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This article describes the dynamical behavior of free-standing block structures under seismic loading. A comprehensive experimental investigation has been carried out to study the rocking response of four single blocks of different geometry and associations of two and three blocks. The blocks, which are large stones of high strength blue granite, were subjected to free vibration, and harmonic and random motions of the base. In total, 379 tests on a shaking table were carried out in order to address the issues of repeatability of the results and stability of the rocking motion response. Significant understanding of the rocking motion mechanism is possible from the high quality experimental data. Extensive experimental measurements allowed to discuss the impulsive forces acting in the blocks and the three-dimensional effects presented in the response.

Stone masonry in historical buildings. Ways to increase their resistance and durability

This paper describes the behavior of single rigid-block structures under dynamic loading. A comprehensive experimental investigation has been carried out to study the rocking response of four blue granite stones with different geometrical characteristics under free vibration, and harmonic and random motions of the base. In total, 275 tests on a shaking table were carried out in order to address the issues of repeatability of the results and stability of the rocking motion response. Two different tools for the numerical simulations of the rocking motion of rigid blocks are considered. The first tool is analytical and overcomes the usual limitations of the traditional piecewise equations of motion through a Lagrangian formalism. The second tool is based on the discrete element method (DEM), especially effective for the numerical modeling of rigid blocks. A new methodology is proposed for finding the parameters of the DEM by using the parameters of the classical theory. An extensive comparison between numerical and experimental data has been carried out to validate and define the limitations of the analytical tools under study.

A caracterização do parque habitacional existente em Portugal Continental no que respeita à sua vulnerabilidade sísmica e a sua classificação em tipologias construtivas são os principais objetivos do presente artigo. Esta caracterização e classificação estão enquadradas num estudo de âmbito mais vasto que é o de avaliação do risco sísmico de Portugal Continental [Sousa,2005] que, por sua vez, requer o conhecimento prévio da vulnerabilidade sísmica do seu parque habitacional. Neste contexto, apresenta-se o panorama da construção existente em Portugal Continental, caracteriza-se e evolução das práticas construtivas ao longo do tempo, identificam-se os principais tipos de construção que subsistem e se praticam no Continente, descrevem-se, de forma sumária, os respetivos sistemas estruturais, mencionando as suas principais vulnerabilidades face à ação dos sismos (entendidas como as deficiências do seu desempenho sísmico), e tipificam-se as soluções construtivas mais correntes enquadrando-as nas tipologias identificadas no Censos 2001.

Apresenta-se um método expedito, baseado em ábacos, de estimativa de caudais de ventilação natural considerando as componentes eólica e térmica

Apresentam-se modelos preditivos para a ventilação natural, como contribuição para a redução de sistemas AVAC, mantendo a Qualidade do Ar Interior.

A ventilação natural requer a estimativa adequada dos caudais de ar em circulação, as taxas de renovação, função da velocidade do vento e da distribuição de pressão na envolvente. A turbulância atmosférica introduz perturbações neste processo simplificado induzindo variações na velocidade e direcção do vento, podendo dar origem a reversões do escoamento.

Probabilistic seismic hazards maps have been prepared either for the archipelago of the Azores in general terms, or for the islands of the Central Group using updated seismic information for the region, including a revision of the earthquake catalogue for the period 1522-1998. Two different approaches were used: (i) a standard seismic source model and (ii) a semi-zonified source model based on spatially smoothed seismicity where no delineation of seismic sources is needed. Preliminary data point out that high PGA values were obtained for an area located to the west of the Central Group and for an area between Terceira and the São Miguel Islands. Deaggregation of hazard for some counties was evaluated and results are presented in terms of mean and modal values of magnitude and distance, showing that the main contributions to hazard in all counties are from close-in and not very severe earthquakes.

Neste artigo apresentam-se inicialmente algumas considerações sobre ensaios dinâmicos in situ de estruturas, focando-se em especial a utilização de ensaios de vibrações ambiente para a avaliação das características dinâmicas de estruturas de pontes. São referidos vários trabalhos onde foram utilizados ensaios deste tipo. Descrevem-se em seguida dois estudos recentemente realizados pelo LNEC com vista à caracterização dinâmica da ponte da Arrábida na cidade do Porto e da ponte da Figueira da foz, apresentando-se o equipamento utilizado, as técnicas de ensaio e análise adotadas e os resultados obtidos.

The Azores Islands are located in the mid-Atlantic region near the triple junction where the Euro-Asiatic-African-American plates join together. Seismic activity in the area is very high, as can be observed either from historical events since the fifteenth century, from present day microseismicity, and from direct and indirect measurements of recent tectonic deformation. Volcanic activity is also present throughout the region. All available information, even data exhibiting low quality, was used to develop hazard models of São Miguel Island. Source zones were established based on both the global tectonic behaviour of the region and on the local active fault structures. Recurrence laws for São Miguel Island, for which historical information seemed quite incomplete, were obtained from the large events in the entire archipelago and from their remarkable pattern of time and space dependence, and complimented by information on long-term fault deformation (for the longer recurrence periods) and on high precision instrumental network (for the very short recurrence periods). Attenuation laws were derived from data on events felt and/or recorded in the Island. Hazard maps were obtained through a modified version of McGuire's algorithm for several geometries of source areas and results compared with the maximum observed intensity of historical events.

O trabalho apresentado refere-se à avaliação do comportamento aerodinâmico da ponte pedonal suspensa 516 Arouca. Para tal realizaram-se ensaios em túnel de vento sobre um modelo reduzido de modo a obter os seus coeficientes aerodinâmicos estáticos e a resposta dinâmica. Os ensaios estáticos contemplaram diferentes configurações: i) tabuleiro; ii) tabuleiro e catenárias; iii) tabuleiro com pessoas, e; iv) tabuleiro e pórticos de suporte aos cabos de estabilização. Para os ensaios dinâmicos foi ensaiado apenas o tabuleiro. Para estes últimos ensaios, dado que o principal modo de deslocamento é lateral (em baloiço), houve que implementar um esquema de suspensão apropriado.

Os edifícios tipo “placa” pertencem à classe dos edifícios mistos de alvenaria e betão armado, caraterizados por paredes de alvenaria resistente onde apoiam lajes em betão armado. Esta tipologia, particularmente expressiva entre os anos de 1930 a 1960, marca um período de transição na história da construção em Portugal, onde a prevalência de elementos estruturais em madeira foi progressivamente substituída por soluções construtivas em betão armado. Em Portugal continental aproximadamente 33% do edificado existente pertence a esta classe, sendo que na Área Metropolitana de Lisboa esta representa cerca de 22% do parque. O presente estudo, realizado no âmbito da Tese de Doutoramento, incluirá a modelação numérica de um conjunto de edifícios de tipologia “Placa”, dispostos em banda, no bairro de Alvalade. A análise numérica será efetuada com recurso a ferramenta avançada de cálculo não linear de estruturas, com base na formulação do Applied Element Method (AEM) [1], o que permitirá prever o comportamento dos edifícios até ao colapso. Os modelos serão calibrados com base em ensaios experimentais de identificação modal à vibração ambiente realizados aos edifícios.

As estruturas de alvenaria têm nos demonstrado ao longo dos anos grande suscetibilidade perante a ação dos sismos. Para que possam ser definidas e implementadas estratégias de mitigação é importante compreender a vulnerabilidade destas estruturas. O presente estudo pretende analisar o comportamento de duas paredes de alvenaria, com e sem reforço, sujeitas a ações cíclicas no seu plano e sob carregamento vertical. Como proposta de reforço e melhoria do comportamento da parede foi utilizada rede de fibra de vidro e argamassa à base de cal. Numa primeira fase será utilizado um programa de cálculo avançado para análises não lineares, baseado na formulação do Applied Element Method (AEM) [1], de forma a prever o comportamento das paredes até ao colapso. Os resultados serão comparados e discutidos sendo feita a validação experimental do modelo numérico e da formulação utilizada.

The response of three full-scale unreinforced masonry buildings, without specific seismic detailing, as observed in shake table testing at LNEC for a seismic action representative of induced seismicity, is presented. The first building specimen simulated the upper floor and roof of the end-unit of a two-storey terraced house, built with unreinforced cavity walls, a reinforced concrete slab and a pitched timber roof. The second specimen was a replica of the roof of the first building. The third specimen represented instead a one-story detached pre-1940’s house, built with double-wythe unreinforced clay masonry walls, a timber floor and a steep-pitch roof supported on timber trusses. The specimens were tested up to partial collapse or near-collapse conditions. This paper summarises the main characteristics of the specimens and their experimental results, illustrating their dynamic response and the evolution of damage.

Até à introdução e disseminação do atual regulamento de dimensionamento sismorresistente em 1983, o Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSA), a generalidade dos edifícios de betão armado eram dimensionados para resistir apenas a cargas gravíticas. O presente estudo pretende caracterizar o comportamento sísmico destes edifícios bem como quantificar a fiabilidade estrutural quando avaliados à luz do Eurocódigo 8 - Parte 3. Por forma a criar um contexto representativo desta classe de edifícios, foram gerados centenas de modelos numéricos que refletem as principais características geométricas e mecânicas dos materiais, e que obedecem às regras e disposições construtivas definidas nos regulamentos nacionais anteriores à introdução do RSA. A análise probabilística dos resultados obtidos para os níveis de perigosidade associados às diferentes regiões do território nacional fornece indicações de quais as combinações edifícios/zonas sísmicas que apresentam uma maior vulnerabilidade face à ação sísmica.

A avaliação da segurança sísmica de edifícios existentes tem como quadro de referência a NP EN 1998-3; 2017. A complexidade destes procedimentos, aliada ao reconhecimento de que uma parte significativa do território nacional apresenta uma sismicidade média/baixa, torna a aplicação desta norma complexa para a maioria dos edifícios existentes de pequeno a médio porte. Neste contexto, foi desenvolvido um estudo probabilístico com o objetivo de definir dois procedimentos alternativos que, não pretendendo substituir a regulamentação existente, permitem avaliar a segurança sísmica de edifícios de uma forma expedita, com base nas propriedades geométricas e mecânicas dos seus elementos verticais. Não obstante a sua simplicidade, estes métodos permitem assegurar o mesmo nível de fiabilidade estrutural para os diferentes graus de perigosidade sísmica em Portugal, bem como um nível de segurança inversamente proporcional ao nível de complexidade dos mesmos, tendo como referência a NP EN 1998-3; 2017.

Typical low-rise masonry construction in regions such as Europe, Australia and New Zealand consists of cavity or solid URM walls covered with various timber roof configurations generally supported by masonry gables. The flexibility of these light timber roof systems has been reported to have significant effect on the seismic performance of the structure as a whole. Post-earthquake observations and experimental outcomes highlighted the large vulnerability of the URM gable walls to the development of overturning mechanisms, both due to the out-of-plane excitations and the in-plane timber diaphragm deformability. This paper presents a full-scale collapse shake-table test on a Dutch roof substructure composed by wooden planks supported by timber beams lying on masonry gable walls. After attaining the collapse of the gable walls, the timber roof diaphragm was subjected to a supplementary quasi-static cyclic pushover test for a complete characterization of the system response. The test is a part of a wider research project aimed at assessing the vulnerability of URM buildings in Groningen, a region of the Netherlands not naturally prone to seismic events, but which has recently been exposed to induced seismicity. The presented results include the damage evolution, the collapse mechanism and the hysteretic response of the specimen.

This paper discusses the results of three dynamic shake-table tests, performed on full-scale unreinforced masonry buildings without specific seismic detailing. The testing program is part of a wider research project aimed at assessing the seismic vulnerability of buildings typical of the Groningen region, located in Northeast of the Netherlands. This area, historically not prone to tectonic ground motions, in the recent years has been subjected to earthquakes induced by reservoir depletion due to gas extraction. The first building specimen simulated the end-unit of a two-story terraced house, built with unreinforced cavity walls. These walls were composed of an inner load-bearing leaf, made of calcium silicate bricks supporting the floors, and an outer veneer, made of clay bricks with aesthetic and weather-protection function. The two leafs were interconnected by distributed metal ties. The floors consisted of reinforced concrete slabs, providing rigid diaphragms in their plane. The pitched roof was made of longitudinal timber purlins, supported by end gables perpendicular to the shaking direction, and wood boards. The second specimen was a replica of the second story and the attic of the first building, with identical details for walls, slab, and roof framing tested to study the collapse mechanism. The third specimen represented instead a one-story detached pre-1940s house, built with double-wythe unreinforced clay masonry walls. The prototype structure was designed to include large openings and a re-entrant corner, causing significant horizontal irregularities. The first floor was made of timber beams and planks, resulting in a flexible diaphragm. The steep-pitch roof consisted of a series of timber trusses connected by wood purlins and boards. The two façades perpendicular to the shaking direction were designed in order to represent two common gable geometries.

Seismic risk has been the focus of a number of European projects in recent years, but there has never been a concerted effort amongst the research community to produce a uniform European risk model. The H2020 SERA project has a work package that is dedicated to that objective, with the aim being to produce an exposure model, a set of fragility/vulnerability functions, and socio-economic indicators in order to assess probabilistic seismic risk at a European scale. The partners of the project are working together with the wider seismic risk community through web tools, questionnaires, workshops, and meetings. All of the products of the project will be openly shared with the community on both the OpenQuake platform of the Global Earthquake Model (GEM) and the web platform of the European Facilities for Earthquake Hazard and Risk (EFEHR).

Reinforced concrete (RC) frames subjected to seismic loading often depict localized member-end deformations due to strain penetration effects between adjacent members, such as beam-column and column-footing joints. Past experimental programs indicate that the bond-slip deformations occurring at the interface between the reinforcement and the surrounding concrete can contribute up to 40% of the lateral deformation of the RC members. Despite the recognized importance of strain penetration effects on the response of RC structures, the consideration of such effects in numerical models is still limited. The employment of advanced bond-slip models within detailed finite element formulations, capable of simulating continuous domains with highly discretized meshes, has witnessed great advances over the recent years with encouraging results. Nonetheless, this modelling approach is computationally heavy and hence inapplicable for practical seismic (nonlinear) analysis of structures. Alternatively, the use of beam-column elements with lumped or distributed plasticity is a more computationally efficient and engineering-friendly modelling approach. Unfortunately, the elements of this type available in conventional numerical packages did not yet consider an explicit simulation of the interface between the reinforcing bars and the surrounding concrete along their embedment length. In other words, the inclusion of bond-slip effects in beam element models has been essentially achieved through simplified formulations based on empirical relationships. The present study aimed at overcoming the foregoing limitation by developing an explicit bond-slip model applicable to general fibre-based beam-column elements. Using a state-of-the-art bond-slip constitutive model, the current paper introduces a zero-length element that computes the localized member-end deformations accounting for the bond-slip response at each reinforcing bar of a given RC section. Along with the material properties and anchorage conditions, the proposed nonlinear model also accounts for cyclic degradation and rebar yielding effects. Validation studies conducted with the proposed numerical formulation reveal a good agreement with past experimental tests, evidencing an important stability and accuracy at the expense of an acceptable additional computational effort.

This book presents a selection of the best papers from the HEaRT 2015 conference, held in Lisbon, Portugal, which provided a valuable forum for engineers and architects, researchers and educators to exchange views and findings concerning the technological history, construction features and seismic behavior of historical timber-framed walls in the Mediterranean countries. The topics covered are wide ranging and include historical aspects and examples of the use of timber-framed construction systems in response to earthquakes, such as the gaiola system in Portugal and the Bourbon system in southern Italy; interpretation of the response of timber-framed walls to seismic actions based on calculations and experimental tests; assessment of the effectiveness of repair and strengthening techniques, e.g., using aramid fiber wires or sheets; and modelling analyses. In addition, on the basis of case studies, a methodology is presented that is applicable to diagnosis, strengthening and improvement of seismic performance and is compatible with modern theoretical principles and conservation criteria. It is hoped that, by contributing to the knowledge of this construction technique, the book will help to promote conservation of this important component of Europe’s architectural heritage.

The applications of discrete elements models based on rigid block formulations to the analysis of masonry walls under horizontal out-of-plane loading is simplified block pattern are addressed. Two procedures for creating irregular block systems are presented, one using Voronoi polygons, the other based on a bed and cross joint structure with random deviations. A test problem provides a comparison of various regular and random block patterns, showing their influence on the failure loads. The estimation of manual frequencies of rigid block models, and its application to static pushover analyses, is addressed. An example of application of rigid block model to wall capacity problem is presented.

The overall aim of Sub-Project 10 (Earthquake disaster scenario predictions and loss modelling for urban areas) has been to create a tool, based on state-of-the-art loss modelling software, to provide strong, quantified statements about the benefits of a range of possible mitigation actions, in order to support decision-making by urban authorities for seismic risk mitigation strategies. A further larger aim has been to contribute to a seismic risk mitigation policy for future implementation at European level. Among the European cities for which loss estimation studies have been carried out are Istanbul, Lisbon and Thessaloniki, and tools, using GIS mapping, have been developed by research teams in each of these cities; these were made available for further development to examine mitigation strategies within SP10. Related research studies – on ground motion estimation, on the assessment of human casualties, and on the evaluation of uncertainty have been carried out by other research teams across Europe which includes INGV, UCAM and USUR respectively. In all three of the cities, a common general approach to loss modelling has been adopted which includes representing the earthquake hazard as a set of alternative ground motion scenarios (typically those with an expected recurrence periods of 50 and 500 years), and applying the ground motion over a target area of known population and building stock. Losses have then been estimated for this target area in terms of levels of building damage and human casualties expected both in the existing state of the target area, and after certain selected potential mitigation actions have been carried out. This has been done in each case using building stock classifications and vulnerability data specific to the particular city concerned. In each case the scope of the proposed mitigation action has been described, and its expected benefit in terms of reduced losses and human casualties has been determined with some preliminary assessment of uncertainty.

Much work in Earthquake Engineering was devoted to the improvement of earthquake resistant design of new structures. One European result is EN 1998, which will be in several years the main seismic code for all European countries. But it is well known, that older existing structures cause in many large earthquakes much more casualties and damages than new structures. It is certainly not possible to retrofit all existing structures, but agreement exists, that assessment and retrofit of safety - critical - structures and lifeline structures must have priority. In September 2004 the European Integrated Research Project LESSLOSS on Risk Mitigation for Earthquakes and Landslides was started. The project will run for three years and comprises 13 Sub-Projects (SP´s). The consortium consists of 46 partners (see http:\\www.lessloss.org). LESSLOSS SP5 is on In-situ Assessment, Monitoring and Typification of buildings and Infrastructure. The project partners of SP5 are ARS, CESI, LNEC, RWTH and VCE. This Sub Project focuses mainly on the assessment of important existing structures and tries to integrate experimental methods into the assessment procedure. The progress of SP5 obtained in the first year is summarized in this paper. Highlights presented by all partners are mentioned and the assessment of Hospital Innsbruck is presented in more detail. The most innovative task of LESSLOSS/ SP5 is Update of vulnerability estimates via monitoring, which was also started in the first year.

In order to study the behavior of bridge structures in relation to traffic, wind and seismic loads, it is extremely important to know their actual dynamic properties (natural frequencies, vibration mode shapes and damping). The experimentally identified dynamic properties of bridge structures are also an effective way to characterize their actual global structural behavior. Whether included in the reception load tests of recently built bridges, before they are opened to the traffic, or as part of the inspection works of bridges already in service, LNEC has performed modal analysis studies based on the results of ambient vibration tests. Some of the studies carried out recently in important bridges are reported in this paper.

O sismo de Northridge ocorreu na parte norte da área metropolitana de Los Angeles, Califórnia, às 4:31 h do dia 17 de janeiro, uma segunda-feira coincidente com dia de feriado nacional, tendo atingindo uma magnitude de 6.6 na escala de Richter. O número total de vítimas mortais cifra-se em 57, havendo para cima de 8 000 feridos e 20 000 desalojados. As estimativas de perdas totais, feitas em meados de fevereiro de 1994, apontavam para valores de 15 biliões de US dólares, tendo o Estado da Califórnia apresentado um impacto económico total de ordem dos 30 biliões de dólares, perto do valor do Orçamento Geral do estado Português para 1994. Os prejuízos infligidos na indústria e no comércio são também surpreendentemente elevados, exigindo longos períodos de interrupção das atividades económicas.

Communicating science within disaster risk reduction using methods that encourage two-way dialogue between scientists and laypersons is a challenging task. This paper aims at presenting a methodological strategy of communicating risk and non-structural seismic protection measures through participatory approach. Such methodological strategy is part of a pilot experience of risk communication in two schools in Lisbon (Portugal) under the EU project KnowRISK (Know your city, Reduce seISmic risK through non-structural elements). The efficacy of education for seismic safety is often inhibited by an incomplete understanding of the process by which individuals decide to protect themselves from harm (Becker JS, Paton D, Johnston DM, Ronan KR. Nat Hazards 64(1):107–137, 2012a; Becker JS, Paton D, Johnston DM, Ronan KR. J Civil Eng Archit 6(6):673–681, 2012b). Becker et al. (in ibid) conceive such a process composed of a series of stages: knowledge and awareness, thinking and talking, understanding the consequences, developing skills. The above-mentioned pilot experience of risk communication was designed in order to trigger the cognitive process underlying behavioral change. Lisbon is a dormant society as far as earthquake risk is concerned. Given this, risk communication was firstly designed to generate awareness and knowledge among target-groups.

Most of the Lisbon 18th century timber-framed masonry “Pombalino” buildings currently need seismic rehabilitation due to: (i) natural degradation with aging; (ii) need for adaptation to new serviceability requirements, generally involving higher loads and consequent structural changes; (iii) former interventions with elimination or damage of structural elements, affecting seismic resistance and (iv) noncompliance with the present seismic codes. The research presented in this paper aimed at experimentally evaluating the seismic vulnerability of the “Pombalino” buildings and at proposing a strengthening technique to reduce it by reinforcing their timber framed “Frontal” walls. The experimental program was based on extensive dynamic testing on prototype representative of the current characteristic of “Frontal” walls. The results of the dynamic tests carried out in the LNEC 3D shaking table are presented regarding the two types of tests performed: (a) seismic tests, in which the seismic action was applied with increasing amplitude in the direction of the walls; (b) dynamic identification tests, aiming at evaluating the decrease of the mechanical properties of the models. A comparison of the performance of the non-strengthened and strengthened tested prototypes is also presented.

Good performance of non-structural elements can be decisive in saving lives and costs when an earthquake strikes. The European project KnowRISK aims to educate and encourage households to take the necessary precautionary measures to protect people, houses, and contents. Preparedness and prevention act on community resilience. Within the KnowRISK project, the idea of a Practical Guide has been conceived suggesting seismic mitigation solutions for non-structural components to non-experts stakeholders. It is intended to guide people into the first steps of prevention in a straightforward manner, minimizing or avoiding injuries, damage, and long-term financial consequences. The novelty of the Guide belongs to his philosophy: a path through increasing challenges corresponds to a growing level of safety. The idea is that anyone can mitigate seismic risk in its own environment by adopting simple and low cost measures. The Practical Guide may contribute to increase risk awareness. This kind of initiatives if undertaken at larger scales may also enhance social resilience.

When one of the dimensions of a structural member is not clearly larger than the two orthogonal ones, engineers are usually compelled to simulate it with refined meshes of shell or solid finite elements that typically impose a large computational burden. The alternative use of classical beam theories, either based on Euler-Bernoulli or Timoshenko’s assumptions, will in general not accurately capture important deformation mechanisms such as shear, warping, distortion, flexural-shear-torsional interaction, etc. However, higher-order beam theories are a still largely disregarded avenue that requires an acceptable computational demand and simultaneously has the potential to account for the above mentioned deformation mechanisms, some of which can also be relevant in slender members. This chapter starts by recalling the main theoretical features of a recently developed higher-order beam element, which was combined for the first time with a force-based formulation. The latter strictly verifies the advanced form of beam equilibrium expressed in the governing differential equations. The main innovative theoretical aspects of the proposed element are accompanied by an illustrative application to members with linear elastic behaviour. In particular, the ability of the model to simulate the effect of different boundary conditions on the response of an axially loaded member is addressed, which is then followed by an application to a case where flexural-shear-torsional interaction takes place. The beam performance is assessed by comparison against refined solid finite element analyses, classical beam theory results, and approximate numerical solutions. Finally, with a view to a future extension to earthquake engineering, an example of the element behaviour with inelastic response is also carried out.

A non – stationary stochastic method was applied to test four different models that have been taken as possible for the source of the 1755 earthquake. Source parameters of the model (corner frequency, stress drop) were estimated based on source spectra of S waves of 12 earthquakes records (corresponding to a total of 25 records) and the upper crustal attenuation parameter was estimated from the high-frequency decay of the acceleration spectra, after correcting observed spectra from geometrical spreading and anelastic attenuation effect. Site effects were evaluated by means of an equivalent stochastic non-linear one-dimensional ground response analysis of stratified soil profile using the LNECloss system and using an available data base containing information about soil classification for Portugal and a data base with stratified soil profile units for the Metropolitan Area of Lisbon (MAL).

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This text reflects the first of the four lectures that the author has presented at Udine, Italy, at CISM – International Centre for Mechanical Sciences, in June 2007, in the aim of the course “New Approaches to Analysis and Testing of Mechanical and Structural Systems”. He is being managing experimental activities in seismic engineering since 1993, when LNEC (the Portuguese National Laboratory for Civil Engineering) has started the construction of a large triaxial shaking table at the new earthquake testing hall of its Structures Department. Following a presentation of the main objectives of the Seismic Engineering experimentation, a brief state-of-the-art is made concerning its main laboratory methodologies, with a more clear focus on the shaking table tests. The leading problems related to the main testing methodologies (static, pseudo-dynamic, and shaking table) are identified and discussed. The advantages and disadvantages of each one are also highlighted. Moreover, a brief presentation of the centrifuge tests is introduced and, finally, the future developments needed are identified

Um dos principais problemas e interesses da engenharia sísmica é a caracterização da acção sísmica, envolvendo a estimativa da intensidade, conteúdo em frequência, duração e variabilidade espacial dos movimentos intensos do solo mais gravosos, em termos dos seus efeitos nas estruturas, que pode ocorrer num local. O presente trabalho de investigação desenvolve e aplica a metodologia estocástica e técnicas de modelação de fonte–finita, com parâmetros devidamente identificados, sustentados teoricamente e avaliados regionalmente, para uma adequada descrição dos movimentos sísmicos intensos para Portugal Continental. Quantificam-se os parâmetros regionais, que caracterizam os processos envolvidos nos fenómenos de geração e propagação das ondas sísmicas, com base na análise dos registos da rede acelerográfica nacional. Aplica-se a metodologia estocástica de falha-finita na simulação de dois eventos instrumentais que se sentiram em Portugal Continental e Itália e ao sismo histórico de 1 de Novembro de 1755. Estuda-se a relevância dos fenómenos de ruptura de falhas na avaliação do risco sísmico. Estimam-se leis de atenuação espectrais adaptadas às características do território continental. A caracterização da acção sísmica sob a forma espectral e os consequentes modelos de atenuação desenvolvidos pretendem contribuir para a diminuição de uma das maiores incertezas na avaliação da perigosidade sísmica e risco sísmico em Portugal continental.

Os sismos são encarados frequentemente como desastres naturais inevitáveis. Todavia, deveriam ser considerados fenómenos naturais, cujos efeitos adversos podem ser minimizados caso se proceda a uma gestão efectiva do risco sísmico. O objectivo principal do presente trabalho de investigação é o de avaliar o risco sísmico em Portugal Continental. Sendo um tema de natureza multidisciplinar, apresentam-se e discutem-se modelos de avaliação probabilística da perigosidade sísmica e sua desagregação, de vulnerabilidade e fragilidade sísmicas de tipologias construtivas, de danos e de perdas económicas e humanas. Aplica-se a análise probabilística da perigosidade sísmica, e sua desagregação, a Portugal Continental, obtendo-se cenários modais capazes de reproduzir os níveis de perigosidade que os condicionam. Apresenta-se o inventário do parque habitacional e seus habitantes, descriminado por factores de vulnerabilidade, e classifica-se a sua vulnerabilidade segundo os modelos de dano. Procede-se à actualização e aferição de uma metodologia para simulação de cenários sísmicos, integrada num Sistema de Informação Geográfico. Avalia-se o risco sísmico, seguindo diversas abordagens, comparando-se os resultados com o risco de outros países. Construiu-se assim uma ferramenta de avaliação de perdas devidas a sismos, que constitui uma primeira contribuição para o desenvolvimento de um processo de gestão do risco sísmico aplicado ao Continente Português.

O parque habitacional de Portugal Continental contém algumas tipologias construtivas de elevada vulnerabilidade sísmica em relação às quais urge actuar no sentido de reduzir o risco sísmico a elas associado. No projecto de investigação “Mitigação do Risco Sísmico em Portugal Continental”, desenvolvido no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) e financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), foram identificados os edifícios “gaioleiros” como sendo aqueles que apresentavam o maior risco. Este tipo de edifícios, construídos entre meados do século XIX e princípios do século XX, é caracterizado pela aplicação de materiais de construção de fraca qualidade e de técnicas construtivas deficientes que têm como consequência uma elevada vulnerabilidade sísmica. Atendendo ao elevado número de edifícios existentes deste tipo, e às características relativamente uniformes que eles apresentam, justificava-se investigar soluções de reforço aplicáveis em larga escala que permitissem reduzir a sua vulnerabilidade. Partindo deste ponto, deu-se início aos trabalhos que são relatados na presente tese. Procedeuse ao estudo dos edifícios “gaioleiros”, de modo a seleccionar protótipos representativos da tipologia construtiva, e do comportamento sísmico de edifícios de alvenaria em geral. Foram analisadas várias técnicas de reforço, definidas genericamente tendo em vista o objectivo de aplicação em larga escala, e construídos modelos físicos para ensaio na plataforma sísmica triaxial do LNEC. Foram ensaiados ao todo cinco modelos e testadas três soluções de reforço distintas no âmbito do projecto supra citado, cujos resultados foram analisados qualitativamente e quantitativamente de modo a retirar o máximo de informações sobre o comportamento sísmico dos modelos não reforçados e reforçados. Obtiveram-se assim padrões de danos, propriedades dinâmicas, curvas de capacidade experimentais, evoluções de energias dissipadas, identificaram-se modos de colapso iminente e foram retiradas conclusões sobre a eficácia das soluções de reforço. Efectuou-se a transposição dos resultados experimentais para os modelos numéricos com o objectivo de avaliar a vulnerabilidade sísmica dos modelos e da tipologia. Foram realizadas análises lineares estáticas e dinâmicas com o objectivo de estimar o estado inicial dos modelos físicos, antes da realização dos ensaios na plataforma sísmica, e de avaliar a influência de alguns parâmetros na sua resposta dinâmica. Tomando os resultados experimentais como referência, foram igualmente realizadas análises não lineares com modelos contínuos e com modelos simplificados, baseados em macroelementos, que permitiram captar a essência da resposta sísmica em termos globais.

As deficiências de várias construções antigas no que diz respeito à sua resistência sísmica, têm levado a inúmeras catástrofes. O trabalho de investigação que se apresenta consistiu na construção de modelos numéricos representativos do comportamento sísmico de uma tipologia de edifícios antigos em alvenaria de pedra vulgarmente designados por “gaioleiros”, de forma a simular resultados experimentais obtidos em ensaios sísmicos de modelos representativos dos edifícios em questão. O principal objectivo do trabalho foi a simulação do comportamento experimental com recurso a modelos numéricos simplificados, baseados na definição prévia da distribuição dos danos na estrutura, e capazes de reproduzir de forma satisfatória o comportamento global deste tipo de edifícios. Numa primeira fase, o modelo físico foi idealizado com recurso a um modelo numérico tridimensional (modelo contínuo) com o qual se realizaram sucessivas análises dinâmicas lineares, com ajuste das propriedades mecânicas nas zonas com dano localizado. De seguida foi construído um modelo numérico plano simplificado, representativo de uma fachada do edificio (modelo de macroelementos) e realizada uma análise estática não linear (pushover) de forma a estimar a curva de capacidade da estrutura do edifício no plano da fachada. Por último foi efectuada a avaliação sísmica do edifício em estudo com base em critérios de desempenho, através da comparação de parâmetros da resposta representativos do desempenho estimado para a estrutura sujeita a vários níveis de intensidade da acção sísmica, com valores limite correspondentes a diferentes níveis de desempenho, a fim de verificar se a estrutura cumpria o objectivo básico de desempenho. Com este estudo concluiu-se que o modelo contínuo tridimensional consegue reproduzir muito razoavelmente o primeiro ensaio experimental, embora, como seria de esperar dado que se trata de um modelo linear, à medida que se avança nos ensaios vão surgindo alguns desfasamentos entre os valores obtidos experimental e numericamente. Quanto ao modelo plano de macroelementos, verificou-se que este conseguiu reproduzir, de forma satisfatória, o comportamento global da estrutura no plano das fachadas, confirmando-se assim o interesse e aplicabilidade este tipo de modelos.

A avaliação da segurança sísmica de edifícios existentes tem como quadro de referência o Eurocódigo 8 – Parte 3 (NP EN 1998-3; 2017), que apresenta procedimentos de avaliação com âmbito de aplicação geral. A complexidade daqueles procedimentos, aliada ao reconhecimento de que uma parte significativa do território nacional apresenta uma sismicidade moderada a baixa, faz com que a aplicação do Eurocódigo 8 – Parte 3 seja demasiado complexa para a maioria dos edifícios existentes de pequeno a médio porte que cumpram certos requisitos de regularidade estrutural. Além disso, dada a natureza aleatória dos sismos, o nível da exigência de segurança estrutural a requerer para as diferentes categorias de edifícios nas diferentes zonas sísmicas deve ser definido em termos probabilísticos de forma a garantir que a probabilidade de se excederem certos níveis de danos, devido à ocorrência de sismos, seja uniforme no território nacional. Neste contexto, foi desenvolvido um estudo realizado ao abrigo do Protocolo de Colaboração no âmbito do Estudo de Procedimentos para Certificação Sísmica de Edifícios Existentes, de 2014, de cooperação entre o LNEC e a SPES com o objetivo de definir procedimentos alternativos expeditos que, não pretendendo substituir a aplicação da regulamentação existente para a totalidade dos edifícios, permitem avaliar a segurança sísmica de uma sub-classe considerável de edifícios de forma mais conservativa comparativamente aos procedimentos regulamentares de referência. Assim, neste documento são propostos dois métodos expeditos que permitem avaliar a resistência de edifícios de betão armado relativamente à ação sísmica, sem recurso a modelos numéricos, apenas com base nas propriedades geométricas (Método I) e também mecânicas (Método II) dos pilares dos edifícios. Não obstante a simplicidade dos dois métodos expeditos, utilizaram-se no seu desenvolvimento análises probabilísticas de avaliação de segurança sísmica (Nível 3, avaliação da probabilidade de excedência de estados limites), aplicadas a um universo de estruturas representativas de uma fração relevante do parque habitacional português. Os métodos propostos neste estudo permitem, por um lado, assegurar o mesmo nível de fiabilidade estrutural para diferentes graus de perigosidade sísmica em Portugal e, por outro lado, que as avaliações sejam mais conservativas para métodos com graus de simplificação crescente. Apresenta-se neste documento uma descrição detalhada das diferentes fases do estudo desenvolvido, terminando com um exemplo de aplicação dos diferentes métodos a um edifício existente de betão armado e com uma avaliação do grau de aproximação dos resultados obtidos com os métodos expeditos propostos relativamente à metodologia de avaliação sísmica de referência definida na NP EN1998-3 (2017).

Nos estudos probabilísticos para avaliação da perigosidade sísmica, são estabelecidas zonas de geração sísmica (zonas sismogénicas), representando regiões que partilham as mesmas caraterísticas sismológicas, tectónicas e geológicas e definidas as relações entre a frequência com que aí ocorrem os sismos e as respetivas magnitudes, num dado período de tempo. Em 2006, para o Anexo Nacional do Eurocódigo 8, foram consideradas e caraterizadas 11 zonas Sismogénicas para Portugal continental, adaptadas de estudos previamente elaborados em 1996. Entre 2008 e 2009, no âmbito dos projetos ERSTA e SHARE, foram propostas novas zonas sismogénicas, e estimados os respetivos parâmetros da lei de frequência - magnitude. Estas diferentes propostas resultaram em diferentes mapas de perigosidade sísmica para Portugal continental. A SPES, Sociedade Portuguesa de Engenharia Sísmica, espelhando a inquietude existente na comunidade científica face às diversas expressões da perigosidade sísmica em Portugal, e consciente da necessidade de um consenso perante os agentes decisores, considerou urgente a realização de um estudo criterioso acerca das opções tomadas, nos diferentes estudos, e suas implicações. É neste contexto que surge este trabalho, que pretende fazer uma análise crítica e comparativa dos resultados obtidos nos diferentes estudos mencionados e as suas implicações ao nível dos períodos de retorno para sismos de maior magnitude. Numa parte II, serão estudadas as implicações em termos de valores da perigosidade sísmica, para vários períodos de retorno e frequências espetrais.

O presente relatório, elaborado no âmbito de um estudo em curso no LNEC sobre a segurança sísmica das construções nas intervenções de reabilitação, sintetiza os instrumentos jurídicos e os conceitos relevantes para a análise do atual regime jurídico da reabilitação urbana (RJRU), e do regime excecional de reabilitação urbana (RERU).

This document reports the outcomes of the research project “Masonry Enclosures” developed in the framework of the transnational access (TA) to LNEC shake table within the FP7 project SERIES. This TA project addresses the seismic performance of masonry enclosures in European countries with moderate and high seismicity and consisted on the experimental evaluation of the seismic response of reinforced concrete (RC) frames with innovative solutions for masonry infill walls, considering both the in-plane and out-of-plane behaviour of the enclosures. In order to ensure that in-plane and out-of-plane damage of masonry infill walls due to seismic actions complies with the performance levels’ requirements, Eurocode 8 imposes the use of reinforced solutions. Nevertheless, it does not provide any design rules or methodologies for such reinforced masonry enclosures. An experimental programme was thus defined for assessing the response of innovative solutions for non-load bearing masonry enclosures using LNEC’s triaxial shake table. This experimental programme comprised the testing of one RC frame building and four independent wall panels. Both a horizontal reinforcement in the bedding planes of the masonry units and a reinforced mortar coating solutions were tested on single leaf clay brick infill walls. Furthermore, a testing device for masonry infill panels was specifically conceived for this project. A detailed description of the methods used is given and the experimental results are shown and interpreted on the basis of the structural response and its evolution with damage.

This document reports the outcome of the seismic test on the LegnoCase building, the second in a total of four buildings included in the TIMBER BUILDINGS Project. This building is a platform frame system with sheathing assembled by means of OSB panels (PF-OSB). The goal of the tests was to assess the seismic performance of the building, panel elements and steel connectors, defined in terms of relative displacements and hold-down forces.

This document reports the outcome of the seismic test on the RubnerHaus building, the third in a total of four buildings included in the TIMBER BUILDINGS Project. This building is a platform frame system with sheathing assembled by means of gypsum fibre panel (PF-GF). The goal of the tests was to assess the seismic performance of the building, panel elements and steel connectors, defined in terms of relative displacements and hold-down forces.

This document reports the outcome of the seismic test on the Rusticasa building, the first in a total of four buildings included in the TIMBER BUILDINGS Project. This building is a log house system (LHS). The goal of the tests was to assess the seismic performance of the building, panel elements and steel connectors, defined in terms of relative displacements and hold-down forces.

This document reports the outcome of the seismic test on the TUGraz building, the fourth in a total of four buildings included in the TIMBER BUILDINGS Project. This building is a cross laminated system (CTL). The goal of the tests was to assess the seismic performance of the building, panel elements and steel connectors, defined in terms of relative displacements and hold-down forces.

The TIMBER BUILDINGS Project, led by the University of Trento, included testing of four full scale multi-story timber houses with a realistic horizontal plan and three types of timber housing systems: platform frame system (PFS), log house system (LHS) and cross laminated timber (CLT). The tests were carried in the LNEC-3D shake table under different levels of excitation and different conditions of the structure. The tests were carried with the goal of assessing the seismic performance of the buildings, panel elements and steel connectors, defined in terms of relative displacements and hold-down forces. The results were presented in separate reports, one for each building. This document contains information common to the remaining four reports.

O Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) participa atualmente numa das sete Tarefas, do projeto Europeu SHARE- Seismic Hazard Harmonization in Europe, mais precisamente na tarefa nº 2, intitulada Requisitos de engenharia e aplicações. O presente relatório de progresso descreve a participação do LNEC na sub-tarefa 2.5 - Cenários de risco sísmico para cidades Europeias selecionadas – na qual o risco sísmico é avaliado em termos de cenários de perdas para um conjunto de cidades (Istanbul, Lisbon, Messina, Thessaloniki). Os mapas de perigosidade sísmica dos regulamentos mais recentes destas cidades são usados como cenários de ação sísmica para obtenção de níveis de risco de referência nos locais analisados. O presente trabalho aborda a primeira etapa da sub-tarefa 2.5 apresentando estimativas de perdas para a Área Metropolitana de Lisboa (AML) e para alguns dos seus concelhos limítrofes. Para o efeito, foram tidos em consideração os cenários de perigosidade sísmica preconizados pelo Anexo Nacional Português da EN 1998-1, Eurocódigo 8: Projeto de estruturas para resistência aos sismos. Parte 1: Regras gerais, ações sísmicas e regras para edifícios. As estimativas de perdas foram obtidas utilizando a ferramenta informática LNECloss, que permite avaliar perdas para cenários históricos de ocorrência (selecionados) ou para cenários definidos pelo utilizador. Esta ferramenta integra diversos módulos que avaliam a ação sísmica no substrato rochoso e à superfície, os danos estruturais no edificado e as perdas humanas ocorridas em consequência do cenário sísmico de ocorrência especificado. Neste trabalho, a ação sísmica, em rocha, foi definida pelo espectro de resposta elástico, em aceleração, preconizado no Anexo Nacional da parte 1 do Eurocódigo 8. O efeito das formações superficiais na ação sísmica teve em consideração a caracterização geotécnica da AML realizada em estudos anteriores e modelos estocásticos de propagação unidimensional para representar o comportamento dinâmico não linear dos solos. Os danos em edifícios e as perdas humanas tiveram como informação de base os Censos 2001, que forneceram o número de edifícios residenciais e os seus ocupantes distribuídos por classes de vulnerabilidade adequadas para a região. As estimativas de perdas agora obtidas serão comparadas, numa fase posterior, com as estimativas obtidas com base no novo modelo de perigosidade sísmica desenvolvido e proposto no âmbito do projeto SHARE, visando analisar o impacto da atualização da perigosidade sísmica nos níveis de risco de cada cidade.

Análise dos registos históricos de eventos climáticos e o seu impacto no setor da energia da AML, para identificar o grau em que este setor foi afetado por estímulos relacionados com o clima. Avaliação de capacidades adaptativas.

Análise da forma das edificações nas ações do vento

As condicionantes arquitetónicas e de urbanização na ventilação natural

Caracterização do vento. Ações sobre estruturas. Ensaios em túnel de vento