Ações sísmicas

O Eurocodigo 8 (EC8, 2010) adota, para a definição da ação sísmica a considerar na verificação da segurança das estruturas relativamente aos estados limites últimos, uma pro- babilidade de excedência de 10% no período da vida útil de 50 anos, a que corresponde um período de retorno de T = 145 anos.

Considerando que as barragens tem um período da vida útil de 100 anos e adop- tando a mesma probabilidade de excedência para as obras de pequena a média dimensão, ter-

se-á como período de retorno para ação sísmica correspondente ao SMP um valor de cerca de T = 1.000 anos, para obras de pequenas e medias dimensão.

As ações sísmicas a considerar são devidas a sismos moderados com elevada pro- babilidade de ocorrência (sismo base de projeto – SBP) e a sismos de carácter excepcional, associados a um grande período de retorno (sismo máximo de projeto- SMP).

De acordo com as normas portuguesas de projeto de barragem (NPB, 1993), na certificação de segurança para cenário correntes e para cenários de ruptura devem considerar- se, respectivamente, o SBP e o SMP.

Os períodos de retorno a adoptar para o cálculo das acelerações máximas de SBP e do SMP representam ainda um tema controverso da aplicação das NPB. Considerando a lei de probabilidades exponencial para o cálculo dos períodos de retorno.

A ICOLD define, a título exemplificativo, o SBP como aquele que possui 50% de probabilidade de não ser em 100 anos, a que corresponde um período de retorno T = 145 anos. O SMP pode ser considerado igual ao sismo máximo expectável SME. Este , por sua vez, po- derá ser definido por uma abordagem probabilista, pelo que haverá que definir uma probabili- dade de excedência para a ação sísmica durante o período da vida útil da obra.

Conforme ARAÚJO (1995 apud CBGB, ANO), um importante carregamento que deve ser considerado no projeto de barragens de concreto e de gravidade em geral é o decorrente de uma excitação sísmica. Mesmo em regiões de baixa intensidade sísmica, como é o caso do Brasil, esse carregamento sempre é considerado no projeto das grandes barragens.

Nos procedimentos de projetos tradicionais, e excitação sísmica é introduzida atra- vés de forças estáticas equivalentes. Essas forças são obtidas considerando-se a massa da bar- ragem acrescida da massa de água de uma parte do reservatório. Mas alerta que, entretanto, essa formulação pseudoestática não reproduz com rigor o comportamento dinâmico do conjunto barragem-reservatório-fundação.

Segundo Gutstein (2011), para a análise a estabilidade global de estruturas subme- tidas ao sismo, é usual o emprego de métodos simplificados como a análise pseudoestática. Nesse tipo de análise se estabelecem os esforços estáticos capazes de simular os efeitos causa- dos pelos movimentos sísmicos, que são os esforços hidrodinâmicos, os empuxos de terra com os efeitos do sismo quando houver e esforços inerciais, determinados a partir do peso próprio da estrutura. Adota-se uma aceleração sísmica característica multiplicadora da aceleração da gravidade (g), incorporando à estrutura ações características devido ao terremoto. Segundo Gu- tstein, a análise quanto ao sismo, na prática, é feita da mesma forma que a adotada para a análise

quanto ao sismo induzido pela ação do reservatório, considerando-se as acelerações definidas nos sismos de projeto.

Do ponto de vista da análise simplificada de barragens gravidade, devido à elevada rigidez dos perfis gravidade, o primeiro modo de vibração, com uma configuração geométrica correspondente a uma deformada de corte no período plano do perfil, tem uma frequência pró- pria relativamente alta e, consequentemente, um período muito baixa. Assim, a resposta sísmica pode ser calculada, com aproximação suficiente, numa análise pseudoestética, considerando o perfil com rigidez infinita e consequentemente, adoptar para aceleração estrutural a aceleração de projeto no maciço de fundação.

Conforme o Comité Français des Barrages et Réservoirs (CFBR, 2006), a acelera- ção deve ser afetado de um coeficiente de ponderação de 0,67; para que não sejam considerados os efeitos dos picos de aceleração que apenas provocam deslocamentos irreversíveis de valor desprezável. Por outro lado, o Eurocodigo 8 recomenda a consideração de um coeficiente de combinação de 0,3 para s ponderação de 0,20.

A quantificação das pressões hidrodinâmicas na interface estrutura-água pode ser feita considerando o modelo simplificado de westergaard (ver Figura 3.12), em que a solução analítica correspondente a este modelo considera as seguintes hipótese simplificativas:

i) barragem rígida;

ii) reservatório semi-infinito; iii) água incompressível;

iv) ondas de superfície desprezáveis; e

v) ocorrência de, apenas, vibrações horizontais da fundação na direção montante- jusante.

Nas Equações (3.21), (3.22) e (3.23), relativas ao esquema da Figura 3.12, a variá- vel I_ws representa a resultante (impulso) das pressões na interface estrutura-água, c_m é um coeficiente que depende da inclinação do parâmetro de montante (c_m = 0,749 para parâmetro vertical), z é a coordenada vertical medida desde a base, ρ é a massa especifica da água, H é a altura total da água acima da base e g é a aceleração horizontal da fundação (afetada de um fator de 0,67 numa análise pseudoestética, como referido).

Figura 3.12 – Quantificação das pressões hidrodinâmicas na interface estru- tura-água

Fonte: Adaptado de LEC/LNEC (2018).

7M(6) = 1_{2 }NO1 −6  + P1 − 6  Q C'R (3.21) 8 = 8 + 3S_{24 }NC'R (3.22) 6 =_{8 + 3S}7 (3.23)

Caso Limite (Extreme): analisam-se a combinação de uma cheia normal de projeto e demais ações correspondentes com os efeitos do sismo máximo possível (maximum credible

earthquake – MCE).

No manual de pequenas barragens do U. S. Bureau of Reclamation (1987) é feito um detalhamento maior para critérios de projeto quando a consideração de terremotos, onde três níveis de carregamentos devem ser considerados: sismo básico de operação (OBE - opera-

ting basis earthquake), sismo básico de projeto (DBE – design basis earthquake) e sismo má-

ximo possível (MCE – maximum credible earthquake).

Segundo Gutstein (2011), no sismo básico de operação a estrutura suporta o evento e permanece operando; no sismo básico de projeto a estrutura suporta o terremoto com danos

que sejam reparáveis, exceto para aquelas estruturas, sistemas e componentes que são impor- tantes para a segurança, que devem permanecer operáveis.

As estruturas que são vitais para garantir a retenção ou liberação do reservatório devem ser dimensionadas para o carregamento devido ao sismo máximo possível (MCE). Neste caso as estruturas devem funcionar sem permitir uma liberação repentina e descontrolada do reservatório ou prever um esvaziamento controlado do reservatório.

Gutstein (2011) afirma que para os terremotos indicados no U. S. Bureau of Recla-

mation (1987), o sismo básico de operação tem uma expectativa de ocorrer uma vez a cada 25

anos durante a operação da usina, o sismo básico de projeto uma vez em 200 anos e para o sismo máximo possível não há uma preocupação com a probabilidade de ocorrência e somente com relação à sua possibilidade de ocorrência devido às análises geológicas e sismológicas. Sugere no seu estudo que também sejam avaliados casos de carregamentos considerando drenos inoperantes e outras combinações que se julguem necessárias para cada caso particular.