A AÇÃO DOS SISMOS S OBRE OS EDIFÍCIOS

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1 A AÇÃO DOS SISMOS S OBRE OS EDIFÍCIOS PORQUE É QUE ALGUNS EDIFÍCIOS CAEM??? 2016/2017 1º SEMESTRE GRUPO 2 Supervisor: Prof. Xavier Romão Monitora: Carolina Cabanelas TRABALHO REALIZADO POR: Daniel Cardoso up @fe.up.pt Diogo Pereira up @fe.up.pt João Silva up @fe.up.pt João Pereira up @fe.up.pt José Soares up @fe.up.pt Luís Rodrigues up @fe.up.pt

2 RESUMO: Neste trabalho, após uma breve introdução explicativa do que é um episódio sísmico iremos desenvolver acerca das suas consequências, em termos humanos e de infraestruturas, abordando um pouco a vertente histórica, referente aos aparecimentos das escalas de magnitude e intensidade. Em seguida debruçar-nos-emos sobre os métodos de atuação preventiva em relação a um hipotético abalo sísmico, destacando a primordial gaiola pombalina, a vulgar parede reforçada, o isolamento de base e o mais vanguardista pêndulo de compensação do centro de massa. Abordaremos ainda os motivos da não massificação e banalização destes métodos preventivos, que se baseiam fundamentalmente em questões económicas, visto que estas precauções representam um custo de construção acrescido, que quando aplicados se revelam bastante úteis e eficientes, como é comentado em último lugar. PALAVRAS-CHAVE: Atividade Sísmica Epicentro Hipocentro Magnitude Intensidade 2

3 AGRADECIMENTOS: Gostaríamos de expressar a nossa mais profunda gratidão ao Professor Xavier Romão, bem como à coordenadora Carolina Cabanelas por toda a sua disponibilidade e apoio que depositou no esclarecimento das nossas dúvidas. É de salientar também que todo o esforço do grupo foi crucial para que o trabalho fosse projetado e consequentemente realizado. 3

4 ÍNDICE: 1.Introdução 5 2.Consequências Sísmicas 6 3.Métodos de Prevenção A gaiola pombalina Isolamento de base Parede Resistente Pêndulo (ou Compensador de Massa) 10 4.Barreiras à Aplicação dos Métodos de Prevenção 12 5.Resultados da Aplicação dos Métodos de Prevenção 13 6.Conclusão 14 7.Bibliografia 15 4

5 1. INTRODUÇÃO: Um episódio de atividade sísmica sensível à perceção humana é comummente denominado de sismo, terramoto ou tremor de terra. Tal acontecimento é consequente da libertação de uma enorme quantidade de energia de uma tensão acumulada por rutura dos materiais na crosta terrestre. Quando a deformação desses materiais excede a força de coesão das rochas sob tensão eles partem-se através de planos de fraqueza, causando à superfície os indícios de todo familiares. O local em profundidade onde se inicia a rutura é denominado hipocentro e o ponto à superfície na sua vertical é denominado epicentro. Por vezes, devido à forte direccionalidade do padrão de distribuição de energia e a uma maior profundidade do foco do sismo, o epicentro pode não ser exatamente o local mais afetado. 5

6 2. CONSEQÊNCIAS SÍSMICAS: Dependendo de diversos fatores um sismo pode provocar mais ou menos danos num edifício. Um dos fatores do qual dependem as consequências de um sismo é a magnitude do mesmo, no entanto não é o único fator que influencia os estragos que este provocará num dado local. Outro dos fatores prende-se com os materiais e as técnicas usadas nas construções dos edifícios. Portanto dependendo desses fatores um edifício pode comportar-se de diversas maneiras durante a ocorrência de um sismo. O edifício pode apenas mover-se de um lado para o outro sem, no entanto, sofrer danos, pode começar a rachar (abrem-se algumas fendas) e em casos mais extremos pode mesmo colapsar. Em ordem a conseguir comparar diferentes sismos e as suas consequências foi criada a escala de Mercalli, atualmente escala de Mercalli modificada, que avalia a intensidade de um sismo, isto é, os danos que um determinado sismo provoca. Esta escala resulta do desenvolvimento da já existente escala de Mercalli, criada em 1902 por Giuseppe Mercalli. A escala de Mercalli modificada foi desenvolvida em 1931 pelos sismólogos americanos Harry Wood e Frank Neumann e divide-se em 12 graus diferentes sendo que quanto maior for o estrago provocado por um determinado sismo maior é o grau correspondente na escala de Mercalli modificada (figura 1). Figura 1 6

7 No entanto esta escala não se baseia em cálculos matemáticos, mas sim em avaliações subjetivas baseadas nas observações dos efeitos de um determinado sismo. Ao longo da história ocorreram milhares de sismos sendo que o sismo sentido no Chile a foi o mais forte da história, com uma magnitude de 9.5 na escala de Richter e avaliado em XI na escala de Mercalli modificada (figura 2). Este sismo provocou cerca de mortos, feridos e Figura 2 de desalojados. Para além dos danos provocados pelo sismo, a este seguiu-se um tsunami que provocou ondas até 11.5 metros e 2 dias depois o vulcão Puyehue entrou em erupção. Em Portugal o maior sismo sentido verificou-se a 1 de novembro de 1755, sismo este que se estima ter atingido uma magnitude de 8.7 na escala de Richter, e uma intensidade de XI na escala de Mercalli modificada. Este sismo destruiu grande parte de lisboa e provocou um tsunami com ondas até 15 metros de altura, provocando assim grandes danos na cidade (figura 3). Figura 3 7

8 3. MÉTODOS DE PREVENÇÃO: Atualmente as construções antissísmicas são projetadas com o intuito de aumentar a ductilidade dos edifícios fazendo assim com que estes se tornem flexíveis, maleáveis e elásticos. Só deste modo é que as infraestruturas vão poder dissipar a energia sísmica de forma eficiente sem sofrerem danos. A ductilidade estrutural do edifício é medida experimentalmente em laboratórios na medida em que se sujeitam os edifícios a forças e ações que testam o seu comportamento não linear, ou seja, o comportamento não prédeterminista, que não é previsível. Tal como se prova experimentalmente, os danos prováveis de um sismo num edifício podem ser reduzidos de diversas maneiras com métodos que serão enunciados mais à frente A «GAIOLA» POMBALINA: A gaiola pombalina é um pioneiro método antissísmico posto em prática aquando da reconstrução da Baixa de Lisboa, que foi totalmente dizimada após o sismo de 1 de novembro de A gaiola é uma estrutura de madeira que é aplicada na parte interior das paredes, enquanto que as fachadas e a parte exterior das paredes são construídas em alvenaria de pedra ordinária, que consiste na sobreposição de pedras irregulares que são cimentadas para que formem uma estrutura coesa. Os andares do edifício (acima do primeiro) eram construídos também em madeira e estavam assentes em barrotes transversais que percorriam a infraestrutura de uma ponta à outra. Figura 4 Gaiola pombalina aplicada a um edifício Os edifícios Pombalinos representam um marco importante na engenharia sísmica porque apesar de aparentarem ser de alvenaria, são constituídos por uma estrutura tridimensional de madeira no seu interior (Gaiola Pombalina), que não é visível por se encontrar embebida nas paredes de alvenaria, mas que permite a absorção de parte das ações e deslocamentos quando da ocorrência de um sismo. A conceção original da estrutura da gaiola é salvaguardar pessoas e bens no interior do edifício, sendo suposta a 8

9 manutenção do seu equilíbrio, mesmo na eventualidade de ocorrência de destacamento e queda da alvenaria das fachadas. (InstitutoSuperiorTécnico. (acedido: )) Foram realizados inúmeros estudos de forma a ser comprovada a fiabilidade da estrutura. Um deles baseava-se na comparação de dois edifícios: um deles com a gaiola pombalina instalada e outro sem. Os resultados do estudo foram bem esclarecedores: a infraestrutura que possuía a gaiola era bem mais resistente a forças sísmicas do que o edifício desprovido de gaiola. As vibrações nas paredes de alvenaria passaram a ser evitadas, o que fez com que em caso de sismo, o edifício deixasse de estar em risco de desabalo ISOLAMENTO DA BASE: O isolamento da base é outro método distinto que consiste em criar uma superfície de descontinuidade entre a base e o edifício em si. Desta forma, os deslocamentos resultantes do sismo ficarão confinados a esta base, daí não resultarem danos materiais no edifício. Existem alguns exemplos de isolamento da base. Mas, os mais eficazes são: o uso de rolamentos e o uso de almofadas flexíveis. O primeiro exemplo consiste em colocar rolamentos entre a base do edifício e o solo. Assim, quando ocorrer um sismo, os rolamentos podem mover-se livremente, o que faz com que o edifício permaneça estável, porque nenhuma força será transferida diretamente para ele devido às vibrações do solo. Figura 5 Sistema de rolamentos As almofadas flexíveis oferecem resistência aos movimentos laterais que são provocados pelos sismos, o que torna este método menos eficiente do que o que foi enunciado anteriormente. Com isto, é de frisar que já seriam sentidas algumas agitações do solo. Ao nível das construções menos dispendiosas, estes amortecedores são feitos de borracha enquanto que nas construções mais complexas, estes são controlados eletronicamente. 9

10 3.3. PAREDE RESISTENTE: A principal capacidade deste tipo de paredes é o facto de conseguir transferir a energia gerada pelas forças laterais para o solo, sempre na direção paralela aos planos. O principal exemplo deste tipo de paredes é o betão armado, (mistura de cimento com vigas de aço). Atualmente este tipo de método é muito comum pois ajuda a suportar o peso do edifício. As forças laterais causadas pelos sismos e pelos ventos, juntamente com a massa da estrutura e dos ocupantes, criam grandes forças de torção nas infraestruturas. Estas forças podiam facilmente despedaçar um edifício. Sendo assim surge a necessidade de se reforçar a estrutura colocando uma parede, denominada de parede resistente, que manterá a forma da estrutura e evitará a rotação das juntas, mantendo o edifício intacto e salvaguardado. Estas paredes são de extrema importância no caso dos arranha-céus porque estes estão mais sujeitos às condições adversas que foram enumeradas anteriormente. Figura 6 Betão armado 3.4. PÊNDULO (OU COMPENSADOR DE MASSA): Este método é usado igualmente em edifícios com uma altura considerável. O pêndulo desempenha a função de contrapeso. É sempre colocado na parte superior dos edifícios para contrabalançar os movimentos do edifício durante a ocorrência de um sismo. A estrutura desloca-se sempre no sentido oposto aos movimentos vibratórios do solo, tornando a infraestrutura muito mais estável. O exemplo mais ilustrativo do uso desta técnica é o edifício Taipei 101, localizado no Taiwan. A altura deste colosso (449 metros), é uma das razões que leva a que esta estrutura seja praticamente obrigada a ter sistemas antissísmicos de ponta. Os engenheiros responsáveis pela sua construção tiveram assim de proporcionar ao edifício maior ductilidade do que a que ele teria, caso a sua altura e massa fossem bem menores. 10

11 Mas o que torna este edifício tão inovador e de ponta? O que torna o Taipei 101 assim tão inovador é o seu gigantesco pêndulo de 660 toneladas. Existem ainda outros dois amortecedores de massa no cimo da torre que pesam cerca de 6 toneladas cada um. Esta maravilha da engenharia previne grandes desastres relacionados com sismos que possam vir a acontecer, para além de criar uma ponte com vista para a inovação nos sistemas antissísmicos. Figura 8 Pêndulo Anti-Sísmico, Taipei 101 Figura 7 Taipei 101, Taiwan, R.P.C. 11

12 4. BARREIRAS À APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PREVENÇÃO: Nem sempre os métodos antissísmicos são aplicados na construção dos edifícios, devido ao facto do seu elevado custo muitas das vezes impossibilitar a aprovação do projeto e por essa mesma razão (reduzir os custos do projeto da conceção do edifício) a prevenção antissísmica é muitas das vezes posta de parte em prol dos custos. Os danos e prejuízos causados devido a uma catástrofe como esta são avultados e muitas das vezes insubstituíveis (perda de vidas). Um dos exemplos mais marcantes foram os prejuízos financeiros provocados na Índia pelos maremotos de 26 de Dezembro de 2004 ascendem a pelo menos 1,18 mil milhões de dólares. Quase metade deste montante, cerca de 581milhões de dólares, corresponde a prejuízos contabilizados no Estado de Tamil Nadu, no sul da Índia, o mais atingido pela catástrofe com mais de mortos. 12

13 5. RESULTADOS DA APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PREVENÇÃO: Os resultados da aplicação dos métodos de prevenção antissísmica, com o nível avançado de técnicas e o diverso número de métodos aplicados em diferentes situações, é a de que mesmo um sismo de grande força não provoque grandes danos no edifício a nível estrutural, não provocando, portanto, o colapso do mesmo, sendo apenas admitido um certo nível de danos como pequenas fendas reparáveis (entre outras). Outro dos aspetos a ter em conta é a função para qual o edifício foi concebido, por exemplo num hospital tem de se ter em atenção que mesmo ocorrendo um sismo o hospital tem de estar apto a continuar operacional para responder a todos os seus docentes. Em suma os resultados obtidos pelos diversos métodos de prevenção antissísmica são submetidos a uns testes rigorosos de ensaio em prol da diminuição do risco de falha desses mesmos equipamentos. Posto isto, podese admitir que os resultados obtidos são os esperados e por essa mesma razão cada vez mais todos os edifícios incluem na sua construção base esses métodos de prevenção. Pois o fim para qual a sua construção, e posterior colocação nos edifícios, é salvar vidas, mas também para proteger a nossa herança cultural. 13

14 6. CONCLUSÃO: Os sismos são uma das principais razões para que um edifício caia devido às forças associadas a este tipo de acontecimentos, outras são a magnitude do mesmo, os materiais e as técnicas utilizadas para a construção do edifício. Em ordem a conseguir comparar diferentes sismos e as suas consequências foi criada a escala de Mercalli, atualmente escala de Mercalli modificada, que avalia a intensidade de um sismo, isto é, os danos que um determinado sismo provoca. Atualmente as construções antissísmicas são projetadas com o intuito de aumentar a ductilidade dos edifícios fazendo assim com que estes se tornem flexíveis, maleáveis e elásticos. Só deste modo é que as infraestruturas vão poder dissipar a energia sísmica de forma eficiente sem sofrerem danos. Os resultados da aplicação dos métodos de prevenção antissísmica, com o nível avançado de técnicas e o diverso número de métodos aplicados em diferentes situações, é a de que mesmo um sismo de grande força não provoque grandes danos no edifício a nível estrutural, não provocando, portanto, o colapso do mesmo, sendo apenas admitido um certo nível de danos como pequenas fendas reparáveis (entre outras). A queda de edifícios provocada por estes acontecimentos provoca danos no edifício, na economia e pode levar á perda de vidas humanas é por essa razão que arquitetos, geólogos e engenheiros em todo o mundo trabalham em equipa para constantemente ultrapassar barreiras postas por estes problemas provocados por acontecimentos mortíferos criados pela própria natureza. As respostas dadas a este tipo de problemas é o que faz com que a nossa sociedade evolua no sentido da segurança criada pelas soluções desenvolvidas pelos arquitetos e engenheiros. 14

15 7. BIBLIOGRAFIA: Instituto Dom Luiz. (acedido: ) U.S.GeologicalSurvey(USGS).TheModifiedMercalliIntesityScale. e.usgs.gov/learn/topics/mercalli.php (acedido: ) U.S.GeologicaSurvey(USGS). ld/events/1960_05_22.php (acedido: ) U.S.GeologicalSurvey(USGS).HistoricEarthquakes. /earthquakes/world/events/1755_11_01.php (acedido: ) WordPress. (acedido: ) FEUP.ProjetoFEUP /files/REL_12MC01_01.PDF (acedido: ) FEUP.ProjetoFEUP _15/uploads/apresent_11MC04_1.pdf (acedido: ) InstitutoSuperiorTécnico. truturas.pdf (acedido: ) FEUP.ProjetoFEUP iles/rel_12mc02_02.pdf (acedido: ) ScienceinSchool arthquakes (acedido: ) 15