O isolamento de base consiste em adicionar flexibilidade em relação ao plano horizontal na base das construções, isso faz com que a intensidade do movimento do
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solo percebida pela edificação seja reduzida. Na Figura 2.4 é mostrado o funcionamento de uma estrutura com o uso do isolador de base.
Figura 2.4 - Funcionamento de um sistema de isolamento.
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Os sistemas de isolamento têm algumas características em comum que são flexibilidade e capacidade de absorção. O principal objetivo desse tipo de sistema é deslocar o período fundamental da estrutura para fora da frequência dominante do terremoto, aumentado assim a capacidade de absorção de energia (PATIL & REDDY, 2012).
Apesar de no início das pesquisas sobre isolamento de base alguns engenheiros estruturais mostrarem resistência à ideia de um edifício não estar firmemente ligado à sua fundação, muito tem sido pesquisado sobre esse tipo de proteção sísmica e há várias construções onde se utiliza essa tecnologia. O interesse pelo isolamento de base se dá por ser um sistema simples e eficiente na redução dos níveis de vibração transmitidos às edificações.
A primeira implantação da ideia de isolamento de base foi feita por Frank Lloyd Wright na estrutura do Imperial Hotel em Tóquio. Frank projetou a fundação sobre uma camada de solo que por sua vez era sustentada por uma camada de lama. A construção resistiu um terremoto que atingiu o Japão em 1923 (PATIL & REDDY, 2012).
Pesquisas sobre conceito de se utilizar o primeiro andar flexível foi proposto inicialmente em 1929 por Martel e foi estudado por Green em 1935 e Jacobson em 1938. A ideia dessa técnica é a partir do primeiro andar flexível reduzir a cargas dos terremotos para os andares posteriores. Estudos realizados por Chopra et al. mostraram que tal conceito é impraticável, o que foi comprovado por recentes terremotos na Índia e
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no Japão nos quais edifícios utilizando primeiro andar flexível sofreram grandes danos (PATIL & REDDY, 2012).
KELLY & HODDER (1982) realizaram ensaios experimentais em um sistema de isolamento (LRB) com inserção de diferentes materiais no furo central do sistema de isolamento, com a finalidade de melhorar as propriedades de amortecimento. Além da análise do nível de vibração da estrutura com o uso do isolamento, é feito um estudo econômico para o emprego da metodologia.
Em SU et al. (1989) é apresentado um estudo comparativo da eficácia de diversos sistemas de isolamento de base. Para tal é utilizado um modelo estrutural com acelerogramas dos terremotos do El Centro 1940 e Cidade do México 1985. Também é proposto um novo design de isolamento de base combinando as características desejáveis dos vários sistemas analisados.
NAGARAJAIAH et al. (1991) propôs uma análise dinâmica não-linear 3D de sistemas de isolamento. Os sistemas de isolamento de elastômeros e de correr tem comportamento altamente não-linear e os algoritmos existentes na época não conseguiam analisar com precisão estruturas com isolamento de base rolante. Foi proposto um modelo analítico e um algoritmo para solucionar tal problema. É feita uma comparação entre os resultados experimentais e os calculados.
PALAZZO & PETTI (1999) analisaram a combinação de dois sistemas:
isolamento de base combinado com amortecedor de massa sintonizado, conhecido como Tuned Massa Dampers (TMD). Para analisar o modelo desenvolvido foram analisadas as respostas numéricas do conjunto sujeito a algumas excitações sísmicas. Um estudo de otimização de um sistema híbrido de isolamento de base e TMD foi proposto por ARFIADI & HADI (2000)
RAO & JANGID (2001) realizaram um estudo experimental de estruturas com isolamento de base. Dois sistemas foram confeccionados: com bloco de neoprene reforçado, conhecido como Laminated Rubber Bearing (LRB), e com sistema de rolamento. É mostrada uma comparação entre a resposta dos modelos com e sem o sistema de isolamento. Também é comparada a resposta experimental com a analítica para verificar o comportamento matemático da força-deslocamento para o sistema de isolamento.
Em XIAO et al. (2004) foi feito um projeto de melhoramento do desempenho sísmico de edifícios baixos com a introdução de sistemas de custo reduzidos no momento da construção ou restauração. Utiliza-se de camadas de isolamento de atrito
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que tem como principal vantagem o controle do nível de força transmitida à estrutura através do atrito utilizado nas camadas de deslizamento. O projeto foi realizado com cinco materiais diferentes: areia, seixo, folha de polipropileno e PVC e membrana de polietileno. Foram realizados ensaios experimentais e modelagem numérica.
BARATTA & CORBI (2004) apresenta um estudo de otimização de isoladores de base. É realizada uma análise do sistema de isolamento agindo em conjunto com a superestrutura. Procurou também investigar a influência da mecânica do sub-solo no desempenho do isolamento de base. Buscou-se otimizar o isolamento de base para atender tanto as características da superestrutura como do sub-solo onde está se encontra.
ALHAN & GAVIN (2004) apresenta um estudo de sensibilidade da resposta estrutural com alterações no amortecimento passivo de sistemas de isolamento sísmico.
No geral busca-se utilizar elevados níveis de amortecimento para limitar a deformação dos isoladores, porém isso aumenta as forças na estrutura e aumentam as acelerações estruturais e deformações em modos mais elevados, podendo aumentar deslocamentos entre andares. No estudo desenvolvido por ALHAN & GAVIN são analisadas as desvantagens de um isolamento de base com amortecimento alto em um edifício de oito andares. O objetivo é identificar combinações adequadas de amortecimento que ajudem a reduzir os deslocamentos da base sem influenciar de forma significativa no aumento das acelerações entre os andares.
ISLAM et al. (2012) realizou um estudo da aplicabilidade de sistemas de isolamento em regiões de baixa atividade sísmica. Foram analisados sistemas de isolamento através de programas estruturais comerciais. Uma análise econômica do uso de isoladores de base foi apresentada.
Em HAN et al. (2013) é feito um estudo sobre a estabilidade dinâmica de rolamentos de elastômeros. Para tal foram realizados ensaios experimentais através de simuladores de terremotos. Foi analisada a força de cisalhamento imposta ao sistema e o deslocamento lateral. Análise de estabilidade de sistemas de isolamento já haviam sido realizadas também por NAGARAJAIAH & FERREL (1999) e BUCKLE et al. (2002).
Nos próximos capítulos serão apresentados a formulação matemática de um sistema de isolamento de base bem com os resultados experimentais e numéricos obtidos neste trabalho.
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