Evaluation of the structural capacity of historical constructions

Abstract

As construções históricas são uma parte importante do património mundial construído, símbolos arquitetónicos das cidades, países e culturas. Os museus, monumentos, castelos, igrejas, catedrais, entre outros, são edifícios e locais que oferecem experiências únicas tornando-se difusores de conhecimento. Estes edifícios históricos são alvo da comunidade turística que representa recursos económicos importantes. Por estas razões, a sociedade realiza grandes esforços técnicos e económicos para a conservação e valorização do seu património histórico. Ao longo do tempo, desde a sua construção até aos dias de hoje, um edifício histórico é exposto a diversos fatores que afetam o seu estado de conservação tais como, a degradação e envelhecimento do material, alterações arquitetónicas, desastres naturais com grandes períodos de retorno, destruição causada por algum tipo de conflito, ações de reabilitação e reforço, entre outros. Assim, a avaliação de construções históricas é um tópico que detém alguma preocupação, não só do ponto de vista da preservação do património, mas também pela segurança estrutural e durabilidade dos edifícios ao longo do tempo. A análise estrutural é bastante importante para a identificação do motivo pela qual os edifícios exibem danos e deformações e também para compreender o seu efeito no equilíbrio estrutural do edifício. Através de uma abordagem correta e apropriada é possível avaliar a capacidade estrutural de um edifício histórico e definir e validar uma futura estratégia de reabilitação, tentando assim recuperar e manter o comportamento da estrutura original. O principal objetivo desta dissertação é avaliar a capacidade estrutural de duas construções históricas, a Catedral de Palma de Mallorca (Mallorca, Espanha) e um edifício de alvenaria que faz parte do complexo do Castelo de São Jorge (Lisboa, Portugal). Para os casos de estudo apresentados realizou-se modelação numérica recorrendo a diversos softwares de elementos finitos, desenvolvendo um estudo paramétrico para compreender a influência das propriedades dos materiais no comportamento global de uma estrutura e ainda se definiram e analisaram diferentes estratégias de reabilitação.

The historical constructions are an important part of the world built heritage, architectural valued symbols of their cities, countries and cultures. Museums, monuments, castles, churches, cathedrals, among others, are buildings and sites that offer unique experiences as centres of knowledge. These historical buildings are the target of the tourist community which represent important economic resources. For these reasons, the society holds great technical and economical effort for the conservation and value of their historical heritage. Overtime, since their construction until the present day, a historical building is exposed to several factors that could affect their state of conservation such as, the material degradation and aging, architectural alterations, natural disasters with high return periods, destruction in occasion of conflicts, retrofitting actions, amongst others. Therefore, the assessment of historical constructions is a concerning subject, not only from the heritage safeguarding point of view, but also from the structural safety and durability over time. The structural analysis is of full importance to identify the origin of existing damage and deformations and their effect on the durability of the structure. With the correct and appropriate approach, it is possible evaluate the structural capacity of the historical construction in analysis and define/validate future rehabilitation strategies, strengthening and maintaining an improved behaviour of the original structure. The main focus of this dissertation is to evaluate the structural capacity of two historical constructions, the Palma Mallorca Cathedral (Spain) and one-story masonry arched building of the Castelo of São Jorge complex (Lisbon, Portugal). For these case studies were performed numerical modelling resourcing to different finite element software’s, developing a parametric study to understand the influence of the material properties on the overall behaviour of the structures, as well as proposing and analysing retrofitting strategies.