ANTONIO WILLIAM SILVA JÚNIOR PRINCÍPIOS BÁSICOS DO … · universidade federal do cearÁ centro de tecnologia departamento de engenharia estrutural e construÇÃo civil antonio

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAL E CONSTRUÇÃO CIVIL

ANTONIO WILLIAM SILVA JÚNIOR

PRINCÍPIOS BÁSICOS DO PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO PRÉ-MOLDADO EM REGIÕES COM RISCO SÍSMICO

FORTALEZA

2010

ii



Monografia submetida à Coordenação do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial da obtenção do grau de Engenheiro Civil. Orientadora: Prof. D. Sc Joaquim Eduardo Mota

FORTALEZA 2010

iii



Monografia submetida à Coordenação do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial da obtenção do grau de Engenheiro Civil. Aprovada em 03/12/2010

S578p Silva Júnior, Antonio William Princípios básicos do projeto de estruturas de concreto pré-moldado em regiões com risco sísmico/ Antonio William Silva Júnior. – Fortaleza, 2010.

74 f. il.; color. enc.

Orientador: Prof. Dr. Joaquim Eduardo Mota Monografia (graduação) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia. Depto. de Engenharia Estrutural e Construção Civil, Fortaleza, 2010.

1. Terremotos e construção civil 2. Concreto pré-moldado I. Antonio William Silva Júnior (orient.) II. Universidade Federal do Ceará – Graduação em Engenharia Civil. III.Título

CDD 620

iv

Às minhas avós,

Maria José e Rochelana Alves

Por todo amor e compreensão.

v

AGRADECIMENTOS

A DEUS pela vida e por tudo de bom que me propiciou e por ter me ajudado a

conquistar meus objetivos.

Aos meus pais e minha irmã que contribuíram sobremaneira para minha formação

pessoal e profissional.

A professora Suelly do Departamento de Engenharia de Transportes pela oportunidade

e aprendizado que ela me forneceu.

Ao professor Hiluy que me deu a oportunidade de estudar na França e me apoiou

durante todo aquele período.

A todos os meus amigos que fiz durante a minha morada na França que tornaram

aquele período inesquecível.

A todos os meus amigos da faculdade, em especial, Hugo, Herbert, Isael e Márcio que

foram os meus maiores parceiros durante estes 5 anos.

A todas as pessoas do CTE Rixheim que me orientaram e me receberam de braços

abertos no período em que trabalhei lá.

Ao professor Joaquim Mota pelo aprendizado obtido e por ter me orientado durante

esta monografia.

Aos professores que de forma direta ou indireta contribuíram para minha formação

pessoal e profissional.

vi

RESUMO

O estudo do fenômeno sísmico e o modo como ocorre a interação deste com as estruturas de concreto pré-moldado são o alvo do presente estudo. Buscou-se descrever a formação e desenvolvimento de um terremoto desde a sua origem através da teoria tectônica das placas, além de algumas considerações anti-sísmicas para evitar a suscetibilidade ao colapso das estruturas. Os diversos fatores responsáveis pela amplificação e caráter catastrófico de um sismo podem ser considerados no projeto de estrutura, desde que arquitetos e engenheiros façam uso do espectro de resposta, exposto na norma brasileira de projeto de estruturas resistente a sismo, respeitando devidamente seus critérios condicionantes. Por apresentarem vasta utilização no território nacional e internacional, juntamente com a existência de diversas análises sobre o comportamento linear e não-linear, as estruturas de concreto pré-moldado se mostraram uma opção interessante de estudo. Por ser um tema recente, pouco se sabe sobre o comportamento desde tipo de estrutura quando submetida a carregamentos sísmicos no Brasil. Devido à grande relevância dada as estruturas anti-sísmicas em nível europeu e norte americano, por serem regiões extremamente suscetíveis à ocorrência de terremotos, existem vários estudos sobre interação dos diversos tipos de estruturas construídas com as acelerações sísmicas realizados pelos países presentes nesses continentes. Este trabalho visa expor princípios de projeto anti-sísmico para estruturas de concreto pré-moldado através do estudo de normas e considerações internacionais.

Palavras-chaves: Estruturas de concreto pré-moldado, sismo.

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Mapa da sismicidade brasileira do ano de 1720 até 2007 com tremores de

magnitude acima de 3.5 graus na escala Richter ................................................... 1

Figura 1.2 – Abalo sísmico de 4.9 pontos na escala Richter, na cidade de Itacarambi/MG ...... 2

Figura 2.1 - Divisão da Terra em placas tectônicas, as setas indicam o movimento relativo entre as placas ........................................................................................................ 6

Figura 2.2 – Falha de Pingvellir na Islândia ............................................................................... 7 Figura 2.3 – Falha de San Andreas na Califôrna ........................................................................ 7 Figura 2.4 - Etapas da geração de um sismo .............................................................................. 8 Figura 2.5 – Efeitos das ondas sísmicas na superfície .............................................................. 10 Figura 2.6 - Movimento oscilatório das ondas sísmicas no solo. ............................................. 10 Figura 2.7 - Mapeamento da aceleração sísmica horizontal característica no Brasil para

terrenos da classe B (“Rocha”). ........................................................................... 12 Figura 2.8 - Mapa sísmico do Ceará ......................................................................................... 12 Figura 2.9 - Variação do espectro de resposta de projeto Sa/ ags0 em função do período (T).14

Figura 2.10 - Relação entre a magnitude na escala de Richter e a intensidade na escala de Mercalli. .............................................................................................................. 17

Figura 2.11 – Sismo de 8 de junho em Martinique .................................................................. 18 Figura 2.12 - Efeito local devido aos reforços das ondas presas na camada de solo mole ...... 19

Figura 3.1 - A característica horizontal das solicitações sísmicas ............................................ 20 Figura 3.2 - Fissuras em cruz nas construções ......................................................................... 21 Figura 3.3 - Oscilações da estrutura frente a um abalo sísmico ............................................... 21 Figura 3.4 - Colapso em torta ................................................................................................... 23

Figura 3.5 - Fissuras em cruz caracterisicas em paredes de alvenaria ..................................... 24 Figura 3.6 - Pavimento flexível ou soft-storey ......................................................................... 24 Figura 3.7 - As colunas com suas deformações laterais impedidas em uma parte de sua altura

............................................................................................................................. 25 Figura 3.8 - Exemplo de prédios vizinhos que foram sujeitos ao martelamento ..................... 26

Figura 3.9 - Exemplo de prédios que tiveram grandes recalques nas fundações devido a liquefação ............................................................................................................ 27

Figura 4.1 – Dimensões e características dos elementos de seção TT. .................................... 28

Figura 4.2 – Formas de seções transversais dos painéis alveolares.......................................... 28 Figura 4.3 – Lajes formadas por nervuras pré-moldadas ......................................................... 29 Figura 4.4 – Lajes formadas por elementos tipo de “pré-laje” ................................................. 29 Figura 4.5 – Seções transversais mais utilizadas nas vigas ...................................................... 30 Figura 4.6 – Tipo 1 de viga pré-moldada ................................................................................. 32 Figura 4.7 - Tipo 2 de viga pré-moldada .................................................................................. 32 Figura 4.8 - Tipo 2 de viga pré-moldada .................................................................................. 33 Figura 4.9 – Seções transversais utilizadas nos pilares ............................................................ 34 Figura 4.10 – Características e elementos acessórios dos pilares de seções quadrada e

retangular empregados no Brasil. ........................................................................ 34

Figura 4.11 – Exemplos de utilização de painel TT em fechamento ....................................... 35

Figura 5.2 - Construção com paredes resistentes. .................................................................... 44 Figura 5.1 - Estrutura reticulada de um edifício de escritório e armazéns (“Logplace” –

Azmbuja). ............................................................................................................ 44 Figura 5.3 - Os recobrimentos fragilizam as zonas sensíveis a fortes deformações plásticas. . 45

Figura 6.1 - Formas favoráveis. Plantas simples com 2 eixos de simetria. .............................. 49

Figura 6.2 - Vista em planta dos edifícios. À esquerda: plantas simétricas e compactas. À direita: os efeitos negativos da assimetria ou do caráter não-compacto. ............ 49

viii

Figura 6.3 - Influência da forma do edifício sobre os efeitos de torção. Concentração de esforços nos ângulos internos (em cima), rotação permanente (em baixo) ........ 50

Figura 6.4 - Regularidade em elevação. ................................................................................... 50 Figura 6.5 - À esquerda: regularidade em elevação. À direita: pavimento flexível. ................ 51

Figura 6.6 - Edifícios com pavimentos flexíveis. ..................................................................... 51 Figura 6.7 - Soluções para edifícios comportando pavimentos flexíveis. ................................ 52

Figura 6.8 - Criação do pavimento flexível e colapso do andar ............................................... 53 Figura 6.9 - Uma grande distância entre os elementos paralelos favorece a resistência da

estrutura à torção graças à um braço de alavanca importante no plano horizontal. ............................................................................................................................. 53

Figura 6.10 - Na esquerda o objetivo de projeto viga fraca-pilar forte. Na direita as rótulas plásticas nos pilares provocam efeitos de segunda ordem mais importantes. ..... 55

Figura 6.11 - A regra viga fraca-pilar forte deve considerar a seção real dos elementos. ........ 55

Figura 6.12 - Mecanismo plástico global de uma estrutura treliçada com barras centrais. Deve-se evitar a configuração da esquerda e preferir a da direita. ............................... 56

Figura 6.13 - A redundância e uma base larga garantem uma melhor distribuição das reações de apoio ............................................................................................................... 57

Figura 6.14 - radier geral reforçado pelos muros do subsolo reduz os esforços na fundação .. 59

Figura 6.15 - Repartição dos prédios pelas juntas sísmicas ou repartição em subestruturas. Acima a vista em planta, abaixo a vista em elevação. ........................................ 60

Figura 6.16 - Detalhes de juntas entre prédios ou entre blocos constituindo um prédio .......... 60

ix

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 1

1.1 MOTIVAÇÃO ........................................................................................................................................... 1

1.2 OBJETIVOS .............................................................................................................................................. 3

1.3 METODOLOGIA ...................................................................................................................................... 4

1.4 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO ................................................................................................................... 4

2 SISMOS ............................................................................................................................. 5

2.1 TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS ................................................................................................................. 8

2.1.1 Ondas de volume .................................................................................................... 8 2.1.2 Ondas de superfície ................................................................................................ 9

2.2 ANÁLISE ESPECTRAL DO MOVIMENTO SÍSMICO ........................................................................... 10

2.3 FATORES DO MOVIMENTO SÍSMICO ................................................................................................ 14

2.3.1 Fatores ligados a origem ...................................................................................... 14 2.3.2 Fatores ligados ao trajeto percorrido .................................................................. 17 2.3.3 Fatores ligados às condições locais ..................................................................... 18

3 CARREGAMENTO SÍSMICO APLICADO ÀS ESTRUTURAS ....... ..................... 20

3.1 CARACTERÍSTICAS DO CARREGAMENTO SÍSMICO APLICADO ................................................... 20

3.2 DANOS CARACTERÍSTICOS PROVOCADOS POR SISMOS .............................................................. 22

3.2.1 Colapso em torta .................................................................................................. 22 3.2.2 Fissuras em cruz ................................................................................................... 23 3.2.3 Pavimento flexível................................................................................................. 24 3.2.4 Coluna cativa e coluna curta ............................................................................... 25 3.2.5 Martelamento ....................................................................................................... 25 3.2.6 Liquefação ............................................................................................................ 26

4 CONCEITOS DA CONSTRUÇÃO PRÉ-MOLDADA .............................................. 27

4.1 TIPO DE ELEMENTOS EM SISTEMAS ESTRUTURAIS INCORPORANDO O CONCRETO PRÉ-MOLDADO ............................................................................................................................................. 27

4.1.1 Pavimento de concreto pré-moldado .................................................................... 27 4.1.2 Vigas pré-moldadas .............................................................................................. 30 4.1.3 Pilares pré-moldados ........................................................................................... 33 4.1.4 Paredes estruturais pré-moldadas ....................................................................... 35

4.2 TIPOS DE CONEXÕES ENTRE OS ELEMENTOS DE CONCRETO PRÉ-MOLDADO DE PÓRTICOS E

DE PAREDES ESTRUTURAIS ............................................................................................................... 36

4.2.1 Sistemas de equivalência monolítica .................................................................... 36 4.2.2 Sistemas de articulações ....................................................................................... 36

4.3 CONSIDERAÇÕES DE SERVIÇO .......................................................................................................... 37

4.3.1 Efeitos de temperatura ......................................................................................... 37 4.3.2 Fluência e retração .............................................................................................. 37 4.3.3 Durabilidade ......................................................................................................... 38 4.3.4 Fogo e desempenho acústico ................................................................................ 38

5 CONSIDERAÇÕES SOBRE A CONSTRUÇÃO SÍSMICA COM CONCRETO PRÉ-MOLDADO ................................................................................................................... 39

5.1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA INCORPORAÇÃO DE CONCRETO PRÉ-MOLDADO NA

CONSTRUÇÃO ....................................................................................................................................... 39

5.2 CRITÉRIOS DE DESEMPENHO ............................................................................................................ 41

x

5.3 LIÇÕES DE TERREMOTOS ANTERIORES .......................................................................................... 42

5.3.1 Desempenho das estruturas de concreto bem projetadas e bem detalhadas ....... 42 5.3.2 Projeto e detalhamento inadequados de elementos dúcteis ................................. 44 5.3.3 Diagrama de ação inadequado ............................................................................ 46 5.3.4 Ligações fracas e detalhes de conexões ............................................................... 46

6 PRINCÍPIOS DE CONCEPÇÃO ANTI-SÍSMICA .................................................... 47

6.1 PRINCÍPIO 1 – SIMPLICIDADE ........................................................................................................... 47

6.2 PRINCÍPIO 2 – CONTINUIDADE ......................................................................................................... 47

6.3 PRINCÍPIO 3 – REGULARIDADE EM PLANTA.................................................................................. 48

6.4 PRINCÍPIO 4 – REGULARIDADE EM ELEVAÇÃO ............................................................................ 50

6.5 PRINCÍPIO 5 – RIGIDEZ E RESISTÊNCIA A TORÇÃO ...................................................................... 53

6.6 PRINCÍPIO 6 – ELEMENTOS ESTRUTURAIS VERTICAIS SUPERDIMENSIONADOS .................... 54

6.7 PRINCÍPIO 7 – CRIAR CONDIÇÕES DE UM MECANISMO PLÁSTICO GLOBAL ........................... 54

6.7.1 Pilar forte-viga fraca ............................................................................................ 54 6.7.2 Barras diagonais plásticas ................................................................................... 56

6.8 PRINCÍPIO 8 – ESCOLHA RACIONAL DAS MASSAS ....................................................................... 56

6.9 PRINCÍPIO 9 – LARGURA DOS ELEMENTOS DE CONTRAVENTAMENTO ................................... 57

6.10 PRINCÍPIO 10 – LARGURA DAS FUNDAÇÕES ................................................................................. 58

6.11 PRINCÍPIO 11 – PARTIÇÃO EM SUBESTRUTURAS ......................................................................... 59

6.12 PRINCÍPIO 12 – FIXAÇÃO DOS ELEMENTOS NÃO ESTRUTURAIS ............................................... 60

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................... 62

7.1 ANÁLISE GERAL .................................................................................................................................. 62

7.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ...................................................................................... 62

REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 64

1 INTRODUÇÃO

1.1 Motivação

É cada vez mais freqüente nos veículos de mídia notícias acerca de ruínas de

estruturas ocasionadas pela solicitação sísmica. Os sismos estão diretamente relacionados à

movimentação das placas tectônicas, nota-se uma maior atividade sísmica em países

localizados nas proximidades das bordas dessas placas. No Brasil tem-se desprezado a

consideração das ações sísmicas tanto em projetos quanto em construções, apesar do país se

situar numa região intraplaca com atividade sísmica de baixa a média intensidade, sendo o

nordeste, particularmente os estados do Ceará e do Rio Grande do Norte, a região de maior

risco sísmico do país.

A norma de projeto de estruturas resistentes a sismos, NBR 15421, de março de

2006, reflete a recente preocupação do país em considerar o carregamento sísmico nos

projetos nacionais. Ressalva-se que as regulamentações desta norma levam em conta apenas

um número restrito de projetos, sendo necessária uma adaptação, considerando-se o contexto

local da construção civil, das alternativas de projeto de normas internacionais de países que há

muito desenvolvem estudos para melhor caracterizar o comportamento sísmico nos mais

diversos tipos de estruturas. A maior dificuldade, no âmbito nacional, reside na escassez de

informações relativas à atividade sísmica, tornando extremamente complicada uma avaliação

do nível de sismicidade brasileira.

Figura 1.1 – Mapa da sismicidade brasileira do ano de 1720 até 2007 com tremores de magnitude acima de 3.5

graus na escala Richter (Fonte: FRANÇA, ASSUMPÇÃO, 2008,p23).

2

A Figura 1.1expõe dados referentes à atividade sísmica no país de 1720 a 2007. A

Tabela 1.1 apresenta a magnitude de alguns eventos sísmicos em diversas localidades

brasileiras.

Tabela 1.1 – Sismos de grande magnitude ocorridos no Brasil

(Fonte: MOTA, 2008)

As solicitações sísmicas apresentam singularidades por atuarem na estrutura de

maneira horizontal, cíclica, dinâmica e acionarem a força de inércia da mesma. Esse conjunto

de considerações não é previsto na concepção dos projetos estruturais nacionais. O vento,

atuando como carregamento horizontal, possui forte influência no dimensionamento de

estruturas elevadas, porém, no caso de sismo, nota-se maior gravidade nos prédios que

possuem entre 3 e 8 andares, os que são inferiores a tal altura são flexíveis o bastante para

apresentar um bom comportamento sísmico e os que são superiores possuem o vento como

um fator crítico de projeto, o que leva a consideração indireta do efeito do sismo.

Figura 1.2 – Abalo sísmico de 4.9 pontos na escala Richter, na cidade de Itacarambi/MG

(Fonte: MOTA, 2008)

Ano Localidade Magnitude (escala 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 1990 Plataforma – RN 5 1998 Porto Gaúchos – MT 5,2

3

A Figura 1.2 expõe uma edificação que colapsou devido a um sismo,

evidenciando a capacidade destrutiva do fenômeno. Constituindo um marco histórico da

atividade sísmica no Brasil, esse foi o primeiro evento relacionado a uma morte no país.

A utilização de estruturas pré-moldadas de concreto tem se mostrado uma solução

atraente e competitiva para execução de algumas construções, quando se considera

principalmente o tempo de entrega da obra. Por outro lado, no Brasil, pouco se tem discutido

sobre a vulnerabilidade deste tipo de estrutura quando submetida à ação sísmica.

1.2 Objetivos

O presente trabalho tem como objetivo a elaboração de princípios de projeto de

estruturas de concreto pré-moldado considerando-se as cargas provenientes de abalos

sísmicos.

Para o desenvolvimento da pesquisa aqui proposta serão estudados os fenômenos

dos abalos sísmicos e suas relações diretas com as construções existentes em zonas

consideradas críticas bem como o aprendizado obtido com sismos anteriores e as

considerações de projeto e execução visando evitar o colapso das estruturas.

Podem-se citar como objetivos específicos:

• Descrever o fenômeno do sismo e suas medidas de intensidade. Situação de

risco sísmico no Brasil;

• Representar o sismo como uma ação na estrutura;

• Apresentar a concepção, tipologia, vantagens e desvantagens das estruturas

pré-moldadas;

• Expor o estado da arte da construção pré-fabricada no mundo;

• Comparar as considerações de projeto em zonas sísmicas;

• Expor o aprendizado obtido com terremotos anteriores;

• Apresentar princípios básicos de projeto.

4

1.3 Metodologia

A fim de atingir os objetivos acima destacados buscou-se na literatura nacional e,

sobretudo, na internacional questões relevantes referentes a este projeto, tais como o estudo

sobre sismos e as implicações de sua atuação nas estruturas de um modo geral, as principais

características das estruturas pré-moldadas.

Esse projeto foi elaborando baseado na atual conjuntura da engenharia sísmica

mundial, expondo princípios aplicáveis não apenas as estruturas pré-moldadas, mas aos mais

diversos tipos de estruturas em localidades distintas, visando abranger ao máximo a

aplicabilidade desses conceitos.

1.4 Organização do texto

Este trabalho está basicamente dividido em seis capítulos. O primeiro discorre

sobre a introdução, objetivando fornecer uma visão inicial sobre o tema e o cenário atual. O

capítulo 2 abrange a formação do sismo bem como dos fenômenos que o influenciam. O

capítulo 3 aborda a questão do sismo como uma ação na estrutura, expondo, também, os

principais danos provocados nas estruturas devido à ação sísmica.

O capítulo 4 fala sobre os conceitos da construção pré-moldada, como os tipo de

elementos, tipos de conexões. O capítulo 5 discorre sobre o uso do concreto pré-moldado na

construção sísmica, explanando suas vantagens, os critérios de desempenho e as lições obtidas

de terremotos anteriores.

O capítulo 6 enumera 12 princípios de projeto e construtivos para efetuar uma

construção sismo-resistente. O capítulo 7 contém as conclusões obtidas neste trabalho e

sugestões de trabalhos futuros sobre o tema.

5

2 SISMOS

A maior parte das obras existentes foi construída sem levar em conta o aspecto

sísmico ou com métodos inapropriados. Como as solicitações sísmicas são muito diferentes

das que o engenheiro comumente tem o hábito de considerar, os métodos de

dimensionamento tradicionais não conduzem a um comportamento sísmico adequado.

É crucial conhecer o comportamento sísmico e a resposta das estruturas para que

se possa elaborar e avaliar critérios e métodos eficazes contra possíveis problemas acarretados

a estrutura da construção.

Segundo a teoria tectônica das placas a superfície da terra está dividida em um

conjunto de placas que flutuam dinamicamente sobre um manto líquido de rocha

incandescente, chamado de astenosfera. Estas placas, camada superior da terra

compreendendo a crosta e uma parte do manto, constituindo a litosfera, se movem de maneira

harmônica e convectiva e possuem uma espessura média estimada em 100 km.

França e Assumpção (2008, p.23) afirmam que:

O lento deslocamento das placas tectônicas decorre do movimento de convecção existente no manto plástico, abaixo da litosfera (nesse movimento, a rocha, sob condições de alta temperatura, comporta-se como um material plástico-viscoso, migrando lentamente para cima) [...].

Para Balandier (2003a, p.3):

[...] os esforços sísmicos são provocados pela ruptura da rocha no subsolo, através de distancias que podem variar de algumas centenas de metros a centenas de quilômetros. Essas rupturas podem ser consideravelmente superficiais e notáveis na superfície, ou profundas, de dezenas, até centenas, de quilômetros. Sua localização terá uma grande influência nos efeitos perceptíveis na superfície que podem variar bastante de um sismo a outro.

As placas se movem de diversas formas, sendo em seus contatos que se gera a

atividade sísmica e vulcânica do nosso planeta. Isso acontece porque várias massas de rocha

se chocam de maneira muito lenta e vão acumulando energia até que a capacidade da rocha

não resista, acarretando em um rompimento súbito que gera terremotos e erupções vulcânicas.

Quando ocorre a ruptura brusca da rocha, uma porcentagem mínima de energia

que escapa é liberada em forma de ondas elásticas, as quais viajam através das massas de

rocha e chegam à superfície gerando o movimento que se sente durante um terremoto. Sendo,

6

portanto, o que se sente, dependendo da quantidade de energia liberada, uma vibração em

superfície.

Figura 2.1 - Divisão da Terra em placas tectônicas, as setas indicam o movimento relativo entre as placas (Fonte: FRANÇA, ASSUMPÇÃO 2008, p.22)

Para LESTUZZI (2008, p.8):

[...] Um sismo é um evento violento e extraordinário que faz com que a estrutura passe a trabalhar no seu domínio plástico. Os esforços sísmicos atuam na estrutura de maneira bem particular. De fato, este tipo de solicitação apresenta quatro particularidades, são substancialmente horizontais, cíclicas, dinâmicas e agem na estrutura como uma carga interna.

As placas tectônicas se movimentam através de deslocamentos que podem

provocar colisões, afastamentos ou cisalhamentos de umas com as outras. Segundo

BALANDIER (2003a, p.05), a localização e a boa distinção dos diferentes domínios, fontes

de sismos, e associação aos mesmos de magnitudes e ciclos de retorno possíveis permite

adotar uma política de prevenção adaptada a realidade.

O Brasil está situado na região interna, intraplaca, da placa Sul Americana. Apesar

de ser nas bordas das placas a região de maior atividade sísmica devido a suas

movimentações, o país apresenta de baixa a média atividade sísmica. O registro do mais forte

abalo sísmico no país data de 1955 em Porto dos Gaúchos/MT, com 6.2 de magnitude na

escala Richter. A primeira vítima fatal de um sismo no país surgiu em 9 de dezembro de 2007,

com um tremor de 4.9 na escala Richter, na localidade de Caraíbas, no município de

Itacarambi/MG, destruindo várias casas e levando uma criança ao óbito.

7

A Figura 2.2 representa o fenômeno de expansão, que ocorre basicamente quando

as placas se afastam uma da outra, enquanto que a Figura 2.3 mostra o deslizamento de uma

placa com relação à outra.

A hipótese mais aceita para explicar o sismo intraplaca é a proposta pelo norte-

americano Lynn R. Sykes, em 1978. Ele afirma que a zona de atividade sísmica

provavelmente é uma zona de fraqueza, portanto, qualquer alteração de esforço local causaria

um tremor. As zonas brasileiras de maior atividade sísmica se concentram no Rio Grande do

Norte e no Ceará, sendo os tremores também percebidos em outras regiões, além das

supracitadas, como na plataforma continental e ao largo da costa no Sudeste e na chamada

faixa sísmica Goiás-Tocantins no Sudeste.

As ações de um sismo sobre uma estrutura variam de acordo com o tipo de onda

liberada na ruptura da falha geológica, do tipo de terreno que servirá para assentamento da

obra e da distância da mesma ao hipocentro. A geologia está diretamente relacionada com a

amplificação das ondas sísmicas em determinadas localidades brasileiras, dado que a

velocidade das ondas é influenciada pelo meio que elas atravessam. Solos sedimentares

apresentam uma capacidade superior de amplificação dessas ondas por se constituírem em

uma região menos consolidada.

Figura 2.3 – Falha de San Andreas na Califôrna (Fonte: BALANDIER, 2003ª)

Figura 2.2 – Falha de Pingvellir na Islândia (Fonte: BALANDIER, 2003ª)

8

Figura 2.4 - Etapas da geração de um sismo (Fonte: TEIXEIRA et al. 2000, p.45)

2.1 Tipos de ondas sísmicas

Existem dois tipos de onda, as de volume e as de superfície. As primeiras são

cruciais para provocar o colapso das estruturas, dado que suas acelerações acionam a força de

inércia da estrutura provocando deslocamentos, elas são criadas na proximidade do

hipocentro, sendo longitudinais ou de cisalhamento. Essas ondas são parcialmente refletidas e

refratadas quando se propagam na superfície do solo, dado que podem encontrar

heterogeneidades, superfícies de descontinuidade ou superfícies livres, originando ondas

como as ondas de Rayleigh ou as ondas de Love.

2.1.1 Ondas de volume

As ondas de volume apresentam percurso radial deformado devido às variações de

densidade e composição do solo e respondem pelos primeiros tremores sentidos durante um

sismo. Essas ondas são dividas em primárias (ondas P) e secundárias (ondas S).

As ondas P ou primárias, também chamadas de ondas longitudinais, são as

primeiras a chegar, pois têm uma velocidade de propagação ligeiramente superior ao dobro

daquela das ondas S, em torno de 6 a 8 km/s. A velocidade de propagação deste tipo de ondas

varia com o meio em que se propagam. Elas fazem a rocha vibrar paralelamente à direção da

9

onda, tal como um elástico em contração e acompanham carregamento de volume,

compressão e dilatação alternada. Elas induzem um movimento vertical nas construções,

sendo este movimento de maior influência quanto mais próxima ao epicentro a construção

estiver (DAVIDOVIC, 1999, p. 30).

As ondas S ou secundárias são ondas transversais ou de cisalhamento, o que

significa que o solo é deslocado perpendicularmente à direção de propagação, provocando

cisalhamento sem carregamento de volume. Elas possuem uma velocidade de propagação de 3

a 5 km/s e induzem o movimento horizontal nas construções. As ondas S propagam-se apenas

em corpos sólidos, uma vez que os fluidos (gases e líquidos) não suportam forças de

cisalhamento (DAVIDOVIC, 1999, p. 30).

2.1.2 Ondas de superfície

Este tipo de onda se desloca mais lentamente que as ondas de volume. Possuem

um alto poder destrutivo dado que apresentam como características: baixa freqüência, longa

duração e grande amplitude. Essas ondas se propagam pela superfície a partir do epicentro e

se dividem em ondas de Rayleigh e ondas de Love.

As ondas Rayleigh fazem com que pontos do solo descrevam elipses em um plano

vertical. Este movimento é semelhante ao movimento de onda e provoca compressões ou

trações assim como cisalhamento no solo (DAVIDOVIC, 1999, p. 31).

As ondas Love produzem um deslocamento em um plano tangente à superfície e

perpendicular a direção da propagação. Seu movimento não gera tensões de cisalhamento

(DAVIDOVIC, 1999, p. 30).

10

Figura 2.5 – Efeitos das ondas sísmicas na superfície (Fonte: : http://susanapatriciabg.blogspot.com).

Figura 2.6 - Movimento oscilatório das ondas sísmicas no solo.

(Fonte: http://susanapatriciabg.blogspot.com).

2.2 Análise espectral do movimento sísmico São geradas vibrações em três direções quando as ondas e a energia que elas

transportam atingem um local qualquer da superfície terrestre. Os acelerogramas constituem-

se em registros das acelerações geradas por essas vibrações em função do tempo. Segundo

PECKER (1984, p. 19) é possível se obter os diagramas de velocidade e de deslocamento em

função do tempo por integração do acelerograma.

Para DAVIDOVIC (1999, p. 77), os espectros caracterizam os sism

claramente que os acelerogramas, eles definem o carregamento sísmico no domínio das

freqüências. Conhecer a história do movimento a cada instante t é um problema complexo,

extrair somente os valores máximos é a forma mais simples e mais significati

valores condicionam as solicitações máximas. Um espectro de respostas pode ser de

deslocamento ou de aceleração.

O espectro de aceleração é muito empregado, pois ele fornece imediatamente a

força de inércia máxima agindo sobre a massa em mov

representado como a força elástica desenvolvida no sistema.

possível amplificação das ondas que chegam ao solo de forma a evitar a ressonância com a

estrutura. Se as ordenadas do espectro são exp

gravidade, elas fornecem o coeficiente sísmico próprio do oscilador. Isto quer dizer o

coeficiente que aplicado a massa fornece o valor da força elástica que produz as mesmas

solicitações que a resposta dinâmica (D

As tabelas e figuras abaixo expõem a divisão do território nacional em zonas

sísmicas, a classificação do terreno em função da velocidade média de propagação de ondas

de cisalhamento e do número médio de golpes no ensaio SPT, os fat

sísmica no solo e o espectro de resposta.

Tabela

Onde:

= Velocidade média de propagação de ondas de cisalhamento;

= Número médio de golpes no ensaio SPT, em ensaio realizado conforme NBR 6484.

Para DAVIDOVIC (1999, p. 77), os espectros caracterizam os sism



extrair somente os valores máximos é a forma mais simples e mais significati


deslocamento ou de aceleração.


força de inércia máxima agindo sobre a massa em movimento, este máximo pode ser

representado como a força elástica desenvolvida no sistema. Este espectro permite avaliar a


Se as ordenadas do espectro são expressas em unidades de aceleração devido à



solicitações que a resposta dinâmica (DAVIDOVIC, 1999, p. 77).



de cisalhamento e do número médio de golpes no ensaio SPT, os fat

sísmica no solo e o espectro de resposta.

Tabela 2.1- Classe do Terreno (Fonte: NBR 15421/2006).

= Velocidade média de propagação de ondas de cisalhamento;

golpes no ensaio SPT, em ensaio realizado conforme NBR 6484.

11

Para DAVIDOVIC (1999, p. 77), os espectros caracterizam os sismos mais



extrair somente os valores máximos é a forma mais simples e mais significativa, pois estes



imento, este máximo pode ser

Este espectro permite avaliar a


ressas em unidades de aceleração devido à





de cisalhamento e do número médio de golpes no ensaio SPT, os fatores de amplificação

golpes no ensaio SPT, em ensaio realizado conforme NBR 6484.

12

Figura 2.7 - Mapeamento da aceleração sísmica horizontal característica no Brasil para terrenos da classe B

(“Rocha”) (Fonte : NBR 15421/2006).

Figura 2.8 - Mapa sísmico do Ceará (Fonte : Associação Cearense de Engenharia Estrutural).

De acordo com a NBR 15421/2006, o espectro de resposta de projeto, S

acelerações horizontais, corre

liberdade, com uma fração de amortecimento crítico igual a 5% e é definido a partir da

aceleração sísmica horizontal característica, a

Onde:

ags0 e ags1 = acelerações espectrais para os períodos de 0,0s e 1,0s respectivamente, já

considerando o efeito da amplificação sísmica no solo.

Ca e Cv = fatores de amplificação sísmica no solo para períodos de 0,0s e 1,0s

respectivamente, conforme

da classe do terreno.

Tabela 2.3 - Fatores de amplificação sísmica no solo (Fonte: NBR 15421/2006).

Conforme norma, o espectro de resposta de projeto,

numericamente em três faixas de períodos, expressos em segundo, pelas expressões:

Sa(T) = ags0 (18,75. T .Ca/C

Sa(T) = 2,5 ags0

Sa(T) = ags1/T

Tabela

De acordo com a NBR 15421/2006, o espectro de resposta de projeto, S

acelerações horizontais, corresponde a resposta elástica de um sistema de um grau de


aceleração sísmica horizontal característica, ag, e da classe do terreno.

ags0 = Ca ag

ags1 = Cv ag

= acelerações espectrais para os períodos de 0,0s e 1,0s respectivamente, já

considerando o efeito da amplificação sísmica no solo.

= fatores de amplificação sísmica no solo para períodos de 0,0s e 1,0s

respectivamente, conforme Tabela 2.3, em função da aceleração característica de projeto

Fatores de amplificação sísmica no solo (Fonte: NBR 15421/2006).

Conforme norma, o espectro de resposta de projeto,


Cv + 1,0) (para 0 ≤ T ≤ Cv/Ca

(para Cv/Ca . 0,08 ≤ T

(para T ≥ Cv/Ca . 0,4) (2

Tabela 2.2 - Zonas sísmicas. (Fonte: NBR 15421/2006)

13

De acordo com a NBR 15421/2006, o espectro de resposta de projeto, Sa(T), para

sponde a resposta elástica de um sistema de um grau de


(2.1)

(2.2)

= acelerações espectrais para os períodos de 0,0s e 1,0s respectivamente, já

= fatores de amplificação sísmica no solo para períodos de 0,0s e 1,0s

, em função da aceleração característica de projeto ag e

Fatores de amplificação sísmica no solo (Fonte: NBR 15421/2006).

Conforme norma, o espectro de resposta de projeto, Sa(T), é definido


a . 0,08) (2.3)

T ≤ Cv/Ca . 0,4) (2.4)

. 0,4) (2.5)

14

O espectro de resposta de projeto é apresentado na figura a seguir:

Figura 2.9 - Variação do espectro de resposta de projeto Sa/ ags0 em função do período (T).

(Fonte : NBR 15421/2006).

2.3 Fatores do movimento sísmico

Os fatores que influenciam o movimento sísmico são ligados a origem do mesmo,

ao trajeto percorrido, do hipocentro ao epicentro, e as condições locais próprias. Segundo

PECKER (1984, p. 24-25), para que se esteja em condições de avaliar a natureza do

movimento sísmico sobre o local é necessário conhecer a influência destes fatores e os

quantificar.

2.3.1 Fatores ligados a origem

Esses fatores dependem da propagação das ondas ao longo da falha, das

dimensões da zona de ruptura e dos valores das tensões ao longo da superfície de ruptura.

Esses fatores são caracterizados pelo momento sísmico, pela queda de tensão, pela magnitude

e pela intensidade (PECKER, 1984, p. 25). A maneira mais usual de se caracterizar o

movimento sísmico devido aos fatores ligados a origem é através da magnitude e da

intensidade do mesmo.

2.3.1.1 Magnitude

A magnitude representa a quantidade total de energia liberada pelo sismo: a

violência do sismo na sua fonte,

Quanto maior a dimensão da ruptura mais a magnitude se eleva (BALANDIER, 2003a, p.03).

A noção de magnitude foi introduzida por Richter para estimar a energia liberada

no foco de sismos locais e poder quant

calibrada, ela é calculada a partir da amplitude do sinal registrado por um sismógrafo

(PECKER, 1984, p. 28):

Onde:

A é amplitude máxima do sinal;

T é o período;

R é a distância da origem;

C é um termo de calibração.

Essa magnitude M é bastante significativa para a engenharia dado que ela

corresponde à faixa de freqüências de vibração própria das obras usuais. O período

correspondente a magnitude das ondas de superfície é de 20 segundo, enqua

ondas de volume ele está compreendido entre 1 e 5 segundos. A gama de

na ocasião de um sismo é muito grande, mas seu registro é limitado principalmente pela

instrumentação (LESTUZZI; BADOUX, 2008, p. 19). Existem várias rel

relacionando a energia liberada durante um sismo com sua magnitude M, uma bastante usual

é seguinte (PECKER, 1984, p. 278):



o sismo na sua fonte, No local onde a crosta terrestre se rompe



no foco de sismos locais e poder quantificá-los. A magnitude M é uma quantidade logarítmica


A é amplitude máxima do sinal;

é um termo de calibração.



correspondente a magnitude das ondas de superfície é de 20 segundo, enqua

ondas de volume ele está compreendido entre 1 e 5 segundos. A gama de


instrumentação (LESTUZZI; BADOUX, 2008, p. 19). Existem várias rel


é seguinte (PECKER, 1984, p. 278):

15



l onde a crosta terrestre se rompe, em uma falha.



los. A magnitude M é uma quantidade logarítmica


(2.6)



correspondente a magnitude das ondas de superfície é de 20 segundo, enquanto que para

ondas de volume ele está compreendido entre 1 e 5 segundos. A gama de freqüências geradas


instrumentação (LESTUZZI; BADOUX, 2008, p. 19). Existem várias relações empíricas


Nota-se que um aumento de um grau da magnitude corresponde a uma energia

liberada 30 vezes maior. Os sismo

maior magnitude foi registrada como 8,5. Os sismos de magnitude inferior a 3 não são

percebidos pelo homem (PECKER, 1984, p. 29). Ressalta

medição da energia liberada, p

lugares do planeta em que se tenham sentido as ondas sísmicas.

2.3.1.2 Intensidade

Pode-se mensurar um sismo qualitativamente através de sua intensidade medida

na escala de danos Mercalli. A intensidade me

e comparar os sismos históricos. Através dela é possível também descrever a extensão dos

efeitos dos sismos (LESTUZZI; BADOUX, 2008, p. 29).

A intensidade corresponde a uma medida subjetiva da força do sismo

das ondas que se apresentam em cada lugar. Geralmente, quanto mais distante se encontre o

epicentro, menor será a intensidade e conseqüentemente os danos ocasionados.

se que um aumento de um grau da magnitude corresponde a uma energia

liberada 30 vezes maior. Os sismos devastadores têm em geral magnitude superior a 6,5, a


percebidos pelo homem (PECKER, 1984, p. 29). Ressalta-se que magnitude corresponde à

medição da energia liberada, possuindo um valor único e podendo ser medida em todos os

lugares do planeta em que se tenham sentido as ondas sísmicas.

se mensurar um sismo qualitativamente através de sua intensidade medida

na escala de danos Mercalli. A intensidade mede o efeito de um sismo ela permite quantificar


efeitos dos sismos (LESTUZZI; BADOUX, 2008, p. 29).

A intensidade corresponde a uma medida subjetiva da força do sismo



16

(2.7)

se que um aumento de um grau da magnitude corresponde a uma energia

s devastadores têm em geral magnitude superior a 6,5, a


se que magnitude corresponde à

ossuindo um valor único e podendo ser medida em todos os

se mensurar um sismo qualitativamente através de sua intensidade medida

de o efeito de um sismo ela permite quantificar


A intensidade corresponde a uma medida subjetiva da força do sismo em função



17

Figura 2.10 - Relação entre a magnitude na escala de Richter e a intensidade na escala de Mercalli. (Fonte: http://rogeografo.files.wordpress.com)

2.3.2 Fatores ligados ao trajeto percorrido

Durante o trajeto das ondas sísmicas surgem heterogeneidades, superfícies de

descontinuidade e barreiras naturais que podem refletir e refratar essas ondas ou até convertê-

las em ondas Rayleigh e ondas Love. Parte da energia transportada por estas ondas é absorvida

pelo meio que elas atravessam em razão do próprio amortecimento ou o do material.

Todos estes fenômenos afetam a natureza do movimento sísmico, eles prolongam

os efeitos de origem do movimento e diminuem sua amplitude modificando o seu conteúdo

espectral (PECKER, 1984, p. 30).

18

2.3.3 Fatores ligados às condições locais

As condições topográficas, as interações solo-estrutura e os efeitos locais ligados

a geologia do local modificam a natureza do movimento sísmico. O fenômeno de interação

solo-estrutura pode alterar a natureza do movimento transmitido a um edifício em relação ao

movimento real do solo. As fundações de grandes dimensões, do tipo radier, podem, por

exemplo, filtrar as altas freqüências (PECKER, 1984, p. 31).

As ondas sísmicas sofrem modificações nas interfaces de camadas geológicas de

características diferentes a partir da origem. À medida que se aproximam da superfície, elas

encontram condições geológicas que podem perturbá-las mais intensamente. O efeito local

pode assim ser definido como uma modificação dos abalos sísmicos na superfície como

resultado de condições locais particularmente desfavoráveis (LESTUZZI, 2008, p. 17).

Os diversos registros de sismos indicam um comportamento dinâmico bem

variável para os diversos locais de registro. Pode-se checar que o valor das acelerações varia

sensivelmente de um local a outro assim como a duração do sismo. Configurações

geomorfológicas, tais como solos moles ou de baixa compacidade; descontinuidade lateral e

topografia atuam de forma a favorecer o efeito de amplificação do solo.

Figura 2.11 – Sismo de 8 de junho em Martinique (Fonte: BALANDIER, 2003ª).

19

O efeito local ligado às camadas superficiais de terra mole é de grande

importância. Esta amplificação é devida a passagem da interface rocha-solo mole e,

sobretudo, ao fato que as ondas se mantêm presas dentro da camada de solo mole onde elas

rebatem e se reforçam, conforme Figura 2.12. O reforço das ondas aumenta a duração e muda

a freqüência dominante imprimida ao local, isso acentua ainda mais o impacto das

solicitações sísmicas (LESTUZZI, 2008, p. 18-19).

Figura 2.12 - Efeito local devido aos reforços das ondas presas na camada de solo mole

(Fonte: LESTUZZI, 2008, p.19)

20

3 CARREGAMENTO SÍSMICO APLICADO ÀS ESTRUTURAS

Faz-se necessária uma análise das características dos efeitos provocados nas

estruturas devido às solicitações sísmicas e suas conseqüências, dado o caráter singular em

que esses esforços atuam.

3.1 Características do carregamento sísmico aplicado

É precisamente o caráter horizontal das acelerações sísmicas que é

particularmente temível para as estruturas que não são previstas para resistir a tais cargas. As

solicitações às quais as estruturas devem habitualmente resistir são na grande maioria

verticais. Nos edifícios, é o peso próprio que domina. O vento diferentemente do peso próprio

age sobre as estruturas de maneira horizontal, mas em intensidades geralmente bem menores

que a dos sismos.

Figura 3.1 - A característica horizontal das solicitações sísmicas


O aspecto cíclico do sismo deixa marcas características, tais como as fissuras em

cruz em elementos frágeis como as paredes de alvenaria (Figura 3.2). Associado ao fato que

os sismos solicitam as estruturas levando a deformações plásticas, o aspecto cíclico é

particularmente destruidor, pois ele está ligado a uma degradação rápida e progressiva da

resistência da estrutura (LESTUZZI, 2008, p. 10-11).

21

Figura 3.2 - Fissuras em cruz nas construções


Durante um sismo a base do edifício, até então imóvel, sofre bruscos movimentos

em todas as direções durante no máximo algumas dezenas de segundos, antes de tornar-se

estático novamente. Os movimentos da base sendo rápidos e bruscos fazem com que os

andares não os assimilem instantaneamente em razão da sua massa, seguindo o movimento

com um tempo de retardo. Quanto maior a massa, maior a força necessária para acelerar,

desta forma, maior é o tempo de retardo. Os andares são submetidos a tempos de retardo

diferentes de acordo a sua elevação, de forma que o conjunto do edifício se coloca a vibrar

como uma corda de violão. O caráter dinâmico das solicitações sísmicas se traduz então por

uma resposta oscilatória da estrutura (Figura 3.3). As cargas habituais como o peso próprio ou

as cargas úteis, por exemplo, agem seja de maneira permanente ou de maneira muito lenta, tão

lenta que não tem poder para colocar a estrutura a vibrar. As cargas dinâmicas tradicionais,

como o vento ou o tráfego têm uma intensidade geralmente fraca em vista das cargas

permanentes (LESTUZZI, 2008, p. 13-14).

Figura 3.3 - Oscilações da estrutura frente a um abalo sísmico


22

A interação das solicitações da estrutura com o ritmo das variações da solicitação

sísmica pode amplificar a esta última. O pior dos casos se dá quando estas duas freqüências

são iguais, este fenômeno é conhecido como ressonância, neste fenômeno as deformações da

estrutura crescem teoricamente até o infinito. No entanto, os sismos são geralmente curtos

demais e pouco regulares para verdadeiramente entrar na fase de ressonância (LESTUZZI,

2008, p. 14).

A solução extrema para sismos consiste em separar a estrutura do subsolo e a

colocando sobre estruturas de apoios flexíveis e deformáveis, também conhecido como

isolação sísmica, desta forma o sismo não age mais sobre toda a estrutura, somente os apoios

são solicitados por deformações relevantes (LESTUZZI, 2008, p. 16).

3.2 Danos característicos provocados por sismos

LESTUZZI (2008, p. 22) classifica os danos ocasionados pelos carregamentos

sísmicos nas seguintes categorias:

a) colapso em torta;

b) fissuras em cruz;

c) pavimento flexível ou soft-storey;

d) coluna cativa e coluna curta;

e) martelamento;

f) liquefação.

Um detalhamento de cada um desses itens supracitados será feito

subseqüentemente.

3.2.1 Colapso em torta

Evidentemente para resistir às solicitações sísmicas horizontais, a estabilização

lateral da estrutura é primordial. Esta requer elementos verticais capazes de suportar as cargas

horizontais sem se deformar demasiadamente. Estes elementos podem ser muros portantes,

pórticos ou contraventamentos. No entanto, mesmo em regiões sujeitas a uma intensa

23

atividade sísmica, grande parte dos edifícios é dotada de uma estabilização lateral

notadamente insuficiente ou até mesmo inexistente. Este tipo de negligência se traduz

freqüentemente por um colapso geral da estrutura, o conhecido colapso em torta (Figura 3.4)

(LESTUZZI, 2008, p. 22-23).

Figura 3.4 - Colapso em torta


3.2.2 Fissuras em cruz

As fissuras em cruz nas paredes são a assinatura típica das solicitações sísmicas.

Desta forma elas colocam em evidência o caráter cíclico, assim como a direção principal

horizontal da ação sísmica. Os esforços horizontais provocam uma ruptura oblíqua de 45° nas

paredes. A forma de cruz decorre do fato que a ação sísmica não é exercida unicamente em

uma só direção, mas sim se invertendo várias vezes durante o evento. As fissuras em cruz

(Figura 3.5) aparecem principalmente nas paredes em alvenaria, pois estes apresentam uma

baixa resistência à tração. Uma vez a fissura em cruz formada, os danos vão se seguindo com

a abertura de fissuras até a ruptura do elemento e o colapso eventual da estrutura. Além disso,

as paredes em alvenaria são especialmente sensíveis as solicitações transversais (fora do seu

plano) (LESTUZZI, 2008, p. 23-24).

24

Figura 3.5 - Fissuras em cruz caracterisicas em paredes de alvenaria

(Fonte: LESTUZZI, 2008, p. 24)

3.2.3 Pavimento flexível

O primeiro andar dos edifícios é geralmente destinado a instalações comerciais e

deve então oferecer um espaço máximo possível. Por esta razão, ele é liberado dos elementos

estruturais que ocupam muito espaço, como paredes portantes. Esta configuração implica em

um comportamento sísmico particularmente desfavorável, pois o prédio pode ceder sobre seu

térreo. Quando os elementos de estabilização são interrompidos em um pavimento as

deformações locais se concentram nas extremidades dele, levando freqüentemente ao colapso

da estrutura (Figura 3.6). O prolongamento dos elementos de estabilização até as fundações

constitui uma boa alternativa para evitar este tipo ocorrência (LESTUZZI, 2008, p. 24).

Figura 3.6 - Pavimento flexível ou soft-storey


25

3.2.4 Coluna cativa e coluna curta

Outro problema corrente diz respeito às colunas. Trata-se das colunas cativas e

colunas curtas. Estes dois fenômenos são aparentemente relacionados e são freqüentemente

reunidos sob a denominação de short column. A coluna torna-se cativa quando ela é impedida

de se deformar em uma parte de sua altura por outro elemento, como uma parede de alvenaria.

Assim, os mecanismos da coluna cativa são geralmente ligados a descontinuidades das

paredes de vedação em alvenaria. As descontinuidades são devidas, por exemplo, a presença

de interrupções nas paredes ou janelas, este tipo de problema se notabiliza por causar acúmulo

de tensões em locais não previstos (Figura 3.7) (LESTUZZI, 2008, p. 24).

O mesmo problema é encontrado em colunas curtas. Tecnicamente o problema

provém da variação dos esforços de flexão sobre um pequeno comprimento, que provoca uma

ruptura frágil por esforço cortante (LESTUZZI, 2008, p. 26).

Figura 3.7 - As colunas com suas deformações laterais impedidas em uma parte de sua altura


3.2.5 Martelamento

Sabendo que os edifícios são sujeitos a deformações horizontais durante um

sismo, dois prédios vizinhos podem entrar em colisão se o espaço que os separa for

insuficiente. O martelamento ou entrechoque de prédios constitui um dano sísmico típico de

zonas urbanas. O perigo é particularmente importante se os prédios são de alturas diferentes,

pois eles não oscilam de forma parecida, em razão de suas características dinâmicas diferentes

(freqüências fundamentais), aumentando a possibilidade de colisão quando suas direções de

movimento se opuserem. Se os pavimentos coincidem as lajes são percutidas e os danos são

26

limitados geralmente em torno da zona de contato. Os danos são maiores se os pavimentos

são deslocados (Figura 3.8). As alturas de pavimentos não correspondendo constituem, então,

a situação mais desfavorável, pois as lajes percutem com violência nas colunas do prédio

vizinho, podendo mesmo lhe partir de forma abrupta. Para evitar o martelamento, é necessário

afastar os prédios vizinhos inserindo uma junta parassísmica (LESTUZZI, 2008, p. 30).

Figura 3.8 - Exemplo de prédios vizinhos que foram sujeitos ao martelamento


3.2.6 Liquefação

A liquefação ou perda da resistência do solo da fundação é um fenômeno que provoca em certos casos danos em larga escala (

Figura 3.9). Uma camada de terra móvel na superfície pode amplificar de maneira

muito significativa os abalos sísmicos. Trata-se na maioria das vezes de areias finas pouco

compactadas e saturadas, o fenômeno da liquefação pode aparecer induzindo um

comportamento momentaneamente parecido com o de um líquido. Intuitivamente pode-se

explicar o fenômeno da liquefação da maneira seguinte: sob o efeito dos abalos, os grãos de

areia procuram se compactar para ganhar assim volume, mas se deslocando pela

compactação, eles flutuam.

(LESTUZZI, 2008, p. 32).

27

Figura 3.9 - Exemplo de prédios que tiveram grandes recalques nas fundações devido a liquefação


4 CONCEITOS DA CONSTRUÇÃO PRÉ-MOLDADA

4.1 Tipo de elementos em sistemas estruturais incorporando o concreto pré-moldado

Elementos de concreto pré-moldado são usados mundialmente como sistemas

estruturais em vários países propensos a terremotos. O boletim 27, relatório de estado da arte,

“seismic design of precast concrete building structures”(2003) da Federação Interncional de

Concreto, “FIB”, afirma que sistemas de diagramas de lajes, pórticos, paredes estruturais e

pórtico-parede que emulam a construção de concreto moldado no local podem ser usados para

construção de prédios que resistam aos carregamentos sísmicos laterais. Elementos de

concreto pré-moldado podem também ser fixados através de conexões dissipadoras de energia

ou outro sistema de amortecimento sísmico que forneça segurança às estruturas resistentes

sem emular o desempenho do concreto moldado no local.

4.1.1 Pavimento de concreto pré-moldado

El DEBS (2000, p.254) expõe que os tipos de componentes de laje mais

difundidos são:

a) elementos de seção TT;

b) elementos de laje alveolar, com ou sem previsão de capa de concreto;

d) nervuras pré-moldadas;

c) elementos de pré-laje.

Os elementos de seção TT podem ser empregados sem ou com capa de concreto

moldado no local, formando elemento composto. Este tipo de elemento é particularmente

interessante para grandes vãos. São geralmente executados em concreto protendido e podem

ser empregados na faixa de vãos de 5m a 30m (EL DEBS, 2000, p.254).

Figura 4.1

Os elementos de laje alveolar, assim como os de seção TT, podem ser sem ou com

capa de concreto moldado no local. Suas aberturas apresentam seção transversa

circular, oval, “pseudo” elipse ou retangular. Este tipo de elemento é normalmente executado

por extrusão ou por fôrma deslizante e são normalmente de concreto protendido. Atendem

vãos de 5m a 15m, tendo larguras entre 1,0m e 1,20m e alturas ent

DEBS, 2000, p.254-255).

Figura 4.

As lajes formadas por nervuras pré

para faixa de vãos relativamente pequenos. Esse tipo de laje é constituído pelas nervuras pré

moldadas e elementos de enchimento que recebem uma camada de concreto mo

local. Normalmente este tipo de laje atinge vãos da ordem de 5m com nervuras em concreto

1 – Dimensões e características dos elementos de seção TT (Fonte: EL DEBS, 2000, p.254).


capa de concreto moldado no local. Suas aberturas apresentam seção transversa



vãos de 5m a 15m, tendo larguras entre 1,0m e 1,20m e alturas entre 150 mm

.2 – Formas de seções transversais dos painéis alveolares (Fonte: EL DEBS, 2000, p.255)

As lajes formadas por nervuras pré-moldadas apresentam vasto emprego no país

para faixa de vãos relativamente pequenos. Esse tipo de laje é constituído pelas nervuras pré

moldadas e elementos de enchimento que recebem uma camada de concreto mo


28

Dimensões e características dos elementos de seção TT


capa de concreto moldado no local. Suas aberturas apresentam seção transversal de forma



150 mm e 300 mm (EL

Formas de seções transversais dos painéis alveolares

moldadas apresentam vasto emprego no país

para faixa de vãos relativamente pequenos. Esse tipo de laje é constituído pelas nervuras pré-

moldadas e elementos de enchimento que recebem uma camada de concreto moldado no


armado, 10m com nervuras em concreto protendido e 10m com nervuras com armação

treliçada (EL DEBS, 2000, p.255

Figura

Os elementos de pré

concreto moldado no local. A parte que recebe o concreto moldado “in loco” pode ser sem ou

com elementos de enchimento, formando seções maciças ou vazadas. Os painéis podem ser

unidirecionais, de largura padronizada, podendo ser em concreto armad

bidirecionais, executados para aplicações especí

Figura


treliçada (EL DEBS, 2000, p.255-256).

Figura 4.3 – Lajes formadas por nervuras pré-moldadas (Fonte: EL DEBS, 2000, p.255)

Os elementos de pré-laje correspondem a painéis pré-moldados comple



unidirecionais, de largura padronizada, podendo ser em concreto armad

bidirecionais, executados para aplicações específicas, sendo de concreto armado.

Figura 4.4 – Lajes formadas por elementos tipo de “pré-laje” (Fonte: EL DEBS, 2000, p.256)

29


moldadas

moldados completados com



unidirecionais, de largura padronizada, podendo ser em concreto armado ou protendido, ou

ficas, sendo de concreto armado.

laje”

30

Componentes de lajes de concreto pré-moldado devem ser detalhados de modo

que acomodem os deslocamentos localizados que são impostos pelas ações do sistema

primário resistente ao carregamento lateral. Os dois procedimentos usados para acomodar as

ações localizadas que podem impactar no projeto dos elementos de lajes pré-moldadas são

(FIB, 2003, p.35):

a) Isolar os componentes pré-moldados de qualquer grande demanda de

deslocamento, com suportes deslizantes e juntas compressíveis;

b) Reforçar os elementos pré-moldados de modo a fornecer ductibilidade

adequada para resistir os carregamentos gravitacionais requeridos durante, e

depois, dos deslocamentos impostos.

4.1.2 Vigas pré-moldadas

A Figura 4.5 mostra as seções transversais mais empregadas nas vigas pré-

moldadas.

Figura 4.5 – Seções transversais mais utilizadas nas vigas

(Fonte: EL DEBS, 2000, p.252)

A

Tabela 4.1 mostra as dimensões padronizadas para seções retangulares, com a

indicação das seções transversais recomendadas pela FIP, na Europa.

31

Tabela 4.1- Dimensões recomendadas de seção transversal das vigas segundo a FIP

(Fonte: EL DEBS 2000, p.252)

b/h 300 400 500 600 700 800

200 X X

250

X X

300

X X X

400

X X X

500

Medidas em mm.

As vigas dos pisos nos edifícios são de altura constante, por questão de utilização.

As vigas de seção retangular atingem vãos da ordem de 15m, ao passo que as vigas de seção I

são empregadas na faixa de 10m a 35m. Excluindo-se as vigas de pequenos vãos, o concreto

protendido é mais apropriado para as demais (EL DEBS, 2000, p.252).

Vigas de concreto pré-moldado podem ser projetadas com conexões que emulem

o desempenho sísmico do concreto moldado no local, podem ser fixadas nos apoios, ou

podem fazer parte de um sistema híbrido, com apoios finais pós-tensionados e com

dispositivos de amortecimento. Em cada caso, o projetista deve escolher a profundidade da

parte pré-moldada da viga de acordo com a seqüência de construção necessária. As opções

são (FIB, 2003, p.35):

a) A parte superior da viga pré-moldada se localiza na parte inferior das lajes pré-

moldadas. Esse método minimiza o peso da viga pré-moldada para o transporte

e içamento, e pode simplificar as conexões finais, mas esse sistema

normalmente requer sustentação ampla para suportar os carregamentos da

construção;

32

Figura 4.6 – Tipo 1 de viga pré-moldada

(Fonte: FIB, 2003, p.37)

b) A parte superior da viga pré-moldada coincide com a parte superior das lajes

pré-moldadas. Esse método reduz os momentos de continuidade nos apoios, e

pode reduzir a demanda de ductilidade dos pilares;

Figura 4.7 - Tipo 2 de viga pré-moldada

(Fonte: FIB, 2003, p.37)

c) A viga é completamente pré-moldada, até o nível de acabamento da laje. Esse

método simplifica a construção, mas exige apoios adequados para as lajes pré-

moldadas e considerações cuidadosas das tolerâncias de construção e

compatibilidade de deslocamento;

33

Figura 4.8 - Tipo 2 de viga pré-moldada (Fonte: FIB, 2003, p.37)

4.1.3 Pilares pré-moldados

A Tabela 4.2 expõe as dimensões de seção transversal mais utilizadas na Europa.

Destaca-se que as seções mais empregadas são as quadradas e retangulares. A Figura 4.9

mostra as formas de pilares mais utilizadas. Em geral os pilares apresentam seções

transversais constantes, a variação contínua de seção pode ser empregada, mas é incomum. O

comprimento do pilar pode atingir até 30m, entretanto, deve-se limitá-lo à 20m por razões

econômicas. Esses pilares são usualmente em concreto armado, mas podem ser também em

concreto protendido quando forem sujeitos a momentos fletores elevados (EL DEBS, 2000,

p.249-251).

Tabela 4.2 - Dimensões mais comuns de seção trasversal de pilares segundo a FIP (Fonte: EL DEBS 2000, p.249)

b/h 200 300 400 500 600 >600 200 300 X X X 400 X X X 500 X X X

Circular X X Medidas em mm.

Figura

Figura 4.10 – Características e e

Os pilares pré-

pouco elevadas, ou podem ser conectados para cada pavimento. Exi

para os métodos de conexão dessas peças, mas o objetivo geral é fornecer um apoio

temporário seguro para permitir a conexão rápida e simples das vigas nos pilares.

Figura 4.9 – Seções transversais utilizadas nos pilares (Fonte: EL DEBS, 2000, p.250)

Características e elementos acessórios dos pilares de seções quadrada e retangular empregados no Brasil (Fonte: EL DEBS, 2000, p.251).

-moldados podem ser da forma de uma só peça, para estruturas

pouco elevadas, ou podem ser conectados para cada pavimento. Existe uma grande variedade



34

Seções transversais utilizadas nos pilares

lementos acessórios dos pilares de seções quadrada e retangular empregados no

moldados podem ser da forma de uma só peça, para estruturas

ste uma grande variedade



35

4.1.4 Paredes estruturais pré-moldadas

Os elementos dos sistemas de paredes podem fazer parte dos sistemas estruturais

de parede portante, de contraventamento como núcleos e paredes ou elementos de

fechamento. Quanto à seção transversal, os elementos pré-moldados podem ser maciços,

vazados, nervurados ou sanduíche. Os painéis podem ser dispostos na direção vertical ou na

direção horizontal. O dimensionamento desses painéis para os sistemas de parede portante ou

de contraventamento são feitos a partir dos esforços de compressão e de flexão da análise

estrutural (EL BEBS, 2000, p.259).

Figura 4.11 – Exemplos de utilização de painel TT em fechamento

(Fonte: EL DEBS, 2000, p.259)

Os painéis de fechamento são projetados para transferir seu peso próprio e a ação

do vento para a estrutura principal. Portanto, a escolha dos movimentos liberados e

posicionamento das ligações entre o elemento de fechamento e a estrutura principal são de

fundamental importância no comportamento, tanto dos painéis como da estrutura.

El DEBS (2000, p.259-260) sugere as seguintes recomendações de projeto de

ligações:

a) O sistema de ligações deve ser de forma a resultar em sistema estaticamente

determinado;

b) As ligações devem acomodar as variações volumétricas e deformações da

estrutura principal.

36

Paredes de concreto pré-moldado podem emular uma construção de concreto

moldado no local, com barras de reforço no concreto ou com juntas grauteadas.

Alternativamente, podem ser projetadas com ligações discretas que são capazes de dissipar

energia através de conexões dúcteis ou dispositivos de amortecimento (FIB, 2003, p.39).

4.2 Tipos de conexões entre os elementos de concreto pré-moldado de pórticos e de paredes estruturais

A construção de pórticos e paredes estruturais incorporando elementos de

concreto pré-moldado geralmente se divide em duas categorias distintas; seja em sistemas de

equivalência monolítica, seja em sistemas de articulações. A distinção entre esses tipos de

construção é baseada no projeto das ligações entre os elementos de concreto pré-moldado.

4.2.1 Sistemas de equivalência monolítica

As ligações entre os elementos de concreto pré-moldado de sistemas de

equivalência monolítica podem ser subdivididas em duas categorias (FIB,2003, p.40):

a) Ligações fortes de ductibilidade limitada, projetadas para serem

suficientemente resistentes em comparação às ligações que permanecem no

regime elástico quando a construção está satisfazendo a demanda de

ductibilidade imposta pelo sismo.

b) Conexões dúcteis, projetadas para a força necessária. Possuem barras de

reforço longitudinal ou barras grauteadas pós-tensionadas na região em que se

espera superar o regime elástico na ocorrência de um sismo de grande

magnitude.

4.2.2 Sistemas de articulações

As ligações entre os elementos de concreto pré-moldado de sistemas de

articulações são mais fracas que os elementos de concreto pré-moldado. Sistemas articulados

não emulam o desempenho de uma construção de concreto moldado no local. As conexões

37

entre os sistemas de articulações de concreto pré-moldado podem ser subdivididas em duas

categorias (FIB,2003, p.41):

a) Conexões de ductibilidade limitada, esse tipo de conexão é formado por barras

reforçadas soldadas ou parafusadas ou chapas de aço e rejuntamento. Essas

conexões não se comportam como parte de uma construção monolítica e

geralmente têm ductibilidade limitada.

b) Conexões dúcteis, nesse tipo de conexão barras pós-tensionadas são usadas

para ligar os elementos de concreto pré-moldado. Essas conexões podem ser

projetadas para atuar de forma dúctil.

4.3 Considerações de serviço

O desempenho sísmico de uma estrutura de concreto pré-moldado pode ser

afetado se o projetista não considerar os efeitos de longo termo das condições de

carregamento de serviço. Áreas de apoio reduzidas ou danificadas podem falhar

prematuramente quando submetidas a acelerações e deslocamentos verticais até mesmo de

sismos moderados. A corrosão pode reduzir severamente a resistência a longo termo das

conexões sísmicas.

4.3.1 Efeitos de temperatura

Os movimentos térmicos podem reduzir o comprimento mínimo dos apoios das

unidades de pavimentos pré-moldados em estruturas com ampla área de estacionamento. É

recomendado o uso de conexões que limitem os movimentos para assegurar que a redução da

temperatura no clima frio ocorra de maneira uniforme em todas as ligações de controle, ao

invés de atuar na ligação de menor resistência ao movimento (FIB, 2003, p.46).

4.3.2 Fluência e retração

Os efeitos da fluência e da retração podem levar as conexões dos diagramas de

pavimentos a serem sobrecarregadas antes mesmos de serem submetidas a qualquer

38

carregamento sísmico. Os detalhes das conexões devem ser projetados com ductilidade

suficiente para acomodar os efeitos da fluência e da retração, nas unidades de pavimentos,

sem provocar sobrecargas laterais nos elementos verticais da estrutura. Estruturas de base

isolada são capazes de acomodar os movimentos devido à fluência e à retração sem gerar

forças restritivas elevadas. Devem-se prever folgas para acomodar os movimentos devido a

esses efeitos (FIB, 2003, p.46-47).

4.3.3 Durabilidade

Estruturas pré-moldadas resistentes a sismos devem ser detalhadas para

apresentarem durabilidade adequada. Em algumas regiões a proteção a corrosão e uma

manutenção regular são essenciais. Detalhes das conexões e programas de manutenção devem

ser previstos no projeto de modo a assegurar que a estrutura resista à força máxima de projeto

e apresente a ductilidade necessária das conexões por toda a vida útil (FIB, 2003, p.47).

4.3.4 Fogo e desempenho acústico

Lacunas sísmicas, instaladas para assegurar que as partes separadas da estrutura

deformarão sem a influência das partes adjacentes, devem ser mantidas, apesar da necessidade

de cumprir a classificação quanto à resistência ao fogo e aos requisitos acústicos. Exigências

de separação semelhantes ocorrem em torno de elementos não-estruturais (como escadas ou

rampas). Compostos de fibras compressíveis têm se mostrado adequados a esse propósito

(FIB, 2003, p.47).

39

5 CONSIDERAÇÕES SOBRE A CONSTRUÇÃO SÍSMICA COM CONCRETO

PRÉ-MOLDADO

O concreto pré-moldado tem sido empregado com êxito em estruturas sismos-

resistentes em várias partes do mundo. Experiências de sismos e testes de laboratório

comprovam que elementos de concreto pré-moldado podem ser utilizados com êxito em

estruturas projetadas para resistir aos abalos sísmicos despendendo-se atenção cuidadosa para

o projeto e construção de tais estruturas. Estruturas de concreto pré-moldado projetadas e

construídas sem as devidas precauções apresentaram um comportamento não satisfatório na

maioria dos terremotos aos quais foram submetidas. Tal fato provocou certa insegurança em

alguns países quando da utilização dessas estruturas para resistir a sismos. Estruturas

projetadas para regiões sísmicas apresentam algumas considerações a mais em relação aquelas

estruturas tradicionais projetadas para o carregamento devido à gravidade e ao vento.

Os fatores que são importantes no projeto de edifícios de concreto pré-moldado

incluem:

• Experiência dos empreiteiros da região;

• A trajetória das forças internas nos diferentes estágios da construção;

• Os limites e disponibilidade do guindaste;

• Tolerâncias de projeto e execução;

• Distância de transporte, limites de peso e de tamanho;

• Escoramento temporário.

5.1 Vantagens e desvantagens da incorporação de concreto pré-moldado na construção

40

O boletim 27, relatório de estado da arte, “seismic design of precast concrete

building structures”(2003) da Federação Interncional de Concreto (FIB), destaca como

principais vantagens da incorporação de concreto pré-moldado na construção:

• A possível rapidez da construção (o que leva a uma ocupação antecipada do

prédio e pagamento de juros menores);

• A elevada qualidade das peças de concreto pré-moldado (resultado da

industrialização do processo ou da pré-fabricação no canteiro e do uso de

materiais de melhor elevada);

• O aumento da durabilidade (resultado do aumento da qualidade da construção);

• A redução do trabalho local (o que compensa parcialmente a falta de

trabalhadores qualificados);

• O melhor aproveitamento do canteiro de obras;

• O fato de o pós-tensionamento ser um método conveniente de conexão dos

elementos de concreto pré-fabricado (elementos de concreto pré-fabricado

podem ser feitos em estruturas contínuas utilizando tendões pós-tensionados);

• A possível redução dos danos durante terremotos.

Esse boletim destaca ainda como principais desvantagens da incorporação de

concreto pré-moldado na construção:

• Desenvolvimento de métodos econômicos e efetivos para efetuar a ligação das

peças bem como para resistir às ações sísmicas e assegurar a integridade da

estrutura (projeto e construção convencionais de estruturas de concreto pré-

moldado, considerando-se todos os aspectos da resistência sísmica, nem

sempre se adéquam a realidade exigida);

• As técnicas construtivas utilizadas para a ligação dos elementos de concreto

pré-moldado podem não ser familiares, fazendo com que a construção

necessite de um excelente controle de qualidade (a execução incorreta das

ligações entre as peças de concreto pré-moldado levou a comportamentos

catastróficos das estruturas durante alguns terremotos anteriores);

• Guindastes reforçados podem ser necessários para erguer peças pesadas de

concreto pré-moldado;

• É necessário trabalhar com tolerâncias relativamente pequenas (o sucesso da

construção com concreto pré-moldado requer que projetistas, fabricantes e

41

empreiteiros acordem em termos das variações dimensionais e que tenham

completo entendimento das tolerâncias necessárias).

5.2 Critérios de desempenho

Os critérios de desempenho requeridos para estruturas incorporando o concreto

pré-fabricado adotado no projeto são geralmente similares àqueles para construções com

concreto moldado no local.

Para pórticos e paredes estruturais, que resistam à momentos, construídos com a

incorporação de elementos de concreto pré-moldado, o desafio no projeto e execução é

encontrar meios práticos e econômicos de ligar esses elementos uns aos outros de maneira a

assegurar rigidez, força, ductibilidade e estabilidade adequadas. O projeto deve considerar os

carregamentos durante os estágios da construção e durante a vida útil da estrutura. O projeto

deve assegurar que a estrutura tenha desempenho satisfatório para faixa de carregamento de

serviço e níveis de desempenho que se aproximem do estado limite último (FIB, 2003, p.02).

De acordo com Priestley (2000), quatro níveis de desempenho podem ser

definidos para o concreto moldado no local convencional, que são geralmente os mesmos para

estruturas de concreto pré-fabricado. Eles são:

• Totalmente operacional. Facilidade contínua de operação com danos

desprezíveis.

• Operacional. Facilidade contínua de operação com pequenos danos e

perturbações para serviços não essenciais.

• Segurança da vida.

• Próximo do colapso. A segurança da vida está em risco, os danos são graves, o

colapso estrutural é impedido.

É considerado por Priestley (2000) que dois estados limites de desempenho

devem ser considerados no projeto, os estados limites de desempenho denominados

totalmente operacional e de controle de danos. Este último seria entre os limites de

desempenho operacional e segurança da vida e dependeria da importância e função da

estrutura.

42

O estado limite totalmente operacional para estruturas de concreto pode ser

definido pelo esmagamento do concreto e pelas inaceitáveis largas aberturas de fissuras

residuais. Nota-se que é a abertura de fissuras residuais, ao invés da largura máxima das

fissuras que ocorrem durante uma resposta sísmica, que é de maior interesse [Priestley

(2000)].

A definição de um limite totalmente operacional é menos evidente, desde o início

dos danos não-estruturais, ela depende dos detalhes de projeto fornecidos para separar

elementos não-estruturais de elementos estruturais.

O estado limite de controle de danos pode também ser definido pelos limites de

tensão do material e pelos limites de tração do projeto, destinados a limitar os danos não-

estruturais.

5.3 Lições de terremotos anteriores

5.3.1 Desempenho das estruturas de concreto bem projetadas e bem detalhadas

Fintel (1986) relata que no sismo de 1985 no México apenas cinco dos 265

prédios que colapsaram ou sofreram danos severos usavam elementos de concreto pré-

moldado. Ele afirma também que na época havia vários prédios e estacionamentos de vários

pavimentos na Cidade do México que foram submetidos a oscilações severas sem apresentar

danos. Rodríguez (2000) relata que várias estruturas de concreto foram construídas com

pilares de vários níveis fazendo a ligação viga-pilar através de soldagem das barras inferiores

e superiores da viga na articulação, sendo a região concretada em seguida.

O desempenho apresentado pelas construções de concreto pré-moldado no sismo

de 1988 na Armênia demonstra claramente a importância de um projeto sísmico apropriado

[EERI (1989) e Fintel (1995)]. As estruturas predominantes tinham de um a cinco andares,

compostas por lajes alveolares e paredes de alvenaria. Cerca de 90% dessas estruturas

colapsou devido a conexões impróprias do piso com as paredes e a natureza frágil das paredes

de alvenaria. Várias estruturas reticuladas de concreto colapsaram devido a projeto e

detalhamento inadequados. No entanto, em contraste com esses projetos inadequados de

estruturas, grandes painéis estruturais de concreto pré-moldado apresentaram comportamento

43

excelente. Essas estruturas tinham um andar de painéis de parede que eram interconectados

por articulações de concreto armado moldado no local entre eles. Essas articulações tinham

bordas serradas para melhorar a transferência do cisalhamento e tinha buchas ao redor do

intertravamento de encontro das armaduras. O excelente desempenho desses grandes painéis

estruturais ilustra claramente o sucesso de um projeto e detalhamento adequados, apesar da

má qualidade da concretagem das juntas [EERI (1989)].

Park (1995) relata as tendências e pesquisas na Nova Zelândia com pisos de

concreto pré-moldado, pórticos resistentes a momentos e paredes. Os métodos usados para a

conexão dos elementos de concreto pré-moldado são tipicamente destinados a simular o

comportamento bem detalhado de construções de concreto armado moldado no local.

Subconjuntos incorporando esses novos métodos foram testados sob carga cíclica invertida

[Restrepo et al (1993)] e vários tipos dessas novas técnicas de construção têm sido utilizados

na prática [Park (1995)].

Muguruma et al (1995) descreve o desempenho de construções de concreto pré-

moldado na sequência do sismo de 1995 em Kobe no Japão, concluindo que essas estruturas

apresentaram um desempenho muito bom, atribuído as seguintes questões:

• Essas estruturas foram projetadas para níveis de força superiores aos demais

tipos de estruturas;

• O fato que prédios pré-moldados normalmente apresentam geometria regular

com plano simétrico dos elementos resistentes e distribuição uniforme da

massa e rigidez estrutural ao longo da altura;

• As estruturas de concreto pré-moldado normalmente são construídas com um

controle de qualidade mais rigoroso, maior resistência e concreto de qualidade

superior;

• Essas estruturas são construções novas, projetadas de acordo com as normas

mais recentes em vigor.

44

Figura 5.2 - Construção com paredes resistentes

(Fonte: REGUENGO, 2010).

5.3.2 Projeto e detalhamento inadequados de elementos dúcteis

Para estruturas baixas de concreto pré-moldado os pilares ou painéis de parede são

os elementos dúcteis, sendo o piso e o teto elementos projetados para serem mais resistentes

que esses elementos dúcteis dissipadores de energia, em conformidade com os princípios de

aceite da capacidade de projeto [Park e Paulay (1975)]. Nota-se que pórticos e paredes

estruturais antigos de concreto pré-fabricado muitas vezes têm apresentado péssimo

desempenho durante sismos.

Figura 5.1 - Estrutura reticulada de um edifício de escritório e armazéns (“Logplace” – Azmbuja). (Fonte: REGUENGO, 2010).

45

As falhas observadas foram principalmente devido ao comportamento (não-dúctil)

frágil das conexões fracas entre os elementos pré-fabricados, dos conceitos no projeto e

detalhamento inadequados. Devido a isso, o uso do concreto pré-moldado foi abolido por

muitos anos em alguns países localizados em zonas de elevada atividade sísmica.

Várias estruturas em pórtico de concreto pré-moldado colapsaram durante o sismo

de 1988 na Armênia [EERI (1989)]. Essas estruturas tinham normalmente nove andares de

altura e eram compostas por lajes alveolares. Algumas dessas estruturas tinham paredes em

uma direção, mas essas normalmente continham grandes aberturas. As conexões viga-pilar

eram feitas através da soldagem das barras de aço das vigas em cantoneiras de aço salientes

dos pilares de concreto pré-moldado. Os diagramas do piso foram conectados de maneira

inadequada aos elementos dos pórticos. Pilares foram executados por soldagens das barras

verticais. Esse detalhe resultou em excentricidades das barras dos pilares nos encontros. Os

pilares foram detalhados com confinamento inadequado e tinham estribos ancorados em 90o

(Figura 5.3). Esses estribos tornavam-se ineficazes assim que o concreto de cobrimento de

desprendia devido aos movimentos bruscos.

Vários prédios entraram em colapso durante o sismo de 1994 em Northridge nos

Estados Unidos. Essas estruturas eram compostas por pilares internos projetados apenas para

carregamentos verticais, sendo as cargas horizontais suportadas pelos pórticos externos. O

sistema dúctil, pouco detalhado, formado pelos pilares carregamento vertical interconectados

por um diagrama flexível levou a rupturas frágeis de vários pilares internos. Para pórticos

estruturais, os pilares devem ser capazes de desenvolver rótulas plásticas em suas bases sem

Figura 5.3 - Os recobrimentos fragilizam as zonas sensíveis a fortes deformações plásticas. (FONTE: LESTUZZI, 2008).

46

sofrer ruptura frágil devido ao cisalhamento, ancoragem inadequada e desconfinamento do

concreto.

5.3.3 Diagrama de ação inadequado

Assim como resistir aos carregamentos gravitacionais, as lajes precisam transferir

as forças sísmicas impostas para a estrutura portante através dos diagramas de ação. Conexões

para transferir as forças atuantes no diagrama e suporte para as unidades de concreto pré-

moldado adequados são os requisitos básicos para garantir a segurança da estrutura. É crucial

que os sistemas de lajes não entrem em colapso devido aos movimentos impostos pelos

sismos, o que reduziria a área de contato nos apoios dessas lajes pré-moldadas.

Existem vários exemplos de rupturas de diagramas no sismo de 1999 em Kocaeli

[Saatcioglu et al (2001), EERI (2000)]. Os diagramas que romperam eram muito flexíveis,

feitos com concreto de fibras onduladas ou finas folhas de metal e os painéis desses diagramas

eram conectados de maneira inadequada entre eles e entre os componentes estruturais.

Várias estruturas de concreto pré-moldado romperam devido à flexibilidade

extrema dos diagramas, em muitos casos houve colapso de construções industriais inacabadas

de concreto pré-moldado [EERI (2000)].

Muitos painéis de parede tilt-up apresentaram ruptura ou danos graves [EERI

(1994)]. Esse tipo de estrutura rompe principalmente devido as suas conexões insuficientes

com os diagramas. Um grande número de estruturas antigas foi revisto para melhorar essas

conexões.

5.3.4 Ligações fracas e detalhes de conexões

Pórticos de concreto pré-moldado com ligações tipo viga-pilar muitas vezes

romperam durantes sismos devido ao detalhamento inadequado. Uma importante causa disso

foi a ruptura frágil das armaduras nas proximidades das soldas. Vigas de concreto pré-

moldado apoiadas nos pilares precisam de conexões adequadas entre suas extremidades e as

47

superfícies de apoio para evitar o deslizamento para fora de seus suportes. Ligações tipo

parafusos com porcas devem ser muito mais rígidas e fortes o suficiente para resistir à força

total atuante no pilar.

Podem-se citar ainda como causa de colapso as separações inadequadas dos

elementos não-estruturais e entre as estruturas vizinhas.

6 PRINCÍPIOS BÁSICOS PARA CONCEPÇÃO DE ESTRURURAS SISMO-

RESISTENTES

6.1 Princípio 1 – Simplicidade

O comportamento de uma estrutura simples é mais fácil de entender e de calcular.

O risco de se esquecer um fenômeno particular, como uma interação entre seções de rigidezes

distintas ou um acumulo de efeitos diferentes entre essas seções é mínimo.

6.2 Princípio 2 – Continuidade

Toda descontinuidade em um projeto de estruturas leva a uma concentração de

esforços e deformações. Uma estrutura descontinua é sempre indesejável, pois o mecanismo

de ruína ao qual ela é submetida é local. A dissipação de energia na estrutura deve ser

máxima, o que obtido através da interação com o máximo de elementos, de maneira a

constituir um mecanismo de ruína global, ao invés do local. O comportamento heterogêneo de

uma estrutura apresentando grandes descontinuidades é sempre uma fonte de problema, pois

ele torna delicada a análise da estrutura como um todo e dificulta o projeto correto dos nós

cruciais, os quais acumulam grandes deformações (PLUMIER, 2007, p.85-86).

48

O princípio de continuidade tem um impacto sobre o projeto das estruturas como

um todo. Ele se traduz também nos detalhes da estruturas e no acompanhamento da obra.

PLUMIER (2007) afirma que para o detalhamento da estrutura é necessário:

• Evitar as reduções de seção (almas ocas);

• Construir vigas e colunas com eixos que se interceptem;

• Evitar as mudanças bruscas de direção dos elementos portantes;

• Evitar mudanças bruscas de larguras dos elementos portantes; decorrendo que

as larguras das vigas e pilares devem diferir pouco;

• Elaborar um projeto cuidadoso das conexões dos elementos pré-moldados;

• Colocar as ligações de montagem (aço, sistemas industrializados de concreto)

ou os encontros (concreto armado) fora de zonas de alta concentração de

esforços.

Um aspecto particularmente importante para garantir a qualidade real do trabalho

realizado é o acompanhamento rigoroso da obra, em especial:

• O posicionamento dos elementos de concreto pré-moldado;

• A concretagem das suas conexões;

• O posicionamento correto das armaduras;

• A qualidade dos materiais utilizados.

Mesmo não sendo possível obter a elevada hiperestaticidade desejada, é

conveniente, em todo caso, evitar a ausência de qualquer ligação positiva. Assim, os

elementos simplesmente apoiados ficam retidos apenas devido ao atrito e uma vez que ele

tiver sido ultrapassado grandes deslocamentos podem ser produzidos. Esse problema pode ser

resolvido através de conexões flexíveis que entram em ação apenas no caso de sismos

(PLUMIER, 2007, p.86).

6.3 Princípio 3 – Regularidade em planta

O movimento sísmico horizontal é um fenômeno bidirecional. A estrutura do

prédio deve ser capaz de resistir às ações horizontais segundo todas as direções e os elementos

estruturais devem ter características de resistência e rigidezes similares nas duas direções

principais, o que se traduz pela escolha de formas simétricas. A forma ideal não é apenas

simétrica nos dois eixos, mais se aproxima da simetria de eixo, como indicado nas Figura 6.1

49

e Figura 6.2, pois desgastes importantes são geralmente observados na junção de seções em

estruturas compostas por várias secções perpendiculares. Considerações puramente flexionais

explicam esse fenômeno: a rigidez flexionada de acordo com as direções principais varia

muito em um edifício de planta rectangular. Isso é resultado da existencia de períodos

próprios diferentes de 2 peças perpendiculares submetidas a um simo de orientação dada,

tendo uma resposta (função do tempo) diferente e uma concentração de problemas na junção

dessas peças. Esse fato foi particularmente marcante em Bucareste depois do sismo de 1977,

do qual todos os imóveis localizados nos cruzamentos entraram em colapso ou se mostraram

mais degradados que outros. Essa observação de aplica também aos prédios em “H”, portanto

duas vezes siméstricos (PLUMIER, 2007, p.86-87).

Figura 6.1 - Formas favoráveis. Plantas simples com 2 eixos de simetria.

Figura 6.2 - Vista em planta dos edifícios. À esquerda: plantas simétricas e compactas. À direita: os efeitos

negativos da assimetria ou do caráter não-compacto.

O que é válido para a flexão do conjunto também é para a torção: os elementos

submetidos à torção devem ser distribuídos de maneira suficientemente simétrica. O

desrespeito desse princípio pode levar a uma deformação permanente da estrutura, como

indica a Figura 6.3.

50

Figura 6.3 - Influência da forma do edifício sobre os efeitos de torção. Concentração de esforços nos ângulos

internos (em cima), rotação permanente (em baixo) (Fonte: PLUMIER, 2007, p.88)

6.4 Princípio 4 – Regularidade em elevação

Nesse caso, os princípios de simplicidade e de continuidade se traduzem por um

aspecto regular da estrutura primária, sem variação brusca da rigidez. Tais variações

provocam solicitações locais elevadas.

Figura 6.4 - Regularidade em elevação.

O princípio de distribuição contínua e uniforme dos elementos resistentes da

estrutura primaria exige que se assegure uma continuidade dos pilares e muros estruturais,

51

caso contrário pode ocorrer a situação de pavimento flexível (PLUMIER, 2007, p.88), como

indica a Figura 6.5.

Figura 6.5 - À esquerda: regularidade em elevação. À direita: pavimento flexível.

Os pavimentos flexíveis são bastante comuns nos edifícios porque normalmente o

pilotis necessita de uma grande área de circulação devido ao seu uso: comércio, escritórios,

recepção de hotéis, estacionamentos. Os pavimentos flexíveis são desaconselhados em zonas

sísmicas, pois são onde se concentra todas as deformações da estruturas, como indica a Figura

6.6.

Figura 6.6 - Edifícios com pavimentos flexíveis.

(Fonte: PLUMIER, 2007, p.89)

O resultado dessa disposição é normalmente o colapso do pavimento flexível,

provocando o colapso da estrutura. Essa situação é observada particularmente nos esqueletos

52

de concreto armado, onde os pilares solicitados em compressão não apresentam ductilidade

necessária para as solicitações de cisalhamento e flexão alternadas; e solicitados em tração

apresentam pouca resistência à flexão.

A solução é fornecer a esses pavimentos flexíveis uma rigidez comparável àquela

dos outros pavimentos, através de um contraventamento em fachada, por exemplo, ou da

dissociação dos pilares, e permitindo igualar a altura livre dos pilares da estrutura principal

(PLUMIER, 2007, p.89-90), como mostra a Figura 6.7. A norma norte-americana UBC 1994

limita a altura dos edifícios com pavimentos flexíveis a um andar sobre o pilotis e 9 m abaixo

do solo.

Figura 6.7 - Soluções para edifícios comportando pavimentos flexíveis.

As estruturas em pórticos nas quais são dispostos muros de vedação são

particularmente sujeitas ao colapso do pavimento flexível, pois sua análise no momento da

elaboração do projeto é geralmente feita considerando-se que a estrutura é um esqueleto em

pórticos e que as paredes de vedação são não-estruturais e intervêm apenas com sua massa. A

realidade pode ser muito diferente e duas situações indesejáveis podem ocorrer (PLUMIER,

2007, p.90):

a) As paredes de vedação são de alvenaria resistente, em contato com as vigas e

pilares, menos em um andar particular deixado “aberto”; nesse caso a estrutura

reage como um muro descontínuo e as deformações se concentram nos pilares

do pavimento flexível, “aberto”, ocorrendo o colapso do mesmo seguido pelo

colapso do edifício.

b) As parede de vedação são feitas de alvenaria resistente em contato com vigas e

pilares, mas nenhum andar é deixado “aberto”. Nesse caso, o sismo pode num

momento inicial destruir a alvenaria de vedação do pavimento de menor

rigidez, transformando-o em um pavimento flexível, ocasionando, então, o

mesmo fenômeno descrito anteriormente. A localização do pavimento que se

tornará flexível devido à ação sísmica inicial é aleatória, pois está ligada ao

53

caráter variável da resistência das alvenarias de vedação; geralmente esse

pavimento é o pilotis, onde o cisalhamento é máximo.

Figura 6.8 - Criação do pavimento flexível e colapso do andar.


6.5 Princípio 5 – Rigidez e resistência a torção

PLUMIER (2007, p.92) afirma que:

Uma resistência e uma rigidez apropriadas ao esforço de torção são necessárias para limitar os movimentos do edifício e as solicitações dos elementos estruturais devido a esse esforço. A disposição construtiva, clássica em zona sísmica, onde apenas um núcleo central (caixa de escada e de elevador) constitui o único contraventamento, oferece pouca rigidez à torção e pode levar a solicitações elevadas dos pórticos periféricos [...].

Figura 6.9 - Uma grande distância entre os elementos paralelos favorece a resistência da estrutura à torção graças

à um braço de alavanca importante no plano horizontal.

54

6.6 Princípio 6 – Elementos estruturais verticais superdimensionados

A ruína dos elementos estruturais verticais de um prédio tem um impacto

catastófrico, pois ela provoca o colapso de um pavimento, que resulta no colapso total da

estrutura. É imprescindível que se evite à todo custo a ruína dos elementos verticais para

garantir a segurança. Algumas causas de vários modos de ruína (PLUMIER, 2007, p.97) são:

• Flambagem;

• Esmagamento (pouco dúctil em concreto armado);

• Cisalhamento alternado (frágil em concreto armado, dúctil em aço).

Em caso de forte movimentação do solo, o momento aplicado pelo sismo na

edificação combinado com a componente vertical do mesmo faz os pilares trabalharem a

tração, apesar da combinação das solicitações verticais dos efeitos sísmicos.

Na estruturas em pórtico de concreto armado, essa situação provoca uma perda

provisória da rigidez dos pilares tracionados e aumenta a solicitação em flexão dos pilares

comprimidos. Essas duas circunstâncias são catastróficas. Esses efeitos são considerados na

concepção do projeto, mas as incertezas no nível das ações não são transpassadas pela

ductilidade estimada (PLUMIER, 2007, p.98-99).

6.7 Princípio 7 – Criar condições de um mecanismo plástico global

6.7.1 Pilar forte-viga fraca

O princípio pilar forte-viga fraca para a formação de rótulas plásticas nas vigas em

vez dos pilares nos pórticos.

Nos edifícios, cuja estrutura principal é composta por pórticos, em que se deseja

que trabalhem no domínio plástico para o sismo de projeto, é fundamental para a segurança

que as deformações plásticas se desenvolvam nas vigas e não nos pilares.

PLUMIER (2007, p.100) justifica essa opção de desenvolvimento de rótulas

plásticas nas vigas pelos seguintes motivos:

55

a) É uma condição necessária para formar um mecanismo plástico da estrutura do

tipo global, implicando na formação de várias rótulas plásticas; ao contrário, a

formação de zonas plásticas nos pilares pode se limitar ao pavimento onde

surgirem as primeiras rótulas;

b) O efeito ação-deformação é menos importante nesse caso, conforme Figura

6.10;

c) Lajes e vigas mesmo danificadas de maneira grave não entram em colapso

individualmente. Elas ficam suspensas pelas armaduras ou pelas partes

restantes das conexões, enquanto que os danos nos pilares provocam

facilmente o colapso da estrutura;

d) É mais fácil de obter ductilidade para os elementos puramente fletidos.

Figura 6.10 - Na esquerda o objetivo de projeto viga fraca-pilar forte. Na direita as rótulas plásticas nos pilares

provocam efeitos de segunda ordem mais importantes.

A implicação prática desse princípio é a realização de pilares onde o momento

plástico é superior ao das vigas, o que corresponde a seções de vigas de altura menor que as

dos pilares, muito incomum fora de zonas sísmicas. Deve-se, portanto, evitar vigas-parede

sobre pequenos pilares.

Figura 6.11 - A regra viga fraca-pilar forte deve considerar a seção real dos elementos.

56

6.7.2 Barras diagonais plásticas

Barras diagonais plásticas ao invés das vigas e pilares em estruturas treliçadas

com barras centrais.

A flambagem de pilares ou vigas em uma estrutura treliçada com barras centrais é

uma situação de ruína. O único mecanismo plástico global e estável desejável se as diagonais

são delgadas é aquele em que elas se tornem plásticas em tração, conforme Figura 6.12,

enquanto que a contribuição da diagonal comprimida e flambada pode ser desprezada. O

dimensionamento das armaduras da estrutura deve criar condições de hierarquia das seções

levando ao mecanismo global plástico desejado, o que implica apenas em tornar as diagonais

plásticas na maior quantidade possível (PLUMIER, 2007, p.101-102).

Figura 6.12 - Mecanismo plástico global de uma estrutura treliçada com barras centrais. Deve-se evitar a

configuração da esquerda e preferir a da direita (Fonte: PLUMIER, 2007, p.102)

6.8 Princípio 8 – Escolha racional das massas

A escolha de lajes leves de maior desempenho pode levar a uma redução das

quantidades e custos da estrutura e da fundação, já que as lajes representam boa parte da

massa de um edifício. Essa redução de preço da estrutura pode compensar os custos das lajes

de maior desempenho.

Considerando-se as massas correspondentes as ações de serviço, deve-se evitar

colocá-las em zonas da estrutura onde elas provoquem solicitações importantes de flexão ou

de torção. Assim, zonas de massas elevadas como bibliotecas, salas de arquivos, sala de

radiografia, devem se localizar no subsolo ou no pilotis afim de reduzir o cisalhamento e a

57

flexão. Afim de reduzir a torção, se esses locais estiverem em regiões elevadas, deve-se situá-

los o mais perto possível do centro de torção do prédio (PLUMIER, 2007, p.101-102).

6.9 Princípio 9 – Largura dos elementos de contraventamento

As forças horizontais equivalentes ao sismo são equilibradas na base da estrutura

por uma resultante de cisalhamento e um momento de flexão. Este último provoca trações

e/ou compressões no pilares ou paredes.

Podem-se reduzir os esforços correspondentes a essas solicitações na estrutura

aumentando-se a largura dos elementos de contraventamento (parede de concreto armado,

estrutura treliçada): o braço de alavanca dos esforços no plano vertical é aumentado, o que

tem ação constante para reduzir as solicitações, (PLUMIER, 2007, p.103), como indica a

Figura 6.13.

Figura 6.13 - A redundância e uma base larga garantem uma melhor distribuição das reações de apoio.

(FONTE: PLUMIER, 2007, p.103)

Nota-se, no entanto, que esse princípio é atenuado pela consideração do espectro

de resposta em aceleração:

• Para uma estrutura cujo período T corresponde ao trecho descendente do

espectro, o aumento da rigidez resultante do aumento da largura dos elementos

de contraventamento provoca um aumento da resultante de cisalhamento

horizontal, de maneira que não há necessariamente uma redução das

solicitações.

58

• Para uma estrutura cujo período T corresponde ao nível do espectro, a

resultante do cisalhamento horizontal é independente da rigidez e a redução de

solicitação é certamente eficaz.

6.10 Princípio 10 – Largura das fundações

As forças horizontais equivalentes ao sismo são equilibradas na base da estrutura

por uma resultante de cisalhamento e um momento de flexão. Este último provoca:

• trações na fundação;

• compressões na fundação;

• um risco de elevação da parte tracionada da base.

Assim como para os elementos da estrutura de contraventamento, pode-se reduzir

as solicitações na fundação fazendo-se um radier geral reforçado pelos muros em concreto

armado ao invés da fundação em sapatas. Esse radier distribui as reações pela maior superfície

possível, o que reduz os esforços aplicados ao solo, em caso de fundação direta, ou os

esforços nas estacas (PLUMIER, 2007, p.104-105), conforme a Figura 6.14. Esse opção de

redução dos esforços mostra-se interessante pois:

a) Ela facilita o respeito da condição “tensão calculada ≤ tensão admissível”;

b) As sapatas independentes oferecem um risco maior de comportamento

heterogêneo e recalque diferencial, pois a capacidade portante do solo

geralmente varia;

c) Existem sempre incertezas quanto ao nível exato de solicitações aplicadas à

fundação devido a várias razões.

59

Figura 6.14 - radier geral reforçado pelos muros do subsolo reduz os esforços na fundação.


Essas razões são:

• A incerteza geral sobre o nível da ação sísmica em uma dada região;

• A incerteza sobre a resposta exata da estrutura: período, cisalhamento

correspondente à entrada da estrutura no domínio plástico, cisalhamento

correspondente a um dado nível de deformação;

6.11 Princípio 11 – Partição em subestruturas

Desde que os princípios de regularidade em planta e de simetria não possam ser

respeitados por qualquer razão que seja, deve-se pensar em fazer um partição do prédio em

vários blocos ou subestruturas, separadas para o comportamento estrutura, mas contínuas para

o uso.

A dificuldade dessa solução consiste na realização de juntas corretas entre as

subestruturas. Essas juntas devem ser suficientemente largas para evitar o martelamento entre

as subestruturas quando ocorrer um sismo, pois essas subestruturas não oscilam

necessariamente na mesma freqüência sendo necessário somar os deslocamentos máximos

possível para definir o espaçamento mínimo entre elas. Essa solução deve ser complementada

por passarelas flexíveis entre as diferentes unidades assim realizadas. Essa solução pode ser

realizada sem repartição dos pilares se os deslocamentos nas juntas forem pequenos, como em

zonas de baixa atividade sísmica ou em prédios pouco elevados (PLUMIER,2007, p.106-

107).

60

Figura 6.15 - Repartição dos prédios pelas juntas sísmicas ou repartição em subestruturas. Acima a vista em

planta, abaixo a vista em elevação.

Figura 6.16 - Detalhes de juntas entre prédios ou entre blocos constituindo um prédio

Na Figura 6.16 à esquerda nota-se juntas de dilatação problemáticas para grandes

deslocamentos sísmicos, em particular na parte alta dos prédios elevados, à direita, repartição

dos pilares, abertura ≥ ∑ deslocamentos.

6.12 Princípio 12 – Fixação dos elementos não estruturais

A primeira causa de morte no caso de um sismo de baixa intensidade é a queda

dos elementos não estruturais mal fixados ou pouco resistentes localizados em partes

elevadas: chaminés, elementos decorativos de fachada, vidros aplicados as fachadas, paredes

61

de vedação simplesmente apoiadas no piso e não fixadas na parte superior, bibliotecas,

equipamentos técnicos, etc.

62

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

7.1 Análise geral

Este trabalho expõe princípios de projeto de estruturas pré-moldadas de concreto

em regiões com risco sísmico com o intuito de fornecer uma ferramenta para que projetistas e

construtores passem a considerar o efeito da ação sísmica nas estruturas, muitas vezes

desconsiderado no território nacional. O tema apresenta grande relevância dado que pouco se

sabe sobre a interação dos sismos com as estruturas a nível nacional e regional.

O projeto foi elaborado aliando os conceitos bibliográficos às práticas locais

construtivas. Apesar da matriz bibliográfica deste trabalho se compor essencialmente de

literatura estrangeira, pode-se extrair conceitos aplicáveis nos mais diversos tipos de estrutura

localizadas em regiões distintas, abrangendo, assim, a aplicabilidade do projeto.

O objetivo principal deste trabalho foi atingido no capítulo 6, sendo os capítulos

que o precedem necessários ao melhor conhecimento do sismo, das estruturas pré-moldadas e

da interação entre o sismo e as estruturas, respondendo esses capítulos, então, pelos objetivos

específicos.

Este projeto consiste numa abordagem regional inicial da problemática dos efeitos

causados pelos sismos nas estruturas. Dado que esta é uma preocupação recente no território

nacional, o presente trabalho visa tornar-se uma ferramenta de consulta de engenheiros, de

empreiteiros e daqueles que apresentarem interesse relacionado ao tema discorrido.

7.2 Sugestões para trabalhos futuros

Por se tratar de uma problemática recente no âmbito nacional, existe ainda muito

espaço para aprimoramento e desenvolvimento de projetos referentes ao tema. Tendo em vista

que este projeto se constitui basicamente de revisão bibliográfica, sugere-se a realização de

ensaios laboratoriais, com acelerogramas, que permitam uma análise quantitativa dos efeitos

do carregamento sísmico nos mais diversos tipos de estruturas, como as de concreto moldado

no local e as de concreto pré-moldado, por exemplo.

63

Recomenda-se, também, a elaboração de um manual de cálculo e projeto para as

estruturas submetidas ao carregamento sísmico, sendo este manual composto por partes que

diferenciem a aplicabilidade dos materiais e das estruturas.

64

REFERÊNCIAS

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ANTONIO WILLIAM SILVA JÚNIOR PRINCÍPIOS BÁSICOS DO … · universidade federal do cearÁ centro de tecnologia departamento de engenharia estrutural e construÇÃo civil antonio