Sistemas de Dissipação de Energia

Figura 2.4 – Exemplos de Sistemas de Isolamento: HDRB, LRB e FPS (Guerreiro, 2003).

Este método de protecção sísmica, que emprega as vantagens do isolamento de base e da dissipação de energia, é uma técnica de protecção sísmica eficaz mas com elevadas reservas de segurança na eficiência estrutural (Loureiro, 2008).

No entanto, o principal inconveniente da consideração de sistemas de isolamento sísmico é o aumento significativo dos deslocamentos, pois pressupõe custos acrescidos inerentes à consideração de juntas estruturais de grande dimensão. Esta tecnologia é pouco eficiente para a protecção sísmica de edifícios altos onde as frequências da estrutura são baixas e o grau de deslocamentos é mais significativo.

2.2.2 Sistemas de Dissipação de Energia

Uma outra forma de reduzir os efeitos devastadores da acção sísmica sobre as estruturas centra-se no aumento da sua capacidade de dissipar a energia transmitida pelo sismo.

A acção sísmica é responsável pela transferência para a estrutura de uma grande quantidade de energia. Essa energia ou é absorvida através da deformação da estrutura ou é dissipada, em processos mais ou menos controlados.

A utilização de sistemas de dissipação de energia no dimensionamento sísmico corresponde a uma alternativa simples e económica face à concepção tradicional, segundo a qual o comportamento sísmico depende do desempenho de um conjunto de “rótulas plásticas” com comportamento não-linear (Guerreiro, 2006). Assim, quanto maior for a energia introduzida no sistema maiores terão que ser as deformações inelásticas para garantir a sua dissipação. A ideia de conceber dispositivos de dissipação resulta da necessidade de criar mecanismos que permitam consumir a energia do sismo controlando simultaneamente o nível de danos resultantes (Guerreiro, 2008).

Os sistemas de dissipação de energia são dispositivos especialmente concebidos e testados para dissipar grandes níveis de energia sem se deteriorarem. O facto de, através destes dispositivos, se conseguir dissipar a energia de uma forma eficaz, fiável e sem danos estruturais,

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torna esta tecnologia uma alternativa muito credível na protecção sísmica de novas estruturas assim como a nível de reforço sísmico de estruturas já existentes.

Para optimizar o desempenho dos sistemas de dissipação, estes devem ser colocados na estrutura de forma a maximizar a deformação dos dissipadores. Assim, em pontes são normalmente colocados entre o tabuleiro e os encontros, e em edifícios são montados em diagonais como está esquematizado na Figura 2.5.

Figura 2.5 – Possibilidades de instalação de dissipadores em edifícios (Guerreiro, 2011).

Actualmente existem vários tipos de sistemas de dissipação de energia que podem ser utilizados na protecção sísmica de estruturas:

- Os dissipadores metálicos histeréticos dissipam energia e controlam o nível de força horizontal durante um sismo, tirando partido da capacidade de deformação plástica de elementos metálicos, normalmente de aço, Figura 2.6. Nestes sistemas a força depende essencialmente dos deslocamentos impostos ao dissipador e os parâmetros de controlo são a rigidez inicial, rigidez após cedência e o nível de cedência (Guerreiro, 2006).

Figura 2.6 – Dissipador histérico (Alga a) e um exemplo da sua aplicação na Universidade de Ancona, Itália (FIP Industriale).

- Os dissipadores visco-elásticos são constituídos por materiais poliméricos que dissipam energia através de deformações por corte, Figura 2.7. Normalmente, estes dissipadores são utilizados como complemento e em associação com outros dispositivos de prevenção sísmica.

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Figura 2.7 – Esquema de um dispositivo visco elástico [adaptado de (Guerreiro, 2011)] e a sua aplicação no reforço de edifícios (FIP Industriale).

- Os dissipadores electro-indutivos utilizam a velocidade do movimento sísmico para gerar electricidade, transformando a energia cinética em calor, e assim dissipar energia. Estes aparelhos, Figura 2.8, têm duas partes importantes na sua constituição, sendo uma delas constituída por vários ímanes, que criam um campo magnético, e a outra por um circuito eléctrico que se encontra em movimento relativo em relação ao campo magnético (Cardozo, 2010).

Figura 2.8 – Dissipador electro indutivo (Alga a).

- Os dissipadores por atrito dissipam energia através das forças de atrito geradas entre a fricção de dois materiais. Os dissipadores de atrito têm a sua capacidade de dissipação de energia associada ao coeficiente de atrito entre os materiais deslizantes, que ao deslizarem dissipam energia cinética por calor, Figura 2.9 (Cardozo, 2010).

Figura 2.9 – Dissipador por atrito no Edifício da biblioteca da Universidade de Concordia, Canadá (PALLDYNAMIC).

- Os dissipadores viscosos garantem a dissipação de energia ao forçar a passagem de um fluido especialmente viscoso através de orifícios muito pequenos utilizando para isso um sistema cilindro-pistão. Nestes dissipadores a força do elemento depende da velocidade relativa entre as suas duas extremidades. A forma da relação força-velocidade que cada tipo de dissipador apresenta depende essencialmente das características do fluido utilizado e das dimensões do

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dissipador. Os dissipadores viscosos são semelhantes aos sistemas de amortecimento de vibrações utilizados nos automóveis e nas motos, vulgarmente designados por amortecedores. Como consequência da dissipação da energia sísmica, a utilização dos dissipadores viscosos na protecção sísmica, permite simultaneamente a redução dos esforços e das deformações de uma estrutura, resultando numa redução de danos em elementos estruturais e não estruturais (Taylor, et al.).

Figura 2.10 – Dissipador Viscoso (Alga a).

Figura 2.11 – Dois exemplos da aplicação dos dissipadores viscosos (Hussain, et al.) (Ekwueme, et al., 2010).

Entre os vários sistemas de dissipação de energia referidos, os mais comuns são os dissipadores histéricos e os dissipadores do tipo viscoso,no entanto, irá dar-se particular relevo a este último no próximo capítulo, uma vez que é sobre este que incidirá o estudo. Estes sistemas apresentam uma grande versatilidade que favorece a sua utilização, sendo fácil a sua introdução no sistema estrutural e permitindo uma grande liberdade por parte do projectista, na definição das suas características.