2 pretendeu-se corrigir alguns dos defeitos detetados no Modelo 1-1. Estes ensaios são importantes para caracterizar o comportamento das paredes pombalinas.

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Tabela 1- Fases do ensaio dinâmico

5. Metodologias usadas na análise dos resultados A informação que é obtida diretamente em ensaios dinâmicos de estruturas consiste em séries temporais da excitação e da resposta. A transformação dessas séries para o domínio da frequência permite observar algumas das características dinâmicas das estruturas, servindo por isso de base à identificação modal. A identificação modal tem por objetivo identificar as propriedades dinâmicas dos modelos, nomeadamente as frequências, as configurações e o coeficiente de amortecimento dos principais modos de vibração. A análise da informação obtida em ensaios dinâmicos, através da sua resposta no domínio da frequência, passou a ter maior utilização com o desenvolvimento do algoritmo da Fast Fourier Transform (FFT) [5], que implementa, de uma forma eficiente, o cálculo da transformação discreta finita de Fourier, pois é nesta operação matemática que se baseia a transformação das séries temporais para o domínio da frequência. Quando se consideram funções de densidades espetral de potência fisicamente mensuráveis, Gxx(f), Gyy(f) e Gxy(f) , as equações 1 e 2 podem tomar a seguir identificação:

Na identificação modal foram utilizados os sinais de entrada e saída, as acelerações absolutas registadas, na plataforma sísmica e no modelo respetivamente. Os sinais foram previamente tratados tendo em vista o cálculo das funções de resposta em frequência (FRF), através da aplicação de filtros passa-baixa de Fourier, com uma frequência de corte nos 40 Hz. No cálculo das FRF foi utilizado o método de Welch [7; 8] para suavizar as funções e reduzir a sua dispersão. Foram utilizados segmentos com 210 (1024) pontos, preenchidos com o número mínimo de zeros para permitir a aplicação do algoritmo FFT com uma janela de Hanning e sobreposição de 2/3, Este conjunto de operações de processamento dos sinais foi desenvolvido no programa Matlab [6], dado ter as funções já implementadas e por isso vantagens relativamente a outras linguagens. Após a obtenção das propriedades dinâmicas dos modelos, foi utilizada a variação da frequência modal para quantificar a evolução do dano, levando-se em conta a relação fundamental entre as frequências naturais, a massa e a rigidez de um oscilador com um grau de liberdade [7] aplicado ao modo n e no ensaio i, ver equação 3. Assim sendo, e, na hipótese de as configurações modais não se alterarem significativamente ao longo dos ensaios, para que os modos sejam comparáveis entre os vários ensaios, é possível simplificar a expressão anterior e obter [8]:

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Nesta expressão o valor do dano, que é representado habitualmente sob a forma de percentagens, varia ente 0% e 100%, correspondendo o primeiro ao estado inicial e o segundo ao dano total.

6. Resultados dos ensaios No Modelo 1-1 foram realizados seis ensaios de identificação modal, designados de Modal 1 a Modal 6. Foram identificados cinco modos de vibração entre os 4,9 Hz até aos 18,75 Hz, que correspondem a três modos longitudinais e dois de torção com longitudinal (Figura 5). As frequências dos modos de vibração são as indicadas na Tabela 2, onde se constata a tendência decrescente dos seus valores em consequência da ação sísmica crescente imposta ao modelo. Na passagem do ensaio Modal 4 para o ensaio Modal 5, surge um novo modelo de 3.70 Hz, consequência do dano na estrutura, que provoca a separação do piso intermédio, criando duas estruturas. A evolução das frequências modais ao longo dos ensaios é ilustrada na Figura 6, onde as frequências dos modos de vibração decrescem ao longo dos ensaios. No primeiro modo existe um decréscimo de 40%, entro o primeiro ensaio de caracterização, no segundo modo é de 12% o decréscimo e o no terceiro e quarto modo existe um decréscimo de 20% e 13%, respetivamente.

Figura 5 - Configuração dos modos do Modelo 1-1

Tabela 2 – Frequências modais no Modelo 1-1 para as várias caracterizações

Para melhorar o comportamento global do Modelo 1-1 foi aumentado o peso dos pisos, aplicado contraventamento lateral e colocadas chapas entre os pisos e na base, passando a denominar-se de Modelo 1-2. Com o Modelo 1-2 realizaram-se seis ensaios de identificação modal, designados por Modal 1 até 6, onde no primeiro ensaio (i.e. Modal 1) avaliou-se o estado inicial do modelo, com os restantes ensaios Modais a serem realizados após cada um dos ensaios de solicitação sísmica.

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Figura 6 - Configuração dos modos do Modelo 1-1

Após a realização do primeiro ensaio (Modelo 1-1), houve necessidade de alterar o modelo, de forma a este ter um comportamento mais realista (Modelo 1-2). As alterações consistiram em: i) colocação de carga nos pisos (80 massas de 7.5 kg, correspondendo a 600 kg por piso; ii) alteração das ligações da extremidade na base de forma a que os prumos não levantem; iii) colocação de chapas metálicas de 1 mm entre os pisos para estes não levantarem; iv) contraventamento lateral através de barras metálicas para que as paredes tenham comportamento no plano. Para avaliar o estado inicial do Modelo 1-2, começou-se por comparar o Modal 6 do Modelo 1-1 (i.e. último ensaio de identificação) com o Modal 1 do Modelo 1-2 (i.e. primeiro ensaio de identificação). Pretendeu-se com esta análise identificar/ quantificar a contribuição das alterações efetuadas no Modelo. Na Tabela 3 expõem-se as relações das frequências entre os modelos. Ainda que a massa do Modelo tenha incrementado 600 kg por piso, constata-se que existe um aumento da frequência, principalmente no primeiro modo, resultante do aumento de rigidez, devido à colocação de chapas entre os pisos. No Modelo 1-2 foi possível identificar quatro frequências modais, entre os 4,2 Hz e os 17 Hz. Na Figura 7 ilustram-se a configuração dos modos para o primeiro ensaio de identificação (i.e. Modal 1). O primeiro e segundo modos de vibração correspondem a uma configuração idêntica, apesar do segundo modo (3.67 Hz) ter movimentos de rotação. O terceiro e quarto modo identificado corresponde ao segundo e terceiro modo longitudinal, respetivamente. Na Tabela 4 observa-se a diminuição das frequências modais ao longo dos ensaios de identificação modal. Tabela 3 – Frequências entre o Modelo 1-1 e Modelo1-2

Figura 7 – Configuração do modo do Modelo 1-2

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A evolução dos valores das frequências modais identificadas é mais percetível na Figura 8. Verifica-se que as frequências vão reduzindo ao longo dos ensaios. O primeiro modo é onde existe maior degradação da frequência, cerca de 21%, passando para 9% no segundo modo, e 16% e 12% no terceiro e quarto modo respetivamente. O decréscimo do valor das frequências ao longo dos ensaios de identificação modal, realizados no Modelo 1-2, é menor do que o decréscimo verificado no Modelo 1-1, indicando que as alterações no Modelo 1-2 contribuíram para o melhoramento do comportamento global da estrutura. Tabela 4 – Frequências do Modelo 1-2

Figura 8 - Degradação das frequências

7. Conclusões Na análise dos ensaios de identificação modal foi possível determinar as frequências próprias e os respetivos danos, em cada modelo, de forma a obter conclusões sobre a rigidez e dano nos modelos ao longo dos ensaios. O programa de ensaios experimentais permitiu observar que o modelo com alvenaria apresentou maior frequência modal do que o modelo sem alvenaria. Concluiu-se que a alvenaria é importante para o aumento da rigidez da estrutura, devido ao confinamento da madeira e suas ligações. Apesar de o peso do modelo ter incrementado devido à aplicação de alvenaria, é inegável o contributo da alvenaria para o aumento da rigidez. Na análise dos ensaios de identificação modal foi possível determinar as frequências próprias e os respetivos danos, em cada modelo, de forma a obter conclusões sobre a rigidez e dano nos modelos ao longo dos ensaios. Observou-se que as frequências modais diminuíram em todos os modelos, após os ensaios de solicitação sísmica, devido ao dano ocorrido nas estruturas. O Modelo 1-1 foi o modelo que registou maiores danos devido à falta de reforços nas ligações entre os pisos. Ao reforçar uma estrutura danificada (Modelo 1-2), foi possível aumentar a sua resistência inicial mas para valores inferior aos registados de uma estrutura não danificada. Comparado ao Modelo 1-1 e 1-2 conclui-se que existe uma melhoria significativa do comportamento da estrutura e o dano ocorrida é menor quando a estrutura é reforçada.

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8. Agradecimentos Os autores agradecem à FCT o financiamento deste trabalho através do projeto PTDC/100168/2008 – REABEPA, a empresa HCI pela colaboração na construção dos modelos de ensaio, e aos funcionários do NESDE pela montagem dos ensaios.

9. Referencias [1] Gonçalves, A.; Ferreira, J.; Guerreiro, L.; Branco, F., “Caracterização experimental do comportamento cíclico de paredes pombalinas simples e reforçadas”, Revista Engenharia Civil, 2013, Vol. 45, p.: 5-19. [2] Mendes, L.; e Costa, A., “LNEC-SPA, Signal Processing and Analysis Tools for Civil Engineers - version 1.0 - build 12, Relatório 29/2007 - NESCE, LNEC”, Lisboa, Portugal. [3] NP EN 1991-1. “ NP EN 1998-1, Eurocódigo 8: Projeto de estruturas para resistência aos sismos – Parte 1: Regras gerais, ações sísmicas e regras para edifícios. European Standard, CEN”, Instituto Português da Qualidade, Março 2010. [4] Coelho, E.; Costa, A.; Sousa, L.; Carvalho, E., “Avaliação da vulnerabilidade de estruturas e ensaios sísmicos”, 4º Encontro Nacional sobre Sismologia e Engenharia Sísmica, Faro, 1999. [5] Carvalho, E.; Oliveira, C.; Fragoso, M.; Miranda, V., ”Regras gerais de reabilitação e reconstrução de edifícios correntes afetados pela crise sísmica do Faial, Pico e S. Jorge iniciada pelo sismo de 9 de Julho de 1998”. Materiais de Construção e Estruturas, Relatório 100/98, Laboratório Regional de Engenharia Civil, Região dos Açores, Lisboa. [6] MathWorks. - MATLAB The Language of Technical Computing. Version 9. MathWorks Inc., http://www.mathworks.com. [7] Chopra, A. - Dynamics of Structures: Theory and Application to Earthquake Engineering. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1995, ISBN: 013855214. [8] Candeias P. “Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios de alvenaria”. Tese de Doutoramento, Guimarães, Universidade do Minho, 2008.

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CARACTERIZAÇÃO IN SITU DE UM REBOCO ANTIGO ATRAVÉS DO MÉTODO DA RESISTÊNCIA À FURAÇÃO R. NOGUEIRA Eng.ª Civil CERIS, ICIST, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa Lisboa

A.P. FERREIRA PINTO Prof. Eng.ª Civil CERIS, ICIST, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa Lisboa

A. GOMES Prof. Eng. Civil CERIS, ICIST, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa Lisboa

SUMÁRIO

ABSTRACT

O presente artigo apresenta a caracterização de um reboco antigo através do ensaio da resistência à furação. Este método é usado na caracterização in situ de materiais porosos, tais como pedras ou argamassas, permitindo obter a resistência mecânica do material em profundidade com muito pouca intrusão. O método tem sido escassamente usado na caracterização de rebocos antigos, devido à dispersão dos resultados associada a argamassas de reduzida resistência mecânica, como as que habitualmente constituem estes elementos.

This paper presents the characterization of an ancient plaster by the drilling resistance test. This method is used for the in situ characterization of porous materials, such as stones and mortars, providing the in-depth strength profile of the material, with little intrusion. The method has been scarcely used in the characterization of ancient plasters and renders, due to the results dispersion returned from the low-strength mortars, such as those that usually compose these elements.

O principal objetivo do presente artigo é evidenciar as potencialidades do método da resistência à furação na caracterização de rebocos antigos. Para o efeito, o artigo procede à avaliação da resistência à furação, da resistência superficial e da porosidade de um reboco real e de quatro protótipos de rebocos de duas camadas produzidos em laboratório, compostos por argamassas de cal aérea semelhantes às que se encontram em rebocos antigos. A resistência à furação obtida nas várias situações é analisada e relacionada com a resistência superficial e com a porosidade das argamassas que constituem os rebocos. O método da resistência à furação permitiu obter informação relevante para a caracterização do reboco real, designadamente, a resistência à furação das argamassas que o compõem, a espessura de cada camada e a qualidade da ligação entre camadas. A semelhança entre as argamassas reais e laboratoriais permitiu explicar os resultados da resistência à furação obtidos e a sua dispersão com base nas características de composição das argamassas, em particular a dimensão dos agregados. Os resultados obtidos permitiram também identificar particularidades suscetíveis de ocorrerem em rebocos antigos, tais como: camadas de argamassa de baixa coesão, ligação entre camadas de diferente qualidade ou mesmo camadas não aderentes e presença de poros ou fissuras de maior expressão.

The main objective of this paper is to highlight the potential of drilling resistance method for characterization of ancient plasters and renders. For this purpose, the paper assesses the drilling resistance, the superficial hardness and the porosity of a real plaster and of prototypes of two-coat renders manufactured in the laboratory, comprising air lime mortars similar to those found in ancient plasters and renders. The drilling resistance returned from the various situations is analyzed and related to the superficial resistance and to the mortars porosity. The drilling resistance method provided relevant information to the characterization of the real plaster, in particular, the drilling resistance of the mortars that compose it, the thickness of each layer and the bond quality between layers. The similarities found between real and laboratory mortars allowed to explain the drilling resistance results and their dispersion based on the characteristics of the mortars composition, in particular the size of the aggregates. The results allowed also identifying some specificities frequent in ancient plasters and renders, such as: mortars with loss of cohesion, diverse bond quality between layers or even non-adherent layers and presence of pores or cracks of higher expression.

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1. Introdução O método da resistência à furação é usado na caracterização in situ de materiais porosos, tais como pedras ou argamassas. Consiste na realização de um pequeno furo na superfície do material através de um berbequim munido de célula de carga. Permite obter a resistência mecânica do material em profundidade com muito pouca intrusão (os furos têm, normalmente, cerca de 5mm de diâmetro). Quando aplicado na superfície de um reboco multicamada, pode ser usado para estimar a espessura de cada camada, a espessura total do reboco, a qualidade da ligação entre as camadas, bem como entre o reboco e o suporte. A aplicação in situ do método a rebocos antigos ainda não está muito disseminada. As argamassas antigas, normalmente de baixa resistência mecânica, são materiais muito heterogéneos. Em consequência, as medições possuem uma elevada variabilidade, o que dificulta a interpretação dos resultados.

2. Estado de arte As argamassas de cal aérea são materiais heterogéneos, compostos por partículas de agregado dispersas numa matriz de pasta porosa, mais fraca e de menor dureza. A rotura destes materiais heterogéneos ocorre nas zonas mais fracas, isto é, na pasta e na interface pasta-agregado, não sendo afetadas, no essencial, as partículas do agregado. Na resistência à furação e à compressão, ou em outros testes que impliquem rotura, os resultados são muito influenciados pelas características da matriz e do agregado, ou seja, pela heterogeneidade do material [1]. Trabalhos anteriores demonstraram que a distribuição dos valores de força obtidos no ensaio de furação pode ser usada para caracterizar essa heterogeneidade [2, 3]. Assim, a variabilidade dos valores apresentada por este ensaio, em vez de ser considerada uma limitação, é considerada como um aspeto a ser estudado por forma a dela se extrair mais informação sobre o material a caracterizar. Podem ser usados diferentes parâmetros estatísticos para avaliar esta variabilidade, nomeadamente o histograma dos valores da força de furação, Fd, o desvio padrão, DPd (parâmetro que mede a dispersão) ou o coeficiente de variação, CVd (quociente entre o desvio padrão e o valor médio) [2]. A Figura 1 apresenta o aspeto visual e os perfis de resistência em profundidade obtidos em ensaios de furação de duas argamassas de cal aérea (C1 e C2) com diferentes graus de heterogeneidade. A diferente heterogeneidade é, essencialmente, conferida pela dimensão máxima do agregado (D=2mm e D=1mm para C2 e C1, respetivamente). Os perfis de resistência em profundidade correspondem a ensaios individuais, representativos de cada uma das argamassas, realizados em provetes prismáticos (4x4x16cm).

Figura 1: Aspeto visual e perfil de resistência em profundidade das argamassas C1 e C2, com traço vol. 1:1 e 1:3, respetivamente, e igual consistência (220mm) [3]

Os perfis ilustram a evolução de Fd ao longo da profundidade ensaiada. O aspeto visual das secções transversais das duas argamassas permite reconhecer a heterogeneidade conferida pela diferente dimensão dos agregados. A maior heterogeneidade da argamassa C2 fica evidenciada na maior variabilidade do seu perfil em comparação com o de C1. Os agregados de maior dimensão da argamassa C2 provocam um maior número de ocorrências de valores mais altos de Fd, face a C1. Os coeficientes de variação de Fd traduzem esta diferença: CVd apresenta um valor superior para C2 face a C1 (0,92 e 0,38 respetivamente) [2, 3].

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3. Materiais e métodos 3.1. Protótipos de reboco (laboratório) Os protótipos dos rebocos foram executados com quatro argamassas produzidas em laboratório (Tabela 1). Tabela 1 – Argamassas produzidas em laboratório. Características principais [3]

As formulações foram definidas com o objetivo de obter argamassas semelhantes às presentes nos rebocos antigos, de acordo com a seguinte descrição: as argamassas A possuem um traço volumétrico de 1:1 e D=1mm, para serem semelhantes às presentes nas camadas de acabamento desses rebocos; as argamassas B possuem um traço volumétrico de 1:3 e D=2mm, para serem semelhantes às presentes nas camadas de base dos rebocos antigos [4, 5]. O ligante adotado é a cal aérea CL90 [EN459-1:2002] e, para cada grupo (A e B), foram produzidas duas misturas com razões água-ligante distintas, com o objetivo de obter argamassas com diferentes porosidades e características mecânicas (Tabela 1). A consistência foi avaliada pelo método do espalhamento [EN1015-3:1999] e a porosidade de acordo com a Rilem I.1. Os ensaios de resistência à compressão basearam-se no disposto na EN1015-11:1999 e foram executados numa Máquina Universal de Ensaio, Form Test – Shneider, modelo D-7940. Os resultados apresentados na Tabela 1 correspondem a valores médios de seis determinações. Os prismas com 16x4x4cm foram produzidos de acordo com a EN1015-2:1998. Os agregados utilizados resultam de misturas de areias comerciais de natureza siliciosa, de composição química e mineralógica controlada e adequadas para a produção de betão [EN12620:2004] [3]. Os rebocos foram produzidos de acordo com o processo sinteticamente ilustrado na Figura 2.

Figura 2: Produção e aspeto final dos protótipos dos rebocos

A camada de base foi aplicada dois meses após a execução do suporte e a camada de acabamento foi aplicada um mês após a camada de base. Os provetes foram conservados em ambiente de laboratório durante 14 meses (T=19±2ºC e HR=60±5%), período após o qual foram realizados os ensaios. As argamassas A e B foram combinadas de forma a obter quatro rebocos de duas camadas: B1 e B2 nas camadas de base e A1 e A2 nas camadas de acabamento. Os rebocos identificam-se pelas letras a, b, c, d, constituídos pelas argamassas A1B1, A1B2, A2B1 e A2B2, respetivamente.

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3.2. Reboco real O reboco real estudado encontra-se localizado na igreja do antigo Convento das Mónicas, Travessa das Mónicas, freguesia de São Vicente, Lisboa (Figura 3-a), e corresponde a uma área na parede poente da sala do coro alto (1º piso elevado) (Figura 3-b).

Figura 3: a) Convento das Mónicas [6]; b) zona de reboco selecionada para os ensaios; c) ensaio de furação sobre reboco sem camada de acabamento; d) provete recolhido em zona de reboco com camada de acabamento

Foram extraídas amostras de reboco em zonas onde a camada de acabamento ainda estava presente (reboco i, superfície branca visível na Figura 3-b) e em zonas onde esta camada já se tinha perdido (reboco j, superfície amarelada visível na Figura 3-b). A observação visual das secções transversais dessas amostras sugere alguns aspetos importantes para a caracterização do reboco. O reboco foi aplicado em 2 a 3 camadas (Figura 3-d). A camada de acabamento com uma argamassa de cor branca (argamassas A0) possui uma espessura de 2-3mm, enquanto que a(s) camada(s) interior(es) são de cor amarelada (argamassa B0) e possuem uma espessura de 2-2,5cm. O reboco possui uma espessura total variável entre 3-5cm. Sempre que a espessura é superior a 3cm, o reboco apresenta a argamassa B0 em duas camadas. A argamassa B0 aparenta possuir maior proporção de agregados versus pasta e agregados de maior dimensão, em comparação com a argamassa A0. A presença de nódulos de cal é particularmente notória na argamassa B0 (Figura 3-d). Estas estruturas de cor branca e forma arredondada são frequentes em argamassas antigas e são, geralmente, atribuídas a porções de cal que não foram convenientemente homogeneizados com os agregados aquando da mistura [7]. Para além da observação visual, a caracterização das argamassas baseou-se na avaliação da porosidade (Rilem I.1), na identificação dos minerais por difração de raios X e na determinação da dimensão máxima dos agregados. Foram analisadas amostras de argamassa B0 provenientes da 1ª e 2ª camada, da camada de base dos rebocos i e j. A difração de raios X foi realizada com um difratómetro X’Pert PRO da Panalytical, utilizando radiação CuKα, varrimentos de 5º a 60º de 2θ, passo de 0.002º com 8s por passo, uma intensidade de corrente de 30 mA e voltagem de 40 kV. A dimensão máxima dos agregados foi obtida por peneiração do resíduo insolúvel após ataque ácido com HCl (7,5% p/p) dos fragmentos provenientes da desagregação de porções das argamassas. Os principais minerais presentes nas argamassas A0 e B0 revelados pelos difratogramas são o quartzo e a calcite, sugerindo argamassas produzidas com areias de natureza siliciosa e confirmando a cal aérea como ligante [7]. A maior intensidade relativa das reflexões de calcite no difratograma da argamassa A0 indica que esta deverá ser mais rica em cal do que a argamassa B0. Para além do quartzo, foram detetados outros minerais em menores quantidades também provenientes das areias: feldspatos, moscovite e minerais argilosos. As diferenças existentes nos difratogramas das argamassas A0 e B0 relativas a estes minerais são indicadoras do tipo de areias adotadas [7]. A argamassa B0 contém feldspato potássico (microclina) e minerais argilosos (ilite e caulinite), enquanto na argamassa A0 detetou-se plagioclase (albite), microclina e ilite. Estas diferenças sugerem que foram adotados areias diferentes nas argamassas do reboco. A análise granulométrica realizada ao resíduo insolúvel das argamassas A0 e B0 determinou D=0,5mm e D=2mm para as argamassas A0 e B0, respetivamente. Adicionalmente, o aspeto mais grosseiro das amostras provenientes da argamassa B0 e a cor das amostras (branca acinzentada para A0 e amarelada para B0), confirmam que foram adotadas areias diferentes nestas argamassas.

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3.3. Avaliação da resistência em profundidade e da resistência superficial Os ensaios de furação foram realizados com o equipamento desenvolvido pela Sint Tecnology (Itália), modelo DRMS Cordless (Figura 3-c). Os ensaios foram conduzidos a partir da face exterior do reboco. No caso dos protótipos o ensaio atravessou toda a espessura do reboco, terminando ao atingir o suporte. No caso do reboco real, os ensaios foram realizados até ser atingida a profundidade máxima permitida pelo ensaio (cerca de 40mm); o suporte não foi atingido em nenhum ensaio. Foram realizados 12 ensaios em 3 provetes distintos para cada um dos reboco a, b, c e d e 4 ensaios em cada um dos rebocos i e j. Os furos foram realizados com uma broca de 5mm, de ponta plana diamantada. A furação foi realizada com uma taxa de penetração de 40mm/min e uma velocidade de rotação de 100rpm. A resistência superficial foi avaliada com recurso a um esclerómetro pendular tipo PT e realizaram-se 6 determinações para cada situação em análise.

4. Resultados 4.1. Protótipos de reboco (laboratório) A Tabela 2 resume os resultados dos ensaios da resistência à furação e da resistência superficial obtidos com base em todos os ensaios realizados nos 4 rebocos fabricados em laboratório. Tabela 2 – Resistência à furação e resistência superficial obtidas nos rebocos

Os resultados da resistência à furação da Tabela 2 apresentam-se diferenciados em termos de pico inicial, camada de acabamento e camada de base. Os valores de Fd, DPd e CVd foram determinados considerando na amostra todos os valores de Fd obtidos no conjunto dos ensaios efetuados para cada camada de reboco, excluindo o troço relativo ao pico inicial. O troço relativo ao pico inicial encontra-se assinalado na Figura 4-a). O valor Fdp90 corresponde ao percentil 90 de uma amostra que inclui os valores de Fd registados no conjunto dos ensaios efetuados no troço relativo ao pico inicial. Na Figura 4 são apresentados exemplos de perfis de resistência em profundidade obtidos nos ensaios de furação efetuados nos rebocos b e d. Estes perfis correspondem a ensaios individuais, representativos do reboco. Na Figura 4-a), em baixo, é indicada uma situação de empacotamento. O empacotamento é causado pela fricção gerada no interior do furo entre os fragmentos que se vão separando durante o ensaio, causando um incremento nos valores de Fd [8]. Os valores apresentados na Tabela 2 correspondem ao troço do perfil anterior à situação de empacotamento [3].

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Figura 4: Perfis de resistência em profundidade dos rebocos b e d (a). Sobreposição dos perfis com a secção transversal dos provetes: reboco d (b), reboco b (c)

A análise dos perfis de resistência em profundidade (Figura 4) permite distinguir as 2 camadas que compõem os rebocos b e d. Os perfis apresentam um aspeto bastante distinto nas camadas de acabamento e de base, devido à maior variabilidade dos valores de Fd nas camadas de base. O mesmo acontece com os perfis de resistência dos rebocos a e c, embora não apresentados no artigo. A maior variabilidade de Fd nas camadas de base tem tradução no CVd, cujos valores variam entre 0,45 e 0,63, enquanto nas de acabamento variam entre 0,37 e 0,44 (Tabela 2). A dimensão máxima do agregado (D=2mm e D=1mm para B1-2 e A1-2, respetivamente) é o principal fator causador desta diferença [3]. Os valores médios de Fd são superiores para as camadas de base, em relação às camadas de acabamento. Esta situação devese à maior ocorrência de picos de Fd de valor mais alto nos perfis da camada de base. Tal como acontece com a variabilidade, a maior dimensão do agregado é também o principal fator causador da subida dos valores médios de Fd nos ensaios efetuados nas camadas de base [3]. As Figuras 4-b) e 4-c) apresentam a sobreposição de perfis de resistência em profundidade com a secção transversal de provetes extraídos dos rebocos b e d (apresentados na parte superior das mesmas Figuras). Os perfis foram obtidos em ensaios efetuados nos mesmos protótipos de onde se recolheram os provetes ilustrados. Na Figura 4-b) é possível observar a diferente dimensão dos agregados e relacionar esse aspeto com a diferente ordem de grandeza dos picos de Fd que se registam em cada camada. A Figura 4 ilustra ainda a possibilidade de obter outras informações relevantes a partir dos perfis de resistência à furação em profundidade: a espessura de cada camada e a qualidade da ligação entre a camada de acabamento e a de base e entre esta e o suporte [3]. O pico inicial assinalado na Figura 4-a) e 4-c) sugere uma fina camada superficial de maior resistência à furação face à resistência média da camada adjacente. O valor do pico inicial (Tabela 2) destaca-se mais na argamassa A1 do que na A2, a de maior resistência mecânica (Tabela 1). Este comportamento da camada superficial do reboco poderá estar relacionado com o acabamento conferido à sua superfície. A superfície da camada de acabamento dos rebocos é normalmente alisada repetidamente com a talocha, com o fim de obter uma superfície regular [9]. Este procedimento foi adotado na produção dos protótipos de rebocos, obtendo-se a superfície lisa ilustrada na Figura 2-4). A ação da talocha desencadeia o “efeito de parede”, com criação de uma fina camada superficial onde a argamassa é mais compacta e rica em finos. É de esperar que este acabamento provoque uma alteração na composição da camada superficial superior em A1 face a A2, uma vez que a argamassa A1 é mais porosa e mais fácil de alisar (por ser mais fluida).

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4.2. Reboco real Na Figura 5 são apresentados exemplos de perfis de resistência em profundidade obtidos nos ensaios de furação efetuados no reboco real. A Figura 5-a) corresponde a um ensaio individual efetuado numa zona sem camada de acabamento (reboco j), enquanto a Figura 5-b) ilustra um perfil recolhido numa zona com camada de acabamento (reboco i). Os perfis apresentados são representativos das duas situações que se pretende ilustrar. Os valores médios, desvios padrões e coeficientes de variação de Fd são apresentados na Tabela 2.

Figura 5: Perfis da resistência em profundidade dos rebocos j (a) e i (b). Coeficiente de variação de Fd e porosidade das argamassas nos rebocos estudados (c)

Analisando, numa primeira fase, os troços dos perfis que correspondem às camadas executadas com a argamassa B0, verifica-se uma semelhança com o aspeto dos perfis da argamassa B2 (Figura 4-a). Estes perfis caracterizam-se por uma grande variabilidade de Fd, traduzida nos valores de CVd: 0,57 para B0 e 0,45 a 0,63 para B1 e B2 (Tabela 2). Na Figura 5-c) são indicados os valores de CVd obtidos para as camadas de base e de acabamento dos vários rebocos; este gráfico evidencia a proximidade entre os valores da argamassa real (B0) e das argamassas produzidas em laboratório (B1 e B2) e a diferença em relação às argamassas A0, A1 e A2. Este resultado é expectável, uma vez que as argamassas B1 e B2 foram concebidas para serem semelhantes às que habitualmente se encontram nas camadas de base dos rebocos antigos. De entre os vários aspetos que definem a composição das argamassas, a máxima dimensão do agregado deverá ser o que tem maior influência neste resultado. A argamassa B0 possui D=2mm, tal como as argamassas B1 e B2, ao contrário das argamassas A1 e A2, com D=1mm. O valor médio de Fd da argamassa B0 no reboco i é semelhante ao obtido para a argamassa B1 no reboco a (11,5N e 11,2 N, respetivamente; Tabela 2). Este reboco reúne as duas argamassas de menor resistência mecânica (as argamassas A1 e B1). Já no reboco j, o valor de Fd é inferior (8,9N). A redução da resistência em profundidade no reboco sem camada de acabamento poderá dever-se a um maior grau de alteração da argamassa devido à ausência da proteção conferida por esta camada. A inexistência da camada de acabamento também diminui o efeito de empacotamento, o que pode ser uma explicação adicional para o baixo valor de Fd [3]. A maior alteração do reboco j fica também evidenciada na existência de uma camada superficial, com cerca de 2 mm, onde a resistência à furação é inferior à média dos valores que se registam na espessura de argamassa interior adjacente (Figura 5-a). O valor médio de Fd nesta camada superficial é de 3,7N (Tabela 2). Esta camada caracteriza-se por uma falta de coesão das partículas, facilmente constatada nas visitas ao local e visível na Figura 6-a. As imagens da Figura 6 correspondem a sobreposições dos perfis de resistência em profundidade ilustrados na Figura 5-a) e 5-b) com secções transversais de provetes recolhidos no local (Figura 3-d). Os perfis resultam de ensaios efetuados em zonas próximas dos locais onde os provetes foram extraídos.

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Figura 6: Sobreposição dos perfis com a secção transversal dos provetes: reboco j (a) e reboco i (b).

Ao contrário do perfil de resistência apresentado na Figura 5-a), o perfil da Figura 5-b), apresenta um pico inicial de Fd, tal como os rebocos produzidos em laboratório (Figura 4). A existência deste elemento deverá conferir um grau de proteção adicional ao reboco i face ao reboco j. O pico inicial existente no perfil da Figura 5-b), relativo a uma zona do reboco com camada de acabamento, avalia, justamente, a resistência à furação conferida por aquela camada (Figura 6-b). O valor do pico inicial do reboco i enquadra-se no intervalo dos valores obtidos nos rebocos produzidos em laboratório (21,5N para o reboco i e 19,7 a 24,8N para os rebocos a-d; Tabela 2). No entanto, por a camada de acabamento do reboco i ser muito fina (cerca de 2 mm), o ensaio de furação penetra na camada de base imediatamente após o pico inicial (Figura 6-b). Por este motivo, ao contrário do que acontecia nos rebocos produzidos em laboratório, não foi possível avaliar o valor médio de Fd em troço regular da camada de acabamento do reboco real i (Tabela 2, indicação n/a). Os perfis de resistência em profundidade efetuados nos rebocos reais permitem obter outras informações relevantes. A argamassa B0 foi aplicada em duas camadas, possuindo a segunda uma espessura de 20-25mm (Figura 6-a, 6-b). A espessura total do reboco nas zonas ensaiadas excedeu a profundidade máxima do ensaio (dada pelo comprimento útil da broca, cerca de 40mm). Por este motivo, o ensaio de furação não permitiu determinar a espessura total do reboco (cerca de 3-5cm, secção 2.2). A diminuição de Fd na transição entre camadas permite avaliar a espessura e a qualidade da ligação entre camadas (Figura 6-a, 6-b). Poros e fissuras de maior dimensão também aparecem evidenciados nos perfis de resistência à furação, através de uma diminuição de Fd que se prolonga por um comprimento superior a 1mm (Figura 6-a). Os valores obtidos para a porosidade também revelam semelhanças entre as argamassas reais e as produzidas em laboratório dentro do respetivo grupo (camadas de base e acabamento). A Figura 5-c) apresenta os valores da porosidade obtidos nos vários rebocos, para os dois tipos de camadas. A análise integrada de todas as situações permite evidenciar que as argamassas A (relativas às camadas de acabamento) possuem uma porosidade superior às argamassas B (relativas às camadas de base). As porosidades das argamassas reais B0 e A0 enquadram-se nos respetivos grupos (base e acabamento, respetivamente). A análise da Figura 5-c) permite ainda concluir que as argamassas reais (B0 e A0) são mais porosas que as argamassas produzidas em laboratório do respetivo grupo. Os resultados obtidos através do ensaio do esclerómetro são consistentes com as considerações acima enunciadas. O valor da resistência superficial do reboco i enquadra-se dentro da gama de valores recolhidos para os rebocos produzidos em laboratório, embora muito próximo do limite inferior (42,8 no reboco i e 41,4 a 64,0 nos rebocos a-d; Tabela 2). O valor da resistência superficial do reboco j é inferior (35,0), como seria de esperar devido à existência da camada superficial de baixa coesão.

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5. Conclusões O principal objetivo do presente artigo é evidenciar as potencialidades do método da resistência à furação na caracterização de rebocos antigos. Para o efeito, os resultados obtidos num reboco antigo foram relacionados com os provenientes de quatro protótipos de rebocos fabricados em laboratório, compostos por argamassas de cal aérea semelhantes às que se encontram em rebocos antigos. As semelhanças encontradas entre o caso real e os protótipos permitiram aumentar o grau de confiança nos resultados da caracterização do reboco real. Foi obtida informação relevante para a caracterização do reboco real, tal como a resistência à furação das camadas atravessadas, as respetivas espessuras e a qualidade da ligação entre as camadas. Confirmou-se a tendência crescente da variabilidade dos valores da resistência à furação com a dimensão máxima do agregado, espectável em argamassas de baixa resistência mecânica, como as deste estudo e de grande parte das argamassas antigas. Identificou-se a existência de um pico de força no início do ensaio de furação, observável na generalidade dos rebocos, que foi associado ao tratamento superficial habitualmente realizado com o objetivo de regularizar a superfície. Adicionalmente procedeu-se à interpretação de particularidades suscetíveis de ocorrerem em ensaios de furação (camadas de argamassa de baixa coesão, ligação entre camadas de diferente qualidade ou mesmo camadas não aderentes, presença de poros ou fissuras de maior expressão). Destaque-se que a existência de uma camada de acabamento muito fina pode sugerir uma argamassa de resistência mecânica superior à real, pois o pico de força medido pelo ensaio de furação corresponde a uma argamassa que resulta de um afagamento superficial. Se a espessura da camada de acabamento fosse suficientemente grande, seria expectável uma resistência à furação média inferior. Os ensaios do esclerómetro e da porosidade produziram resultados consistentes com os obtidos pelo método da furação. No entanto, verifica-se que o método da furação permite a obtenção de um conjunto vasto de características do reboco, conseguida à custa de uma reduzida intrusão no material. A qualidade da informação produzida pelo ensaio de furação é habitualmente referida como uma limitação à maior disseminação do método; no entanto, os resultados apresentados neste artigo sugerem que a qualidade dos resultados é boa, sem prejuízo da necessidade de outros estudos que contribuam para aumentar ainda mais o grau de confiança nos resultados.

6. Agradecimentos O presente estudo foi financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), através da bolsa SFRH/BD/42426/2007. Os autores gostariam ainda de agradecer ao ICIST-IST o apoio facultado, ao Eng. João Farinha e à sua equipa (Htecnic) a importante ajuda com os trabalhos realizados no Convento das Mónicas e ao Prof. Manuel Francisco Costa Pereira a realização das difrações de raios X.

7. Referências [1] B. Chiaia, “Fracture mechanisms induced in a brittle material by a hard cutting indenter”, Int.J.Solids Struct., vol. 38, p. 7747-7768, 2001. [2] R. Nogueira, A. Ferreira Pinto e A. Gomes, “Assessing mechanical behavior and heterogeneity of low-strength mortars by the drilling resistance method”, Constr.Build.Mater., vol. 30, p. 50-62, 2014. [3] R. Nogueira, A. Ferreira Pinto e A. Gomes, “The drilling resistance test in the characterization of lime mortar renders in multilayer system”, em 9th International Masonry Conference, Guimarães, 2014. [4] M. Stefanidou, “Methods for porosity measurement in lime-based mortars,” Constr. Build. Matr., vol. 24, p. 2572-2578, 2010. [5] L. Toniolo, A. Paradisi, S. Goidanich e G. Pennati, “Mechanical behaviour of lime based mortars after surface consolidation”, Constr.Build.Mater., vol. 25, p. 1553–1559, 2011.

[6] J. Leitão Bárcia, “Arquivo Municipal de Lisboa”, Câmara Municipal de Lisboa, s.d.. [Online]. Available: http:// arquivomunicipal.cm-lisboa.pt/pt/. [Acedido em Janeiro 2015].

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[7] J. Elsen, “Microscopy of historic mortars—a review”, Cem.Concr.Res., vol. 36, p. 1416–1424, 2006. [8] S. Pfefferkon, “Correction functions for eliminating drill bit abrasion and blocked drill dust transport”, em DRILLMORE, Firenze, 2000. [9] Q. Gillmore, Limes Hydraulic Cement and Mortars, Wexford College Press, 2000, p. 348.

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AVALIAÇÃO, DIAGNÓSTICO E PROJEÇÃO DE CUSTOS EM MANUTENÇÃO DE HABITAÇÃO SOCIAL MUNICIPAL M. J. MATOS Investigadora, DECivil, Universidade de Aveiro Aveiro

A. SIMÕES Investigadora, DECivil, Universidade de Aveiro Aveiro

M. F. RODRIGUES Professora Auxiliar RISCO, DECivil Universidade de Aveiro Aveiro

R. VICENTE Professor Associado RISCO, DECivil Universidade de Aveiro Aveiro

A. COSTA Professor Catedrático RISCO, DECivil, Universidade de Aveiro Aveiro

H. VARUM Professor Catedrático CONSTRUCT-LESE

M. ÁLVARES Administradora Domus Social, EM Porto

J. FERREIRA

FEUP, Universidade do Porto

Porto

Coordenador do Gabinete de Estudos e Planeamento

Domus Social, EM Porto

SUMÁRIO

ABSTRACT

A ausência de um plano de ações de manutenção preventiva levou a que os bairros de habitação social em Portugal tenham sofrido uma degradação contínua, apesar das obras de reabilitação encetadas por algumas entidades gestoras, nos últimos anos. Uma estratégia privilegiando obras de reabilitação da envolvente externa, foi implementada na maioria dos edifícios de habitação social municipal da cidade do Porto sob gestão da Domus Social, EM, com cerca de 600 edifícios de habitação social a seu cargo. Esta entidade, consciente da importância de se conservarem os edifícios e prolongar a sua vida útil, procurou implementar estratégias de manutenção eficientes. Com o objetivo de planear e gerir a manutenção preventiva destes edifícios, foi desenvolvida uma ferramenta de auxílio à inspeção e diagnóstico. Através desta ferramenta foi avaliado o estado de conservação dos edifícios, definidas as ações de manutenção reativa/corretiva necessárias para o desenvolvimento e aplicação de Planos de Manutenção Preventiva (PMP), hierarquizados os edifícios e respetivos elementos fonte de manutenção por prioridades de intervenção e criados cenários de investimento de apoio à gestão. Esta metodologia foi implementada através da realização de visitas técnicas a 113 edifícios de 45 bairros de habitação social, complementadas com a análise de elementos cedidos pela empresa gestora. Após o estudo destes edifícios, representativos das tipologias e épocas de construção, foi feita uma extrapolação para os restantes, tendo-se estabelecido os PMP para cada bairro e os custos associados à sua manutenção. Como resultado estimase um investimento em manutenção, para os próximos 3 anos, de cerca de 9,8 milhões de euros. Conclui-se ainda que para além de auxiliar o planeamento das ações, este trabalho permite definir e organizar as equipas de manutenção. Pretende-se assim, descrever a metodologia desenvolvida para se obterem os PMP e os cenários de investimento e a sua aplicação a um caso de estudo.

Portugal social housing is facing high degradation levels as consequence of the lack of planning maintenance actions; therefore the refurbishment of external buildings’ envelope has become a primary concern of the companies responsible for this housing sector. A similar retrofitting strategy was implemented for almost all the social housing stock of the city of OPorto, northern Portugal, that is managed by the public enterprise Domus Social, EM (with around 600 buildings). Domus Social aware with the importance of the maintenance and durability of these buildings developed a reliable maintenance strategy, to implement preventive maintenance actions after the buildings’ refurbishment. To support this strategy an inspection and assessment tool was developed over which it can be assessed the buildings’ conservation level, defined the maintenance actions (reactive and proactive) needed to develop and implement a Preventive Maintenance Plan (PMP), prioritise the intervention needs, and develop investment scenarios to support the decision makers. This methodology was implemented throughout technical visits of 45 social housing neighbourhoods, complemented with the analysis of elements given by Domus Social. After the inspection and appraisal of 113 buildings, representative of building typology and age, an extrapolation was developed for the overall building stock. The maintenance plans and the associated costs were obtained for each neighbourhood. The results point out that for the neighbourhoods under the responsibility of Domus Social it is estimated an overall maintenance investment of about 9.8 millions of Euros for the next 3 years. It was concluded that this is a fundamental tool for the decision-makers’ support: management, planning and maintenance execution including defining and organizing the maintenance teams for the execution of the preventive maintenance actions. This paper aims to describe the methodology that has been developed to achieve the PMP and the investment scenarios and its application to a case study.

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1. Introdução O problema habitacional nas principais cidades intensificou-se com o êxodo da população rural, durante a época de industrialização. Este fenómeno originou na cidade do Porto, o aparecimento de “ilhas”, cujas edificações constituíram focos de insalubridade incompatíveis com as condições mínimas de habitabilidade. Para dar resposta à necessidade de alojamento em grande escala destas famílias, surgiu com o Decreto-Lei n.º 40616, de 28 de Maio de 1956, o Plano de Melhoramentos para a Cidade do Porto, a executar pela Câmara Municipal e que previa a construção no prazo de 10 anos de 6.000 fogos. Este Plano teve como base a criação de prédios urbanos de construção rápida e económica, permitindo responder às necessidades básicas da habitação, com rendas de baixo custo [1]. Embora o período de 1957 a 1966, represente uma época de intensa construção de bairros de habitação social municipal, o processo de construção prolongou-se até 2008. Com o intuito de fazer frente à elevada degradação destes bairros, na sequência da falta de manutenção e investimento, a reabilitação da envolvente externa (vertical e horizontal) tornou-se uma das preocupações principais das entidades que têm a cargo este tipo de edifícios. Este trabalho tenta responder à necessidade real da entidade gestora de um destes parques habitacionais, a Domus Social, Empresa de Habitação e Manutenção do Município do Porto, EM que tem a seu cargo cerca de 12.500 fogos, o que corresponde a 10,5% dos fogos de habitação social em Portugal [2, 3]. Neste contexto, foi desenvolvida uma ferramenta de apoio à avaliação do estado de conservação do edificado, com a definição de um grau de manutenção conduzindo à projeção de cenários de investimento que servirão de apoio à gestão e fundamentarão as estratégias do processo de tomada de decisão relativas às intervenções a implementar e, particularmente, às intervenções de manutenção [4, 5], cuja metodologia se pretende explicar complementada num caso de estudo.

2. Objeto de estudo Este trabalho teve como objeto de estudo os edifícios de habitação social municipal da cidade do Porto, construídos entre 1940 e 2008, sob gestão da Domus Social, EM. O estudo versou sobre 45 dos 48 bairros de habitação social municipal sob gestão desta empresa, tendo sido excluídos os bairros do Aleixo, Bessa Leite e Rainha D.ª Leonor (1955) por se encontrarem com a sua situação indefinida (provável demolição de Aleixo e Rainha D.ª Leonor ou com uma presença de fogos sob gestão municipal reduzida face à dimensão do mesmo – Bessa Leite). Desta forma, dos 551 edifícios pertencentes aos 45 bairros analisados foram estudados 113 edifícios, o que corresponde a 20% do edificado. Os critérios utilizados para a escolha dos edifícios a analisar foram: • a percentagem de fogos por bairro; • as fases de intervenção na envolvente externa dos edifícios; • a implantação e orientação solar dos edifícios; • a tipologia de acesso ao fogo (esquerdo/direito ou galeria). Para facilitar a análise e caraterização dos edifícios, os bairros de habitação social municipal foram divididos em diferentes Lotes, agrupados consoante a época da sua construção, como apresentado na Figura 1. As idades dos edifícios deste parque habitacional variam entre os 7 e os 75 anos, estando distribuídas na Figura 2 em intervalos de tempo de 15 anos. Assim, verifica-se que mais de 50% dos edifícios têm idade compreendida entre 46 e 60 anos correspondendo aos Lotes 2A e 2B, construídos aquando do Plano de Melhoramentos para a Cidade do Porto [1]. A solução construtiva que carateriza estes Lotes é o sistema porticado de betão armado, com embasamento em perpianho e estrutura de cobertura em madeira e revestimento em telha cerâmica do tipo Marselha. Na sua maioria estes edifícios já sofreram obras de reabilitação da envolvente externa, necessitando da implementação de Planos de Manutenção Preventiva para que se prolongue a sua vida útil, sem necessidade de intervenções profundas e de consequentes custos elevados.

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Figura 1. Mapa de localização dos bairros em estudo, identificados por Lote

Figura 2. Idade dos edifícios do Parque Habitacional a cargo da Domus Social

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3. Método de inspeção e diagnóstico A projeção de custos associados à manutenção de um edifício apenas é possível após se proceder à sua análise profunda, o que engloba procedimentos de inspeção e diagnóstico, recolha e sistematização de informação. Assim, a metodologia implementada para a elaboração deste trabalho consistiu na realização de visitas técnicas a 45 bairros que, complementadas com a análise dos elementos cedidos pela Domus Social, EM, resultaram no preenchimento de fichas de inspeção para cada edifício. Durante as inspeções, para além da recolha de informação que ajudou a caraterizar as soluções construtivas presentes em cada edifício, foi feito o levantamento das anomalias presentes no mesmo e elaborado um relatório de inspeção/anomalias do edifício com uma avaliação do estado de conservação. As visitas de campo basearam-se numa inspeção visual, com recurso a meios de medição (fita métrica, laser, câmara termográfica, nível e medidor de espessura de vidros) e registo fotográfico.

3.1. Ficha de inspeção Para a caraterização do edifício em estudo, bem como do bairro em que se insere, foi criada uma ficha de inspeção-tipo que, durante as visitas técnicas foi preenchida por edifício, na qual se efetua a identificação dos materiais e sistemas construtivos e a caraterização dos elementos fonte de manutenção. Para cada um destes elementos registam-se as anomalias existentes e o respetivo nível de conservação. Esta caracterização e diagnóstico permitiram determinar as ações de manutenção preventiva chegando-se, numa fase posterior, ao Plano de Manutenção Preventiva.

3.2. Relatório de inspeção e registo de anomalias Os relatórios foram efetuados para cada edifício e para cada elemento fonte de manutenção, caracterizando as anomalias identificadas durante as visitas técnicas, integrando a sua descrição, localização, possível estratégia de resolução e registo fotográfico. Este documento foi elaborado individualmente para cada edifício da amostra, sendo de grande utilidade para se identificarem as ações de manutenção reativa/corretiva que é necessário implementar em cada edifício. A informação recolhida e a avaliação do estado de conservação dos elementos fonte de manutenção possibilitaram a elaboração de um quadro-resumo, que permite uma rápida e fácil análise do estado de conservação dos diferentes elementos, dando uma visão global do estado geral de conservação do parque habitacional.

4. Avaliação do estado de conservação e grau de manutenção 4.1. Avaliação do estado de conservação O método de avaliação do estado de conservação do edifício, aplicado, pressupõe a comparação do estado de conservação dos elementos existentes no edifício aquando da sua construção/intervenção com o seu estado atual, à data da visita técnica. Os elementos construtivos e equipamentos avaliados estão associados nos seguintes grupos de elementos fonte de manutenção: 1) Cobertura principal: estrutura, revestimento, subtelha, impermeabilização, isolamento térmico, ventilação do desvão, pontos singulares, tais como chaminés, rufos, remates de empena. 2) Coberturas secundárias: revestimento das palas de entrada do bloco, revestimento e impermeabilização das coberturas de galerias e caixa de escadas. 3) Rede de drenagem de águas pluviais: caleiras, tubos de queda, caixas de visita, valeta perimetral. 4) Fachadas: estrutura, revestimento, tratamentos finais, saliências na fachada, juntas de dilatação. 5) Vãos envidraçados e caixilharias: caixilhos, vidros, estores e caixas de estore, sistemas de sombreamento interior, portas das habitações.

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6) Áreas de circulação comum: estrutura de entrada no bloco, porta de entrada no bloco, batente, recetáculos postal, revestimento do pavimento, paredes e teto, corrimão, proteções e gradeamentos exteriores, portões, elementos de reforço metálico dos patamares de escada. 7) Redes e infraestruturas prediais: ramais de ligação, coluna montante de distribuição predial, contadores de água, caixas de visita de drenagem predial. 8) Gás canalizado: ramais de ligação, contadores. 9) Segurança contra incêndios: sinalética e iluminação de emergência, extintores, rede de incêndio armada, sistema auto- mático de deteção de incêndio (SADI), sistema automático de deteção de monóxido de carbono (SADCO). 10) Infraestruturas elétricas e mecânicas: infraestruturas de telecomunicação, audiovisuais, infraestruturas elétricas, ilumi nação das zonas comuns, sistema de intercomunicação, depósitos e grupos de bombagem, ventilação mecânica, ascensores, gerador de energia elétrica. 11) Interior do fogo: condições de habitabilidade, salubridade e segurança. Para cada elemento fonte de manutenção foi elaborada uma tabela que permite calcular o seu estado de conservação. Mediante a avaliação da gravidade e da área afetada por cada anomalia foi possível definir a percentagem de afetação dessa anomalia no elemento, fazendo correspondência a um nível de estado de conservação. Após a obtenção destes níveis de conservação foi possível, através de um algoritmo adaptado de Rodrigues 2008 [6], obter o nível do estado de conservação de cada elemento fonte de manutenção. Esse resultado foi posteriormente utilizado para o cálculo do estado global de conservação de cada edifício estudado. A escala dos níveis de conservação teve como base o Método de Avaliação do Estado de Conservação de Imóveis (MAEC) [7], e encontra-se resumida na Tabela 1. Tabela 1. Níveis de conservação e estado de conservação

4.2. Avaliação Dado que o parque habitacional em estudo apresenta um grande intervalo de idades, compreendidas entre os 7 e os 75 anos, necessitou de ser objeto de uma inspeção rigorosa que permitiu efetuar a avaliação do estado de conservação de cada edifício, de acordo com o método anteriormente descrito. Devido à disparidade dos níveis de conservação atribuídos aos elementos fonte de manutenção dos edifícios analisados surgiu a necessidade da criação de diferentes graus de manutenção. As ações de manutenção a serem aplicadas em cada caso devem estar diretamente relacionadas com o seu estado de conservação, sendo o investimento a aplicar um reflexo dessas ações. Assim, definiram-se os 3 graus de manutenção apresentados na Tabela 2 que fazem correspondência aos níveis de estado de conservação resultantes da inspeção.

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Figura 5: Perfis da resistência em profundidade dos rebocos i (a) e j (b). C

5. Planos de manutenção preventiva A NP EN 13306:2010 [8] define como Plano de Manutenção, “conjunto estruturado de tarefas que compreendem as atividades, os procedimentos, os recursos e a duração necessários para executar a manutenção”. Assim, um Plano de Manutenção Preventiva consiste num planeamento de ações de manutenção com o objetivo de assegurar que o edifício cumpre, sem baixar os níveis mínimos de desempenho, a função para a qual foi concebido [9]. O PMP elaborado para cada bairro sistematiza as ações a efetuar para os diversos elementos fonte de manutenção existentes, bem como as suas periodicidades. O estabelecimento das periodicidades das ações de manutenção baseou-se em fichas técnicas do produto e dos sistemas construtivos. Por fim, foram introduzidos os preços unitários para cada ação de manutenção e substituição de vários elementos/materiais construtivos, obtidos através da consulta de empresas de construção e manutenção. Os tempos de vida útil expectáveis foram atribuídos de acordo com o que consta na tabela em construção no âmbito dos trabalhos da comissão “CIB W80 Prediction of Service Life of Building Materials and Components” [10]. Esta ferramenta não é estática, sendo a sua atualização ao longo da vida útil do edifício um procedimento essencial, pelo que todos os elementos construtivos que são alterados a posteriori devem ser incluídos no PMP, e ajustados os períodos de manutenção de acordo com as necessidades do edifício estabelecidas durante o período de serviço.

6. Estudo económico Para se estimarem os custos associados à manutenção deste parque habitacional, foi realizado um estudo económico que, com base nos PMP desenvolvidos, permitiu calcular o montante de investimento a efetuar com as respetivas ações. Este cenário engloba ações de manutenção preventiva e reativa para 40 dos 45 bairros estudados, não se tendo considerado os bairros com a totalidade dos seus edifícios em péssimo estado de conservação, dado que se considera que requerem obras de reabilitação profunda. Uma vez que nos edifícios as ações de manutenção necessárias dependem do estado de conservação dos diversos elementos que o constituem, os orçamentos obtidos são condicionados pelo grau de manutenção.

7. Caso de estudo A título exemplificativo do trabalho realizado, é apresentado de seguida o caso de estudo relativo à cobertura e sistema de drenagem de águas pluviais de um dos edifícios analisados, aplicando a metodologia descrita.

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7.1. Objeto de estudo O edifício 7 do bairro de Francos (Lote 2B) localizado na freguesia de Ramalde, apresentado na Figura 3, é uma construção dos anos 60 que se insere nos edifícios com uma solução construtiva que carateriza os Lotes 2A e 2B. É constituído por um sistema porticado de betão armado, com embasamento em perpianho e cobertura em estrutura de madeira e revestimento em telha cerâmica do tipo Marselha. A requalificação da envolvente externa dos 15 edifícios deste bairro teve 3 intervenções distintas entre 2008 e 2010, cujas fases estão identificadas na Figura 3.

Figura 3. Edifício do Bairro de Francos, localização e identificação de fases de intervenção

7.2. Avaliação do estado de conservação e grau de manutenção Na Tabela 3 apresenta-se a avaliação do estado de conservação da cobertura e do sistema de drenagem de águas pluviais do edifício em estudo, onde são indicados os elementos afetados, a percentagem de área afetada e as respetivas anomalias, atribuindo-se um nível de conservação a cada um deles. Tabela 3. Avaliação do nível de conservação da cobertura e sistema de drenagem de águas pluviais do edifício 7 do bairro de Francos

Após a análise das anomalias encontradas em cada elemento, foi possível, através de um algoritmo adaptado de Rodrigues 2008 [5], atribuir o nível de conservação 4 aos elementos fonte de manutenção em estudo. Tal como para a cobertura principal e sistema de drenagem de águas pluviais, foram também avaliados com o mesmo método os restantes elementos fonte de manutenção. Na Tabela 4 apresentam-se os resultados obtidos para o Lote 2B, onde se insere o edifício deste caso de estudo. Através desta informação é possível identificar quais são as prioridades de intervenção, criando cenários de risco e de investimento.

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Tabela 4. Nível de conservação de edifícios do Lote 2B e dos principais elementos fonte de manutenção

7.3. Estudo económico Para exemplificar a estimativa de custos com ações de manutenção efetuou-se o estudo económico para a cobertura principal e para o sistema de drenagem de águas pluviais do edifício 7 do bairro de Francos nos próximos 5 anos. O edifício em estudo tem uma área de implantação de 597 m2 e um perímetro de 161 m. O método utilizado faz uma projeção dos custos de acordo com o estado de conservação destes elementos, obtido aquando da inspeção (nível 4 - bom), que por sua vez faz a correspondência com o nível de manutenção de grau III. Este estudo foi ainda elaborado considerando a hipótese dos elementos analisados se encontrarem em estado de conservação de nível 3 (manutenção de grau II) e de nível 2 ou 1 (manutenção de grau I) para permitir uma fácil comparação dos vários cenários de investimento. As ações inerentes a cada grau de manutenção apresentam-se na Tabela 5, estando os resultados obtidos neste estudo, apresentados na Figura 4.

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Tabela 5. Ações de manutenção para a cobertura e para o sistema de drenagem de águas pluviais de acordo com os graus de manutenção

Figura 4. Custos a 5 anos para a manutenção da cobertura principal e para o sistema de drenagem de águas pluviais, para o edifício 7 do bairro de Francos, de acordo com os três cenários de manutenção possíveis

Da análise do gráfico anterior verifica-se que se os elementos estudados necessitarem de uma manutenção de grau I, ao fim de 5 anos irá despender-se 19.646€ em ações de reabilitação/substituição e prevenção. Caso precisem de manutenção de grau II o valor reduz-se para 5.998€, sendo necessária a aplicação de manutenção corretiva e preventiva. Se apenas for necessária manutenção de grau III este custo passa a ser de 3.363€, correspondente à aplicação da manutenção preventiva. O valor da manutenção de grau III corresponde a 17% do valor de manutenção de grau I, diferença que justifica a manutenção contínua dos edifícios.

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Assim, pode concluir-se que é importante criar Planos de Manutenção Preventiva e colocá-los em prática para que os edifícios não atinjam um estado de degradação em que seja necessária a sua reabilitação precoce.

7.4. Investimento na manutenção do parque: projeção a 3 anos O estudo económico para cada bairro foi sistematizado na Figura 5, sendo o investimento em manutenção, para os próximos 3 anos, estimado em cerca de 9,8 milhões de euros para os 40 bairros estudados. Da análise deste gráfico verifica-se que o bairro do Cerco do Porto, com 34 edifícios construído em 1963 (32 edifícios) e 1991 (82 edifícios), é o que apresenta um maior investimento em manutenção, devido ao seu estado de conservação bem como ao elevado número de edifícios que o constituem. Os bairros que apresentam um menor investimento em manutenção são Fontaínhas e Salgueiros construídos em 2008, tendo apenas encargos com manutenção preventiva.

Figura 5. Investimento na manutenção para os próximos 3 anos nos bairros de habitação social a cargo da Domus Social, EM

8. Conclusões O desenvolvimento deste trabalho permitiu obter cenários de investimento para a manutenção preventiva dos edifícios objeto de estudo, ferramenta essencial para o apoio à gestão, planeamento e execução da manutenção. Apesar da obtenção do custo real da manutenção de edifícios não ser um exercício de quantificação simples devido à imprevisibilidade das ações de reparação consequentes de vandalismo ou acidentes naturais, a sua estimativa permite obter cenários de investimento para a reabilitação e manutenção dos edifícios, ferramenta essencial para o apoio à gestão dessas ações. Com a análise dos 113 edifícios foi possível concluir que se os edifícios com mais de 20 anos não sofrerem qualquer tipo de manutenção ao longo da sua vida, irão atingir um estado de conservação mau ou péssimo, necessitando consequentemente de obras de reabilitação profunda. Considerando uma projeção a 20 anos, tendo em conta os resultados do estudo efetuado, é possível concluir que o investimento na manutenção preventiva das coberturas e sistema de drenagem de águas pluviais é 32% inferior ao valor necessário para a sua reabilitação (manutenção de grau I). Para além de auxiliar o planeamento das ações, este trabalho permite ainda definir e organizar as equipas de manutenção

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necessárias à execução e implementação da manutenção preventiva, garantindo que não existe um envelhecimento precoce dos edifícios, evitando custos elevados consequentes de manutenção não planeada.

9. Agradecimentos À Domus Social, EM pela cedência de informação, acompanhamento nas inspeções aos bairros e apoio à realização deste estudo.

10. Referências [1] Plano de Melhoramentos. Direcção dos Serviços do Plano de Melhoramentos, 1966. Porto: Câmara Municipal do Porto, 51p. [2] INE, I.P. - Caracterização da Habitação Social em Portugal 2012. Lisboa: Instituto Nacional de Estatística, 31 Jul. 2013. [Consult. 5 Jan. 2015]. Disponível na WWW:URL: http://www.ine.pt/xportal/xmain?xpid=INE&xpgid=ine_ destaques&DESTAQUESdest_boui=152070031&DESTAQUESmodo=2.

[3] Domus Social, EM – Empresa de Habitação e Manutenção do Município do Porto 2015. [Consult. 5 Jan. 2015]. Disponível na WWW:URL: http://www.domussocial.pt/domussocial/quem-somos_2. [4] Costa, A.G.; Rodrigues, F.; Vicente, R.; Varum, H.; Simões, A.; Matos, M.J. - Planos de Manutenção Preventiva para Habitação Social do Porto, Domus Social, EM, Relatório Final, 2015, Aveiro, 134p.

[5] Simões, A.; Costa, A.; Rodrigues, F.; Varum, H.; Matos, M.J.; Vicente, R. – Gestão e Manutenção Preventiva de Bairros de Habitação Social Municipal, Edições Afrontamento, Setembro, 2015, 130p. [6] Rodrigues, M.F. - Estado de Conservação de Edifícios de Habitação a Custos Controlados, Tese para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, Universidade de Aveiro, 2008, 500 p. [7] MAEC - Método de avaliação do estado de conservação de imóveis. Instruções de Aplicação. Ministério das Obras Publicas, Transportes e Comunicações, LNEC, Outubro de 2007, 212 p.

[8] BS EN 13306-2010 Maintenance. Maintenance terminology. BSI Standards Publication, November 2010. ISBN 978 0 580 64184 8. [9] Morgado, J. - Plano de inspecção e manutenção de coberturas de edifícios correntes, Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, 2012, IST, Lisboa, 267p. ISBN: 978-989-20-5494-0. [10] Pereira, A. - Avaliação Imobiliária e a sua relação com a Depreciação dos Edifícios, Dissertação apresentada para a obtenção do grau de mestre, FEUP, 2013, Porto, 115p.

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