a aÇÃo dos sismos nas estruturas
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A AÇÃO DE SISMO NAS ESTRUTURASDEECC/UFC
Joaquim Eduardo MotaDepartamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil – DEECC
Centro de Tecnologia / UFCFortaleza, 15 de maio de 2008
A SISMOLOGIA E A ENGENHARIA ESTRUTURALDEECC/UFC
SISMOS NÃO MATAM PESSOAS, MAS AS ESTRUTURAS SIM !
GEOFÍSICA
SISMOLOGIA
GRANDES SISMOS
ENGENHARIA CIVIL
ENG. ESTRUTURAL
ENG. SÍSMICA
TEM TERREMOTO NO NOSSO BRASIL ?
DEECC/UFC
Itacarambi,MG 09/12/2007 – 4.9 ERMORTE DE UMA CRIANÇA
Sobral,CE – 29/02/2008 – 3.5 EREu tava deitada na rede e minha filha almoçando. Quando dei fé foi o tamborete andando sozinho, a rede balançando, as telha tremendo...
São Paulo,SP 22/04/2008 5.2 ER
NUNCA ANTES, NA HISTÓRIA DESTE PAÍS, FALOU-SE TANTO EM TERREMOTO.
PERGUNTAS BÁSICASDEECC/UFC
1. PORQUE OCORREM OS SISMOS ?
2. COMO REPRESENTAR A AÇÃO DO SISMO NAS ESTRUTURAS
3. PODEMOS PROJETAR ESTRUTURASRESISTENTE A SISMOS ? (ESTRUTURAS SISMO-RESISTENTE)
ESTRUTURA DA TERRA E AS PLACAS TECTÔNICAS
DEECC/UFC
CROSTA 25 A 40 KMMANTO SUPERIOR 40 KM A 700 KMMANTO INFERIOR 700 KM A 2.900 KMNÚCLEO 2.900 KM A 6.350 KMRAIO DA TERRA = 6.350 KM
LITOSFERA CROSTA + PARTE DO MANTO SUPERIOR 70 KMATENOSFERA PARTE COMPLEMENTAR DO MANTO SUPERIOR 70 KM ATÉ 700 KM COMPOSTO DE ROCHAS PARCIALMENTE FUNDIDAS.
A TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACASEssa teoria postula que a LITOSFERA está quebrada em um determinado número de placas rígidas, que se deslocam com movimentos horizontais, que podem ser representados como rotações com respeito ao eixo que passa pelo centro da Terra. Essas movimentações ocorrem porque a LITOSFERA, mais leve e fria, praticamente “flutua” sobre o material mais quente e denso e parcialmente fundido, existente no topo da ATENOSFERA..
PLACAS TECTÔNICASDEECC/UFC
MOVIMENTAÇÃOMOVIMENTO DE PLACAS DIVERGENTES – Cadeias Meso-Oceânicas (1)MOVIMENTO DE PLACAS CONVERGENTES – Subdução da Placa NAZCA (2)MOVIMENTO HORIZONTAL OU FALHA TRANSFORMANTE- Falha de Santo Andé (3)
1
3
2
MOVIMENTAÇÃODAS PLACAS
DEECC/UFC
PERIODICIDADE DOS SISMOS
DEECC/UFC
SISMOS INDUZIDOS DEECC/UFC
INDUÇÃO PELA CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS “Encha uma represa e inicie um terremoto”Causas: Pesos das massas de água e sedimentos acrescentadas ao relevo ; alteração da estabilidade mecânica das rochas por diferenciais de pressão gerado pelo encharcamento das porosidades e escoamento de água nas fallas e dutos internos.
EXTRAÇÃO DE MINERAIS EXTRAÇÃO DE AQUÍFEROSEXTRAÇÃO DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEISGRANDES EXPLOSÕES
SISMOS CRIADOS PELA AÇÃO DO HOMEM
SISMÓGRAFOS DEECC/UFC
MODELO ESQUEMÁTICO
DE SISMÓGRAFO
SAÍDA GRÁFICA DE SISMÓGRAFO
ELETRÔNICO
FOCUS E EPICENTRO DEECC/UFC
MAGNITUDEDEECC/UFC
ESCALA RICHTER
Ao = 0,001 mmA = Máxima Amplitude regis-trada a 100KM do Epicentro.
Seja um terremoto com 8 pontosna escala Richter, teremos então
JoulesxE x 168,16)85,18,4( 1031,61010 === +
A energia produzida na usina de Itaipu em um dia corresponde a:
JoulesxxWxE 159 10037,1864001012 ==
diasxxd 8,60
10037,11031,6
15
16
==
Logo a energia liberada peloterremoto equivale a 60,8 dias de funcionamento de Itaipu.
INTENSIDADEDEECC/UFC
SISMICIDADE GLOBALDEECC/UFC
SISMICIDADE GLOBALDEECC/UFC
6,831 milBam, Irã2003
7,654 milPaquistão2005
7,966 milPeru1970
7,670 milGansu, China1932
Desconhecida70 milLisboa, Portugal1755
Desconhecida77 milTabriz, Irã1727
Desconhecida80 milShemakha, Azerbaidjão1667
Desconhecida100 milChihli, China1290
7,270 mil a 100 milMessina, Itália1908
7,3110 milTurcomenistão1948
Desconhecida143 milKwanto, Japão1923
8,6200 milGansu, China1920
Desconhecida200 milChina, perto de Xining1927
Desconhecida230 milAlepo, Síria1138
7,5255 milTangshan, China1976
Desconhecida830 milShansi, China1556
Na Escala RichterNº de mortosOnde foiAno
SISMICIDADE NA AMÉRICA DO SULDEECC/UFC
SISMICIDADE NO BRASILDEECC/UFC
Ano LocalidadeMagnitude (escala de Richter)
1922 Mogi Guaçu – SP 5,1
1939 Tubarão – SC 5,5
1955 Serra Tombador – MT 6,6
1955 Litoral Vitória – ES 6,3
1963 Manaus – AM 5,1
1964 NW de Mato Grosso do Sul 5,4
1980 Pacajus – CE 5,2
1983 Codajás – AM 5,5
1986 João Câmara – RN 5,1
1989 João Câmara – RN 5,0
1990 Plataforma – RN 5,0
1998 Porto Gaúchos – MT 5,2
SISMICIDADE NO NORDESTEDEECC/UFC
PERÍODO: 1666-1980
TOTAL: 253 SISMOS
MAGNITUDE: 1,6 a 4,7
CEARÁ.........: 80BAHIA..........:71RG.NORTE......:52PERNAMBUCO..:30MARANHÃO....:09ALAGOAS.......:07PARAÍBA........:03SERGIPE.........:01
MAPA DE FALHAS
AÇÃO DE SISMONAS ESTRUTURASDEECC/UFC
Os Sismos impõem deslocamentos à basedas estruturas. O movimento apresenta umaaceleração que varia de direção, sentidoe magnitude. ANÁLISE DINÂMICA
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
SISTEMAS COM UM GRAU DE LIBERDADE: (UGL)
Equação de Equilíbrio DinâmicoPrincípio de D’Alembert
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
VIBRAÇÕES LIVRE NO SISTEMA UGL [c=0 F(t)=0]
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
VIBRAÇÕES LIVRE NO SISTEMA UGL [c<ccrit F(t)=0]
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
VIBRAÇÕES FORÇADAS NO SISTEMA UGL [c<ccrit F(t)≠0]
INTEGRAL DE DUHAMELSolucionada Numericamente
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
EXCITAÇÃO HARMÔNICA
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
IMPULSO TRIANGULAR
IMPULSO SENOIDAL
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
AÇÃO SÍSMICA
Registro do Acelerograma doTerremoto de El Centro/California
18/05/1940
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
MOVIMENTAÇÃO DA BASE
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
ESPECTRO DE RESPOSTA
SISTEMA UGL
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
SISTEMA COM VÁRIOS GRAUS DE LIBERDADE: VGL
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
SISTEMA COM VÁRIOS GRAUS DE LIBERDADE: VGL
Problema de Autovalor e AutovetorAutovalor: Frequencia CircularAutovetor: Modo de Vibração Livre
Propriedades dos Modos de Vibração
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
MÉTODO DA SUPERPOSIÇÃO MODAL
Sistema de n Equações Diferenciais Acopladas
Conjunto de n Equações Diferenciais Desacopladas – n Sistemas UGL
FUNDAMENTOS DA ANÁLISE DINÂMICA
DEECC/UFC
MÉTODO DA SUPERPOSIÇÃO MODAL
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
Espectro de Resposta
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
NORMA BRASILEIRADEECC/UFC
CRITÉRIOS DE DESEMPENHODEECC/UFC
Medida de Dano
Medida deIntensidade
Joe’s
BeerBeer!!
FoodFood!!
Joe’s
BeerBeer!!FoodFood!!
Operacional
Preservaçãode Vidas
Humanas
EstabilidadeEstrutural
Ruína
Evento Muito Raro(TR = 970 anos)
Evento Raro(TR = 475 anos)
Evento Ocasional(TR = 72 anos)
Evento Frequente(TR = 43 anos)
SISMO x VENTODEECC/UFC
SISMO: a=0,05 g – Cargas Horizontais Equivalentes – Categoria BVENTO: vo=30 m/sÁrea do Pavimento =400 m2 – Barlavento=15m
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
2500,00
3000,00
0 10 20 30 40 50
n.pav
H (K
N SISMOVENTOSISMO MINIMO
UTILIZAÇÃO DE NORMAS TÉCNICAS
DEECC/UFC
0%
30%
60%
90%
Pre-1971 1972-80 Post-1981
Design Code
Performance of buildings constructed in Kobe by Ohbayashi Corporation (Kobe earthquake, 1995])
Heavy DamageModerate DamageLow Damage
O PATRONO DA ENGENHARIA SÍSMICA
DEECC/UFC
MARQUES DE POMBAL GAIOLA 3D DE
TRAVAMENTO ANTI-SÍSMICO
O terremoto que assolou Lisboa no dia 1 de Novembro de 1755 foi a primeira catástrofe natural a assumir proporções globais. O sismo terá atingido uma magnitude entre os 8,7 e os 9,0 graus na escala deRichter, começando a terra a tremer por volta da 9h30 da manhã e mantendo-se a actividade sísmica durante cerca de seis minutos.Seguido por um tsunami que chegou hora e meia depois à parte oriental de Lisboa, que avançou 250 m para o interior da cidade, e por diversos incêndios que se prolongaram por cinco dias, o terremoto provocou cerca de 90 mil mortos.
VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS
DEECC/UFC
Estribos insuficientes ou mal detalhados tendo em vista a ductilidade exigida.
VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS
DEECC/UFC
Deficiência de aderência e ancoragens. Vícios de construção.
VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS
DEECC/UFC
Falta de capacidade resistente por deficiência no cálculo ou no detalhamento particularmente na ligação viga-pilar
VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS
DEECC/UFC
Alteração da resposta estrutural local ou global induzida pela paredes de alvenaria.
VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS
DEECC/UFC
Irregularidade de rigidez na vertical. “SOFT-STOREY”
VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS
DEECC/UFC
Mecanismo Pilar-Curto pelaInterrupção na alvenaria. Mecanismo Viga Forte – Pilar Fraco
AFERIAÇÃO DA VULNERABILIDADEDEECC/UFC
TÉCNICAS DE REFORÇODEECC/UFC
Reforço global do sistema estrutural• adição de paredes resistentes de concreto armado• contraventamentos metálicos• isolamento de base• sistemas passivos de dissipação de energia• redução da massa do edifício• outras técnicas (controle ativo, sistemas híbridos de dissipação de energia,
tuned mass, liquid dampers,…)
Intervenção ao nível dos elementos estruturais• injecção de resinas epoxy• encamisamento (metálico, em concreto armado, fibras de carbono)• concreto projetado (“shotcrete”)• outras técnicas (pré-esforço, redução de secção dos pilares/vigas/paredes,
eliminação de paredes de enchimento, correção do detalhamento das armaduras.
ISOLAMENTO DE BASEDEECC/UFC
CONTROLE ATIVODEECC/UFC
Amortecedores Líquidos
Liquid Dampers
Massas Equilibrantes“Tuned Mass”
DUCTILIDADEDEECC/UFC
Detalhamento Especial dos Estribos nas Vigas.
Pilares: ni<0,65; ro>1%
O confinamento aumenta a resistência e a ductilidade do concreto.
RISCO SÍSMICODEECC/UFC
VULNERABILIDADE DAS ESTRUTURAS
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-1 1 3 5 7 9 11 13 15
Time (S)
Ace
lera
tion
(m/s
2)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Período (seg)
Acel
eraç
ão (m
/s2)
MAGNITUDE DO SISMOESPERADO
+
CONCLUSÕESDEECC/UFC
1.O Brasil precisa incrementar a pesquisa em Sismologia, visandouma melhor caracterização de suas fontes sismogênicas.
2.Da mesma forma é preciso desenvolver a nossa engenharia sísmi-ca capacitando os engenheiros estruturais no projeto de estrutu-ras sismo-resistentes.
3.Não há dúvida que o Nordeste Brasileiro apresenta fontes sis-mogênicas de médio porte, típicas de regiões intra-placas, queexigem políticas públicas e legislação de projeto e construçãode estruturas que levem em conta esta realidade. Políticas Públicas: Esclarecimentos e treinamento da populaçãonas áreas de maior risco.Legislação: Obrigatoriedade do uso da norma de sismo no projetode Hospitais, Escolas, Quartéis…
CONCLUSÕESDEECC/UFC
4.Neste contexto nos parece claro que as Universidades da nossaregião têm um papel extemamente importante a ser cumprido,no desenvolvimento de trabalhos de pesquisa e de extensão vi-sando a avaliação mais aprofundada do risco sísmico de nossascidades e a definição de ações técnicas que sejam compatíveiscom a nossa realidade econômica e que atenuem a vunerabilidadedas nossas estruturas.
GRATO PELA ATENÇÃO