CENÁRIOS SÍSMICOS PARA A VILA DAS LAJES DO PICO - AÇORES
SEISMIC RISK SCENARIOS IN LAJES DO PICO - AZORES
Carlos S. Oliveira1, Mónica A. Ferreira1, Francisco M. de Sá2, João C. Nunes3 e Victor H. Forjaz3 1- Instituto Superior Técnico, Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura, Av. Rovisco Pais,
1049-001 Lisboa, Portugal. Email: csoliv@civil.ist.utl.pt; monicaf@civil.ist.utl.pt
2- Fuzzy, Engenharia de Sistemas e Decisão Lda, Paço de Arcos, Portugal. Email: info@fuzzy.pt 3- Universidade dos Açores, Departamento de Geociências, Rua da Mãe de Deus, Apartado 1422,
9501-801 Ponta Delgada, Açores, Portugal. Email: jcnunes@notes.uac.pt; vforjaz@notes.uac.pt
SUMMARY
The present study develops the general methodology for creating earthquake-risk scenarios that takes into consideration the distinctive features of Azores Island. In order to achieve this goal some detailed methodologies are developed to analyse the vulnerability of existing housing in Lajes do Pico, applying the EMS-98 macroseismic scale concepts among other techniques. The influence of the soil layers, slip in mapped faults and evaluation of possible landslides occurrence will be taken into account in future works.
A “simulator” able to determine the damage inflicted by an earthquake (characterised by a given magnitude and epicentral location) and based on a GIS, composes the whole system. This permits the end-user to carry out a complete seismic risk assessment and to produce seismic risk scenarios including human casualties and damage to the housing stock. This will be an important tool to help emergency planning, online impact evaluation, and for urban and land-user planners.
Introdução
O presente estudo tem como objectivo desenvolver metodologias que, tendo em conta a elevada sismicidade dos Açores, permitam a criação de cenários de risco sísmico e, consequentemente, ter uma percepção das consequências ao nível dos centros urbanos, sobre a população, o parque edificado, o impacte económico e sobre a reacção da população perante um terramoto.
O edificado da vila das Lajes do Pico foi caracterizado através do seu levantamento pormenorizado (Nunes, 2002 e Ferreira e Nunes, 2004). As dinâmicas populacionais foram igualmente tidas em consideração, procurando obter- se valores credíveis para a população presente e para o número de pessoas que se encontram nos vários equipamentos, serviços, comércio e hotelaria, nas diversas fases do dia e do ano.
Para a elaboração do modelo de vulnerabilidade sísmica recorreu-se a duas metodologias. A primeira aplica os conceitos da escala EMS-98 (Grunthal, 1998), que foi implementada por Giovinazzi e Lagomarsino (2003 e 2004). Este método associa um índice de vulnerabilidade a cada edifício, consoante a sua tipologia construtiva/material de construção. A identificação de outros factores, como o estado de conservação, número de pisos, as dissonâncias existentes, etc., auxilia na avaliação do
comportamento sísmico do edifício. O efeito dos solos também é tido em consideração neste modelo.
A segunda metodologia aplica igualmente os conceitos da escala macrosísmica EMS-98 e tem em consideração as frequências predominantes dos solos, bem como a possibilidade de ressonância dos edifícios.
A avaliação de danos no edificado e de perdas humanas é realizada com auxílio de um “simulador”
capaz de gerar um sismo (função da magnitude e do epicentro), num ambiente de SIG - Sistemas de Informação Geográfica (SIG).
Descrição da Sismicidade
Para a definição da sismicidade histórica recorreu-se à Base de Dados do Catálogo Sísmico da Região dos Açores (Nunes et al., 2004) que disponibiliza informação sobre a identificação de cada sismo, incluindo data e hora, epicentro, profundidade focal e magnitude. Informação sobre os locais onde cada abalo foi sentido e sobre os efeitos observados em cada um desses locais está detalhada em Nunes et al.
(2005).
Da observação dos dados do Catálogo Sísmico verifica-se que, relativamente à ilha do Pico há: uma história sísmica caracterizada por uma importante lacuna de dados; para alguns eventos a informação está incompleta; e a máxima intensidade registada na
ilha do Pico foi de VIII da crise de 1926.
Relativamente à freguesia das Lajes do Pico, a máxima intensidade registada foi VI/VII na crise sísmica de 9 de Julho de 1998 (ML = 5.8).
Relações de Atenuação
As relações de atenuação foram calculadas usando a base de dados acelerométrica dos terramotos açorianos (Fig. 1). Tais relações são representativas das principais características sismogénicas dos Açores e particularmente da ilha do Pico (Paula, 2001 e Boore, 1997):
- para M > 4.5
0 2 2 2
) 7 ( 5 1 . 0 ln
9 . 0 5 . 4 )
ln( − ⋅ ⋅ +
+
− +
−
=
M Df M
Df M
a
- para M ≤4.5
0 2 2 2
) 7 ( 5 1 . 0 ln
9 . 0 0 . 5 )
ln( − ⋅ ⋅ +
+
− +
−
=
M Df M
Df M
a
em que a0 é a aceleração máxima (PGA) em terreno firme; M a magnitude ML; Df a distância focal (km).
Esta fórmula dá valores de aceleração muito elevados para distâncias curtas, o que para grandes magnitudes não corresponde à realidade.
Fig. 1 – Atenuação das acelerações máximas registadas na rede acelerométrica dos Açores (dados da rede ESD, Imperial College, 2005). Os pontos correspondem a registos efectuados.
A partir do conhecimento da geologia superficial (camadas até uma profundidade de cerca de 30 m), das sequências estratigráficas da estimativa das frequências predominantes dessas camadas e com base na frequência predominante da acção sísmica (função da distância epicentral e magnitude), utilizou-se o conceito de “amplificação de um sistema de um grau liberdade sujeito a uma acção sinusoidal”, para determinar a aceleração máxima à superfície, a:
a = a0β
sendo β=amplificação da aceleração absoluta. Este conceito apresenta amplificações acentuadas (função do amortecimento do solo) quando se dá o fenómeno de ressonância, isto é, quando há proximidade entre as frequências de excitação e a frequência do solo.
Embora se tenham verificado amplificações em registos efectuados com estações acelerométricas dos Açores e de outros locais, este tipo de amplificações poderão ser demasiado gravosas para o cálculo da vulnerabilidade dos edifícios. Deste modo deverão ser tomadas algumas cautelas relativamente ao uso indiscriminado desta formulação.
O cálculo de intensidades I (EMS-98) foi obtido então, a partir das acelerações máximas, utilizando a seguinte fórmula:
I=0.4254(log(a))3-1.4932(log(a))2+4.1869log(a)+0.1495 Esta fórmula representa o andamento médio de uma série de propostas de diversos autores (Richter, 1958, Paula, 2001) e reproduz alguns dos valores obtidos nos Açores aquando da existência de dados em simultâneo de PGA e Intensidades.
Caracterização do Edificado
O levantamento compreendeu um total de 315 edifícios, em que 56% das suas plantas têm uma base de implantação simétrica. Relativamente ao número de pisos, 66% das edificações são compostas por 2 pisos, 27% com 1 piso e, finalmente os edifícios com 3 pisos perfazem um total de 7%. A habitação é o uso predominante das edificações da Vila das Lajes do Pico. No que respeita ao material predominante nas paredes exteriores verifica-se que a “Pedra” está presente em cerca de 55% das construções, visto o parque edificado ser maioritariamente antigo. Seguem-se as paredes com “Blocos de Betão” com 31%. Desde o sismo de 1998, que afectou uma pequena parte do parque da Vila das Lajes, e até hoje tem-se verificado algumas obras de reabilitação no edificado. Desta forma constata-se que em 5% dos edifícios existentes a “Pedra e outros materiais”
foram substituídos por “Blocos de Betão”, renovando-se assim o parque construído.
Cenários Sísmicos
A criação de cenários de risco sísmico é crucial para a redução do risco.
Uma vez identificados os tipos de solos, as zonas de maior vulnerabilidade num aglomerado urbano, a vulnerabilidade dos edifícios, a localização dos equipamentos e dos espaços livres, as zonas industriais, as redes de transportes, as redes de água, gás, etc., é possível classificar essas estruturas e facilmente elaborar uma lista dos elementos em risco, bem como localizá-los, recorrendo aos Sistemas de Informação Geográfica.
1,0 10,0 100,0 1000,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 D (km)
a (cm/s2)
M =3.5 M =4 M =6
M =7.2 9-Jul-98-Estimado Réplica (1998) M 3,5
Réplica (1998) M 4 1973 M 5,6 01-Jan-1980 M 7,2
M =5 09-Jul-1998 M 5,8 11-07-1998 M 4,1
11-07-1998Estimado
Para a construção dos cenários sísmicos teve-se em consideração:
- magnitude;
- epicentro;
- vulnerabilidade do edificado;
- fases do dia/ano; e - população.
A vulnerabilidade do edificado foi determinada com base em métodos empíricos desenvolvidos por Giovinazzi e Lagomarsino (2003 e 2004) a partir dos conceitos da EMS-98 (Grunthal, 1998). Para se obter a função de vulnerabilidade usando a teoria Fuzzy para completar informações na escala, Fig. 3. Este método associa um índice de vulnerabilidade a cada edifício, consoante a sua tipologia construtiva/material de construção.
A identificação de outros factores, como o estado de conservação dos edifícios, número de pisos, as dissonâncias existentes, etc., auxilia na avaliação do comportamento sísmico do edifício.
M1 M2 M3 M4 M5
M6 M7 RC1
RC2 RC3
RC4 RC5 RC6
S
W
Fig. 3 – Classes de vulnerabilidade segundo a EMS- 98. Classe A- maior vulnerabilidade; Classe F- menor vulnerabilidade.
Com recurso a esta metodologia, calcularam-se as diferentes vulnerabilidades segundo as tipologias construtivas (Fig. 4). As tipologias construtivas identificadas no parque edificado da Vila das Lajes são: M1, M2, M3, M5, M7, RC1 e W.
Fig. 4 – Atribuição de classes de vulnerabilidade segundo a tipologia construtiva. V* é o valor mais provável.
Com base neste índice de vulnerabilidade (VI ≡V*) é possível determinar as distribuições de probabilidade dos diversos graus de danos (Giovinazzi e Lagomarsino, 2003 e 2004): negligenciavéis, moderados, substanciais, muito graves e destruíção.
Para ilustrar as potencialidades do “simulador”
desenvolvido, apresentam-se resultados dos danos que podem surgir para dois tipos de cenários correspondentes aos sismos de 1998 e de 1926. As Intensidades EMS-98 geradas pelos dois tipos de cenários são, respectivamente, de VI e VII, valores que são compatíveis com os dados da sismicidade histórica (Nunes et al., 2005).
Fig. 5 – Cenário 1. Sismo de 1998, M6.2, Df=40 km.
Da análise da Fig. 5, constata-se que não se verificam danos na área em análise, aquando a criação de um cenário semelhante ao da crise de 1998 com M=6.2, o que traduz reduzido risco existente, na Vila das Lajes do pico, para este tipo de cenário.
A B C D E F V-- V- V* V+ V++
A O 0,780 0,820 0,900 0,980 1,020
M1 O 0,780 0,820 0,900 0,980 1,020
M2 O X 0,620 0,687 0,840 0,980 1,020
Gaioleiro X O --- 0,460 0,650 0,776 0,953 1,020
M3 --- O 0,620 0,660 0,767 0,830 1,020
B O 0,620 0,660 0,740 0,820 0,860
M5 --- O --- 0,460 0,650 0,740 0,830 1,020
RC1 --- X O --- 0,300 0,490 0,644 0,800 1,020
M4,M6 X O --- 0,300 0,490 0,616 0,793 0,860
C O 0,460 0,500 0,580 0,660 0,700
Lx4060,F4660 X O X --- 0,140 0,360 0,553 0,793 0,860
RC4 --- O X 0,300 0,367 0,544 0,670 0,860
RC2, W --- X O X 0,140 0,207 0,447 0,640 0,860
D O 0,300 0,340 0,420 0,500 0,540
M7,RC5 --- O X 0,140 0,207 0,384 0,510 0,700
RC3 --- X O 0,140 0,180 0,349 0,480 0,700
S --- X O X -0,020 0,047 0,287 0,480 0,700
E O 0,140 0,180 0,260 0,340 0,380
RC6 --- O X -0,020 0,047 0,224 0,350 0,540
F O -0,020 0,020 0,100 0,180 0,220
Classes de Comportamento O Most probable 100%
X Probable 60%
--- Exceptional cases 20%
N E W
S
Quarteirões Edifícios
Danos Negligenciáveis Danos Moderados Danos Substanciais Danos Muito Graves Destruição
0 300 600 900 Meters
N E W
S
Quarteirões Edifícios
Danos Negligenciáveis Danos Moderados Danos Substanciais Danos Muito Graves Destruição
0 300 600 900 Meters
Fig. 6 – Cenário 2. Sismo de 1926, M = 6.5, Df=33 km.
Na Fig. 6, para um cenário correspondente ao sismo de 1926, surgem alguns danos moderados na Vila das Lajes do Pico quando se aumenta a magnitude para 6.5.
Da análise destes dois cenários verifica-se que o risco sísmico nesta parte da ilha não é significatico, pelo menos para estes dois tipos de exemplos. No entanto, a vizinha povoação de Almagreira, localizada a NW Vila das Lajes conta com danos importantes quando consideramos o cenário 2.
Análise Populacional
No âmbito do planeamento de emergência, importa estimar, a população potencialmente afectada em caso de crise sísmica. Para esta foram tidos em conta cinco cenários da população, uma vez que, dependendo da altura do dia e do ano em que um sismo ocorre, assim se modifica o número de fatalidades.
A metodologia adoptada para o estudo da dinâmica da população foi a seguinte:
- levantamento do número de zonas independentes, no que respeita aos usos (Habitação, Comércio, Serviços, Equipamentos e Hotelaria);
- estimação do número de pessoas que se podem encontrar em cada uso, consoante o cenário escolhido;
- criação de um cenário específico para a época das festas do concelho, a Semana dos Baleeiros, atendendo a que na última semana de Agosto o concelho recebe mais de 7000 pessoas provenientes de outros concelhos e de outras ilhas. É no fim-de- semana (noite e tarde) que se verifica a maior afluência de pessoas à vila, dada a ocorrência de concertos musicais e da procissão. Contudo, esta concentração da população não pode ser distribuída homogeneamente pelas habitações existentes, na medida em que se trata de visitantes ocasionais, que maioritamente não se encontram nos edifícios e não pernoitam na Vila.
Considerações Finais
Este tipo de “simulador” é muito útil na definição de planos de emergência, para proceder a exercícios de preparação dos agentes de Protecção Civil e outros intervenientes no socorro, para estabelecer prioridades no reforço das construções mais vulneráveis, etc.
Com vista a obter resultados mais próximos da realidade, encontra-se em preparação uma segunda metodologia para o modelo de vulnerabilidade sísmica do edificado, que aplica os conceitos da escala EMS-98 tendo em conta as frequências dos solos e a possibilidade de ressonância dos edifícios.
Neste caso, para além do conhecimento das frequências do sismo e dos solos, também se recorre às frequências predominantes dos edifícios, dadas em função da tipologia e do número de pisos. As metodologias propostas neste trabalho deverão ser confrontadas com outras de tipo mais mecanicista, como seja a correspondente às formulações HAZUS 99 (NIBS, 2002), de forma a aproximar os dados de tipo “empírico” dos de tipo “análise de engenharia estrutural”.
Relativamente à Vila das Lajes há dois outros tipos de fenómenos de grande importância ligados à problemática sísmica: (i) a ocorrência de deslizamentos das encostas, que poderão obstruir os acessos norte e sul à Vila e (ii) a ocorrência de tsunamis, cujas ondas poderão com certa facilidade, dadas as baixas cotas, atingir a zona de implantação das casas. Estes dois fenómenos deverão ser em breve analisados.
Pretende-se também estender a análise efectuada à localidade de Almagreira que sofreu graves danos aquando a crise de 1998. Este estudo permitirá proceder a uma calibração do “simulador” agora desenvolvido.
Referências
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