A AÇÃO DOS SISMOS NAS ESTRUTURAS

A AÇÃO DE SISMO NAS ESTRUTURASDEECC/UFC

Joaquim Eduardo MotaDepartamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil – DEECC

Centro de Tecnologia / UFCFortaleza, 15 de maio de 2008

A SISMOLOGIA E A ENGENHARIA ESTRUTURALDEECC/UFC

SISMOS NÃO MATAM PESSOAS, MAS AS ESTRUTURAS SIM !

GEOFÍSICA

SISMOLOGIA

GRANDES SISMOS

ENGENHARIA CIVIL

ENG. ESTRUTURAL

ENG. SÍSMICA

TEM TERREMOTO NO NOSSO BRASIL ?

DEECC/UFC

Itacarambi,MG 09/12/2007 – 4.9 ERMORTE DE UMA CRIANÇA

Sobral,CE – 29/02/2008 – 3.5 EREu tava deitada na rede e minha filha almoçando. Quando dei fé foi o tamborete andando sozinho, a rede balançando, as telha tremendo...

São Paulo,SP 22/04/2008 5.2 ER

NUNCA ANTES, NA HISTÓRIA DESTE PAÍS, FALOU-SE TANTO EM TERREMOTO.

PERGUNTAS BÁSICASDEECC/UFC

1. PORQUE OCORREM OS SISMOS ?

2. COMO REPRESENTAR A AÇÃO DO SISMO NAS ESTRUTURAS

3. PODEMOS PROJETAR ESTRUTURASRESISTENTE A SISMOS ? (ESTRUTURAS SISMO-RESISTENTE)

ESTRUTURA DA TERRA E AS PLACAS TECTÔNICAS

DEECC/UFC

CROSTA 25 A 40 KMMANTO SUPERIOR 40 KM A 700 KMMANTO INFERIOR 700 KM A 2.900 KMNÚCLEO 2.900 KM A 6.350 KMRAIO DA TERRA = 6.350 KM

LITOSFERA CROSTA + PARTE DO MANTO SUPERIOR 70 KMATENOSFERA PARTE COMPLEMENTAR DO MANTO SUPERIOR 70 KM ATÉ 700 KM COMPOSTO DE ROCHAS PARCIALMENTE FUNDIDAS.

A TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACASEssa teoria postula que a LITOSFERA está quebrada em um determinado número de placas rígidas, que se deslocam com movimentos horizontais, que podem ser representados como rotações com respeito ao eixo que passa pelo centro da Terra. Essas movimentações ocorrem porque a LITOSFERA, mais leve e fria, praticamente “flutua” sobre o material mais quente e denso e parcialmente fundido, existente no topo da ATENOSFERA..

PLACAS TECTÔNICASDEECC/UFC

MOVIMENTAÇÃOMOVIMENTO DE PLACAS DIVERGENTES – Cadeias Meso-Oceânicas (1)MOVIMENTO DE PLACAS CONVERGENTES – Subdução da Placa NAZCA (2)MOVIMENTO HORIZONTAL OU FALHA TRANSFORMANTE- Falha de Santo Andé (3)

1

3

2

MOVIMENTAÇÃODAS PLACAS

DEECC/UFC

PERIODICIDADE DOS SISMOS

DEECC/UFC

SISMOS INDUZIDOS DEECC/UFC

INDUÇÃO PELA CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS “Encha uma represa e inicie um terremoto”Causas: Pesos das massas de água e sedimentos acrescentadas ao relevo ; alteração da estabilidade mecânica das rochas por diferenciais de pressão gerado pelo encharcamento das porosidades e escoamento de água nas fallas e dutos internos.

EXTRAÇÃO DE MINERAIS EXTRAÇÃO DE AQUÍFEROSEXTRAÇÃO DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEISGRANDES EXPLOSÕES

SISMOS CRIADOS PELA AÇÃO DO HOMEM

SISMÓGRAFOS DEECC/UFC

MODELO ESQUEMÁTICO

DE SISMÓGRAFO

SAÍDA GRÁFICA DE SISMÓGRAFO

ELETRÔNICO

FOCUS E EPICENTRO DEECC/UFC

MAGNITUDEDEECC/UFC

ESCALA RICHTER

Ao = 0,001 mmA = Máxima Amplitude regis-trada a 100KM do Epicentro.

Seja um terremoto com 8 pontosna escala Richter, teremos então

JoulesxE x 168,16)85,18,4( 1031,61010 === +

A energia produzida na usina de Itaipu em um dia corresponde a:

JoulesxxWxE 159 10037,1864001012 ==

diasxxd 8,60

10037,11031,6

15

16

==

Logo a energia liberada peloterremoto equivale a 60,8 dias de funcionamento de Itaipu.

INTENSIDADEDEECC/UFC

SISMICIDADE GLOBALDEECC/UFC

SISMICIDADE GLOBALDEECC/UFC

6,831 milBam, Irã2003

7,654 milPaquistão2005

7,966 milPeru1970

7,670 milGansu, China1932

Desconhecida70 milLisboa, Portugal1755

Desconhecida77 milTabriz, Irã1727

Desconhecida80 milShemakha, Azerbaidjão1667

Desconhecida100 milChihli, China1290

7,270 mil a 100 milMessina, Itália1908

7,3110 milTurcomenistão1948

Desconhecida143 milKwanto, Japão1923

8,6200 milGansu, China1920

Desconhecida200 milChina, perto de Xining1927

Desconhecida230 milAlepo, Síria1138

7,5255 milTangshan, China1976

Desconhecida830 milShansi, China1556

Na Escala RichterNº de mortosOnde foiAno

SISMICIDADE NA AMÉRICA DO SULDEECC/UFC

SISMICIDADE NO BRASILDEECC/UFC

Ano LocalidadeMagnitude (escala de Richter)

1922 Mogi Guaçu – SP 5,1

1939 Tubarão – SC 5,5

1955 Serra Tombador – MT 6,6

1955 Litoral Vitória – ES 6,3

1963 Manaus – AM 5,1

1964 NW de Mato Grosso do Sul 5,4

1980 Pacajus – CE 5,2

1983 Codajás – AM 5,5

1986 João Câmara – RN 5,1

1989 João Câmara – RN 5,0

1990 Plataforma – RN 5,0

1998 Porto Gaúchos – MT 5,2

SISMICIDADE NO NORDESTEDEECC/UFC

PERÍODO: 1666-1980

TOTAL: 253 SISMOS

MAGNITUDE: 1,6 a 4,7

CEARÁ.........: 80BAHIA..........:71RG.NORTE......:52PERNAMBUCO..:30MARANHÃO....:09ALAGOAS.......:07PARAÍBA........:03SERGIPE.........:01

MAPA DE FALHAS

AÇÃO DE SISMONAS ESTRUTURASDEECC/UFC

Os Sismos impõem deslocamentos à basedas estruturas. O movimento apresenta umaaceleração que varia de direção, sentidoe magnitude. ANÁLISE DINÂMICA

FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA

DEECC/UFC

SISTEMAS COM UM GRAU DE LIBERDADE: (UGL)

Equação de Equilíbrio DinâmicoPrincípio de D’Alembert


DEECC/UFC

VIBRAÇÕES LIVRE NO SISTEMA UGL [c=0 F(t)=0]


DEECC/UFC

VIBRAÇÕES LIVRE NO SISTEMA UGL [c<ccrit F(t)=0]


DEECC/UFC

VIBRAÇÕES FORÇADAS NO SISTEMA UGL [c<ccrit F(t)≠0]

INTEGRAL DE DUHAMELSolucionada Numericamente


DEECC/UFC

EXCITAÇÃO HARMÔNICA


DEECC/UFC

IMPULSO TRIANGULAR

IMPULSO SENOIDAL


DEECC/UFC

AÇÃO SÍSMICA

Registro do Acelerograma doTerremoto de El Centro/California

18/05/1940


DEECC/UFC

MOVIMENTAÇÃO DA BASE


DEECC/UFC

ESPECTRO DE RESPOSTA

SISTEMA UGL


DEECC/UFC

SISTEMA COM VÁRIOS GRAUS DE LIBERDADE: VGL


DEECC/UFC

SISTEMA COM VÁRIOS GRAUS DE LIBERDADE: VGL

Problema de Autovalor e AutovetorAutovalor: Frequencia CircularAutovetor: Modo de Vibração Livre

Propriedades dos Modos de Vibração


DEECC/UFC

MÉTODO DA SUPERPOSIÇÃO MODAL

Sistema de n Equações Diferenciais Acopladas

Conjunto de n Equações Diferenciais Desacopladas – n Sistemas UGL


DEECC/UFC

MÉTODO DA SUPERPOSIÇÃO MODAL

NORMA BRASILEIRADEECC/UFC






Espectro de Resposta












CRITÉRIOS DE DESEMPENHODEECC/UFC

Medida de Dano

Medida deIntensidade

Joe’s

BeerBeer!!

FoodFood!!

Joe’s

BeerBeer!!FoodFood!!

Operacional

Preservaçãode Vidas

Humanas

EstabilidadeEstrutural

Ruína

Evento Muito Raro(TR = 970 anos)

Evento Raro(TR = 475 anos)

Evento Ocasional(TR = 72 anos)

Evento Frequente(TR = 43 anos)

SISMO x VENTODEECC/UFC

SISMO: a=0,05 g – Cargas Horizontais Equivalentes – Categoria BVENTO: vo=30 m/sÁrea do Pavimento =400 m2 – Barlavento=15m

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

0 10 20 30 40 50

n.pav

H (K

N SISMOVENTOSISMO MINIMO

UTILIZAÇÃO DE NORMAS TÉCNICAS

DEECC/UFC

0%

30%

60%

90%

Pre-1971 1972-80 Post-1981

Design Code

Performance of buildings constructed in Kobe by Ohbayashi Corporation (Kobe earthquake, 1995])

Heavy DamageModerate DamageLow Damage

O PATRONO DA ENGENHARIA SÍSMICA

DEECC/UFC

MARQUES DE POMBAL GAIOLA 3D DE

TRAVAMENTO ANTI-SÍSMICO

O terremoto que assolou Lisboa no dia 1 de Novembro de 1755 foi a primeira catástrofe natural a assumir proporções globais. O sismo terá atingido uma magnitude entre os 8,7 e os 9,0 graus na escala deRichter, começando a terra a tremer por volta da 9h30 da manhã e mantendo-se a actividade sísmica durante cerca de seis minutos.Seguido por um tsunami que chegou hora e meia depois à parte oriental de Lisboa, que avançou 250 m para o interior da cidade, e por diversos incêndios que se prolongaram por cinco dias, o terremoto provocou cerca de 90 mil mortos.

VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS

DEECC/UFC

Estribos insuficientes ou mal detalhados tendo em vista a ductilidade exigida.


DEECC/UFC

Deficiência de aderência e ancoragens. Vícios de construção.


DEECC/UFC

Falta de capacidade resistente por deficiência no cálculo ou no detalhamento particularmente na ligação viga-pilar


DEECC/UFC

Alteração da resposta estrutural local ou global induzida pela paredes de alvenaria.


DEECC/UFC

Irregularidade de rigidez na vertical. “SOFT-STOREY”


DEECC/UFC

Mecanismo Pilar-Curto pelaInterrupção na alvenaria. Mecanismo Viga Forte – Pilar Fraco

AFERIAÇÃO DA VULNERABILIDADEDEECC/UFC

TÉCNICAS DE REFORÇODEECC/UFC

Reforço global do sistema estrutural• adição de paredes resistentes de concreto armado• contraventamentos metálicos• isolamento de base• sistemas passivos de dissipação de energia• redução da massa do edifício• outras técnicas (controle ativo, sistemas híbridos de dissipação de energia,

tuned mass, liquid dampers,…)

Intervenção ao nível dos elementos estruturais• injecção de resinas epoxy• encamisamento (metálico, em concreto armado, fibras de carbono)• concreto projetado (“shotcrete”)• outras técnicas (pré-esforço, redução de secção dos pilares/vigas/paredes,

eliminação de paredes de enchimento, correção do detalhamento das armaduras.

ISOLAMENTO DE BASEDEECC/UFC

CONTROLE ATIVODEECC/UFC

Amortecedores Líquidos

Liquid Dampers

Massas Equilibrantes“Tuned Mass”

DUCTILIDADEDEECC/UFC

Detalhamento Especial dos Estribos nas Vigas.

Pilares: ni<0,65; ro>1%

O confinamento aumenta a resistência e a ductilidade do concreto.

RISCO SÍSMICODEECC/UFC


-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-1 1 3 5 7 9 11 13 15

Time (S)

Ace

lera

tion

(m/s

2)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Período (seg)

Acel

eraç

ão (m

/s2)

MAGNITUDE DO SISMOESPERADO

+

CONCLUSÕESDEECC/UFC

1.O Brasil precisa incrementar a pesquisa em Sismologia, visandouma melhor caracterização de suas fontes sismogênicas.

2.Da mesma forma é preciso desenvolver a nossa engenharia sísmi-ca capacitando os engenheiros estruturais no projeto de estrutu-ras sismo-resistentes.

3.Não há dúvida que o Nordeste Brasileiro apresenta fontes sis-mogênicas de médio porte, típicas de regiões intra-placas, queexigem políticas públicas e legislação de projeto e construçãode estruturas que levem em conta esta realidade. Políticas Públicas: Esclarecimentos e treinamento da populaçãonas áreas de maior risco.Legislação: Obrigatoriedade do uso da norma de sismo no projetode Hospitais, Escolas, Quartéis…

CONCLUSÕESDEECC/UFC

4.Neste contexto nos parece claro que as Universidades da nossaregião têm um papel extemamente importante a ser cumprido,no desenvolvimento de trabalhos de pesquisa e de extensão vi-sando a avaliação mais aprofundada do risco sísmico de nossascidades e a definição de ações técnicas que sejam compatíveiscom a nossa realidade econômica e que atenuem a vunerabilidadedas nossas estruturas.

GRATO PELA ATENÇÃO

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