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A ACÇÃO DOS SISMOS SOBRE OS EDIFÍCIOS

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1 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP

A ACÇÃO DOS SISMOS

SOBRE OS EDIFÍCIOS

Relatório do Projeto de investigação e análise desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto FEUP, no curso de Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Orientadores: Professor Xavier Romão e João Pedro Saraiva Equipa de investigação: 12MC02-03

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2 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP RESUMO

A actividade sísmica é um dos fenómenos naturais mais complexos em termos de origem, tipos e, obviamente, nos danos que consegue causar. Estes são causados a partir da energia acumulada e sobre tensão no solo entre placas, ou devido a um grande impacto.

Os tipos de tremor de terra mais conhecidos e mais potentes são os que resultam do movimento de placas tectónicas e/ou de uma grande erupção vulcânica. Na sequência do que foi dito anteriormente, a libertação de energia dá-se através de ondas sísmicas, sendo que algumas conseguem passar todo tipo de matéria, excepto, claro, o vazio, possibilitando assim que estes movimentos se sintam a centenas de Quilómetros do epicentro (local onde o sismo tem início, a partir do qual a distância desde o foco é medida). Tendo em conta estes dados, quase todas as zonas do globo podem sofrer grandes danos com esta catástrofe natural, e num escasso segundo cidades serem destruídas. (FEUP 2003)

Com base nestes danos materiais, nas décadas de 1970 e 1980 a engenharia civil trabalhou e estudou muito estes fenómenos para tentar descobrir a solução que evitasse a destruição de estruturas. Nesses estudos chegou-se à conclusão que durante um sismo, a base de um edifício tende a seguir o movimento do solo, enquanto que a parte superior não acompanha este movimento e fica no mesmo sítio, provocando a ruptura da estrutura (que não aguenta movimentos diferenciados tão bruscos). As soluções encontradas foram várias, umas mais válidas que outras, seguindo-se alguns exemplos, que serão mais tarde aprofundados: colocar rolamentos debaixo da infra-estrutura para que esta siga o movimento do solo ao longo de todo o edifício; ou incluir no corpo uma estrutura flexível e na base amortecedores que contrariassem a força provocada pelo sismo (este exemplo é muito utilizado em arranha céus, devido à sua elevada estrutura em comparação a uma base curta).

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4 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP ÍNDICE

RESUMO 3

ÍNDICE 4

1. INTRODUÇÃO 6

2. ACÇÃO DOS SISMOS SOBRE OS EDIFÍCIOS 7

2.1. Os sismos: Definição 7

2.2. Os sismos: Origem 9

3. ESTRUTURAS 10

3.1. História das Estruturas 10

3.2. Efeitos dos sismos sobre as estruturas 12

4. ACORDOS E REGULAMENTOS 13

5. SOLUÇÕES 16

5.1. Rolamentos Esféricos 17

5.2. Melhoramento do Betão Armado 19

5.3. Amortecedores Magneto reológicos 20

6. ANÁLISE FINAL 24

Tabela Comparativa 24

7. ESCOLHA 27

8. CONCLUSÃO 28

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6 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 1. Introdução

O tema ao qual a equipa se dedicou durante o último mês, incluído no Projeto FEUP 2012-2013 - foi “A ação dos sismos sobre as estruturas” - nomeadamente a análise das razões pelas quais os edifícios não caem.

Esta questão tem tido cada vez mais importância e tem sido cada vez mais debatida pelos riscos que traz e pode vir a trazer. Como tem sido observado ao longo da história, as perdas humanas, sociais e económicas causadas por sismos intensos devem-se, na maior parte, ao dano excessivo nas construções e ao colapso de edifícios, pelo que a resistência sísmica dos edifícios desempenha um papel fundamental na proteção da sociedade. Em Portugal, só em 1960 é que passou a haver regulamentação específica para as novas construções serem resistentes aos sismos, sendo essa mesma regulamentação reforçada em 1980, determinando certos requisitos que os edifícios têm de cumprir para resistir a sismos. No entanto, não há garantia que a regulamentação seja cumprida por todos os construtores.

Um sismo tem vários efeitos sobre a população, como mortos e feridos de diversos graus, além de danificar as construções e originar consequências indiretas. Um exemplo deste efeito é quando um sismo causa a rutura de uma barragem que, por sua vez, pode trazer cheias e interrupção de actividades económicas (indústria, comércio e turismo).

Este trabalho tem como objetivo dar a conhecer a natureza da ação sísmica, os seus efeitos sobre os edifícios, e por fim possíveis métodos que podem solucionar o problema.

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7 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 2. Acção dos sismos sobre os edifícios

2.1. Os sismos: Definição

Os sismos são fenómenos naturais provocados pela movimentação das placas tectónicas durante um período de tempo restrito, na crosta terrestre. Por vezes, estas vibrações ocorrem em fundos oceânicos que, quando têm lugar em ambientes com, por exemplo, águas pouco profundas, podem originar tsunamis (ondas de elevada potência). Estes fenómenos naturais propagam-se através de movimentos ondulatórios (ondas sísmicas) e dependem das suas características físicas. Existem dois tipos principais de ondas sísmicas: ondas que são formadas no interior da terra, designadas ondas profundas; e ondas que se formam à superfície terrestre, designadas ondas superficiais.

Os sismos são avaliados por centros e instituições de sismologia, que classificam e analisam as atividades sísmicas. Para este fim, utilizam dois parâmetros, a magnitude e a intensidade de um sismo, para desenvolver uma análise da gravidade do acontecimento e dos danos que poderão ser provocados.

A magnitude é o valor energético libertado no epicentro, medido por um sismógrafo. A escala mais utilizada para sismos de elevado tamanho e internacionalmente aceite é a que mede a magnitude do momento (Mw), baseada no conceito físico de momento sísmico. Esta escala não é limitada, mas pode ser considerada como existente entre 1 (o valor mínimo de um sismo) e 9,5 (não se considera existirem sismos de magnitude superior a este valor). Além disso, sismos de magnitude inferior a 2,5 não são suficientemente grandes para serem sentidos à superfície terrestre. Por outro lado, a intensidade mede os efeitos provocados por uma atividade sísmica no local em que esta seja medida. Um grau de intensidade caracteriza certa quantidade de danos provocados. Este parâmetro depende principalmente da magnitude do sismo, da distância a que o local em causa se encontra do epicentro sísmico e das condições

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8 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP

geológicas do local. As escalas utilizadas em Portugal (e internacionalmente aceites) são a Escala de Mercalli Modificada e a Escala Macro sísmica Europeia, que associam um certo grau de intensidade aos efeitos produzidos pelo sismo em análise no local em causa (SPES).

Por fim, é importante ter noção da energia libertada por um sismo com um certo valor de magnitude: um aumento de um grau em magnitude de um sismo corresponde a um aumento de trinta em energia libertada pelo sismo num determinado local (fig. 1).

Fig. 1 – Gráfico Energia libertada vs. Magnitude

Legenda:

E (erg): Energia libertada

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9 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 2.2. Os sismos: Origem

As placas existentes na litosfera (a crosta terreste e a camada imediatamente abaixo desta) deslizam de forma lenta e constante sobre a astenosfera (manto externo, nomeadamente a zona inferior à litosfera). Quando esse deslize ocorre, é gerada uma energia que, quando libertada, provoca a propagação de vibrações na crosta, o que origina os sismos. O local onde é originado o sismo, isto é, onde se liberta energia é designado por hipocentro, e na mesma vertical deste encontra-se à superfície terrestre o epicentro que abrange todos os pontos onde o sismo pode ser sentido pelo Homem.

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10 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 3. Estruturas

3.1. História das Estruturas

Desde há vários anos que o Homem deixou de ser nómada, isto é, passou a ter local fixo, o que levou à construção dos primeiros edifícios. Das cavernas aos edifícios modernos, a construção tem sido não só um projeto da Humanidade mas também um contributo para o seu crescimento e desenvolvimento social.

Com o passar do tempo, e a cada “dificuldade” com a qual era confrontado, o Homem tinha o dever de corresponder com soluções estruturais, isto é, através de métodos, do conhecimento e de materiais próprios, ele ultrapassava esses mesmos obstáculos. As primeiras construções, normalmente em pedra, estão ligadas à sedentarização, ou seja, aos povos primitivos (sedentários).

Seguidamente a estas construções surgiram os blocos talhados, o que revela um desenvolvimento de conhecimentos físicos, matemáticos e arquitetónicos por parte do ser humano.

Finalmente na Idade Média surgiram monumentos próximos aos da atualidade, com uma estrutura exterior e interior feita em pedra, de grande rigidez e tamanho médio. Depois da grande Revolução Industrial, com o aumento, em população e em grandeza das cidades, e para que fosse possível dar resposta à enorme procura de habitação, foi necessária a introdução do betão armado, uma vez que este oferece uma armadura metálica responsável por resistir aos esforços de tração e é uma maneira mais económica e rápida de construir.

Com o avanço da tecnologia ao longo do século XX, foram introduzidas regulamentações (como o REBAP e RSA) onde ocorreram alterações no que diz respeito à conceção e dimensão das estruturas em betão armado. De entre as referidas alterações realçam-se por exemplo: Um novo sistema de unidades, sistema internacional (SI); a ação sísmica como ação variável de base; A designação de “ação” em vez de “solicitação”.

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11 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP

Num futuro próximo, e à medida que se conhece melhor o comportamento das estruturas de betão armado, irão surgir métodos de cálculo cada vez mais rigorosos e os materiais constituintes da estruturas irão variar as suas propriedades para se adaptar às exigências requeridas.

Assim podemos dizer que o desenvolvimento futuro das estruturas em betão armado estará ligado à evolução das suas características de ductilidade, desenvolvendo a qualidade dos materiais definindo modelos mais fiáveis e rigorosos. O melhoramento deste método será mais tarde aprofundado.

Através do estudo da história da evolução das estruturas ficamos possibilitados de conhecer e valorizar as construções que têm vindo a ser edificadas pelo Homem desde a pré-história até hoje; apercebemo-nos do papel fundamental que os materiais e os novos sistemas estruturais tiveram, e têm, na evolução das estruturas e permite-nos compreender como funcionam as mesmas estruturas.

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12 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 3.2. Efeitos dos sismos sobre as estruturas

A influência dos fenómenos sísmicos sobre o comportamento das estruturas tem vindo a assumir uma grande importância no conhecimento da Engenharia Civil.

A atual existência e disponibilidade de meios informáticos cada vez mais eficientes permitem desenvolver diversos métodos de cálculo, e que, aplicados na análise da ação dos sismos, possibilitam estudos mais aprofundados dos seus efeitos nas

estruturas.

O conhecimento mais detalhado de tais efeitos conduz a soluções estruturais mais económicas, garantindo adequados níveis de segurança e reforçando a importância da análise sísmica no contexto da engenharia de estruturas.

Em qualquer ponto do terreno onde o sismo se faz sentir, aquelas ondas originam um movimento vibratório que se dispersa em todas as direções, que, em muitos casos podem induzir uma aceleração estrutural significativa aos edifícios. Dada a grande massa que as construções têm, nomeadamente a nível dos seus pisos, são geradas forças de inércia cuja resposta não é simultânea com essa aceleração. Daqui resulta um desfasamento, mais ou menos acentuado, entre as massas em causa, que consequentemente dão lugar a deslocamentos diferenciais entre pisos, produzindo assim forças que terão que ser suportadas pelos elementos que constituem as estruturas. (UFP 2010)

Assim, os efeitos de um sismo sobre uma estrutura dependem não só das características do movimento vibratório que lhe está associado mas também da sensibilidade da estrutura em relação ao movimento sísmico. É este facto que torna essencial e urgente a análise e desenvolvimento de novos métodos de proteção antissísmica.

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13 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 4. Acordos e Regulamentos

Para atender à necessidade de efectuar diversos cálculos complexos, essenciais à protecção de estruturas na eventualidade da ocorrência de actividade sísmica de intensidade relevante, foram criados vários modelos de cálculo. Estes modelos permitem calcular, de forma simplificada, a ductilidade que os materiais requerem de modo a evitar danos severos nas estruturas. Estes modelos dividem-se em dois métodos principais: método de cálculo linear e método de cálculo não-linear.

O método de cálculo linear é tendencialmente utilizado para analisar estruturas de betão armado. Pode ser definido pela sua simplicidade de aplicação e pela elevada segurança que proporciona, visto que não esgota na totalidade a capacidade resistente dos materiais. Contudo, este modelo revela-se pouco económico, pois ao não aproveitar a ductilidade dos materiais de forma extensiva, origina estruturas desnecessariamente robustas, que por sua vez leva a encargos também eles desnecessários. Outro aspecto negativo associado ao método linear deve-se à aceleração excessiva que resulta de estruturas demasiadamente elásticas. Este efeito causaria impacto tanto em seres humanos como em material não estrutural.

O Método de Cálculo Linear baseia-se na proporcionalidade entre a flexão do material e a tensão a que é exposto, entre as cargas e o deslocamento das mesmas e entre esforços e respectivas reacções.

O Método de Cálculo não-Linear é utilizado para simular o comportamento não-linear das estruturas, compostas nomeadamente por betão e aço, tal como ocorre na experimentação laboratorial.

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14 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP

No entanto, a complexidade que este modelo implica torna-o pouco prático e, portanto, apenas é utilizado em estruturas de grande importância, que exigem elevada delicadeza. Naturalmente, este aspecto leva a que seja imperativa a utilização de programas computorizados de auxílio ao cálculo e também engenheiros especializado com uma sólida formação nesta área.

Visto que ambos os métodos mencionados possuem aspectos positivos e negativos, foram criados métodos alternativos, apelidados de métodos lineares com redistribuição. Estes tentam aproveitar as qualidades dos métodos acima mencionados, tornando-os mais proveitosos.

Partindo do inicial cálculo linear, existem essencialmente seis métodos que, a partir da alteração da distribuição elástica dos esforços, permitem o melhoramento do comportamento das estruturas: (UFP 2010)

-Método do REBAP

Permite a redistribuição de esforços em vigas ou em Lajes de betão. - Método do American concret institute (ACI)

Dependendo da qualidade e capacidade de compressão do aço, permite o aumento do momento elástico.

- Método do Código Modelo CEB-FIP 1990

Equivalente ao modelo ACI, com a exceção que permite a redistribuição em vigas.

- Método do Eurocódigo EC-2

Permite a redistribuição do momento elástico em 30% para aço de elevada ductilidade e 10% para aço comum.

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15 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP - Método da Instrução Espanhola EHE

Admite uma redistribuição máxima de 15%. - Método da Instrução Francesa EF-96

Estabelece limites de redistribuição, no que a lajes de betão diz respeito, entre 15% e 30%.

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16 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 5. Soluções

Nesta parte do relatório irão ser expostas várias soluções para prevenir danos ou o eventual colapso de um edifício. Muitas são as técnicas utilizadas para este fim, pelo que não é possível comprimi-las todas num só documento. Assim, serão aqui explicadas e comparadas algumas das mais comuns e outras menos conhecidas ou experimentais.

A maior parte das técnicas utilizadas procuram arranjar maneiras funcionais e económicas de dissipar a energia libertada durante o sismo através de ondas que causa os danos às estruturas e fundações do edifício.

Escolheu-se um grupo de três soluções, utilizadas atualmente em diferentes níveis e contextos. Para analisar um leque mais abrangente de hipóteses, decidiu-se analisar um método já amplamente utilizado (o uso dos rolamentos esféricos), um melhoramento a nível de material (o reforço do betão armado), e uma inovação (os amortecedores magneto reológicos).

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17 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 5.1. Rolamentos Esféricos

Uma técnica já em uso para prevenir o colapso ou detrimento de um edifício é o uso de enormes rolamentos, como acontece no novo Aeroporto Internacional de São Francisco, zona muito conhecida pela sua constante atividade sísmica. Outro exemplo é o uso de rolamentos ainda maiores na ponte Benícia-Martinez (Califórnia, E.U.A.). De seguida são explicados estes dois exemplos.

Aeroporto Internacional de São Francisco

Os duzentos e sessenta e sete pilares que suportam o peso do aeroporto estão assentes em rolamentos de ferro de 1.5 metros de diâmetro. Estes rolamentos estão assentes numa base côncava que se encontra ligada ao terreno (fig. 2). Durante um terramoto, o terreno pode mover-se 51 centímetros em qualquer direção. Assim, os pilares que assentam nos rolamentos movem--se menos à medida que o rolamento vai rolando à volta da sua base. Esta sequência de movimentos ajuda a isolar o edifício do movimento do solo, fazendo com que o movimento do edifício seja separado do movimento do solo. Por fim, quando termina o sismo, a força da gravidade volta a pôr as colunas no centro das suas bases.

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Quando há atividade sísmica, a base move-se devido às vibrações em curso, o rolamento acompanha este movimento, mas mantém a verticalidade do pilar ao transferir o esforço da base para si próprio.

Ponte Benícia-Martinez

Nesta ponte, foram colocados rolamentos com quatro metros de diâmetro ao longo dos três km de comprimento da ponte. Estes rolamentos suportam toda a estrutura da ponte (que alberga nove vias rodoviárias) e estão pousados numa vala de elevada dimensão (fig. 3). Em circunstâncias sísmicas, os rolamentos mantêm a ponte o mais estável possível, aguentando uma movimentação máxima de dois metros. Ao dar à estrutura da ponte a possibilidade de se adaptar às vibrações sísmicas em curso, estes rolamentos permitem que a estrutura não entre em rotura.

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19 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 5.2. Estruturas de Betão Armado

É importante avaliar a ductilidade dos materiais utilizados na estrutura em causa. Neste capítulo, vamos analisar a ductilidade do betão e a possibilidade de aumentar esta mesma. O betão armado é constituído por betão e aço, dois materiais com características muito diferentes e que, quando bem combinados, resultam num material muito dúctil.

Ao ter uma capacidade de redistribuição de esforços elevada, o betão armado consegue admitir mais deformações na sua estrutura, mantendo a sua resistência. Além disso, o betão armado é caracterizado por uma capacidade de dissipação de energia elevada, aliada a uma boa resistência a ciclos alternados de carga (fig. 4.1. e 4.2.).

De seguida incluiu-se dois gráficos comparativos do comportamento de estruturas com boa e má ductilidade, ao serem expostas a ciclos de vibrações intensos (NESDE 2005).

Fig. 4.1 Fig. 4.2

Legenda – As figuras 4.1 e 4.2 exemplificam as consequências a nível de deformação de um material com diferente capacidade dúctil.

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20 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP

Esta característica, e outros melhoramentos aos quais as estruturas devem ser sujeitas, são cruciais para que as mesmas estruturas resistam a actividades sísmicas de elevadas magnitude e intensidade. Apesar de ser mais caro adquirir betão armado com elevada ductilidade, esta escolha deste material para ser utilizado nas estruturas de edifícios em construção é crucial e um investimento vantajoso para o futuro pois é suficiente para prevenir diversos efeitos sísmicos.

5.3. Amortecedores magneto reológicos

Outra tecnologia utilizada em grande escala é a dos amortecedores sísmicos. Estes são instalados na estrutura em causa, e funcionam como tal face a vibrações de carácter sísmico. Assim, conseguem absorver estas vibrações, dando uma resposta eficiente às deformações sofridas pela estrutura.

Neste tópico será descrito o funcionamento do dispositivo amortecedor magneto reológico para uma suspensão semi ativa. Para fins informativos, segue-se uma breve descrição sobre outros tipos de amortecedores.

Estes dispositivos podem ser divididos em três grandes categorias: passivos, ativos e semi-ativos. Os primeiros não necessitam de uma ligação eléctrica e são fáceis de adquirir, produzir e manter. Porém, são incapazes de se adaptarem a possíveis mudanças sísmicas. Os amortecedores activos, sendo suportados por uma grande quantidade de energia eléctrica, conseguem criar forças opostas àquelas originadas pelo sismo. Assim, têm a capacidade de proporcionar maior estabilidade ao edifício. Por outro lado, podem também causar uma pressão sobre a estrutura que a destabiliza, mais do que ajuda.

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21 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP

Por fim, os amortecedores semiativos são considerados um intermédio entre os dois acima descritos: não são tão complexos ou caros como os dispositivos activos, e ainda assim conseguem adaptar-se à situação e dar uma resposta de resistência ao movimento que o edifício está a tomar. Este relatório irá focar um tipo específico de dispositivos semi-ativos, nomeadamente os amortecedores viscosos.

Os amortecedores viscosos utilizam um líquido viscoso dentro de um pistão cilíndrico que consegue adaptar a sua resistência ao movimento proporcionado pelas vibrações sísmicas. Existem muitos líquidos que podem, e são, utilizados para este fim, porém o mais eficiente é o líquido magneto reológico. Este método alia o melhor mecanismo de resposta a atividades sísmicas (o amortecedor viscoso), ao melhor líquido para a tarefa (o líquido magneto reológico, que daqui para a frente será abreviado para líquido MR). O amortecedor MR é bastante parecido com o amortecedor viscoso já conhecido. A grande diferença é a existência de espirais metálicas à volta do pistão, para que este adquira as características de um íman (fig. 5).

Fig.5: amortecedor da Lord Corporation

Legenda:

1 – Acumulador de expansão térmica 3 – Líquido Magneto reológico

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22 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP

A imagem anterior representa o amortecedor MR desenvolvido pela Lord Corporation. Quando um sismo provoca no edifício um movimento indesejado (que levaria, pelo menos, a graves danos materiais), o amortecedor sofre os efeitos da indução de um campo magnético, transformando o líquido em semi-sólido, e assim aumenta a viscosidade e a resistência ao movimento em causa. A transformação do líquido pode ser feita em cerca de 20-50 milissegundos. Além disso, o campo magnético produzido pode ser mais forte caso se aumente o número de espirais metálicas ou se der um aumento na corrente eléctrica. Deste modo torna-se possível controlar o nível de resistência necessário para contrariar cada actividade sísmica, quase instantaneamente.

Este controlo é efectuado por um sistema controlador que inclui sensores, um computador central e actuadores. Os primeiros medem as mudanças ambientais causadas pelo sismo e as forças que actuam sobre o edifício. Esta informação é enviada para o computador central, que a processa e envia um sinal ao actuador. Este sinal inclui uma acção específica, gerada após a análise dos dados fornecidos pelos sensores. O actuador, ao receber o sinal, adapta o comportamento do amortecedor MR. Devido a possíveis falhas eléctricas, o actuador requere muito pouca energia e é praticamente auto sustentável. A figura 6, esquematizada abaixo, mostra como as ligações entre as várias componentes do amortecedor são feitas.

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Além da sua composição, é também essencial a forma como, e onde, estes amortecedores são instalados no edifício. O número de amortecedores utilizados também varia consoante o tipo e tamanho do edifício.

Na maioria dos casos, o amortecedor é fixo ao chão do edifício e a haste do pistão é preso à estrutura. Desta forma, o amortecedor é capaz de criar um impacto mais directo e eficaz sobre a estrutura, ao absorver a energia sísmica e reduzir as vibrações daí resultantes.

Em relação a diferentes tipos de edifícios, torna-se óbvio a importância de instalar os amortecedores MR, visto que para todo o leque de frequências e amplitudes, estes reduzem em cerca de 50% as vibrações resultantes.

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24 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 6. Análise Final

A equipa desenvolveu uma tabela comparativa dos parâmetros considerados mais importantes e que mais fielmente criassem uma comparação justa e eficaz como resposta ao problema em causa. Assim, foram escolhidas quatro características avaliadas nas três soluções analisadas:

a. Capacidade de Absorção de Vibrações Sísmicas do método b. Nível de Utilização mundial do método

c. Facilidade de Acesso ao método de protecção antissísmica d. Custo aproximado e comparativo

De seguida, a equipa pontuou, de 1 a 3, cada solução em relação a cada parâmetro escolhido.

Valores atribuídos: 1 – Nível baixo 2 – Nível médio 3 – Nível elevado

Deste modo, foi possível criar uma tabela comparativa da eficácia das três soluções:

Solução Característica Rolamentos Betão armado Líquido MR Absorção 2 1 3 Utilização 1 3 0,5 Acesso 1 3 0,5 Custo 3 1 2

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25 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP O gráfico abaixo ajuda a compreender melhor os valores atribuídos a cada característica:

Por fim, a equipa desenvolveu uma equação matemática para conseguir escolher, de maneira justa e imparcial, a melhor solução, em situações genéricas, para a protecção antissísmica de estruturas.

A equação utilizada foi a seguinte:

V(valor) = 2a + b/2 + c – d

Legenda:

a – Capacidade de absorção das vibrações sísmicas b – Nível de utilização atual

c – Facilidade de acesso d - Custo

Foi decidido a atribuição de diferentes pesos aos quatro parâmetros analisados, pois a equipa percebeu que nem todos tinham a mesma importância. Assim, ficou decidido que a Capacidade de absorção de vibrações sísmicas (a) é a característica mais

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Absorção Utilização Acesso Custo

Rolamentos Betão armado Líquido MR

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importante, visto ser a que assegura a segurança do edifício em causa. Por outro lado, o nível de utilização apenas metade do peso quando comparado à facilidade de acesso ao método de protecção, pois foi considerado que o nível de utilização de um método actualmente não compromete este mesmo parâmetro no futuro (tome-se o exemplo dos amortecedores, ou de qualquer outro método inovador, que no futuro pode ganhar grande importância, mas nos dias que correm é pouco utilizado). Por fim, o valor do custo foi tomado como um valor negativo, visto ser o custo elevado uma desvantagem para o método em análise. A equipa chegou, assim, à equação anteriormente transcrita.

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27 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 7. Escolha

Baseada nesta tabela comparativa e na análise efetuada durante o percurso da equipa neste Projeto, chegou-se à conclusão de que uma das soluções era melhor do que as outras. Não destituindo as duas hipóteses restantes do seu valor e utilidade, e dando ênfase à questão de adaptabilidade – situações diferentes podem requerer soluções também diferentes –, a equipa escolheu a utilização do betão armado como melhor solução para a questão dos efeitos sísmicos sobre os edifícios. Tal escolha foi feita baseada na superioridade deste método no que toca à facilidade de acesso e integração, ao moderado preço de aquisição e manutenção, ao elevado conhecimento que a sociedade engenheira dispõe sobre o método e, por fim, à continuação do uso deste material prevista para o futuro.

Por outro lado, e mais uma vez, a equipa mantém a opinião de que os três métodos analisados são bastante eficientes e bem-sucedidos, o que prova a sua utilização e/ou desenvolvimento a nível mundial.

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28 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 8. Conclusão

No âmbito da disciplina Projeto FEUP, a nossa equipa desenvolveu este Relatório debruçado na ação dos sismos sobre os edifícios. Começando pelas noções basilares da origem, conceito e atividade de um evento sísmico, atravessando uma breve cronologia do desenvolvimento das estruturas ao longo da História da Engenharia, o relatório tem como objetivo analisar e propor as melhores soluções de proteção antissísmica. Assim, foram pré-selecionadas três hipóteses: os rolamentos esféricos, o melhoramento da ductilidade do betão armado, e os amortecedores magneto reológicos. Após uma descrição detalhada sobre cada método, incluindo as suas características para além das puramente técnicas (como o custo, utilização ou conhecimento), foi desenvolvida uma equação matemática com o objetivo de melhor comparar as três soluções. Esta equação baseou-se na hierarquia de importância entre os quatro parâmetros de comparação. Aliando esta equação ao gráfico que demonstra os valores atribuídos a cada método, a equipa foi capaz de escolher um método, acima dos outros, como o melhor. Como já foi explicado previamente, esta escolha não equivale a uma superioridade unânime, mas sim a uma superioridade comparativa. Ou seja, há casos em que outra solução seja mais apropriada e eficaz do que a escolhida. Sendo esta uma procura de soluções de proteção antissísmica para edifícios, é crucial ter em conta os diferentes tipos de sismos e os diferentes tipos de estruturas. Logo, diferentes soluções são necessárias.

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29 Mestrado Integrado em Engenharia Civil I FEUP 9. Referências Bibliográficas UTL (2005): https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/81411/1/Sismos_Construcoes_Nov2005_01.p df UTL (2010): https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/735747/1/Analise%20da%20Eficiencia%20Sis mica%20de%20Estruturas%20de%20Edificios.pdf Diário de Notícias (2009): http://www.dn.pt/inicio/portugal/interior.aspx?content_id=1450671&page=7 UFP (2010): http://www2.ufp.pt/~jguerra/PDF/Estruturas/Sismos_aulas%202010-2011.pdf UFP (2006): http://www2.ufp.pt/~jguerra/PDF/Estruturas/Bases%20de%20analise%20sismica%20d e%20edificios.pdf

NESDE - Núcleo de Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estruturas (2005): http://www-ext.lnec.pt/LNEC/DE/NESDE/divulgacao/vulnerabilidade.html FEUP (2003): http://ncrep.fe.up.pt/web/artigos/Lisboa_SPES_Fev_2003.pdf Sociedade Portuguesa de Engenharia Sísmica:

Referências

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