Ação Sísmica sobre Edifícios - Faculdade de Engenharia ...paginas.fe.up.pt/~projfeup/bestof/11_12/files/CIV220_relatorio.pdf · Portugal, no contexto da tectónica de placas,

Ação Sísmica sobre Edifícios

«Por que razão alguns edifícios não caem?»

Equipa CIV 220:

Carlos Miguel Coelho Azevedo

João Manuel Coelho Rodrigues

José Ricardo Monteiro Maeiro

tos Carvalho Luís Maria Cudell San

Tiago da Silva Santos

Monitor:

edro Miguel Azevedo Paupério P

Supervisor:

Engenheiro Xavier das Neves Romão

Porto, outubro de 2011

Ação Sísmica sobre Edifícios «Por que razão alguns edifícios não caem?»

I

Resumo

O presente relatório pretende servir como instrumento de registo do trabalho

efetuado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP sobre os efeitos da ação sísmica

em edifícios, procurando ajudar a explicar por que razão alguns edifícios não caem quando

ela sãa o sujeitos.

Primeiramente, serão introduzidos alguns conceitos relativos à sismologia,

necessários para a exposição das matérias posteriores, seguindo‐se uma breve análise da

distribuição global de eventos sísmicos, com especial ênfase na relação entre esta e a

s tlocalização da placas ectónicas.

Serão depois estudadas soluções arquitetónicas e estruturais que visam a

salvaguarda de pessoas e bens na sequência de ações sísmicas, com particular atenção

para as últimas, onde se inserem sistemas de proteção ativa e passiva de comprovada

ficácia no cumprimento do objetivo enunciado. e

PalavrasChave

sismos

risco sísmico

placas tectónicas

o sísmica sistemas de proteçã

isolamento de base

dissipação de energia


II

Agradecimentos

A equipa CIV 220 pretende agradecer ao seu supervisor, Engenheiro Xavier

Romão, pela orientação eficaz dispensada a este projeto, traduzida no fomento da criação

de métodos de pesquisa autónomos e no esclarecimento de todas as dúvidas que a mesma

azia suf rgir.

Em segundo lugar, expressa também a sua gratidão para com o monitor Pedro

Paupério, a quem se deve um auxílio importante na calendarização de tarefas e no

esclarecimento de dúvidas científicas ou relativas ao funcionamento da unidade

curricular.

Por último, uma referência para todos os que ministraram formação em diversas

áreas durante a semana exclusiva, por terem possibilitado o desenvolvimento de

ompetências que se pretendem ver agora convenientemente aplicadas. c


III

Índice

Resumo............................................................................................................................................................. I

Palavras‐Chave ............................................................................................................................................. I

Agradecimentos............................................................................................................................................ II

1. Introdução .................................................................................................................................................1

2. Distribuição Global de Eventos Sísmicos ......................................................................................3

2.1. Relação entre Placas Tectónicas e Sismicidade .........................................................3

2.2. Sismicidade em Portugal .....................................................................................................5

3. Proteção Sísmica de Edifícios ............................................................................................................7

3.1. Soluções Arquitetónicas ......................................................................................................8

3.2. Soluções Estruturais .............................................................................................................11

3.2.1. Sistemas de Proteção Sísmica Ativa ...............................................................12

3.2.2. Sistemas de Proteção Sísmica Passiva ..........................................................12

3.2.2.1. Isolamento de Base...............................................................................13

3.2.2.2. Dissipação de Energia..........................................................................14

4. Conclusão ...................................................................................................................................................17

eferências Bibliográficas........................................................................................................................19 R


‐ 1 ‐

1. Introdução

Os sismos desde sempre constituíram uma das mais trágicas catástrofes naturais,

provocando todos os anos milhares de desalojados e inúmeros danos materiais. Estas

consequências sociais, bem como os prejuízos que provocam, levam a que sejam notícia de

e edestaque em qualqu r m io de comunicação.

Apesar de ser impossível impedir esta catástrofe natural, investigadores,

engenheiros e arquitetos têm desenvolvido novas técnicas para atenuar os seus danos. De

facto, em grande parte das vezes as destruições são noticiadas e perpetuam‐se na história,

as o trm abalho por detrás de todos os edifícios que permanecem é desmerecido.

Conforme sabido, os sismos são fenómenos naturais resultantes, na maior parte

dos casos, de uma rutura mais ou menos violenta no interior da crosta terrestre,

correspondendo à libertação de uma grande quantidade de energia e à propagação de

vibrações que se transmitem a uma vasta área. A zona no interior da Terra na qual se dá a

libertação de energia designa‐se por foco ou hipocentro; já o ponto à superfície situado na

vertical do foco é o epicentro, que corresponde à zona onde o sismo é sentido com maior

intensidade.

A duração de um sismo pode variar desde poucos segundos até dezenas,

raramente ultrapassando um minuto. Após o sismo principal, seguem‐se geralmente

reajustamentos do material rochoso que dão origem a sismos mais fracos, denominados

réplicas.

Embora muitos cientistas estejam a fazer a investigação no sentido de desenvolver

métodos de previsão de sismos, tal ainda não pode ser feito. No entanto, é possível tentar

minimizar os seus efeitos, identificando zonas de maior risco, construindo estruturas

resistentes, elaborando planos de emergência e promovendo a educação da população,

nomeadamente no que diz respeito às medidas de segurança a ter em atenção antes,

durante e depois de um sismo.

A escala de Richter é uma escala de magnitude, relacionando‐se com a energia

libertada durante o sismo. Foi desenvolvida pelos sismólogos Charles Francis Richter e

Beno Gutenberg. O aumento de uma unidade nesta escala corresponde a um aumento de

dez vezes na amplitude da onda sísmica e de cerca de 32 vezes na energia libertada

durante o sismo.


‐ 2 ‐

Já a escala de Mercalli é usada para definir a intensidade do sismo, sendo que esta é

uma medida qualitativa que descreve os efeitos produzidos pelo mesmo em locais da

superfície terrestre. A classificação da intensidade é feita através da observação dos danos

de inquéritos à população afetada (Tabela 1). e

I não s ntos entido pelo ser humano; vibrações registadas apenas por instrume

II sentido por pessoas em repouso nos andares elevados de edifícios

III sentido por algumas pessoas dentro de casa; objetos pendentes baloiçam

IV senti tam do por quase todas as pessoas dentro de casa; vidros e louças tilin

V sentido fora de casa; as pessoas acordam; caem pequenos objetos

VI os m as óveis deslocam‐se; caem estuques; alvenarias de má qualidade abrem fend

VII é difícil permanecer de pé; há fendas nos edifícios; os sinos tocam; tijolos e

mosaicos caem

VIII afeta a condução de veículos; há colapsos parciais de edifícios de má qualidade e

fendas no solo

IX danos consideráveis em todo o património edificado

X destruição da maioria dos edifícios; grandes deslizamentos de terras

XI ferrovias gran subterrâneas demente deformadas; grandes danos nas condutas

XII destruição total; significativa alteração topográfica

Tabela 1 – escala de Mercalli.


2. Distribuição Global de Eventos Sísmicos

Devido ao facto do planeta Terra não apresentar uma estrutura homogénea, nem

todos os locais à superfície estão igualmente expostos à ocorrência de catástrofes naturais

como os sismos. Por este motivo, é possível elaborar mapas onde se apresentam as zonas

terrestres onde será mais provável a ocorrência de sismos e, portanto, mais expostas a

esse risco. Dada a sofisticação e evolução das técnicas utilizadas, atualmente é possível

efinir as áreas de maior perigo sísmico com reduzida margem de erro (Figura 1). d

‐ 3 ‐

igura 1 – distribuição global das áreas de maior risco sísmico (1999). F

Podem‐se então definir duas grandes zonas sísmicas no globo terrestre:

cintura mediterrânico‐asiática (estende‐se desde a Península Itálica e Balcãs até à Ásia

central, Himalaias, Tibete e China ocidental);

cintura circumpacífica (onde ocorrem os sismos mais violentos e com consequências

mais devastadoras; esta zona, conhecido como anel de fogo do Pacífico, inclui por

exemplo, a Nova Zelândia, as Filipinas, o Japão e países da América central e do sul).

2 lação entre Placas Tectónicas e Sismicidade

Conforme conhecido, a superfície do planeta Terra encontra‐se dividida por uma

série de placas rígidas em situação de contínuo deslocamento – as placas tectónicas.

.1. Re


Tratam‐se de várias placas, com diferentes formas e tamanhos, englobando cada uma

elas, n id a sua maioria, uma parte cont nental e outra oceânica.

Os limites entre as placas coincidem com os locais mais prováveis para a

corrência de sismos (Figuras 2 e 3). o

‐ 4

gigante que originará um tsunami.

É devido a estes acontecimentos que surge a grande maioria dos sismos registados,

sendo tais factos os geradores da estreita relação entre placas tectónicas e sismicidade.

‐

igura 2 – distribuição geográfica das placas tectónicas. F

igura 3 – localização dos epicentros de sismos ocorridos entre 1963 e 1998. F

Dado que as placas tectónicas se encontram em constante movimento, por vezes

colidem, afastam‐se ou deslizam uma sobre a outra, gerando‐se entre elas forças e tensões

que irão alterar os materiais rochosos até estes atingirem o seu limite de elasticidade, após

o qual a matéria entra em rutura. Libertam‐se, assim, enormes quantidades de energia que

e props agarão através de ondas sísmicas pela superfície e interior da Terra.

Quando o foco da libertação de energia se situa sob o oceano, é gerada uma onda


2 smic dade em Portugal

Após a análise da sismicidade em diferentes períodos de tempo, também foi

.2. Si i

possível elaborar um mapa representativo das áreas de maior perigo sísmico em Portugal.

Os atuais níveis de conhecimento acerca da ação sísmica que afeta o país permitem

concluir que a exposição do território nacional ao risco de eventos sísmicos é moderada,

comparativamente com os níveis do resto do mundo, embora não esteja igualmente

distribuída.

Portugal, no contexto da tectónica de placas, situa‐se na placa Euro‐Asiática,

limitada a sul pela falha Açores‐Gibraltar (que define a fronteira com a placa Africana) e a

oeste pela falha dorsal do oceano Atlântico. Por estes motivos, é no sul e a oeste que o

erritório está mais exposto ao risco de ocorrência de atividade sísmica (Figuras 4 e 5) t

‐ 5 ‐

igura 4 – carta de isossistas máximas observadas até à atualidade. F

Figura 5 – localização dos epicentros de sismos ocorridos entre 33 a.C. e 1991.

http://www.spes-sismica.org/Fig/Figura1.gif


Assim, em virtude do seu enquadramento, o território de Portugal continental tem

experimentado, ao longo do tempo, as consequências de alguns eventos sísmicos de

magnitude moderada a forte, que resultaram muitas vezes em danos consideráveis em

várias cidades e vilas do país, como o comprovam diversos relatos históricos. O sismo de 1

de Novembro de 1755 terá sido um dos mais destruidores, com uma magnitude estimada

de 8,75 na escala de Richter, tendo resultado de um movimento interplacas e destruído

rande parte da capital (Figura 6). g

‐ 6 ‐

Figura 6 – gravura da época alusiva à destruição da cidade de Lisboa na sequência do

ismo de 1 de Novembro de 1755. s


3. Proteção Sísmica de Edifícios

As características arquitetónicas e estruturais do parque edificado constituem um

fator de extrema influência nos efeitos da ação sísmica sobre as populações. Em termos

diretos, o não colapso das estruturas poderá evitar a perda de vidas humanas; por outro

lado, a extensão dos danos infligidos pelo sismo tem um impacto relevante sobre o esforço

económico necessário no momento da reconstrução. A isto acresce que a perda de

funcionalidade de instalações necessárias para assistência às populações, como os

hospitais e os centros de decisão, dificultará a resposta das entidades competentes e a

xecuçã .e o dos planos de emergência

A correspondência entre a qualidade das construções e as consequências acima

relevadas é facilmente comprovada pela comparação entre eventos sísmicos ocorridos em

tempos próximos, mas afastados em termos de avanços nas soluções arquitetónicas e

estruturais previamente adotadas. A título de exemplo, aponte‐se o terramoto ocorrido no

Japão, a 17 de Janeiro de 1995 (com epicentro a 20 km da cidade de Kobe e magnitude de

momento de 6,8), que causou 6434 vítimas mortais, e confronte‐se este número com as

cerca de 316 000 pessoas que o governo haitiano estimou terem perdido a vida, na

sequência do sismo com magnitude de 7,0 que a 12 de Janeiro de 2010 assolou o país

(Figuras 7 e 8). De facto, principalmente desde o violento terramoto de 1923 que no Japão

têm sido desenvolvidas e aplicadas técnicas de proteção sísmica, enquanto que no Haiti as

construções eram de carácter precário e encontravam‐se em processos de reconstrução

unca finalizados, dada a frequência de vários tipos de tempestades tropicais. n

‐ 7 ‐

Figura 7 – colapso do quinto piso de um edifício na zona comercial de Kobe (note‐se a

manutenção dos vidros nos restantes pisos e no prédio situado por trás).


‐ 8 ‐

igura 8 – colapso de edifícios em Port‐au‐Prince, capital do Haiti. F

A engenharia sísmica, por meio do desenvolvimento de novas tecnologias de

construção e pela criação de diferentes metodologias de análise, tem procurado dar

resposta ao duplo objetivo já evidenciado de salvaguarda de vidas e minoração de danos.

Obviamente, a garantia de que uma estrutura será totalmente segura quando sujeita a um

evento sísmico não poderá nunca ser dada, dadas as incertezas na definição da ação

sísmica e no modelo de análise (Guerreiro 2008). Nesse sentido, a regulamentação apenas

pode estipular um nível mínimo de desempenho estrutural para uma ordem de grandeza

do evento previamente definida.

Neste capítulo serão apontadas algumas soluções arquitetónicas e estruturais que

têm vindo a ser adotadas com o propósito de garantir respostas adequadas a estes

objetivos. Naturalmente, dada a área de estudos em que o trabalho se insere, às primeiras

erá feita uma abordagem menos demorada. s

3 luções Arquitetónicas

A concretização de muitas das recomendações relativas à proteção sísmica de

edifícios dependerá do projeto de arquitetura. Nesse sentido, a melhor garantia de uma

boa resposta na sequência de um evento sísmico é dada por uma eficiente articulação

entre as necessidades estéticas ou funcionais e a conceção estrutural do edifício, traduzida

um tra n i

.1. So

n balho realizado em conju to e desde o nício pelo arquiteto e pelo engenheiro.

Considere‐se, a título de exemplo, um projeto de arquitetura de um edifício com

vários pisos, diferentes uns dos outros. Se as paredes que limitam os compartimentos de


‐ 9 ‐

cada piso não se encontrarem no mesmo alinhamento vertical, poderá ser difícil definir

pilares ou paredes que possam ser prolongados até às fundações e sejam compatíveis com

a arquitetura (por exemplo, que não atravessem quartos ou casas de banho). Neste caso,

dada a relevância deste prolongamento no comportamento sísmico do edifício e a

impossibilidade de compensar a sua ausência com medidas posteriores de igual eficácia, o

projeto de arquitetura deveria ser alterado em favor do de engenharia, de modo a garantir

a implantação dos elementos verticais de suporte com continuidade total até às fundações

Lopes ( 2008).

Obviamente, esta prioridade da conceção e segurança estrutural em detrimento da

arquitetura, quando estas são incompatíveis entre si, não constitui uma regra a ser

aplicada em todos os casos. Há situações qualitativamente diferentes: é sabido, por

exemplo, que as paredes mais resistentes de um edifício deverão estar situadas na

periferia dos mesmos. No entanto, estes locais têm de ser destinados a varandas e janelas,

sem as quais o edifício perderia funcionalidade. Neste caso, alterar o projeto de

engenharia com vista a colocar as paredes na zona central da planta dos pisos (se bem que

mantendo uma certa simetria para resistir melhor à torção) garante uma solução que,

embora não seja a ideal, é compatível com a resposta e segurança pretendidas e vai de

encontro ao desejado pelo arquiteto.

No caso de edifícios concebidos para cumprir diferentes funções ao longo do

tempo, como sucede nas instalações de escritórios (sujeitas a frequentes alterações da

compartimentação interior, devido a mudanças da entidade responsável pelo espaço ou da

estrutura organizacional dessa entidade), verifica‐se ser necessária a alteração das

paredes interiores (Lopes 2008). Para que tal seja feito sem comprometer a resposta do

edifício quando sujeito a um evento sísmico, a remoção das paredes divisórias não poderá,

naturalmente, interferir com a estrutura principal. Nesse sentido, essas paredes deverão

ser de materiais leves, de menor resistência do que a restante estrutura, e as lajes terão de

ser projetadas para suportar o seu peso qualquer que seja a sua localização. Na prática,

«Isto pode ser conseguido facilmente admitindo no cálculo que o peso destas paredes é

equivalente a uma carga distribuída na superfície total das lajes e não apenas na localização

prevista para as paredes na utilização inicial.» (Lopes 2008).

Algo de muito similar ocorre na requalificação de edifícios antigos, que em regra

apresentam compartimentos de dimensões mais reduzidas: é necessário conhecer as

funções estruturais dos vários elementos e distinguir as paredes‐mestras de tabiques sem

funções resistentes, sendo que apenas alguns destes poderão ser removidos.


Fica, deste modo, evidente que só a perceção da importância relativa entre as

necessidades estéticas ou funcionais do projeto de arquitetura e a conceção estrutural do

edifício permite o estabelecimento claro de prioridades para cada caso, pelo que será

r o qsempre necessária a refe ida articulação entre ar uiteto e o engenheiro.

Infelizmente, só mais recentemente tal tem vindo a suceder. A arquitetura

moderna iniciada por Le Corbusier, por exemplo, levanta inúmeros desafios aos

engenheiros responsáveis por garantir uma resposta adequada das estruturas a um

evento sísmico. Note‐se o esboço do arquiteto franco‐suíço (Figura 9) e vejam‐se os pilares

que suportam dois pisos acima do chão, a ausência de quaisquer vigas e as escadas em

etão armado que induzem movimentos de torção (Charleson 2008). b

‐ 10 ‐

igura 9 – esboço de Le Corbusier para a casa DomIno, de 1914. F

De facto, os cinco princípios da nova arquitetura preconizada por Le Corbusier

(Figura 10) – planta livre (sem paredes a exercer funções estruturais), fachada livre,

janelas em banda, terraço superior sob a forma de jardim e pilotis (pilares que elevam a

base do edifício, permitindo circular debaixo dele) – inspiraram a construção de vários

edifícios em zonas de sismicidade cientificamente documentada, mas sem as precauções

estruturais que esta última e a natureza do desenho arquitetónico adotado requeriam. Os

resultados desta circunstância ficaram, por exemplo, patentes no colapso de estruturas em

betão armado, construídas segundo os cânones da arquitetura moderna, na sequência da

ação sísmica que afetou a cidade argelina de El Asnam a 10 de Outubro de 1980 (Figura

1). 1


‐ 11 ‐

Figura 10 – Villa Savoye, obra de Le Corbusier concluída em 1931 e representativa dos

inco princípios da nova arquitetura por ele preconizada. c

Figura 11 – ruínas de uma moderna escola em El Asnam, uma das 85 destruídas na pelo

ismo (note‐se o colapso dos pilotis). s

3 luções Estruturais

Tradicionalmente, a abordagem estrutural à proteção sísmica de estruturas tem

por base a exploração do seu comportamento dúctil, sendo que esta característica

funciona como uma medida do seu deslocamento horizontal máximo realizado em

segurança, isto é, até ao início da rutura. Neste sentido, a ductilidade permite concluir até

que ponto a energia do evento sísmico é absorvida pela estrutura, evitando movimentos

e resso c nd a i o a a n

.2. So

d nân ia e permiti o, por esta via, um dim nuiçã gradual d s forç s de i ércia.

No entanto, o dimensionamento de uma estrutura com base no seu

comportamento dúctil não é, por vezes, possível, dados os materiais com os quais ela é


‐ 12 ‐

construída (que podem não verificar esta propriedade) ou porque, simplesmente, mesmo

havendo capacidade dúctil a conceção da estrutura não a permite explorar.

Nesta circunstância, revela‐se necessário o recurso a sistemas de proteção sísmica

– «...conjunto de dispositivos que, quando incluídos na estrutura, melhoram o seu

comportamento sísmico sem o recurso à capacidade de deformação da estrutura.»

(Guerreiro 2008). Consoante a necessidade de fornecimento de energia, é usual distinguir

os sistemas de proteção passiva dos de proteção ativa, sendo que a estes últimos se fará

penas uma breve abordagem. a

3 istemas de Proteção Sísmica Ativa

Os sistemas de proteção sísmica ativa, mais recentes do que os passivos, procuram

contrariar os efeitos dos sismos nas estruturas através da aplicação externa de forças que

os anulem. Para que tal suceda, é realizada uma previsão da reação da estrutura ao

movimento exterior provocado pelo evento sísmico. Em seguida, e de acordo com a

previsão, garante‐se a aplicação de um conjunto de forças que efetue o já enunciado,

través t c .

.2.1. S

a de vários sis emas hidráuli os

A principal desvantagem do método, ideal em teoria, reside no facto desses

sistemas hidráulicos terem de transmitir forças muito elevadas e a frequências também

altas, o que se traduz em elevados custos monetários, devido à energia que tem de ser

ornecida para o processo e às exigências tecnológicas apontadas. f

3 istemas de Proteção Sísmica Passiva

Ao contrário dos anteriores, os sistemas de proteção sísmica passiva dispensam o

fornecimento de energia. Os custos mais reduzidos decorrentes da aplicação destes e a sua

maior simplicidade, associada a uma eficácia perante eventos sísmicos que não deixa de

.2.2. S

ser comprovada, têm como consequência que o seu uso seja mais frequente e acessível.

Em seguida, será feita referência aos dois mais comuns sistemas integrantes desta

ategoria: os baseados no isolamento da base e os de dissipação da energia. c


‐ 13 ‐

3 Isolamento de Base

A ideia subjacente aos sistemas de isolamento de base é, em teoria, algo utópica:

pretende‐se separar as estruturas do chão, de forma a evitar que estas tenham de resistir

às forças de inércia que se geram devido aos movimentos do solo. Na prática, obviamente,

apenas se eliminam as ligações entre a estrutura e o exterior no plano horizontal,

mantendo‐as em pleno segundo a direção vertical. A superfície de descontinuidade assim

criada isola a estrutura dos movimentos do solo (que se efetuam, principalmente, no plano

horizontal). O efeito gerado é similar ao de assentar a estrutura sobre um conjunto de

esferas, permitindo deslocamentos horizontais e mantendo a necessária capacidade de

.2.2.1.

suporte.

Em edifícios, este isolamento é feito, regra geral, em relação às fundações. De notar,

contudo, que a diminuição da rigidez da ligação horizontal tem como consequência o

aumento dos movimentos efetuados em relação ao solo segundo essa direção. Nesse

sentido, revela‐se necessário garantir que haja um espaçamento adequado entre edifícios

adjacentes, de modo a permitir deslocamentos sem restrições (esta implicação leva a que

não seja possível recorrer a esta via em edifícios em banda; no entanto, existem já

sistemas de isolamento de base que possibilitam a dissipação de alguma energia,

minimizando estes movimentos). Obviamente, se é previsto o deslocamento da base na

eventualidade de uma ação sísmica, todas as habituais ligações entre a estrutura e o

exterior (como a água, gás, eletricidade ou esgotos) terão de ser efetuadas por canais com

lexibilif dade para os movimentos previstos.

A grande vantagem do isolamento de base reside no facto de nos pisos superiores

os deslocamentos relativos entre eles serem praticamente nulos, embora, conforme

referido, os movimentos ao nível do solo sejam maiores do que os que se verificariam sem

este sistema. Assim, a estrutura permanece quase indeformável. Tal é particularmente útil

m inste alações onde se encontram sistemas de precisão sensíveis a acelerações.

Estão já disponíveis diversos tipos de dispositivos que possibilitam o cumprimento

do já enunciado objetivo de isolar a base da estrutura: entre eles, destacam‐se, pela

frequência do seu uso, os blocos de borracha de elevado amortecimento (conhecidos pela

sigla H.D.R.B., do inglês high damping rubber bearing), os apoios pendulares com atrito e

os blocos de borracha com núcleo de chumbo (L.R.B., de lead rubber bearing). De acordo

com particularidades específicas de cada um deles, podem ser aplicados vários de um só

tipo ou de diferentes tipos. No entanto, regra geral, são comuns a todos as seguintes

características (Guerreiro 2008):


baixa rigidez horizontal (que permite, tal como já explicado, a realização de

movimentos em relação ao solo no plano horizontal, separando a estrutura do exterior

segundo essa direção);

capacidade de suporte para cargas verticais (necessária para transmitir as cargas às

fundações);

dcapacidade e regressar à posição original;

capacidade de dissipação de energia (especialmente útil no controlo dos

deslocamentos máximos, minimizando os movimentos que daí decorreriam; é esta a

funç h s sistemasão do núcleo cilíndrico de c umbo nos blocos do L.R.B.).

Foi estimado que no final de 2002 existissem cerca de 3000 aplicações destes

sistemas no mundo (Guerreiro 2008). Em Portugal, contudo, apenas em 2006 foi concluído

o primeiro edifício com isolamento de base (instalações do Hospital da Luz construídas em

isboa, freguesia de Benfica), tendo‐se recorrido a 315 dispositivos H.D.R.B. (Figura 12). L

‐ 1

da deformação da estrutura, ou dissipada em processos controlados (Guerreiro 2008).

Os sistemas de dissipação de energia são dispositivos que permitem cumprir este

objetivo de forma eficiente e fiável, sem se deteriorarem ou dar origem a danos

estruturais, reduzindo os efeitos do evento sísmico sobre o edifício. Têm, ainda, como

vantagem o facto de poderem ser facilmente aplicados na estrutura e de serem bastante

4 ‐

igura 12 – dispositivos H.D.R.B. no Hospital da Luz. F

3 Dissipação de Energia

A ocorrência de um evento sísmico leva a que seja transferida à estrutura uma

grande quantidade de energia. Nestas circunstâncias, essa energia ou é absorvida, através

.2.2.2.


versáteis, dando ao autor do projeto estrutural um conjunto variado de opções na

definição das suas características.

Dentro desta categoria de dispositivos inserem‐se os dissipadores histeréticos,

cujo funcionamento se baseia na deformação plástica de metais e ligas metálicas, como o

aço. Nestes materiais, os pares de valores correspondentes à força aplicada em função do

deslocamento não se repetem do mesmo modo, quando variam num sentido ou no

inverso, originando um gráfico característico cuja área permite avaliar a energia dissipada.

São, igualmente, de uso bastante comum os sistemas viscosos, assaz semelhantes

aos amortecedores dos automóveis. Neste caso, o evento sísmico empurrará um pistão

para dentro de um cilindro preenchido com um fluído bastante viscoso, obrigando à sua

passagem por orifícios pequenos para uma outra câmara, até que as forças de compressão

se igualem em ambas. O efeito de ressalto é impedido por uma válvula de controlo que

permite libertar o fluido para uma terceira câmara, onde este fica acumulado.

No caso dos edifícios, de forma a aumentar a deformação dos sistemas

apresentados, maximizando por essa via a energia dissipada, estes deverão ser colocados

segundo diagonais.

Também os dispositivos conhecidos por T.M.D. (do inglês tuned mass damper, isto

é, amortecedor de massa sintonizada) podem ser usados para controlar vibrações

ocasionadas por sismos (figura 13). São formados por um oscilador com uma frequência

própria calculada de forma a coincidir com a da vibração da estrutura. Assim, a

deformação estrutural será menor, devido à transferência de energia para o dispositivo,

ue verá então a sua deformação aumentada. q

‐ 15 ‐

Figura 13 – dispositivo T.M.D. situado no topo do arranha‐céus Taipei 101, em Taiwan (a

esfera tem 5,5 m de diâmetro e massa de 660 000 kg).

Ação Sísmica sobre Edifícios «Por que razão edifícios não caem?» alguns

‐ 16 ‐

Os dispositivos T.L.D. (de tuned liquid damper) têm um funcionamento muito

similar aos anteriores; a principal diferença reside no facto do oscilador ser o movimento

e uma quantidade de líquido contida num depósito. d


‐ 17 ‐

4. Conclusão

Os sismos são responsáveis, várias vezes por ano, pela perda de vidas humanas; ao

mesmo tempo, a extensão dos danos que infligem tem um impacto relevante sobre o

esforço económico necessário nos momentos de reconstrução. Neste contexto, conforme

explicado, as características do parque edificado constituem um fator de extrema

influência nos seus efeitos sobre as populações.

Com o propósito de garantir respostas adequadas a este duplo objetivo de

salvaguarda de vidas e minoração de danos, têm vindo a ser adotadas soluções

arquitetónicas e estruturais diversas.

No domínio das primeiras, em virtude da dependência entre o projeto de

arquitetura e a concretização de muitas das recomendações relativas à proteção sísmica

de edifícios, é sobretudo essencial que exista uma eficiente articulação entre as

necessidades estéticas ou funcionais e a conceção estrutural, traduzida num trabalho

realizado em conjunto e desde o início pelo arquiteto e pelo engenheiro. Só desta forma se

criará, de modo claro e evidente, uma perceção da importância relativa entre as duas,

havendo casos em que a conceção e segurança estrutural terá prioridade em detrimento

á n pda arquitetura e outros em que sucederá o contr rio, sempre em be efício das po ulações.

No domínio das soluções estruturais, foram abordados sistemas de proteção

sísmica ativa e passiva, divididos em função da necessidade de fornecimento de energia.

Da aplicação dos últimos decorrem custos mais reduzidos, o que, associado à sua

comprovada eficácia, tem como consequência que o seu uso seja mais frequente e

acessível.

Os dispositivos de isolamento de base, de proteção passiva, permitem eliminar as

ligações entre a estrutura e o exterior no plano horizontal, mantendo‐as em pleno segundo

a direção vertical e criando uma superfície de descontinuidade que a isola dos

movimentos do solo. A sua aplicação obriga a que haja um espaçamento adequado entre

edifícios e a que todas as habituais ligações com o exterior sejam efetuadas por canais com

exibilifl dade.

Já os dispositivos de dissipação de energia, que se inserem na mesma categoria,

permitem a realização da tarefa que lhes dá nome de forma eficiente e fiável, sem se

deteriorarem ou dar origem a danos estruturais, reduzindo os efeitos do evento sísmico

Ação Sísmica sobre Edifícios «Por ue razão alguns edifícios não caem?» q

‐ 18 ‐

sobre o edifício. Os dissipadores histeréticos e os sistemas viscosos, de uso bastante

frequente, deverão ser colocados segundo diagonais, de forma a aumentar a sua

eformd ação, maximizando por essa via a energia dissipada.

É uma aplicação eficaz destas diferentes soluções e dispositivos, decorrente de

uma seleção feita em função das necessidades da estrutura e do contexto sísmico em que

esta se insere, que garante uma boa resposta ao duplo objetivo já enunciado de

salvaguarda de vidas e minoração de danos, ajudando a explicar por que razão alguns

edifícios não caem.

Portugal, apesar de ter um território moderadamente exposto ao risco de eventos

sísmicos, apenas em 2006 viu concluído o primeiro edifício com isolamento de base, se

bem que outros sistemas de proteção sejam instalados em pontes. Por esse motivo, é

necessária uma avaliação concreta das características do parque edificado e o

cumprimento rigoroso da legislação estabelecida, de forma a minimizar hoje, para pessoas

bens, as consequências de um possível sismo de amanhã. e


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Referências Bibliográficas

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Ação Sísmica sobre Edifícios - Faculdade de Engenharia ...paginas.fe.up.pt/~projfeup/bestof/11_12/files/CIV220_relatorio.pdf · Portugal, no contexto da tectónica de placas,