Sistema de isolamento base para terremoto: um esboço sobre princípios, tipos, vantagens e aplicações

Um terremoto ou desbaste de terra por si só não é um desastre, é um fenômeno natural que resulta do movimento do solo, às vezes violento. Eles produzem ondas de superfície, que causam uma vibração do solo e estruturas em pé por cima. Dependendo das características dessas vibrações, o solo pode desenvolver rachaduras, fissuras e assentamentos. O possível risco de perda de vidas acrescenta uma dimensão muito séria ao design sísmico, colocando uma responsabilidade moral nos engenheiros estruturais. Nos últimos tempos, muitos novos sistemas foram desenvolvidos, para reduzir as forças de terremoto que atuam na estrutura ou para absorver uma parte da energia sísmica.
Um dos sistemas de proteção sísmica mais amplamente implementados e aceitos é o isolamento básico.

O isolamento básico é um dos sistemas de proteção sísmica mais amplamente aceitos em áreas propensas a terremotos. Mitiga o efeito de um terremoto, isolando essencialmente a estrutura de movimentos potencialmente perigosos do solo. O isolamento sísmico é uma estratégia de design, que abre a estrutura para os efeitos prejudiciais do movimento do solo. O termo isolamento refere -se à interação reduzida entre a estrutura e o solo.

Quando o sistema de isolamento sísmico está localizado sob a estrutura, é chamado de "isolamento base".
O outro objetivo de um sistema de isolamento é fornecer um meio adicional de dissipação de energia, reduzindo assim a aceleração transmitida na superestrutura. O desacoplamento permite que o edifício se comporte de maneira mais flexível, o que melhora sua resposta a um terremoto. O conceito de isolamento básico é explicado através de um exemplo de um edifício que repousa sobre rolos sem atrito. Quando o chão treme, os rolos rolam livremente, mas o edifício acima não se move.
Assim, nenhuma força é transferida para o edifício devido ao agitação do solo; Simplesmente, o edifício não experimenta um terremoto.

O conceito de isolamento básico é explicado através de um exemplo de um edifício que repousa sobre rolos sem atrito. Quando o chão treme, os rolos rolam livremente, mas o edifício acima não se move. Assim, nenhuma força é transferida para o edifício devido ao agitação do solo; Simplesmente, o edifício não experimenta um terremoto.
Agora, se o mesmo edifício estiver repousado em almofadas flexíveis que oferecem resistência contra movimentos laterais, algum efeito do tremor do solo será transferido para o edifício acima.
As almofadas flexíveis são chamadas isoladores de base, enquanto as estruturas protegidas usando esses dispositivos são chamadas de edifícios isolados de base. A principal característica da tecnologia de isolamento base é que ela introduz flexibilidade na estrutura.

É necessário um estudo cuidadoso para identificar o tipo de dispositivo mais adequado para um edifício específico. Além disso, o isolamento básico não é adequado para todos os edifícios. As estruturas mais adequadas para o isolamento da base são edifícios baixos a médios repousados ​​em solo duro por baixo. Arranha-céus ou edifícios repousados ​​em solo macio não são adequados para o isolamento da base.

O princípio fundamental do isolamento da base é modificar a resposta do edifício para que o solo possa se mover abaixo do edifício sem transmitir esses movimentos para o edifício. Um edifício perfeitamente rígido terá um período zero. Quando o solo mover a aceleração induzida na estrutura será igual à aceleração do solo e haverá zero deslocamentos relativos entre a estrutura e o solo. A estrutura e o solo movem a mesma quantidade. Um edifício perfeitamente flexível terá um período infinito.
Para esse tipo de estrutura, quando o solo abaixo da estrutura se mover, haverá aceleração zero induzida na estrutura e o deslocamento relativo entre a estrutura e o solo será igual ao deslocamento do solo. Portanto, estruturas inflexíveis que a estrutura não se moverá, o solo.

Os requisitos básicos de um sistema de isolamento são
1). Flexibilidade
2). Amortecimento
3). Resistência a cargas verticais ou outras cargas de serviço.

A proteção de terremotos de estruturas usando a técnica de isolamento base geralmente é adequada se as seguintes condições forem cumpridas
1. O subsolo não produz uma predominância do movimento do solo de longo período.
2. A estrutura é bastante conjunta com uma carga de coluna suficientemente alta.
3. O site permite deslocamentos horizontais na base da ordem de 200 mm ou mais.
4. As cargas laterais devido ao vento são inferiores a aproximadamente 10% do peso da estrutura.
 

· Quando o terremoto é afetado na estrutura da base fixa naquele tempo, a estrutura não está defendendo contra o terremoto.
· Mas em uma estrutura isolada de base, quando um terremoto é afetado no edifício da estrutura está se defendendo muito bem contra o terremoto.
· Em uma estrutura fixa, a estrutura se move com movimento do solo.
· Em uma estrutura isolada, a estrutura não se move com o movimento do solo. Mas o rolamento de isolamento se move com movimento no solo. Então, podemos dizer que a estrutura é segura.

Isoladores sísmicos

Isoladores elastoméricos
▶ Rolamentos de borracha natural linear (LNR)
▶ Rolamentos de borracha de baixo amortecimento
▶ Rolamentos de borracha de chumbo (LRB)
▶ Rolamentos de borracha de alto amortecimento (HDR)

Isoladores deslizantes
▶ Sistema de atrito resiliente
▶ Sistema de pêndulo de fricção (FPS)

Estes são formados por camadas horizontais de borracha natural ou sintética em camadas finas ligadas entre placas de aço.
As placas de aço impedem que as camadas de borracha se abbitem e, portanto, o rolamento é capaz de suportar cargas verticais mais altas com apenas pequenas deformações.
Os rolamentos elastoméricos simples fornecem flexibilidade, mas não têm amortecimento significativo e se moverá sob cargas de serviço.

1, rolamento de borracha natural de baixo amortecimento (LDR)
Taxa de amortecimento=2% a 3%
A fabricação é fácil.
Resposta não fortemente sensível temperatura, taxa de carga e envelhecimento.
A tensão de cisalhamento é excedida de até 100%.

2, rolamento de borracha natural de amortecimento alto (HDR)
O amortecimento é aumentado adicionando preto de carbono extra-fino, óleos ou resinas e outros enchimentos.
Linhagem máxima de cisalhamento=200 a 350%
Taxa de amortecimento=10 para 20% a 100% de tensão de cisalhamento
O amortecimento eficaz depende de:
· Velocidade de cargas
· Histórico de carregamento
· Temperatura

3, rolamentos de borracha de chumbo (rolamento de borracha laminada) (LRB)
Um mancal de borracha de chumbo ou mancal de borracha do núcleo de chumbo é formado por uma força de plugue de chumbo ajustada em um orifício pré-formado em um rolamento elastomérico. O núcleo de chumbo fornece rigidez sob cargas de serviço e dissipação de energia sob altas cargas laterais. As placas de aço superior e inferior, mais espessas que os calços internos, são usados ​​para acomodar o hardware de montagem. Todo o rolamento está envolto na borracha de tampa para fornecer proteção ambiental.
Quando submetidos a cargas laterais baixas (como um pequeno terremoto, o vento ou as cargas de tráfego), o rolamento de borracha de chumbo é rígido, tanto lateralmente quanto verticalmente.
A rigidez lateral resulta da alta rigidez elástica do plugue de chumbo e da rigidez vertical (que permanece em todos os níveis de carga) resultam da construção de borracha de aço do rolamento.

4, isoladores deslizantes
O segundo tipo mais comum de sistema de isolamento usa elementos deslizantes entre a base e a base da estrutura.
Por molas de alta tensão ou mancal de borracha laminada, criando superfície curva deslizante.
Esses mecanismos fornecem uma força de restauração para devolver a estrutura à sua posição de equilíbrio.
4a. Isoladores deslizantes planos (sistema de atrito resiliente)
Dois tipos de isoladores deslizantes planos:
· Com uma capacidade recente
· Sem capacidade recente
1). Isolador deslizante sem capacidade recente
Isso consiste em uma superfície deslizante horizontal, permitindo um deslocamento e, assim, dissipando a energia por meio de atrito definido entre os componentes deslizantes e o aço inoxidável.
Um problema específico com uma estrutura deslizante são os deslocamentos residuais que ocorrem após grandes terremotos.
2). Isolador deslizante com capacidade recente
Comparado com isoladores deslizantes, o isolamento deslizante Pendula (SIPS) com capacidade recente tem uma placa deslizante côncava.
Devido à geometria, cada deslocamento horizontal resulta em um movimento vertical do isolador.
A energia potencial, armazenada pela superestrutura, que foi empurrada para o topo, resulta automaticamente em recentemente o rolamento em uma posição neutra.
Eles permanecem horizontalmente flexíveis, dissipam a energia e mais recentemente a superestrutura em uma posição neutra.

4b. Isoladores deslizantes esféricos (rolos) (sistema de pêndulo de fricção) (FPS/FPB)
O sistema de pêndulo de atrito é um sistema de isolamento deslizante em que o peso da estrutura é suportado em superfícies deslizantes esféricas que deslizam em relação uma à outra quando o movimento do solo excede um nível limite.

O requisito para a instalação de um sistema de isolamento base é que o edifício possa mover horizontalmente em relação ao solo, geralmente pelo menos 100 mm.
A configuração mais comum é instalar um diafragma imediatamente acima dos isoladores.
Se o edifício tiver um porão, as opções serão instalar os isoladores na altura superior, inferior ou média das colunas e paredes dos porões.

1. Reduziu a demanda sísmica de estrutura, reduzindo assim o custo da estrutura.
2. Deslocamentos menores durante um terremoto.
3. Melhora a segurança das estruturas
4. Reduziu os danos causados ​​durante um terremoto. Isso ajuda a manter o desempenho da estrutura após o evento.
5. Aumenta o desempenho da estrutura sob cargas sísmicas.
6. Preservação da propriedade

· Desafiador de implementar de maneira eficiente.
· Subsídio para deslocamentos de construção.
· Ineficiente para edifícios altos
· Não é adequado para edifícios repousados ​​em solo macio.
 

1. Isolamento base de pontes
2. Isolamento base de edifícios importantes
3. Aumentar a resposta das estruturas históricas
4. Isolamento no campo de máquinas

O método de isolamento da base sísmica provou ser um método confiável de design resistente ao terremoto.
O sucesso desse método é amplamente atribuído ao desenvolvimento de dispositivos de isolamento e ao planejamento adequado.
Os sistemas de isolamento adaptável devem ser eficazes durante uma ampla gama de eventos sísmicos.
São necessários esforços para encontrar as soluções para as situações, como regiões de quase falha, onde podem ocorrer uma grande variedade de movimentos de terremotos.