Protecção de Estruturas com Isolamento de Base WORKSHOP ON TECHNIQUES AND METHODS FOR VULNERABILITY REDUCTION LESSLOSS – SP7 Protecção de Estruturas com Isolamento de Base Modelo de dimensionamento com base em deslocamentos aplicados a estruturas antigas com isolamento de base Luís Guerreiro 24 de Maio, 2007 LNEC, Lisboa

Isolamento de Base - Introdução De acordo com o conceito de Isolamento de Base o edifício (ou estrutura) é “separado” das componentes horizontais do movimento do solo através da interposição de uma camada com baixa rigidez horizontal entre a estrutura e a fundação. estrutura Camada deformável solo A consequência imediata da interposição de uma camada deformável é a redução da frequência própria de vibração. Outra consequência é o aumento dos deslocamentos. Mas os deslocamentos concentram-se ao nível dos dispositivos para isolamento.

Isolamento de Base - Introdução Um sistema de isolamento de base deve apresentar: Capacidade de suporte para cargas verticais Baixa rigidez horizontal Capacidade de dissipar energia Força restituição Exemplos de dispositivos para isolamento de base HDRB High Damping Rubber Bearing Bloco de Borracha de Alto Amortecimento LRB Lead Rubber Bearing Bloco de Borracha com Núcleo de Chumbo FPS Friction Pendulum System Sistema Pendular com Atrito

Isolamento de Base – Protecção de Edifícios Existentes S. Francisco City Hall Mackay School of Mines Salt Lake City and County Hall Los Angeles City Hall Oakland City Hall Adaptado de www.1906eqconf.org

Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Comparação entre os modos de vibração para estruturas de Base Fixa e com Isolamento de Base. Base Fixa 1º Modo 2º Modo 3º Modo 4º Modo Isolada Deformação no Isolamento de Base Deformação na Estrutura

“Capacity spectrum” com estrutura isolada Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Base fixa z = 5% Isolada z = 15% “Capacity spectrum” com estrutura isolada

Deformação da Estrutura Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Deformação Global Deformação da Estrutura DS = DT - DI DI = DS = (deslocamento efectivo) (deslocamento efectivo) mI = mS = (massa efectiva) (massa efectiva)

“Capacity spectrum” com estrutura isolada Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Ponto 1: (Sd, Sa) Ponto 2: (Sd,eq, Sa,eq) Sa,eq = Sa Base Fixa Ponto 2 z = 5% Isolada Ponto 1 z = 15% “Capacity spectrum” com estrutura isolada

Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Farol dos Capelinhos O Farol dos Capelinhos é uma estrutura emblemática da Ilha do Faial, Açores. A Torre do Farol tem cerca de 30m de altura e apresenta secção octogonal com 2.32m de largura de face na base e 2.00m no topo. As janelas e as portas estão dispostas segundo duas faces opostas do octógono. A estrutura é composta por alvenaria de pedra aparelhada e tem um reforço interior constituído por um anel de betão com 0.20m de espessura. Modo Frequencia (Hz) Observações 1 2.148 1o modo na direcção X 2 2.243 1o modo na direcção Y 3 9.970 2o modo na direcção X 4 10.121 2o modo na direcção Y 5 10.823 1o modo de torção Modo Frequencia (Hz) Observações 1 0.475 1o modo de torção 2 0.486 1o modo na direcção Y 3 0.487 1o modo na direcção X 4 2.879 2o modo na direcção Y 5 2.938 2o modo na direcção X Frequências Modais para a solução de base Fixa Frequências Modais para a solução com Isolamento

Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Modelo Não Linear Simplificado Definição das curvas Momento-curvatura Modelo de Fibras (Corte)

Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Deformação com Base Fixa Deformação da Estrutura com Isolamento de Base

Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Resposta Não Linear do modelo com Base Fixa Deslocamento Efectivo DEFF = 0.56 Dmax Massa Efectiva MEFF = 0.65 Mtot

Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Resposta Não Linear do modelo com Isolamento de Base Deslocamento Efectivo DEFF = 0.95 Dmax Base Isolada Massa Efectiva MEFF = 1.00 Mtot

Coeficiente de Amortecimento (%) Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos Solução 3 Solução 1 Solução 2 Solução Frequencia (Hz) Coeficiente de Amortecimento (%) 1 0.50 12.5 2 0.40 15.0 3 0.60 10.0 Características das soluções de isolamento de base

Isolamento de Base – Procedimento Passos a executar: 1 – Definição da Curva de Capacidade para o edifício com base fixa. 2 – Definição da capacidade máxima da estrutura em função da força de corte basal. 3 – Cálculo da massa e do deslocamento efectivo para as estruturas com base fixa e com isolamento. 4 – Converter o esforço de corte basal obtido na estrutura de base fixa para o valor equivalente na estrutura isolada. 5 – Escolha das características do isolamento de base.

Isolamento de Base – Conclusões A metodologia proposta pode ser uma ferramenta útil no dimensionamento do isolamento de base para a protecção de estruturas existentes. A curva de capacidade calculada para a estrutura de base fixa pode ser utilizada para caracterizar o comportamento sísmico da estrutura isolada acima da camada de isolamento. O isolamento de base é uma solução eficaz na protecção sísmica de estruturas de baixa ductilidade.