SEVERINO BATISTA DE LIMA NETO...RESUMO O abalo sísmico é um fenômeno natural ou artificial que...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL SEVERINO BATISTA DE LIMA NETO ESTUDO DO EFEITO SÍSMICO EM PROJETOS ESTRUTURAIS DE REGIÕES DE INSTABILIDADE GEOLÓGICA NATAL-RN 2017
Transcript of SEVERINO BATISTA DE LIMA NETO...RESUMO O abalo sísmico é um fenômeno natural ou artificial que...
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
SEVERINO BATISTA DE LIMA NETO
ESTUDO DO EFEITO SÍSMICO EM PROJETOS
ESTRUTURAIS DE REGIÕES DE INSTABILIDADE
GEOLÓGICA
NATAL-RN
2017
Severino Batista de Lima Neto
Estudo do efeito sísmico em projetos estruturais de regiões de instabilidade geológica
Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade
Monografia, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do Título de Bacharel em
Engenharia Civil.
Orientadora: Profa. Dra :Jaquelígia Brito da Silva
Natal -RN
2017
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Lima Neto, Severino Batista de.
Estudo do efeito sísmico em projetos estruturais de regiões de
instabilidade geológica / Severino Batista de Lima Neto. - 2017. 83 f.: il.
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de
Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil. Natal, RN, 2017.
Orientadora: Profª. Drª. Jaquelígia Brito da Silva.
1. Ação sísmica - Monografia. 2. Edificações - Monografia. 3.
Instabilidade geológica - Monografia. 4. Projetos estruturais -
Monografia. I. Silva, Jaquelígia Brito da. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 550.34:69.03
Severino Batista de Lima Neto
Estudo do efeito sísmico em projetos estruturais de regiões de instabilidade geológica
Trabalho de conclusão de curso na modalidade
Monografia, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do título de Bacharel
em Engenharia Civil.
Aprovado em 02 de junho de 2017:
___________________________________________________
Profa. Dra. Jaquelígia Brito da Silva – Orientadora
___________________________________________________
Prof. Dr. Marcos Lacerda Almeida - Examinador interno
___________________________________________________
Profa. Dra. Andreza Kelly Costa Nobrega – Examinador externo
Natal-RN
2017
DEDICATÓRIA
Dedico ao meu avô, o precursor dessa
jornada Severino Batista de Lima (in memoriam).
AGRADECIMENTOS
A Deus, que com Sua bondade, graça e misericórdia me abençoou com a realização
deste sonho e esteve ao meu lado em todos os momentos deste curso, fazendo-me ir muito mais
além do que eu imaginava.
A minha família, meu pai Francisco Israel de Lima e minha mãe Valeria Leite Maia
Lima por todos os anos de incentivo, apoio e compreensão no decorrer dessa jornada. Ao meu
avô Leniltom Moreira Maia pela constante assistência e preocupação com minha estadia.
A minha namorada, Eduarda Souza, pela paciência, companheirismo e afeto, pelo qual
foi, fundamental para eu superar todas as adversidades.
À minha orientadora, Jaquelígia Brito que me norteou para que eu pudesse realizar esse
trabalho da melhor forma possível. Ao meu amigo Daniel Évora que contribuiu imensamente
para esse trabalho.
RESUMO
O abalo sísmico é um fenômeno natural ou artificial que tem origem no interior da Terra e pode
ocorrer pelo movimento das placas tectônicas, pela ação vulcânica ou deslocamento de gases.
O risco sísmico mede a relevância do sismo para um determinado projeto estrutural e não pode
ser desconsiderado mesmo em regiões de baixa sismicidade. A capacidade destrutiva de uma
onda sísmica não depende apenas de sua intensidade, mas sim da densidade populacional. As
consequências ocasionadas em edificações submetidas às vibrações sísmicas podem causar
danos consideráveis e até vítimas fatais. Porém, podem ser desenvolvidos projetos com técnicas
adequadas para se atenuar esses efeitos. O objetivo do presente trabalho é estudar o efeito da
ação sísmica em projetos estruturais que se encontram em localidades que apresentam
instabilidade geológica, como no Brasil, no município de João Câmara, Rio Grande do Norte,
onde apresenta uma instabilidade sísmica devido à falha no centro de uma placa tectônica. A
principal razão da existência dessa instabilidade são fissuras denominadas de falhas geológicas.
Foram estudadas a norma brasileira NBR – 15421 (Projeto de estruturas resistente a sismos),
que estabelece o mapa de perigo sísmico de todo o território brasileiro, indicando algumas
regiões que deveriam adotar o efeito sísmico em projetos estruturais, e também a norma
europeia (EUROCÓDIGO-8), que estabelece um detalhamento mais aprofundado do que a
NBR – 15421, apresentando tecnicas mais refinadas de dimensionamento e uma téoria mais
abrangente. Concluiu-se que a magnitude de um terremoto é relativizada de acordo com as
características locais, ou seja, o mesmo sismo pode apresentar um potencial destrutivo diferente
em outras regiões. Foi constatado que os esforços advindos das ondas sísmicas incidem na
edificação pelo seu elemento de fundação, percorrendo posteriormente toda a estrutura, sendo
as solicitações geradas dependentes do tipo de onda sísmica incidente.
Palavras-chave: Edificações, ação sísmica, projetos estruturais, instabilidade geológica.
ABSTRACT
The earthquake is a natural or artificial phenomenon that originates inside the Earth and may
occur by the movement of tectonic plates, by volcanic action or displacement of gas. The
earthquake risk measures the relevance of earthquake for a given structural design and cannot
be disregarded even in regions of low seismicity. The destructive capacity of a seismic wave
not only depends on your intensity, but the population density. The consequences arising in
buildings subject to seismic vibrations can cause considerable damage and even fatalities.
However, projects can be developed with appropriate techniques to mitigate these effects. The
objective of the present work is to study the effect of seismic action in structural projects that
are in locations that present geological instability, as in Brazil, in the municipality of João
Câmara, Rio Grande do Norte, which presents a seismic instability due to failure in the middle
of a tectonic plate. The main reason for the existence of this instability are cracks called faults.
Were studied brazilian standard NBR-15421 (earthquakes resistant structures project), which
establishes the seismic hazard map of the entire Brazilian territory, indicating some regions
should adopt the seismic effect on structural projects, and also the European standard
(EUROCODE-8), which establishes a further detailing of the NBR-15421, presenting more
refined techniques of sizing and a broader theory. It was concluded that the magnitude of an
earthquake is relativized in accordance with local characteristics, i.e. the same earthquake may
present a destructive potential different in other regions. It has been found that the efforts from
the seismic waves focus on edification at your Foundation element, traveling later the whole
structure, being generated requests depend on the type of seismic wave incident.
Keywords: Buildings, seismic, structural projects action, geological instability.
SUMÁRIO
CAPÍTULO PÁGINA
1.0 INTRODUÇÃO..................................................................................................................18
1.1Considerações iniciais.....................................................................................................18
1.2 Objetivos........................................................................................................................20
1.2.1 Objetivo geral..........................................................................................................20
1.2.2 Objetivos específicos..............................................................................................20
1.3 Estrutura do trabalho......................................................................................................21
2.0 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...........................................................................................22
2.1 O abalo sísmico..............................................................................................................22
2.2 Hipocentro......................................................................................................................22
2.3 Intensidade.....................................................................................................................22
2.4 Aceleração......................................................................................................................23
2.5 Falha...............................................................................................................................23
2.6 Ondas sísmicas...............................................................................................................23
2.7 Perigo e risco sísmico....................................................................................................24
2.8 Risco sísmico em regiões com usinas nucleares............................................................25
2.9 Tectonismo.....................................................................................................................26
2.10 Falha geológica............................................................................................................28
2.10.1 Principais falhas geológicas a nível mundial.......................................................29
2.10.1.1 Falha geológica de San Andreas..................................................................29
2.10.1.2 Falha geológica de Nova Madrid.................................................................30
2.10.1.3 Falha geológica de Samambaia....................................................................32
2.11 Sismicidade intraplaca.................................................................................................33
2.12 Medições e consequências de um abalo sísmico.........................................................36
2.12.1 Ondas geradas no abalo sísmico..........................................................................36
2.12.1.1 Ondas primarias e secundarias.....................................................................36
2.12.1.2 Características das ondas tipo Rayleigh e Love (R e L) .............................37
2.12.1.3 Velocidade das ondas P e S..........................................................................38
2.12.2 Magnitude de um abalo sísmico...........................................................................38
2.12.2.1 Escala Richter..............................................................................................39
2.12.2.2 Escala Mercalli.............................................................................................41
2.13 Sismógrafo...................................................................................................................43
2.14 Maiores abalos sísmicos já registrados no mundo.......................................................45
2.14.1 Terremoto em Valdívia no Chile (1960) .............................................................45
2.14.2 Terremoto em Sumatra na Indonésia (2004) .......................................................46
2.14.3 Terremoto em Fukushima no Japão (2011) ........................................................48
2.15 Maiores terremotos ocorridos no Brasil.......................................................................49
2.15.1 Mato Grosso (1955) ............................................................................................49
2.15.2 Espirito Santo (1955) ..........................................................................................49
2.15.3 Pacajus, Ceará (1980) .........................................................................................49
2.15.4 João Câmara, Rio Grande do Norte (1986) .........................................................50
2.16 Formação de um tsunami.............................................................................................52
2.17 Comportamento físico de uma edificação a ação sísmica............................................54
2.17.1 Atuação dos esforços na edificação.....................................................................54
2.17.2 Técnicas construtivas para se combater a ação sísmica.......................................56
2.17.2.1 Amortecedores de massa sintonizados (AMS)............................................56
2.17.2.2 Amortecedores de massa tipo pêndulo.........................................................57
2.17.2.3 Estruturas que utilizam AMS.......................................................................58
2.17.2.4 Amortecedores nas paredes da edificação...................................................60
2.18 Principais diretrizes da NBR – 15421..........................................................................62
2.18.1 Zoneamento sísmico.............................................................................................62
2.18.2 Classes dos terrenos..............................................................................................63
2.18.3 Definição do espectro de resposta de projeto........................................................64
2.18.4 Definição das categorias de utilização..................................................................65
2.18.5 Sistemas básicos sismo-resistentes.......................................................................66
2.18.6 Irregularidade no plano.........................................................................................67
2.18.7 Irregularidade na vertical......................................................................................67
2.18.8 Força horizontal total............................................................................................68
2.18.9 Determinação do período natural da estrutura......................................................69
2.18.10 Distribuição vertical das forças sísmicas............................................................71
2.18.11 Modelo de distribuição das forças sísmicas horizontais.....................................71
2.19 Principais diretrizes do EUROCÓDIGO 8 (2010) .......................................................72
2.19.1 Simplicidade estrutural.........................................................................................72
2.19.2 Uniformidade e simetria estrutural.......................................................................72
2.19.3 Resistência a rigidez nas duas direções.................................................................73
2.19.4 Resistência e rigidez a torção................................................................................73
2.19.5 Ação do diafragma no nível dos pisos..................................................................74
2.19.6 Fundação adequada...............................................................................................74
2.19.7 Elementos sísmicos primários e secundários........................................................75
2.20 Análise dos eventos sísmicos mais significativos que ocorreram no município de João
Câmara de 1986 a 2015.............................................................................................................75
3.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS..............................................................................................80
REFERÊNCIAS........................................................................................................................82
1 Propagação da onda sísmica no solo.
24
2 Cordilheira dos Andes.
27
3 Fossas oceânicas.
27
4 Regressão e transgressão marítima gerada pelo movimento
epirogenético.
28
5 Tipos de falhas geológicas.
29
6 Falha geológica de San Andreas.
30
7 Mapa do perigo sísmico dos EUA.
31
8 Sistemas de falhas geológicas de Nova Madrid.
32
9 Localização geográfica do município de João Câmara (RN) e da falha
geológica de Samambaia.
33
10 Mapa do risco sísmico global.
34
11 Limites das placas tectônicas.
35
12 Tipos de ondas proveniente da ação sísmica.
37
13 Amplitude por duração gerado por um sismógrafo.
39
14 Potencial de destruição da ação sísmica medido pela escala Richter.
40
15
Sismógrafo da universidade de Lock Haven. 44
16 Sismógrafo digital.
44
17 Casas com estrutura comprometida em Valdívia no Chile em 1960.
45
18 Destruição gerada pelo abalo sísmico de 1960 no Chile.
46
19 Cidade de Sumatra antes do terremoto de 2004.
47
20 Cidade de Sumatra depois do terremoto de 2004.
47
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA TITULO DA IMAGEM PÁGINA
21 Costa de Sumatra antes do tsunami de 2004.
47
22 Costa de Sumatra após o tsunami de 2004.
47
23 Epicentro principal.
48
24 Epicentros secundários.
48
25 Casas destruídas em Pacajus devido ao terremoto de 1980.
50
26 Consequências do abalo sísmico de 1986 na cidade de João Câmara.
51
27 Casa de baixo padrão construtivo destruída pelo sismo de 1986 em
João Câmara.
51
28 Formação de um tsunami.
53
29 Ação sísmica em edificação.
54
30 Colapso em duas direções.
55
31 Ação da força cisalhante.
55
32 Solicitações horizontais.
56
33 Rigidez inadequada.
56
34 Edifício John Hancock Tower.
58
35 Shanghai World Financial Center.
58
36 Contrapeso no edifício Taipe 101 na China.
59
37 Exemplo de amortecedores em paredes.
60
38 Comparação de um alicerce sem suspensão com outro com
suspensão.
61
39 Exemplo de edificação com paredes super-resistentes.
61
40 Mapa de zonas sísmicas no Brasil.
63
41 Principais falhas existentes no Rio Grande do Norte.
76
42 Consequências das solicitações sísmicas em Poço Branco.
78
43
Gráfico de magnitude por ano, plotado a partir dos dez maiores abalos
sísmicos ocorridos em João Câmara, de 1986 a 2015.
79
ÍNDICE DE TABELAS
TABELA PÁGINA
1 Zonas sísmicas.
62
2 Definição dos fatores Ca e Cv de amplificação sísmica no solo.
65
3 Coeficiente de limitação do período.
70
4 Sismos de maior intensidade nos anos de 1986 até 2015 no
município de João Câmara (RN).
77
ÍNDICE DE QUADROS
QUADRO PÁGINA
1 Representação da escala de Mercalli. 41
2 Representação da escala de Mercalli Modificada. 42
3
Classes do terreno de acordo com suas propriedades. 64
4
Definição das categorias e utilização e dos fatores I de
importância.
66
5
Coeficiente de modificação – R. 66
6
Irregularidades estruturais no plano. 67
7
Irregularidades estruturais verticais. 68
SIMBOLOGIA
SÍMBOLO
SIGNIFICADO
Vs
Velocidade das ondas secundaria
µ
Rigidez do material a ser atravessado
Vp
Velocidade das ondas primarias
K
Modulo de imcompressibilidade
A
Leitura de um sismômetro produzida por um terremoto
A0
Amplitude de onda usada como referência
Ca
Fator de amplificação sísmica do solo, para período de 0,0s
𝐶𝑉
Fator de amplificação sísmica do solo, para o período de 1,0s
𝑎𝑔 Aceleração característica de projeto
T
Período natural
𝑎𝑔𝑠0 Aceleração característica para o período de 0,0s
𝑎𝑔𝑠1 Aceleração característica para o período de 1,0s
R
Coeficiente de modificação
I
Fator de importância
𝐶𝑆 Coeficiente de resposta sísmica
W
Peso total da estrutura
V
Força gerada pela vibração sísmica
𝐶𝑢𝑝 Coeficiente de limitação de periodo
H
Altura em metros da estrutura acima da base
CT Coeficiente de período da estrutura
Ta Período natural aproximado
Fx Força de cada elevação
𝑊𝑖 Parte do peso efetivo total que corresponde a elevação i
ℎ𝑥 Altura entre a base e a elevação x
ℎ𝑖 Altura entre a base e a elevação i
k Expoente de distribuição, relacionado ao período natural da estrutura T
Δ
Densidade do material a ser atravessado
𝑊𝑋
Parte do peso efetivo total que corresponde a elevação x
18
1.0 INTRODUÇÃO
1.1 Considerações iniciais
Ao longo do século XX a engenharia civil vem estudando maneiras de se projetar
edificações resistentes aos efeitos sísmicos. Culturalmente a sociedade, na maioria das vezes,
tende a não considerar o efeito sísmico em projetos estruturais, mesmo em regiões
geologicamente instáveis, fato esse que proporcionou a morte de milhares de pessoas nos
últimos duzentos anos. Nos dias atuais países de alta instabilidade sísmica são obrigados a
considerar seus efeitos nos projetos estruturais o que gerou um significativo aumento do custo
da construção, inibindo grandes investimentos.
Os abalos sísmicos são ondas elásticas que se propagam a partir de um ponto do interior
da Terra gerando uma aceleração dinâmica nas partículas do solo. Eles podem ser resultados de
uma série de fenômenos naturais ou induzidos pelo homem, tais como impactos de meteoros e
explosões nucleares subterrâneas. Porém, a grande maioria dos terremotos devastadores se
origina nas zonas de fraquezas da terra, principalmente nas fronteiras de placas tectônicas ou
em suas adjacências, devido a deslocamentos relativos entre elas.
Está concentrada nas regiões de bordas de placas litosféricas cerca de 90% da atividade
sísmica global. A sismicidade afeta regiões de importância econômica (Califórnia e Japão),
logo o estudo para se atenuar os efeitos sísmicos nessas localidades é essencial para garantir a
preservação da vida humana (JÚNIOR, 2001).
Já foram registrados abalos sísmicos de grande intensidade em regiões de centro de
placa tectônica. Entre dezembro de 1811 e fevereiro de 1812, foram registrados mais de 100
eventos sísmicos de grande magnitude na cidade de Nova Madrid, Missouri, região central dos
Estados Unidos (região localizada no centro de uma placa tectônica). Esses eventos foram os
maiores já registrados no centro de placas no EUA (ARSDALE, 2014).
O Brasil, por estar situado no interior da placa Sul-Americana, não está sujeito a grandes
abalos sísmicos, como ocorrem, por exemplo, na região da cordilheira dos Andes, que está
próxima ao limite da placa Sul-Americana. Ainda assim, tremores ocorrem com frequência no
19
território brasileiro, causado em decorrência das tensões geradas nas bordas das placas que se
transmite por todo seu interior. Até recentemente, no Brasil, não era dada a devida importância
para a análise sísmica das estruturas. Entretanto já foram registradas atividades sísmicas de
magnitude moderada, por essa razão, é necessário considerar o efeito sísmico nos projetos
estruturais pois já foi possível constatar que mesmo sismos de magnitude moderada são capazes
de provocar grandes danos em estruturas diversas que foram projetadas sem a consideração
desse efeito, causando assim um grande transtorno para toda a sociedade e risco quanto a sua
integridade física.
Contudo, a partir de 2006, vigora no País uma norma específica para sismos. Um dos
objetivos desta norma, a NBR 15421 - (PROJETOS DE ESTRUTURAS RESISTETE A
SISMOS, 2006), é de estabelecer requisitos de projeto para estruturas civis, visando a
preservação de vidas humanas, a redução de danos esperados em edificações e a manutenção
da operacionalidade de edificações críticas durante e após um evento sísmico. Porem vale
salientar que essa norma é pouco difundida, uma vez que, dificilmente suas diretrizes são
levadas em consideração.
É de fundamental importância, para a realização dos projetos estruturais, o
conhecimento de como uma edificação se comporta quando esta é solicitada pela ação sísmica.
Vale salientar que a principal razão para que esse efeito não seja incluído nos projetos
estruturais é o aumento de custo na construção proporcionado por ele. Então um estudo
aprofundado sobre o tema é capaz de gerar projetos mais eficientes e consequentemente mais
econômicos.
Com base em alguns eventos sísmicos e em estudos realizados após a elaboração da
NBR 15421, foi possível constatar que dependendo da localização, do tipo de estrutura e da sua
distância ao epicentro do terremoto, mesmo sismos de pequenas magnitudes já são suficientes
para causar danos. Sendo esses danos não necessariamente visíveis podendo apenas diminuir a
capacidade resistiva da edificação. Segundo Branco (2009), membro do serviço de Geológico
do Brasil, ocorre no País, por ano, em média 20 sismos com magnitude maior que 3,0 na escala
Richter e dois com magnitude maior do que 4,0. Fato esse que em determinadas circunstâncias
já pode ocasionar danos consideráveis em algumas edificações existentes no Brasil.
20
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
O objetivo geral desse trabalho é realizar um estudo da importância da implementação
do efeito sísmico em projetos estruturais de regiões de instabilidade geológica.
1.2.2 Objetivos específicos
Estudar abalos sísmicos provenientes de causas naturais, com ênfase no
comportamento de uma edificação a esse carregamento dinâmico, estabelecendo as
condições necessárias de projeto para proporcionar a estrutura resistência e
ductilidade suficientes para garantir a sua vida útil e prevenir o colapso;
Analisar os danos causados em algumas edificações, provocados pela ação sísmica,
pois o entendimento de como eles surgem é necessário para se estabelecer soluções
construtivas para evitar suas ocorrências;
Apresentar as mais modernas técnicas construtivas utilizadas para se combater o
efeito sísmico em edificações, explanando suas principais características, exemplo de
obras em que foram adotadas e as vantagens e desvantagens do seu uso;
Indicar como surgem os esforços gerados pelas ondas sísmicas e como esses esforços
atuam na edificação, e qual tipo de solicitação eles geram;
Efetuar uma análise dos eventos sísmicos mais significativos que ocorreram no
município de João Câmara, no estado do Rio Grande do Norte, de 1986 a 2015, com
o intuito verificar o potencial destrutivo desses eventos nas edificações atuais;
Apresentação das principais diretrizes estabelecidas na NBR – 15421, explicitando o
cálculo da força máxima horizontal gerada pelas ondas sísmicas.
Apresentação de algumas diretrizes do EUROCODIGO-8 (norma europeia), que não
estão presentes na NBR – 15421.
21
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho em questão é composto por quatro capitulos. No capítulo 1 apresentam-se as
considerações iniciais, o objetivo principal e os objetivos secundarios. No capítulo 2 cujo titulo
é revisão bibliográfica disserta-se acerca dos principais conceitos referentes ao tema, a exemplo
da definição de abalo sísmico e como surge. Dentro desse mesmo capítulo falou-se sobre o
tectonismo e as ondas geradas em terremotos, onde foi possível verifcar que essas ondas são
detectadas pelos sismógrafos. Foi fundamentado ainda os conceitos de hipocentro, intensidade
e aceleação que são de extrema importância para a medição dos abalos e seu grau de destruição.
Ainda explanou-se sobre a escala Richter que mede a magnitude de um abalo sísmico e a escala
Mercalli que mede a intensidade de um abalo sísmico.
Dando continuidade ao capítulo em questão, foram apresentadas algumas consequências
de terremotos e outras causas que justifique sua ocorrencia, mesmo em localidades que não se
encontram nas bordas das placas tectônicas, a exemplo do sísmo intraplaca que é ocasionado
por falhas geológicas. Como principais consequências desse efeito destacou-se a formação de
tsunamis e o perigo e risco sísmico. Foi realizado um levantamento dos maiores abalos sísmicos
já registrados no mundo.
Será discutido sobre o comportamento físico de uma edificação a ação sísmica, onde foi
apresentado neste a atuação dos principais esforços gerados pelas ondas vibratórias em
edificações e as principais tecnicas construtivas para se atenuar esse efeito.
Ainda no capítulo 2 foram apresentados respectivamente as principais diretrizes da NBR
– 15421 e algumas diretrizes da norma europeira ( EUROCÓDIGO – 8) que não estão presentes
na norma brasileira, onde ambas as normas explicitam o dimensionamento de projetos
estruturais submetidos a ação sísmica, sendo a norma europeia mais sofisticada com conceitos
adicionais e cálculos mais precisos.
Finalizando o capítulo de revisão bibliográfica foi apresentado um estudo dos principais
abalos sísmicos ocorridos em João Câmara nos últimos trinta anos, isso com o objetivo de se
estabelecer o potencial destrutivo desses eventos em edificaões.
No capítulo 3 é apresentada as considerações finais e no capítulo 4 as referências.
22
2.0 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 O Abalo sísmico
O abalo sísmico é um fenômeno de vibração brusca e passageira da superfície da terra,
resultante de movimentos subterrâneos das placas tectônicas, da atividade vulcânica ou da
migração de gases no interior da terra. Essa movimentação gerada no interior do solo provoca
uma grande liberação de energia em forma de onda sísmica (PENÃ, 2012).
2.2 Hipocentro
O hipocentro pode ser definido como, o ponto no interior da terra onde se origina o
sismo. A distância do hipocentro para com a superfície terrestre é inversamente proporcional
aos danos gerados, ou seja, quanto mais profundo ele se localiza, em geral, menores são os
danos provocados por ele na superfície. Já o Epicentro a projeção radial do hipocentro na
superfície da terra. Dependendo da distância entre os pontos de Epicentro e Hipocentro, a
propagação das vibrações provenientes do sismo ao longo da superfície terrestre pode causar
efeitos mais ou menos destrutivos. Geralmente, quanto maior for essa distância, menos
destrutivos são os efeitos do sismo, ou seja, menor é sua intensidade (TREMEA, 2011).
2.3 Intensidade
A intensidade de um abalo sísmico é a quantificação dos danos provocados por este
abalo. Essa grandeza apresenta uma grande subjetividade e, por essa razão, não fornece uma
contribuição significativa para a engenharia.
23
Existem algumas escalas que foram desenvolvidas com a finalidade de medir a
intensidade de um abalo sísmico. Um exemplo seria a escala Mercalli Modificada, proposta por
Newman e Wood, em 1931.
2.4 Aceleração
Uma grandeza extremamente importante para engenharia é a aceleração sísmica, uma
vez que, a partir dela, é possível estabelecer curvas de acelerações onde as mais altas
representam regiões de instabilidade sísmica maior. Vale salientar que a NBR 15421, estabelece
um zoneamento sísmico do território nacional a partir da informação das acelerações atuantes
em determinadas regiões. Com o tempo, tornou-se possível obter informações detalhadas acerca
da aceleração do solo durante um abalo sísmico, através do registro dos acelerogramas. Com a
evolução da informática e, consequentemente, dos procedimentos analíticos computacionais, a
avaliação de respostas sísmicas em estruturas com grande número de graus de liberdade se
tornou mais viável (SOARES, 2009).
2.5 Falha
As falhas são fissuras existentes no interior de rochas geradas pela movimentação das
placas tectônicas. A existências de falhas indica uma região de instabilidade geológica.
2.6 Ondas sísmicas
As ondas sísmicas são ondas que se originam a partir da liberação de energia de um
abalo sísmico, tendo uma propagação tridimensional como pode ser observado na Figura 1 a
seguir.
24
Fonte: http://www.prociv.pt/
2.7 Perigo e risco sísmico
O grau de destruição provocado por um abalo sísmico em uma determinada região
depende de uma série de fatores, são eles:
Profundidade do hipocentro;
Infraestrutura resistente a ação sísmica;
Proximidade do litoral, usinas nucleares, barragens, ou grandes estruturas susceptíveis
ao colapso;
Proximidade para com regiões de instabilidade sísmica.
Os fatores supracitados fazem com que o mesmo terremoto seja sentido com
intensidades diferentes em outras regiões. Então com o objetivo de se proporcionar o completo
Figura 1 - Propagação de onda sísmica no solo
Falha
25
entendimento dos eventos sísmicos foram estabelecidos os conceitos de perigo sísmico e risco
sísmico.
O perigo sísmico descreve a probabilidade de ocorrência de eventos significativos, num
período de tempo desejado, em determinada região. Do ponto de vista da engenharia, o cálculo
do perigo sísmico de uma determinada área é extremamente importante, pois descreve o
movimento do solo e tem como parâmetro mais importante a aceleração (ÉVORA, 2017).
Já o risco sísmico descreve prováveis danos à sociedade devido a possíveis eventos
sísmicos significativos em determinada região. Logo, para regiões povoadas e com grandes
obras de engenharia (barragens, pontes, edifícios, indústrias, parques eólicos, etc.) é essencial
o conhecimento o entendimento desse risco sísmico. Mas para se conhecer o risco sísmico, faz-
se necessário o estudo prévio do perigo sísmico na região (ÉVORA, 2017).
Baseado nos parâmetros estabelecidos é possível afirmar que regiões industriais com
grandes obras apresenta um risco sísmico maior do que em outras regiões menos
industrializadas.
2.8 Risco sísmico em regiões com usinas nucleares
As usinas nucleares, que também são conhecidas como centrais nucleares, são
instalações que produzem energia elétrica através de reações nucleares de elementos
radioativos. Os elementos nucleares a exemplo do Urânio são colocados em barras dentro dos
reatores da usina onde o calor gerado pela reação move um alternador que produz a energia
elétrica.
Os principais problemas relativo a implantação dessas usinas é o constante controle de
sua temperatura e a geração do lixo nuclear por parte delas. Este lixo deve ser manipulado,
transportado e armazenado, seguindo todas as normas de segurança. Isso ocorre, pois os
resíduos radioativos são extremamente perigosos, caso ocorra contato com seres humanos por
intermédio de fontes como água, terra, ar, entre outras. O Brasil possui duas usinas nucleares
em atividade, Angra I e Angra II, situadas no município de Angra dos Reis no estado do Rio de
Janeiro.
26
O risco sísmico associado a regiões instáveis com usinas nucleares é mais elevado, haja
vista que, as consequências de danos físicos nessas instalações podem comprometer de maneira
significativa a vida humana. Em regiões de instabilidade sísmica com a presença de outras
indústrias a exemplo de hidrelétricas ou complexos petroquímicos, sempre existe a
possibilidade de se efetuar o desligamento dessas industrias como medida de segurança para se
evitar desastres. Entretanto usinas nucleares nunca poderiam ser totalmente desativadas, em
razão, do seu sistema de resfriamento que necessita continuar operando para que se possa
combater o calor gerado pelo combustível radioativo.
A Associação Nuclear Mundial avalia que 20% dos reatores nucleares do mundo
operam em áreas vulneráveis a terremotos. No Brasil, as usinas de Angra dos Reis estão
localizadas no cinturão de dobramentos Ribeira-Mantiqueira do ciclo Brasiliano. O maior
terremoto próximo a usina de angra (cerca de 50 km) teve sua magnitude estimada de 4,1 cuja
aceleração máxima verificada no solo foi de 0,0017g, onde 1g = 9,8 m/s. É pertinente saber que
as instalações de Angra dos Reis foram projetadas para assegurar o desligamento seguro do
reator afetado por um terremoto que produza uma aceleração de 0,1g (um decimo da aceleração
da gravidade) (ERNESTO; RIBEIRO, 2011).
Além da necessidade de se adotar mecanismos de segurança em usinas nucleares é
preciso desenvolver sistemas de alerta, com o objetivo de se promover uma evacuação em
massa da população de regiões cujos índices de radioatividade estiverem acima do valor
permitido. Na usina nuclear de Fukushima (Japão) que sofreu danos em três de seus seis
reatores, em 11 de março de 2011, depois de um terremoto de 9 graus na escala Richter, foi
utilizado esse sistema onde centenas de pessoas foram salvas.
2.9 Tectonismo
O tectonismo é a movimentação das placas tectônicas e indubitavelmente é a principal
causa de sismos de grande intensidade. Vale salientar que os deslocamentos relativos entre as
placas tectônicas são resistidos pelas suas interfaces, gerando esforços de cisalhamento nas
regiões próximas à fronteira. Quando tais esforços excedem a resistência ao atrito das placas,
27
ocorre o deslizamento, liberando a energia antes armazenada, sob a forma de propagação de
ondas (JÚNIOR, 2001).
A movimentação entre as placas tectônicas pode ocorrer de três maneiras. A primeira é
o movimento orogenético horizontal, que pode ser convergente provocando assim uma colisão
entre as placas, ou divergente quando ocorre a separação entre as mesmas. A orogênese
convergente traz como consequência a formação de dobramentos, cordilheiras, como por
exemplo na Cordilheira dos Andes apresentada na Figura 2 a seguir. Já a orogênese divergente
traz consequências como a formação de fossas oceânicas apresentada na Figura 3 a seguir. Esse
processo pode ser entendido como o conjunto de movimentações que levam à formação ou
rejuvenescimento de montanhas ou cadeias de montanhas produzido principalmente pelo
diastrofismo (dobramentos, falhas ou a combinação dos dois), ou seja, pela deformação
compressiva da litosfera continental. A ocorrência desses eventos é marcada frequentemente
pelos sismos e pela presença de vulcões. Vale destacar que quando os dobramentos datam de
uma era geológica recente, (Era Cenozoica) como os Andes, são considerados modernos, e
quando datam de uma era geológica antiga, (por exemplo: Arqueozoico e Pré-cambriano) como
o Escudo das Guianas, são considerados escudos ou maciços antigos.
Figura 2 – Cordilheira dos Andes Figura 3 – Fossas Oceânicas
Fonte http://geoconceicao.blogspot.com.br Fonte http://geoconceicao.blogspot.com.br
28
O segundo tipo de movimento entre placas é o epirogenético vertical, onde os
movimentos da crosta terrestre cujo sentido é ascendente ou descendente, atingindo vastas áreas
continentais, porém de forma lenta, inclusive ocasionando regressões e transgressões marinhas,
apresentados na Figura 4 a seguir.
O terceiro tipo de movimentação é o transcorrente, conhecido também como
conservativo. Nesse caso placas adjacentes deslocam-se paralelamente umas às outras
formando falhas transformantes e gerando solicitações de cisalhamento como se pode observar
na Figura 5 (B) a seguir (ASSUMPÇÃO, 2014).
.
2.10 Falha geológica
Falha geológica pode ser caracterizada como o rompimento ou a separação de um bloco
de rochas ou faixas estreitas da superfície, podendo assim, proporcionar um deslocamento de
suas partes. Nessas falhas ocorre um acúmulo de energia que pode sofrer de uma eventual
liberação desta em zonas de falhas geológicas. Vale salientar que esse fator é um dos
responsáveis pela ocorrência dos terremotos. Esse fenômeno geológico surge em função da
pressão aplicada por uma força, geralmente as placas tectônicas, em que a pressão exercida
Figura 4 – regressão e transgressão marítima geradas pelo movimento epirogenético
Fonte: Adaptado de http://www.colegiovascodagama.pt
(A) Regressão
(B) Transgressão
Costa
Costa
(B) O Mar avança
(A) O Mar recua
29
excede a capacidade de resistência e plasticidade das camadas rochosas, provocando a sua cisão
ou ruptura, podendo gerar também algumas pequenas fraturas em seu entorno (ASSUMPÇÃO,
2014).
Na Figura 5 a seguir é possível verificar três tipos de falhas. Na falha do tipo normal, a
cisão acontece quando um bloco abaixa em relação à superfície da falha. Isso ocorre quando a
pressão exercida sobre a região provoca uma tensão negativa. Já na falha do tipo inversa a cisão
ocorre quando um bloco “sobe” em relação à falha, soerguendo a sua superfície. Isso acontece
quando o tectonismo provoca uma tensão responsável por comprimir o espaço ocupado pelas
camadas de rocha. Na falha transcorrente, também chamada de horizontal, há um movimento
paralelo entre os dois blocos, o que pode ser provocado por vetores inversos de forças
horizontais aplicados sobre cada segmento de rocha.
Figura 5 – Tipos de falhas geológica
Fonte: adaptado de mundoeducacao.bol.uol.com.br
2.10.1 Principais falhas geológicas a nível mundial
2.10.1.1 Falha geológica de San Andreas
Um dos exemplos mais notórios de falha geologia é a falha de San Andreas, que
atravessa a Califórnia de norte a sul ao longo de 1,3 mil quilômetros e delimita a parte norte-
(A) (B) (C)
30
americana da placa do Pacífico, é uma das mais estudadas no mundo, uma vez que, está quase
inteiramente na superfície da terra (como pode se observar na Figura 6). Segundo o site da BBC
Brasil essa falha foi a causa do devastador terremoto de magnitude 7,8 que destruiu grande
parte de São Francisco em 1906, matando mais de 3 mil pessoas.
Figura 6 – Falha Geológica de San Andreas
Fonte: http://historiaybiografias.com
2.10.1.2 Falha geológica de Nova Madrid
A falha geológica de Nova Madrid se encontra no leste dos EUA (Figura 7) sendo um
dos casos mais estudados de sismo intraplaca.
31
Figura 7 - Mapa do perigo sísmico dos EUA
Fonte: Adaptado de http://www.newsprepper.com
Estudos e o acompanhamento dos eventos sísmicos revelam que a zona sísmica de Nova
Madrid é uma região de grande potencial de perigo sísmico, sendo localizada no centro de uma
placa tectônica. Segundo Van Arsdale, (2014) não existe uma definição precisa sobre a natureza
e o real risco sísmico que essa instabilidade representa. Existem vários modelos propostos para
seu entendimento, mas a explicação mais satisfatória é que a diminuição da tensão sofrida sobre
o sistema de falhas transcorrentes da região devido à redução de esforços verticais na região.
Esse sistema de falhas geológicas estar localizado 4,8 a 24,1 km de profundidade, se
estendendo por cerca de 240 km de extensão. Estudos revelam que o potencial sísmico desse
sistema pode produzir terremotos capazes de atingir oito estados americanos (Illinois, Indiana,
Missouri, Arkansas, Kentucky, Tennesse, Oklahoma) (STELZER, 1999).
A instabilidade geológica existente na região de Nova Madrid, segundo registros foi
responsável por uma série de destrutivos terremotos ocorridos entre 1811 e 1812 na região de
Nova Madrid – Missouri –USA incluindo o maior abalo já registrado nos EUA com magnitude
aproximada de 8 graus (ÉVORA, 2016).
32
As falhas responsáveis pela Zona Sísmica de Nova Madrid apresentam uma
característica geológica subterrânea conhecida como a Rift Reelfoot (Figura 8) que se formou
durante a dissolução dos continentes na Era Neoproterozóica (cerca de 750 milhões de anos
atrás). O sistema de fenda resultante não conseguiu dividir o continente, mas permaneceu como
um aulacógenio (uma cicatriz ou zona de fraqueza) profundamente subterrâneo.
Figura 8 – Sistemas de falhas geológicas em Nova Madrid
Fonte: Adaptado de http://showme.net/~fkeller/quake/maps4.htm
2.10.1.3 Falha geológica de Samambaia
No estado do Rio Grande do Norte consta a falha geológica de Samambaia, que é a
maior do Brasil com aproximadamente 38 km de extensão e 4 km de largura e com uma
profundidade que varia entre 1 a 9 km. Ela atravessa os municípios de Parazinho, João Câmara,
Poço Branco e Bento Fernandes.
Em decorrência da falha de Samambaia, ocorreu em João Câmara no ano de 1986, um
tremor que foi de 5,1 graus na escala Richter. Foi o quinto maior abalo sísmico registrado em
33
território brasileiro. Vale ressaltar que abalos dessa intensidade são suficientes para provocar
grandes danos em edificações de baixo padrão de execução.
No caso da falha de Samambaia por ter uma profundidade reduzida há um potencial
sísmico que pode gerar terremotos com magnitude superior ao registrado em 1986. Entretanto
nessa falha geológica existem fissuras no decorrer de sua extensão. Essas fissuras absorvem
parte da energia gerada pelas ondas sísmicas, atenuando assim seu efeito.
Fonte: Adaptado de http://www.weather-forecast.com/locations/Joao-Camara
2.11 Sismicidade intraplaca
Segundo Daniel Évora (2017), a sismicidade intraplaca são sismos no interior das
placas, que acontecem em decorrência das tensões geradas nas bordas das placas e se transmite
por todo seu interior. De maneira geral determinadas localidades que se encontram nas
extremidades das placas tectônicas apresentam um perigo sísmico maior do que aquelas que se
Figura 9 – Localização geográfica do Município de João Câmara (RN) e da falha geológica
de Samambaia
34
encontram no centro. Entretanto é possível afirmar que mesmo em regiões intraplaca estáveis,
não deve ser descartado o risco sísmico de uma região. Existem exemplo ao longo da história
de regiões intraplaca que sofreram terremotos de grande potencial destrutivo (exemplo, Nova
Madrid – EUA).
A sismicidade intraplaca tem uma recorrência menor do que a sismicidade nas bordas
das placas. Entretanto segundo Seeber e Armbruster (1988), sismos intraplaca podem ser tão
destrutivos, quanto os sismos de borda de placa, com a mesma magnitude e profundidade.
Na Figura 10 a seguir, é apresentado o mapa de risco sísmico global, onde fica evidente
que as zonas de maior perigo sísmico se encontram nas divisas de placa.
Figura 10 - Mapa de risco sísmico global
No mapa de risco sísmico global, as regiões com uma coloração branca apresentam
baixo risco sísmico, as localidades que apresentam cor verde e amarela tem um risco sísmico
moderado e as vermelhas e marrons representam alto e muito alto risco respetivamente. Já na
Figura 11 tem-se os limites das placas tectônicas. Efetuando-se uma análise conjunta das figuras
BAIXA
MODERADA
ALTO
MUITO ALTO
MAPA DE RISCO SÍSMICO GLOBAL
Fonte: Adaptado de http://rusoares65.pbworks.com
35
citadas é possível perceber que as regiões próximas as bordar tem maior incidência sísmica.
Vale destacar países como Japão, Indonésia e Chile pois apresentam alto risco sísmico.
Figura 11 – Limites das placas tectônicas
Fonte: brasilescola.uol.com.br
É importante ser ressaltado que as placas tectônicas podem ser divididas em vários
pequenos blocos com dimensões variadas. Estas divisões constituem as falhas tectônicas que
funcionam como fissuras que não se fecham e que, apesar de serem bastante antigas, podem
abrir a qualquer momento para liberar energia (DANTAS, 2013).
Segundo Talwani (2014) as falhas geológicas intraplaca podem ser reativadas quando
ocorre uma concentração de esforços que são modificados por efeitos locais. Logo não se pode
descartar o risco sísmico em regiões do qual não se registraram abalos nos últimos anos, uma
vez que, as falhas geológicas locais podem ser reativadas.
36
2.12 Medições e consequências de um abalo sísmico
2.12.1 Ondas geradas no abalo sísmico
As ondas vibratórias podem chegar até as edificações pelas fundações, por propagação
da vibração através do solo. As propriedades do solo têm total influência nesse processo. A
amplitude das ondas de vibração propagadas em solo é atenuada à medida que a distância em
relação à fonte da vibração aumenta. Esse tipo de atenuação é conhecido como espalhamento
geométrico ou amortecimento externo.
2.12.1.1 Ondas primarias e secundarias
Clough e Penzien, (2003) dizem que em um abalo sísmico são geradas basicamente dois
tipos de ondas (Figura 12), são as ondas de corpo que podem ser de compressão longitudinal
ou também intituladas de ondas primarias (p), também são ondas de corpo as ondas de corte ou
transversais também chamadas de ondas secundarias (s). O segundo tipo de onda é intitulada
de ondas superficiais ou ondas de Rayleigh e de Love. As ondas de Rayleigh são ondas de
tração e compressão, similares às ondas primárias p. já as ondas de Love são ondas cisalhantes,
mais lentas do que as primarias e as secundarias, podendo ou não ocorrer durante a ação sísmica.
As ondas “P” (primárias) são caracterizadas por um movimento oscilatório em que as
partículas dos materiais rochosos oscilam para frente e para trás induzindo uma alternância
entre deformação de tensão e de compressão, (CLOUGH; PENZIEN, 2003). Em razão de sua
maior velocidade as ondas primarias são as primeiras que chegam à superfície. No caso das
ondas “S” (secundárias), as partículas se movem na direção perpendicular ao caminho da
propagação, induzindo deformações por cisalhamento. Quando a energia de vibração da onda
se propaga perto da superfície do solo, ocorre a formação das ondas de Rayleigh e as ondas de
Love.
37
2.12.1.2 Características das Ondas Tipo Rayleigh e Love (R e L)
Quando as ondas de profundidade atingem a superfície, elas são refletidas, podendo
gerar as ondas de superfície Rayleigh e Love (ondas R e L).
As ondas de Love produzem movimento horizontal transversal à direção de propagação.
As ondas de Rayleigh produzem um movimento circular análogo às ondas oceânicas.
Os tipos de ondas provenientes da ação sísmica podem ser observados na Figura 12 a
seguir.
Figura 12 - Tipos de ondas proveniente da ação sísmica
Fonte: Adaptado de http://www.proteccioncivil.es/
38
2.12.1.3 Velocidade das ondas P e S
As velocidades das ondas P e S variam dependendo do meio por onde elas se propagam.
Isso significa que essas ondas sofrem refrações e reflexões no interior da Terra, e portanto não
é simples determinar quanto tempo elas levam para chegar a um dado ponto na superfície. Vale
salientar que as ondas secundarias (S) não se propagam em meios fluidos. Caso o hipocentro se
encontre muito longe do epicentro do terremoto em aproximadamente menos de 3.000 km,
digamos que é possível supor, baseado nas equações abaixo, que as ondas P se propagam com
velocidade Vp = 8 km/s e as ondas S com VS = 4,5 km/s.
𝑉𝑝 = √𝐾+4𝜇/3
𝛿 (1)
𝑉𝑠 = √𝜇
𝛿 (2)
Onde:
δ: Densidade do material a ser atravessado; Vp: Velocidade das ondas primarias;
Vs: Velocidade das ondas secundaria; K: Modulo de imcompressibilidade;
µ: Rigidez do material a ser atravessado.
2.12.2 Magnitude de um abalo sísmico
É a medida da quantidade de energia liberada durante o sismo, sendo baseada na
amplitude das ondas sísmicas.
39
2.12.2.1 Escala Richter
O conceito de magnitude foi introduzido por Charles Richter para comparar a energia
total liberada no hipocentro por diferentes sismos. Em 1935, Charles Richter desenvolveu uma
escala logarítmica para a medida da magnitude de um sismo. Essa escala foi desenvolvida a
partir da equação 3.
𝑀 = log10 (𝐴
𝐴𝜊) (3)
Onde “A” é a leitura de um sismômetro produzida por um terremoto e “𝐴𝑂” é a
amplitude de onda usada como referência. Tem-se que os parâmetros dessa equação são
retirados da Figura 13, que representa um gráfico de amplitude versos tempo produzido por um
sismógrafo.
Figura 13 - Amplitude por duração gerado por um sismógrafo
Fonte: Adaptado de http://www.on.br/conteudo/noticias/terremoto_chile.html
40
Na Figura 13 é possível visualizar as características dos dois tipos de ondas geradas em
um abalo sísmico. Percebe-se que a onda “p” tem uma oscilação menor. Já as ondas “s”
apresentam linhas mais densas em comparação com as ondas “l” e “r”.
Em relação a caracterização da escala Richter temos que um sismo com magnitude
inferior a 3,5 é em geral apenas registado pelos sismógrafos, não sendo sentido. Para
magnitudes entre 3,5 e 5,4 já pode ser sentido pelas pessoas e eventualmente produzir danos.
Sismos com magnitudes entre 5,5 e 6,0 provocam danos menores em edifícios bem construídos,
mas podem causar danos sérios em construções de baixa resistência às vibrações e oscilações.
Os sismos com magnitudes entre 6,1 e 6,9 na escala de Richter podem ser devastadores numa
zona de 100 km de raio em torno do epicentro. Os sismos com magnitudes entre 7,0 e 7,9 podem
causar sérios danos numa grande área. Os terremotos com magnitudes acima de 8,0 podem
provocar grandes danos em regiões localizadas a várias centenas de quilómetros de distância
do epicentro.
Na Figura 14 a seguir é possível verificar baseado na escala Richter uma relação entre
a magnitude de um abalo sísmico e o grau de destruição provocado. Vale salientar que a
magnitude é única para cada sismo, enquanto a intensidade das ondas sísmicas diminui em
função da distância e das características das rochas atravessadas pelas ondas e as linhas de falha
e outros acidentes tectónicos presentes no seu percurso. Assim, embora cada terremoto tenha
uma única magnitude, os seus efeitos variam segundo a distância, as condições dos terrenos e
das edificações, entre outros fatores (TREMEA, 2011).
Figura 14 - Potencial de destruição da ação sísmica medido pela escala Richter
Fonte: http://profalexandregangorra.blogspot.com.br/
41
2.12.2.2 Escala Mercalli
A escala Mercalli foi criada em 1906, pelo sismólogo italiano Giusseppe Mercalli, e
modificada, posteriormente, em 1931, por Harry Wood e Frank Neuman. Essa escala permite a
obtenção de parâmetros sísmicos que não poderiam ser obtidos na escala Richter. Sua
classificação depende não somente da distância do epicentro, mas também das condições locais,
tais como: o tipo de construção e a densidade populacional.
Essa escala é medida a partir da percepção dos efeitos segundo as pessoas, por exemplo
a repercussão em objetos e construções (barulho e queda de objetos, trincas ou rachaduras em
casas, etc.) e na natureza (movimento de água, escorregamentos, mudanças de topografia, etc.),
sem medição direta feita com instrumentos.
Quadro 1 - Representação da Escala Mercalli
Escala Mercalli Efeitos do Terremoto
Magnitude 1 Não é sentido pelas pessoas, só os sismógrafos registram.
Magnitude 2 É sentido nos andares mais altos dos edifícios.
Magnitude 3 Lustres podem balançar. A vibração é igual a de um caminhão passando.
Magnitude 3,5 Carros parados balançam, peças feitas de louça vibram e fazem barulho.
Magnitude 4,5 Podem acordar as pessoas que estão dormindo, abrir portas, parar relógios
de pêndulos e cair reboco das paredes.
Magnitude 5,0 É percebido por todos. As pessoas caminham com dificuldade, livros
caem de estantes; os moveis podem ficar virados.
Magnitude 5,5 As pessoas tem dificuldade de caminhar, as paredes racham e as louças
quebram.
Magnitude 6,5 Difícil dirigir automóveis, forros desabam, casas de madeira são
arrancadas de suas fundações. Algumas paredes caem.
Magnitude 7,0 Pânico geral, danos nas fundações dos prédios, encanamentos de terra,
rios transbordam, represas e diques são destruídos.
Magnitude 7,5 Maioria dos prédios desabam, grandes deslizamentos de terra, rios
transbordam, represas e diques são destruídos.
Magnitude 8,5 Trilhos retorcidos nas estradas de ferro, tubulações de agua e esgoto
totalmente destruídas.
Magnitude 9,0 Destruição total. Grandes pedaços de rochas são deslocados, objetos são
lançados no ar. Fonte: Adaptado de Dantas 2013
42
A partir da Escala Mercalli, os vulcanólogos Wood e Neuman chegaram ao
detalhamento da escala Mercalli Modificada (MM), na qual se faz possível identificar a
intensidade e o poder de destruição de um terremoto.
Quadro 2 - Representação da Escala Mercalli Modificada
Grau Descrição dos Efeitos Aceleração (g)
I Não é sentido.
II Sentido por poucas pessoas paradas. < 0,003
III Sentido dentro de casa, alguns objetos pendurados oscilam.
Vibração parecida com a passagem de um caminhão leve.
0,004 – 0,008
IV Objetos suspensos oscilam. Vibração parecida com a passagem
de um caminhão pesado. Janelas louças e portas fazem barulho.
0,008 – 0,015
V Sentido fora de casa; direção estimada. Pessoas acordam. Liquido
em recipiente é perturbado. Objetos pequenos e instáveis são
deslocados. Portas oscilam, fecham e abrem.
0,015 – 0,04
VI Sentido por todos. Muitos se assustam e saem as ruas. Pessoas
andam sem firmeza, janelas e louças são quebradas. Objetos e
livros caem de prateleiras. Reboco fraco e construções de má
qualidade racham.
0,04 – 0,08
VII Difícil se manter em pé. Objetos suspensos vibram. Moveis
quebram. Danos em construções de má qualidade. Algumas
trincas em construções normais.
0,08 – 0,15
VIII Danos em construções normais com colapso parcial. Algum dano
em construções reforçadas. Queda de estuque e alguns muros de
alvenaria. Quedas de elementos diversos e tricas no chão.
0,15 – 0,30
IX Pânico geral. Construções comuns bastante danificadas, as vezes
colapso total. Danos em construções reforçadas e rachaduras
visíveis no solo.
0,30 – 0,60
X Maioria das construções destruídas até nas fundações. Danos
sérios a barragens e diques. Escorregamento de terra. Trilhos
levemente entortados.
0,60 – 1,0
XI Trilhos completamente entortados. Tubulações subterrâneas
completamente destruídas.
~1 - 2
XII Destruição quase total. Grandes blocos de rochas deslocados.
Linhas de visada e níveis alterados. Objetos atirados ao ar.
~2
Fonte: adaptado de Dantas 2013
43
Segundo Dantas (2013) frisa-se, que a escala de Mercalli tem uma importância apenas
qualitativa e não deve ser interpretada em termos absolutos, uma vez que depende de
observação humana.
A principal diferença entre a escala Mercalli e a escala Richter é que a escala de Mercalli
mede a intensidade dos terremotos pelos seus efeitos, a escala de Richter mede sua magnitude
pela energia liberada pelo abalo.
2.13 Sismógrafo
O sismógrafo é um instrumento que registra a vibração do solo produzida pelo sismo.
Esse registro é chamado de acelerograma, onde por intermédio deste é possível obter a total
exemplificação de um terremoto em três direções ortogonais do espaço e permitir a completa
caracterização do mesmo. Destaca-se que as principais grandezas obtidas desse instrumento são
amplitude, frequência e duração. Basicamente ele consiste de um sensor de detecção do
movimento do solo, chamado de sismômetro, acoplado a um sistema de gravação no qual são
identificadas a hora, a duração e a amplitude de vibrações dentro do solo. Os movimentos são
depois registados nos sismógrafos, que geram traçados gráficos denominados de sismogramas.
A partir dos sismogramas os sismógrafos conseguem obter informações, como a localização do
hipocentro e a magnitude do sismo. O sismógrafo, principalmente usado na área da sismologia,
além de detecta as ondas sísmicas naturais ou induzidas também permite determinar, o ponto
da sua chegada na superfície terrestre (DANTAS, 2013).
Em relação ao princípio de funcionamento dos sismógrafos antigos temos que ele
funciona a partir de um sismômetro, um sensor instalado em locais de baixa interferência. Tal
sensor detecta oscilações na superfície terrestre, desde pequenos abalos, até grandes terremotos.
Esse sensor consiste, basicamente, numa bobina que envolve um imã pendurado numa mola.
Quando ocorre uma oscilação, o imã balança e produz na bobina uma corrente elétrica, que é
transmitida por meio de cabos ao sismógrafo. Dentro dele, nos modelos mais conhecidos, uma
espécie de caneta, acionada pelos impulsos elétricos, move-se sobre um cilindro de papel
compondo os sismogramas - gráficos a partir dos quais os abalos são medidos e analisados.
44
Na Figura 15, a seguir, percebe-se os tambores rotativos com os papeis que registram as
ondas sísmicas, os marcadores são eletrônicos. O sismógrafo da Figura 15 é um modelo antigo.
Atualmente os sismógrafos utilizados são completamente digitais (Figura 16), tendo assim um
nível de precisão superior.
Figura 15 - Sismógrafo da universidade de Lock Haven
Fonte: Lock Haven University , 2016 .
Fonte: www.geomassaro.it
Figura 16 – Sismógrafo digital
45
2.14 Maiores abalos sísmicos já registrados no mundo
2.14.1 Terremoto em Valdívia no Chile (1960)
Em 22 de maio de 1960, a cidade de Valdívia, no Chile sofreu com o maior terremoto
da sua história. O sismo teve magnitude de 9,5 graus na escala Richter e foi possível provocar
um alto grau de destruição. Algumas consequências geradas nas estruturas das casas podem ser
observadas na Figura 17, a seguir.
Figura 17 – Casas com estruturas comprometidas em Valdívia Chile 1960
Fonte: http://www.tendencias21.net
Na Figura 17 é possível observar que as casas destruídas são de estrutura de madeira,
sendo esse material mais susceptível aos carregamentos dinâmicos. Entretanto na Figura 18 a
seguir, é possível verificar que mesmo edificações de concreto armado colapsaram, em razão,
deste abalo sísmico.
46
2.14.2 Terremoto em Sumatra na Indonésia (2004)
Em 2004 na costa de Sumatra Indonésia, aconteceu um terremoto medindo 9,1 pontos
na escala Richter, que matou 160 mil pessoas, no Sudeste Asiático e na África Oriental. O alto
número de mortos se deve ao fato de que o epicentro ocorreu no oceano gerando assim um
grande tsunami que surpreendeu a todos.
Segundo Santos (2005), do Instituto de Física da Universidade de Brasília, afirma que,
o sismo que ocorreu na costa Sumatra no ano de 2004, apresentou medidas computacionais que
demonstraram que a Placa Indiana deslizou cerca de 20 metros sob a Placa da Birmânia. A
energia irradiada pelo terremoto, medida através das ondas sísmicas, foi de ER = 1,1 x 1018 J.
Com o objetivo de se efetuar uma comparação para expressar essa energia em termos daquela
liberada pela bomba de Hiroshima (12,5 kilotons), utilizou-se o fator de conversão 1 kiloton =
4,2x 1012 J e chegou à conclusão de que, a energia liberada pelo abalo sísmico equivale a algo
como 21.000 bombas de Hiroshima.
Os efeitos provocados pelo tsunami foram devastadores como pode-se ver nas Figuras
19 e 20, a seguir.
Figura 18 – Destruição gerada pelo abalo sísmico de 1960 no Chile
Fonte: www.postbreve.com
47
F de aes Figura 20 –
Fonte: http://www1.folha.uol.com.br/ Fonte: http://www1.folha.uol.com.br/
É possível verificar na figura 21 e 22, a seguir, que a energia gerada pelo tsunami foi
tamanha que ocasionou uma transgressão marítima.
Figura 19 - Cidade de Sumatra antes do
terremoto de 2004
Figura 20 – Cidade de Sumatra depois
do terremoto de 2004
Figura 21 – Costa de Sumatra antes do
tsunami de 2004
Figura 22 – Costa de Sumatra após o
tsunami de 2004
Fonte:http://ciencia.hsw.uol.com Fonte:http://ciencia.hsw.uol.com Fonte:http://ciencia.hsw.uol.com
48
2.14.3 Terremoto em Fukushima no Japão (2011)
No ano de 2011 aconteceu no Japão um terremoto de grande magnitude (8.9 escala
Richter, com epicentro cerca de 130 km de Sendai), ocasionando um tsunami de até 10 metros
e outros terremotos secundários, gerando assim uma catástrofe.
O Japão, por estar localizado no Anel de Fogo do Pacífico (área do oceano com grande
encontro de placas tectônicas), sofre frequentemente com abalos de grande proporção, por essa
razão, existe uma logística por parte das autoridades japonesas combinado com uma
infraestrutura para que sejam reduzidos o número de vítimas dos terremotos. Entretanto em
abalos de grande intensidade torna-se inevitável as perdas materiais e humanas.
Esse abalo sísmico em especial foi mais catastrófico do que os demais que já haviam
ocorridos no Japão, em razão, dos danos provocados na usina nuclear de Fukushima. Segundo
as agências de notícia do Japão aproximadamente 45 mil pessoas foram deslocadas porque os
níveis de radiação fora da usina estavam 8 vezes acima do normal.
Nas figuras 23 e 24 a seguir, é possível verificar o epicentro principal e os secundários,
respectivamente assim como sua proximidade da usina de Fukushima (cerca de 200 km).
Figura 23 – Epicentro principal Figura 24 – Epicentros secundários
Fonte: Adaptado de notícias.r7.com/ Fonte: Adaptado de notícias.r7.com/
Usina de
Fukushima
Epicentro
principal
49
Ujiie (2012), professor da Universidade de Tsukuba, no Japão afirmou que o sismo de
março de 2011 teve origem numa falha já existente chamada "Tohoku-Oki", localizada na
fronteira entre as placas do Pacífico e Norte-Americana, e rompeu ainda na crosta ao longo de
200 quilómetros na Fossa do Japão. Entretanto o que mais surpreendeu nesse sismo foi a
dimensão do deslocamento vertical da massa de água.
2.15 Maiores terremotos ocorridos no Brasil
2.15.1 Mato Grosso (1955)
Em janeiro de 1955, no Mato Grosso, mais precisamente na Serra do Trombador, foi
registrado um terremoto de 6,6 graus na escala Richter, o maior registrado na história do Brasil.
Esse abalo ocorreu em uma região pouco habitada, fazendo com que praticamente não
houvessem danos materiais ou humanos.
2.15.2 Espírito Santo (1955)
No ano de 1955 a cidade de Vitória-ES foi atingida por um abalo sísmico de 6,3 graus
na escala Richter. Segundo relatos dos moradores as casas apenas balançaram. Não há nenhum
registro de feridos ou danos materiais.
2.15.3 Pacajus, Ceará (1980)
No ano de 1980 Pacajus, na Região Metropolitana de Fortaleza, apresentou um
terremoto com magnitude de 5,2 na Escala Richter e foi sentido na Capital. Esse sismo é
considerado o maior registrado nas regiões norte e nordeste. Segundo o jornal Diário do
Nordeste 488 casas (Figura 25) foram danificadas no epicentro do fenômeno registrado.
50
Figura 25 - Casas destruídas em Pacajus devido ao terremoto de 1980
Fonte: Diário do Nordeste
2.15.4 João Câmara, Rio Grande do Norte (1986)
João Câmara, município do Rio Grande do Norte, foi atingido por uma série de
terremotos na década de 1980. O mais grave deles ocorreu em novembro de 1986, quando a
cidade sofreu um abalo de magnitude 5,1 graus na escala Richter, provocando a destruição de
4 mil imóveis segundo o jornal Tribuna do Norte.
O acentuado número de imóveis danificados por um sismo de intensidade moderada
pode ser explicado pelo baixo padrão construtivo desses imóveis. Outro fator que ocasionou o
potencial destrutivo desse sismo é a baixa profundidade da falha de Samambaia.
No ano de 1989 ocorreu outro sismo de magnitude significativa na cidade de João
Câmara, tendo 5,0 graus na escala Richter.
Nas figuras 26 e 27 é possível visualizar os danos provocados pelo sismo de 1986 na
cidade em algumas residências na cidade de João Câmara.
51
Fonte: http://www.riograndedonorte.net
Figura 26 – Consequências do abalo sísmico de
1986 na cidade de João Câmara
Figura 27 – Casa de baixo padrão construtivo
destruída pelo sismo de 1986 em João Câmara
Fonte: Tribuna do Norte
52
Vale destacar que, mesmo após esse abalo sísmico e o alto grau de instabilidade
geológica que se encontra nessa região, não foi tomada nenhuma atitude efetiva para se atenuar
os efeitos das ondas sísmicas nas estruturas locais.
2.16 Formação de um tsunami
Segundo Silveira e Varriale (2005) o tsunami é uma palavra japonesa que designa ondas
geradas em oceanos, mares, baías, lagos, a partir ou de movimentos sísmicos, ou de vulcanismo,
ou de deslizamento de terra submarino, ou de impacto de meteorito, ou até de fenômenos
meteorológicos. O que diferencia os tsunamis de outras ondas, são os períodos das oscilações
da água. Por exemplo enquanto em uma onda marítima “normal” podem ocorrer períodos de
até algumas dezenas de segundos, em um tsunami este tempo atinge alguns minutos ou até
meia-hora. Desta maneira, os tsunami são ondas longas, que em alto-mar possuem entre 10 km
e 500 km de comprimento de onda. Esta característica torna os tsunami muito diferentes das
outras ondas, mesmo daquelas que podem ser observadas durante as tempestades.
Tsunamis podem ser gerados quando o fundo do mar é brutalmente deformado,
deslocando verticalmente a coluna d’água que repousa acima dele. Grandes movimentos
verticais da crosta terrestre podem ocorrer nas fronteiras entre placas tectônicas, ou seja, nas
chamadas falhas geológicas. Ao longo das margens do Oceano Pacífico, por exemplo, placas
oceânicas mais densas deslizam sob placas continentais, em um processo conhecido como
subdução, (SANTOS, 2005).
O tsunami é umas das consequências de um abalo sísmico que provoca a maior
quantidade de vítimas fatais. A sua ocorrência é verificada quando o hipocentro do terremoto
se encontra abaixo do oceano. Na maioria dos tsunamis as ondas “quebram”, como as ondas
comuns geradas pelo vento, e se comportam como uma corrente de maré que invade a faixa
litorânea (GEIST, 2004).
Ernesto e Brenha (2011), afirmam que para um terremoto produzir diretamente um
tsunami, é necessário que o movimento da falha tenha uma componente normal, ou uma
componente reversa, significativa. De maneira geral qualquer que seja o tipo de movimento da
falha durante o terremoto, existe a possibilidade de geração de um tsunami através de um
53
mecanismo indireto, que é a ocorrência de escorregamento do sedimento oceânico,
principalmente na região do talude continental ou próximo aos arcos de ilha, onde a topografia
é muito inclinada.
Na Figura 2 a seguir, é possível verificar que uma falha geológica proporcionou uma
forte oscilação das partículas ao redor do hipocentro liberando assim uma grande quantidade
de energia. Essa energia potencial logo é convertida em energia cinética, provocando um
deslocamento de uma grande massa de água.
Figura 28 – Formação de um tsunami
Fonte: http://tremordeterra.blogspot.com.br
No Brasil, existe um único depósito sedimentar que pode ser associado a tsunami, que
foi descrito por Albertão e Matins (1996, 2008), no litoral pernambucano. Esse depósito trata-
se de uma camada sedimentar que se estende por cerca de 30 km reunindo diversas
características apontando para um processo rápido de disposição. Entretanto esse deposito não
se encontra próximo a nenhum ponto de instabilidade geológica, sendo portanto improvável a
ocorrência de tsunamis (ERNESTO; BRENHA, 2011).
54
2.17 Comportamento físico de edificações a ação sísmica
2.17.1 Atuação dos esforços na edificação
As ondas sísmicas promovem uma aceleração espectral nas partículas do solo. Essa
aceleração é responsável por gerar três tipos de solicitações na estrutura de uma edificação, são
elas, tração, compressão e cisalhamento. Cada tipo de onda sísmica é responsável por gerar uma
solicitação especifica, por exemplo as ondas secundarias (S) e de Love provocam uma ação
horizontal. Essa ação faz com que o edifício tenha uma tendência de translação em relação ao
seu eixo horizontal. Já as ondas sísmicas primarias (P), por serem longitudinais provocam uma
ação de compressão, onde essa ação faz com que o edifício tenha uma tendência de translação
em relação ao seu eixo vertical. Todas essas ações podem atuam simultaneamente provocando
um efeito de flexo-compressão obliqua na estrutura.
É importante ressaltar que as ondas sísmicas secundarias na maioria das vezes são as
que geram os efeitos mais preponderantes. Como já foi exposto, essas ondas provocam uma
solicitação horizontal na estrutura, sendo que, essa solicitação é distribuída ao longo da
edificação, tendo uma magnitude maior nos pontos mais altos. Como exemplificado na Figura
29, a seguir.
Figura 29 - Ação sísmica em edificação
Fonte: Autor
55
A força “Fx” é distribuída como carregamento triangular, uma vez que, nos pontos mais
altos a edificação é mais vulnerável a maiores vibrações e consequentemente a solicitações
horizontais de maior intensidade.
Um edifício de concreto armado ao ser solicitado pelas ondas sísmicas tende a dissipar
energia. Entretanto essa dissipação resulta uma perda global de resistência na estrutura, em
razão, do surgimento de microfissuras por um processo de fadiga. Para que uma edificação
apresente padrões de segurança adequando a esse tipo de solicitação é necessário que a estrutura
seja dúctil e apresente rigidez suficiente para que a perda de resistência global não seja
preponderante. Em edificações de grande porte o aumento de sua rigidez implica em
orçamentos excessivamente onerosos, logo uma solução seria a utilização de amortecedores.
Dantas (2013) apresentou alguns exemplos de patologias causadas por sismos em
estruturas de concreto armado. As figuras 30 à 33 mostram os efeitos destrutivos de um abalo
sísmico e as solicitações geradas pelas ondas sísmicas.
Figura 30 - Colapso em duas direções Figura 31 - Ação das forças cisalhantes
Fonte: Dantas 2013. Fonte: Dantas 2013
56
Fonte: Dantas 2013 Fonte: Dantas 2013
As construções sem paredes estruturais, simetrias e núcleos rígidos são suscetíveis a
abalos sísmicos devido a sua flexibilidade. Os pilares podem romper em uma única direção
(fissura inclinada) ou em duas direções (fissura em forma de “X”). É valido destacar que
elementos pré-fabricados em lajes e vigas não são recomendados para suportar solicitações
sísmicas (DANTAS, 2013).
2.17.2 Técnicas Construtivas para se combater a ação sísmica
2.17.2.1 Amortecedor de massa sintonizado (AMS)
Um amortecedor de massa sintonizado (AMS) é um dispositivo composto de uma
massa, uma mola e um amortecedor que é ligado à estrutura com o objetivo de reduzir a resposta
dinâmica da mesma. É estabelecido uma determinada frequência de atuação desse amortecedor
Figura 33 – Rigidez inadequada Figura 32 – Solicitações
horizontais
57
que é sintonizada para uma frequência particular da estrutura, pois, uma vez que a estrutura
sofrer efeitos oscilatórios, o amortecedor irá vibrar fora de fase com o movimento da estrutura.
A energia atuante sobre o sistema principal é transferida para o sistema secundário, reduzindo
assim sua vibração.
A utilização de sistemas “AMS” se dá principalmente em edifícios altos, pontes e
grandes estruturas que estão susceptíveis a grandes vibrações. Esse sistema pode ser
implementado de diversas maneiras, onde as mais comuns são, pêndulos, amortecedores nas
paredes e nos alicerces. O geofísico Avila (2002) disse “dependendo da frequência da estrutura,
a resposta do primeiro modo da estrutura com um AMS sintonizado na frequência deste modo
pode ser reduzida consideravelmente, mas, em geral, as respostas associadas aos modos mais
altos são apenas levemente reduzidas ou, até mesmo, amplificadas.”
Traçando um breve histórico sobre a teoria por traz desse sistema temos que o conceito
de amortecedor de massa sintonizado foi primeiro utilizado por Frahm em 1909 para reduzir o
balanço dos navios devido às ondas, logo depois foi apresentada uma teoria sobre o assunto por
Ormondroyd e Den Hartog em 1928, seguida por uma discussão detalhada da busca de
parâmetros ótimos em um livro lançado por Den Hartog em 1940. A continuação do estudo dos
amortecedores de massa sintonizados foi feita por outros inúmeros estudiosos e importantes
contribuições foram dadas por Randal et al.(1981), Warbuton e Ayorinde(1980),
Warbuton(1981,1982), Tsai e Lin(1993), Villaverde e Koyama(1993), Soong e Dargush(1997)
e Avila (2002).
2.17.2.2 Amortecedor de massa tipo pêndulo
Como foi citado anteriormente uma das geometrias alternativas do AMS é o formato de
um pêndulo. O pêndulo é preso à estrutura e o movimento da mesma excita o dispositivo,
transferindo-se parte da energia de um sistema para o outro, reduzindo a demanda de dissipação
de energia nos elementos estruturais. Basicamente o pendulo vibra em sentido inverso ao da
solicitação minimizando seu efeito. Este tipo de amortecedor tem seu período de vibração
dependente do comprimento do seu cabo, e só pode ser considerado como um oscilador linear
quando as amplitudes de vibração são pequenas.
58
O sistema AMS tipo pendulo é o mais recomendado para se combater aos efeitos
gerados pelas ondas sísmicas secundarias, diminuindo assim as oscilações horizontais.
2.17.2.3 Estruturas que utilizam AMS
O John Hancock Tower (Figura 34) em Boston, EUA, foi um dos primeiros edifícios a
receber o dispositivo AMS. Foram adicionados dois amortecedores com peso de 2.700KN no
sexagésimo pavimento com a função de diminuir a resposta do edifício devido rajadas de vento
e ações sísmicas (AVILA, 2002).
Outro exemplo de grande destaque que adotou essa técnica construtiva foi o SWFC
(Shanghai World Financial Center), com 101 pavimentos e quase meio quilômetro de altura
localizado em Xangai, sul da China também possui instalado no topo da construção, um sistema
de amortecedores de massa, responsável pela redução das oscilações causadas pela ação do
vento ou sismo, que garante o conforto dos frequentadores do arranha-céu. Na Figura 35 a
seguir, consta o edifício Shanghai World Financial Center.
Fonte: http:// http://www.rivere.it/ Fonte: http://rew-online.com/
Figura 34 – Edifício o John
Hancock Tower
Figura 35 - Shanghai World
Financial Center
59
No SWFC diferentemente do John Hancock Tower constam dois amortecedores que
trabalham em conjunto para limitar o movimento oscilatório da torre. Os contrapesos se
movimentam em oposição aos deslocamentos gerados pelos ventos fortes, detectados
eletronicamente. Com 9 m de largura por 9 m de comprimento e 4 m de altura, cada amortecedor
pesa 150 toneladas, (OLIVEIRA, 2012).
Um outro exemplo de estrutura equipada com Amortecedor de Massa Sintonizado
Pendular (AMSP) é o Edifício Taipei 101, que possui 101 andares acima do solo e 5
subterrâneos conforme a Figura. 36. Taipei 101 é projetado para resistir a tufões e tremores
oriundos de terremotos que ocorrem frequentemente na região. Nesse exemplo o pendulo se
encontra no 89° pavimento, ele tem 5,5 metros de diâmetro e é suspenso por 16 cabos. Tal
estrutura reduz em 40% as movimentações do edifício, resiste a ventos de até 450 km/h e a
terremotos de até 7 graus Richter, (OLIVEIRA, 2012).
.
Figura 36 - Contrapeso no edifício. Taipe 101, na China.
Fonte: http://hypescience.com/
60
2.17.2.4 Amortecedores nas paredes da edificação
Outra técnica construtiva bastante utilizada em edificações de grande porte são os
amortecedores instalados no interior das paredes (Figura 37). Esses amortecedores absolvem
parte da energia gerada pelos terremotos e consequentemente diminuem as oscilações
ocasionadas pelas ondas sísmicas secundarias. Em alguns casos são utilizados amortecedores
eletrônicos, pois com eles é possível se obter um controle maior das vibrações, onde os mesmos
podem ser programados para reagir de maneira especifica para cada tipo de sismo. Essa é uma
técnica construtiva muito comum no Japão e na China e certamente sua maior desvantagem é
seu alto custo. Por essa razão o seu uso é mais indicado para edificações de grande porte que se
encontram em região de alta instabilidade sísmica.
Figura 37 - Exemplo de amortecedores em paredes
Fonte: http://constru360.com.br/
As técnicas construtivas vistas anteriormente resistem principalmente as solicitações
geradas pelas ondas secundarias. Então com um intuito de também se atenuar os efeitos das
ondas primeira estabeleceu-se outra técnica construtiva chamada de suspenção no alicerce. Essa
61
técnica promove a edificação uma resistência as solicitações de compressão impedindo assim
um movimento de translação em relação ao seu eixo vertical. Na figura 38 a seguir, é possível
visualizar um alicerce sem amortecedor e outro com amortecedor.
Figura 38 - Comparação de um alicerce sem suspensão com outro com suspensão
Fonte: http://constru360.com.br/
Em edificações de pequeno porte que se encontram em regiões de alta instabilidade
sísmica fica impraticável a utilização de técnicas construtivas como pêndulos e amortecedores.
Nessa situação é recomendado o uso das paredes super-resistentes (Figura 39), que são paredes
de concreto armado. Essa é uma técnica muito utilizada no Chile.
Figura 39 - Exemplo de edificação com paredes super-resistentes
Fonte: http://constru360.com.br
62
2.18 Principais diretrizes da NBR-15421
2.18.1 Zoneamento sísmico
Um dos primeiros princípios estabelecidos pela norma, conforme a tabela 1 a seguir, é
a divisão do território brasileiro em zonas sísmicas. De maneira geral as normas técnicas sobre
combate da ação sísmica em edificações dividem zonas de maior ou menor importância sísmica
através das zonas sísmicas. A NBR-15421 divide o Brasil em cinco zonas sísmicas a serem
consideradas em projeto. O critério de divisão considera a variação de ag, aceleração sísmica
característica horizontal normalizada para terrenos de classe B. A divisão sísmica brasileira é
apresentada na Figura 40 a seguir, e os valores de 𝑎𝑔 para cada zona são mostrados na Tabela
1.
Tabela 1 – Zonas sísmicas
Zona Sísmica Valores de 𝒂𝒈
Zona 0 𝑎𝑔 = 0,025𝑔
Zona 1 0,025𝑔 ≤ 𝑎𝑔 ≤ 0,05𝑔
Zona 2 0,05𝑔 ≤ 𝑎𝑔 ≤ 0,10𝑔
Zona 3 0,10𝑔 ≤ 𝑎𝑔 ≤ 0,15𝑔
Zona 4 𝑎𝑔 = 0,15 𝑔
Fonte: Adaptado de NBR- 15421
Para estruturas localizadas nas zonas sísmicas 1 a 3, os valores a serem considerados
para 𝑎𝑔 podem ser obtidos por interpolação nas curvas da Figura 40. Um estudo sismológico e
geológico específico para a definição de 𝑎𝑔 poderá ser opcionalmente efetuado para o projeto
de qualquer estrutura.
Na Figura 40, apresenta-se em destaque o estado do Rio Grande do Norte, uma vez que
essa é uma das zonas de maior recorrências de abalos sísmicos no território brasileiro. Então,
63
segundo a NBR-15421, é indispensável nessa região a consideração do efeito sísmico nos
projetos estruturais.
Figura 40 – Mapa de zonas sísmicas
Fonte: Adaptado de NBR-15421
2.18.2 Classes dos terrenos
Segundo a NBR-15421 o efeito da ação sísmica em uma edificação depende de uma
série de fatores a exemplo das características dos terrenos. As características de rigidez e
amortecimento das camadas superficiais do terreno afetam as ondas sísmicas oriundas no
Localização do estado do Rio Grande do Norte no Mapa
Curvas de aceleração espectral das partículas do solo
Figura 40 – Mapa das zonas sísmicas no Brasil
64
interior da Terra. O terreno de fundação deve ser categorizado em uma das classes definidas no
Quadro 3, associadas aos valores numéricos dos parâmetros geotécnicos médios avaliados nos
30m superiores do terreno. Por essa razão a norma brasileira estabelece intervalos, para que se
possa estabelecer as condições do terreno para a realização de um determinado projeto, como
pode se observar no Quadro 3 a seguir.
Quadro 3 – Classe do terreno de acordo com suas propriedades
Classe do
terreno
Designação da
classe do
terreno
Propriedades médias para os 30m superiores do terreno
𝒗𝒔, velocidade média de
propagação de ondas de
cisalhamento
𝑵, número médio de golpes
no ensaio SPT
A Rocha sã 𝑣𝑠 ≥ 1500 m/s (não aplicável)
B Rocha 1500 m/s ≥ 𝑣𝑠 ≥ 760 m/s (não aplicável)
C
Rocha alterada
ou solo muito
rígido
760 m/s ≥ 𝑣𝑠 ≥ 370 m/s
N ≥ 50
D Solo rígido 370 m/s ≥ 𝑣𝑠 ≥ 180 m/s 50 ≥ N ≥ 15
E
Solo mole
𝑣𝑠 ≤ 180 m/s
N ≤ 15
- Qualquer perfil incluindo camada com mais de 3m de argila
mole
F - Solo exigindo avaliações específicas como:
1. Solos vulneráveis à ação sísmica, como liquefaziveis,
argilas muito sensíveis e solos colapsíveis fracamente
cimentados;
2. Turfa ou argilas muito orgânicas;
3. Argilas muito plásticas;
4. Estratos muito espessos (≥ 35m) de argila mole ou
média Fonte: Adaptado de NRB-15421
2.18.3 Definição do espectro de resposta de projeto
O espectro de resposta de projeto, Sa(T), segundo a Norma, para acelerações
horizontais, correspondem à resposta elástica de um sistema de um grau de liberdade com uma
fração de amortecimento crítico de 5%. É definida a partir da aceleração sísmica característica
Fonte: Adaptado de NRB-15421
65
horizontal “ag” e da classe do terreno. O espectro é construído a partir das acelerações espectrais
ags0 e ags1, definidas a partir de períodos de 0,0s e 1,0s respectivamente, de acordo com as
Equações 4 e 5.
𝑎𝑔𝑠0=𝐶𝑎×𝑎𝑔 (4)
𝑎𝑔𝑠1=𝐶𝑣 × 𝑎𝑔 (5)
Onde Ca e Cv são os fatores de amplificação sísmica do solo, para períodos de 0,0s e
1,0s respectivamente, conforme Tabela 2, em função da aceleração característica de projeto ag
e da classe do terreno. T é o período natural, em segundos, associado a cada um dos modos de
vibração da estrutura. O espectro de resposta de projeto é considerado aplicado à base da
estrutura.
Tabela 2 - Definição dos fatores Ca e Cv de amplificação sísmica no solo
Classe do terreno
𝑪𝒂
𝒂𝒈 ≤ 0,10𝒈
𝑪𝒂
𝒂𝒈 = 0,15𝒈
𝑪𝒗
𝒂𝒈 ≤ 0,10𝒈
𝑪𝒗
𝒂𝒈 = 0,15𝒈
A 0.8 0,8 0,8 0,8
B 1,0 1,0 1,0 1,0
C 1,2 1,2 1,7 1,7
D 1,6 1,5 2,4 2,2
E 2,5 2,1 3,5 3,4
Fonte: Adaptado de NRB-15421
2.18.4 Definição das categorias de utilização
Para cada estrutura deve ser definida uma categoria de utilização e um fator de
importância de utilização, conforme mostrado resumidamente no Quadro 4.
66
Categorias de Utilização Natureza da Ocupação Fator I
I
Todas as estruturas não classificadas como
de categoria II ou III.
1,00
II
Estruturas de importância substancial para a
preservação da vida humana em casos de
ruptura.
1,25
III
Estruturas definidas como essenciais.
1,50
Fonte: Adaptado de NRB-15421
2.18.5 Sistemas básicos sismo-resistentes
A NBR – 15421 estabelece um coeficiente “R” de acordo com os sistemas estruturais
sismo-resistentes listados no Quadro 5. A principal finalidade desse coeficiente é para
determinação das forças de projeto nos elementos estruturais e dos deslocamentos da estrutura.
Segunda a NBR – 15421. Nos sistemas definidos no Quadro 5 a seguir como duais,
compostos por um pórtico momento-resistente e por outro tipo de sistema (paredes de concreto
ou pórticos de aço contraventados em treliça), o pórtico momento-resistente deverá resistir a
pelo menos 25% da força sísmica total. A divisão das forças sísmicas entre os elementos que
compõem os sistemas duais, será de acordo com a sua rigidez relativa.
Quadro 5 – Coeficiente de Modificação -R
Sistema básico sismo-resistente
Coeficiente de
modificação
da resposta R
Paredes de concreto com detalhamento especial. 5
Paredes de concreto com detalhamento usual. 4
Pórticos de concreto com detalhamento especial. 8
Pórticos de concreto com detalhamento intermediário. 5
Pórticos de concreto com detalhamento usual. 3
Pórticos de aço momento-resistente com detalhamento especial 8
Pórticos de aço momento-resistente com detalhamento intermediário. 4,5
Pórticos de aço momento-resistente com detalhamento usual. 3,5
Pórticos de aço contraventados em treliça, com detalhamento especial. 6
Quadro 4 - Definição das categorias de utilização e dos fatores I de importância
67
Pórticos de aço contraventados em treliça, com detalhamento usual. 3,25
2.18.6 Irregularidades no plano
Outro critério estabelecido em norma bastante relevante é a irregularidade das
estruturas, uma vez que, estruturas irregulares sofrem uma maior ação do sismo, devendo assim
serem projetadas de uma maneira diferenciada. No Quadro 6 a seguir estão listadas as
irregularidades. Vale salientar que os requisitos associados à irregularidade do Tipo 1 não
precisam ser considerados para prédios de até dois pavimentos.
Quadro 6 - Irregularidades Estruturais no Plano
Tipo de
irregularidade
Descrição da irregularidade
1 Irregularidade torsional, definida quando em uma elevação, o
deslocamento relativo de pavimento em uma extremidade da
estrutura, avaliado incluindo a torção acidental, medido
transversalmente a um eixo, é maior que 1,2 vezes a média dos
deslocamentos relativos de pavimentos nas duas extremidades da
estrutura, ao longo do eixo considerado.
2 Descontinuidades na trajetória de resistência sísmica no plano, como
sistemas resistentes verticais consecutivos com eixo fora do mesmo
plano.
3 Os elementos dos sistemas sismo-resistentes verticais não são
paralelos ou simétricos com relação aos seus eixos ortogonais. Fonte: Adaptado de NRB-15421
2.18.7 Irregularidades na vertical
As estruturas apresentando uma ou mais das irregularidades listadas no Quadro 7 devem
ser projetadas como tendo irregularidade estrutural na vertical.
Fonte: Adaptado de NRB-15421
Continuação do Quadro 5 (coeficiente de modificação –R)
68
Tipo de
irregularidade
Descrição da irregularidade
4 Descontinuidades na trajetória de resistência sísmica na vertical, como
sistemas resistentes verticais consecutivos no mesmo plano.
5 Caracterização de um “pavimento extremamente fraco” , como aquele
em que a sua resistência lateral é inferior a 65 % da resistência do
pavimento imediatamente superior. Fonte: Adaptado de NRB-15421
2.18.8 Força horizontal total
Com o objetivo de se estabelecer parametros para implementar o efeito do sismo nos
projetos estruturais a NBR – 15421 em seu item 9.1 determinou a força horizontal total. Que é
a força gerada pelas vibrações sismicas que atua na base da estrutura, em uma dada direção, é
determinada de acordo com a expressão a seguir:
𝑉 = 𝐶𝑆 . 𝑊 (6)
Onde
Cs: coeficiente de resposta sísmica;
W: é o peso total da estrutura;
O coeficiente de resposta sísmica é determinado de acordo com a expressão abaixo:
𝐶𝑆 =2,5 .𝑎𝑔𝑠𝑜
(𝑅 𝐼⁄ ) (7)
Onde
Agso: aceleração espectral para o período de 0,0s;
I: Fator de importancia de utilização definido no quadro 4;
R: Coeficiente de modificação definido no quadro 5;
Quadro 7 – Irregularidades estruturais verticais
69
O coeficiente de resposta sísmica máximo é definido de acordo com a expressão abaixo:
𝐶𝑆 =𝑎𝑔𝑠0
𝑇 .(𝑅 𝐼⁄ ) (8)
Onde
T: É o periodo natural da estrutura determinado de acordo com o item a seguir;
Vale salientar que o coeficiente de resposta sísmica mínimo a ser utilizado é Cs = 0,01.
Segundo a NBR – 15421 no item 9.1 tem-se que é permitida a redução das forças
sísmicas, considerando os efeitos da interação solo-estrutura, desde que os procedimentos
utilizados sejam adequadamente justificados na análise.
2.18.9 Determinação do período natural da estrutura
No item 9.2 da NBR – 15421 tem-se a seguinte conceituação “O período natural da
estrutura T deve ser obtido por um processo de extração modal, que leve em conta as
características mecânicas e de massa da estrutura.”. O periodo natural da estrutura não devera
ser maior do que o produto do periodo natural aproximado da estrutura (Ta), vezes o coeficiente
de limitação do período (Cup). Esse coeficiente de limitação é definido de acordo com a Tabela
3 a seguir.
70
Tabela 3 – Coeficiente de limitação do período
Zona sísmica Coeficiente de limitação do período
(𝑪𝒖𝒑)
Zona 2 1,7
Zona 3 1,6
Zona 4 1,5
Fonte: Adaptado de NRB-15421
Para a determinação do período natural aproximado utiliza-se a expressão abaixo:
𝑇𝑎 = 𝐶𝑇 . ℎ𝑛𝑥 (9)
Onde
ℎ𝑛𝑥: Altura em metros da estrutura acima da base;
Para essa expressão o coeficiente de período da estrutura (CT) e o valor de (x) são
definidos por:
1. CT = 0,0724 e x = 0,8 para estruturas em que as forças sísmicas horizontais são 100%
resistidas por pórticos de aço momento-resistentes, não sendo estes ligados a sistemas
mais rígidos que impeçam sua livre deformação quando submetidos à ação sísmica;
2. CT = 0,0466 e x = 0,9 para estruturas em que as forças sísmicas horizontais são 100%
resistidas por pórticos de concreto, não sendo estes ligados a sistemas mais rígidos que
impeçam sua livre deformação quando submetidos à ação sísmica;
3. CT = 0,0731 e x = 0,75 para estruturas em que as forças sísmicas horizontais são
resistidas em parte por pórticos de aço contraventados com treliças;
4. CT = 0,0488 e x = 0,75 para todas as outras estruturas.
A NBR- 15421 tambem estabelece que como alternativa à determinação analítica de T,
é permitido utilizar diretamente o período natural aproximado da estrutura Ta.
71
2.18.10 Distribuição vertical das forças sísmicas
A força horizontal total não atua de maneira constante no decorer de toda estrutura,
uma vez que, pontos mais altos estão suceptiveis a uma maior oscilação. Por essa razão é
necessario que a força horizontal total na base (V) seja distribuída verticalmente entre as várias
elevações da estrutura de forma que, em cada elevação x, seja aplicada uma força Fx definida
de acordo com a expressão a seguir:
𝐹𝑥 = 𝐶𝑣𝑥 . 𝑉 (10)
Onde:
𝐶𝑣𝑥 = 𝑤𝑥 .ℎ𝑥
𝑘
∑ 𝑊𝑖 . ℎ𝑖𝑘𝑛
𝑖=1
(11)
Cvx: Coeficiente de distribuição vertical;
Wx ou Wi: Parte do peso efetivo total que corresponde às elevações i ou x;
hi ou hx: altura entre a base e as elevações i ou x;
k: expoente de distribuição, relacionado ao período natural da estrutura T.
a. para estruturas com período inferior a 0,5s, k = 1;
b. para estruturas com períodos entre 0,5s e 2,5s, k = (T + 1,5)/2;
c. para estruturas com período superior a 2,5s, k = 2.
2.18.11 Modelo de distribuição das forças sísmicas horizontais
Quando as estruturas são submetidas a solicitações de torção a NBR – 15421 diz que as
forças sísmicas horizontais Fx, correspondentes a cada elevação x, devem ser aplicadas a um
modelo de distribuição destas forças entre os diversos elementos verticais sismoresistentes, que
considere a rigidez relativa dos diversos elementos verticais e dos diafragmas horizontais. Este
modelo poderá ser também utilizado para avaliar os efeitos de torção na estrutura.
72
2.19 Principais diretrizes do EUROCÓDIGO-8 (2010)
A norma europeia (EUROCÓDIGO-8) estabelece um detalhamento mais aprofundado
do que a NBR – 15421, apresentando tecnicas mais refinadas de dimensionamento e uma téoria
mais abrangente. Nesse topico será explicitada a parte conceitual da norma europeia referente
as principais diretrizes de projeto de uma edificação suceptivel a abalos sísmicos.
2.19.1 Simplicidade estrutural
O conceito de simplicidade estrutural é caracterizado pela existência de trajetorias
claras e diretas de transmissão das forças sísmicas. Esse conceito parte do principio de que um
projeto arquitetonico simples sem muitas curvas e uniforme proporciona um projeto estrutural
cuja as trajetorias de tensões nas estruturas se da de uma forma mais simplificada. Vale salientar
a importancia de se cumprir esse conceito dado que a modelação, a análise, e o
dimensionamento construtivo estão sujeitos a uma incerteza muito menor e portanto a previsão
do seu comportamento sísmico é a mais correta.
2.19.2 Uniformidade e simetria estrutural
Segundo o EUROCÓDIGO 8 a uniformidade é caracterizada por uma distribuição
regular dos elementos estruturais a qual permite transmissões curtas e diretas das forças de
inércia relacionadas com as massas distribuídas no edifício. Se necessário, a uniformidade
poderá ser realizada subdividindo todo o edifício em unidades dinamicamente independentes
através de juntas sísmicas, desde que essas juntas sejam projetadas para evitar o choque entre
unidades.
Outro criterio que tambem deve ser levado em consideração é a uniformidade da
estrutura ao longo da altura do edifício pois, uma vez que tende a eliminar a ocorrência de zonas
73
sensíveis a vibrações onde concentrações de tensões ou grandes exigências de ductilidade
podem provocar um colapso prematuro.
Quando o edifico utiliza elementos estruturais regularmente distribuídos e simetricos
permite-se uma redistribuição mais favorável dos esforços e uma dissipação de energia
distribuída em todo o conjunto da estrutura. Fato esse que atenua os efeitos sísmicos, uma vez
que, em estruturais mais esbetas os esforços decorentes da ação sísmica podem se concentrar
em determinadas regiões, sobrecarregando a estrutura.
2.19.3 Resistência e rigidez nas duas direções
O movimento sísmico horizontal é um fenómeno bidirecional, do qual a estrutura do
edifício deve ser capaz de resistir a essas ações em qualquer direção.
O EUROCÓDIGO-8 afirma que os elementos estruturais deverão ser dispostos em
planta numa malha estrutural ortogonal, garantindo características de resistência e rigidez
semelhantes nas duas direções principais. A escolha das características de rigidez da estrutura
deverá, além de procurar minimizar os esforços sísmicos (tendo em conta as suas características
específicas relacionadas com o local), limitar também os deslocamentos excessivos que possam
provocar instabilidades devidas aos efeitos de segunda ordem ou danos excessivos.
2.19.4 Resistência e rigidez à torção
Além da resistência e da rigidez em relação a ações laterais, as estruturas dos edifícios
deverão possuir uma resistência e uma rigidez à torção adequadas para limitar os movimentos
devidos à torção que tendem a solicitar de forma não uniforme os diferentes elementos
estruturais. Para este efeito, são claramente vantajosas as disposições em que os principais
elementos de contraventamento são distribuídos perto da periferia do edifício.
74
2.19.5 Ação do diafragma no nível dos pisos
Nos edifícios, os pavimentos (incluindo a cobertura) têm um papel muito importante no
comportamento sísmico global da estrutura. Esses elementos atuam como diafragmas
horizontais que recebem e transmitem as forças de inércia aos sistemas estruturais verticais e
garantem a solidariedade desses sistemas na resistência à ação sísmica horizontal. A ação de
diafragma dos pavimentos é particularmente importante no caso de disposições complexas e
não uniformes dos elementos estruturais verticais ou quando se utilizam em conjunto sistemas
com diferentes características de deformabilidade horizontal (por exemplo, sistemas mistos ou
compostos).
Os pavimentos e a cobertura deverão ser dotados de valores de rigidez e resistência
adequados no plano, proporcionando assim ligações eficazes aos sistemas estruturais verticais.
É necessário um especial cuidado nos casos de configurações em planta não compactas ou
muito alongadas e de existência de grandes aberturas nos pavimentos, especialmente se essas
aberturas estiverem próximo dos elementos estruturais verticais principais, impedindo assim
uma ligação eficaz entre as estruturas vertical e horizontal.
Os diafragmas deverão possuir uma rigidez no plano suficiente para a distribuição das
forças de inércia horizontais aos sistemas estruturais verticais ,especialmente no caso de
variações significativas de rigidez ou de desalinhamentos dos elementos verticais acima e
abaixo do diafragma.
2.19.6 Fundação adequada
Segundo o EUROCÓDIGO o projeto estrutural deve assegurar de que a ação sísmica é
um parametro importante que deve ser levado em conta no dimensionamento e na construção
das fundações, uma vez que, a ligação do elemento de fundação a superstrutura deve
proporcionar uma excitação sísmica uniforme de todo o edifício.
Para as estruturas constituídas por um número reduzido de paredes estruturais, que
diferem em espessura e rigidez, deverá escolher-se em geral uma fundação rígida.
75
Para edifícios com elementos de fundação isolados (sapatas ou estacas), recomenda-se
a utilização de Radier ou de vigas de fundação que liguem esses elementos nas duas direções
principais.
2.19.7 Elementos sísmicos primários e secundário
Na norma EUROCÓDIGO-8 afirma-se que é escolher um certo número de elementos
estruturais (por exemplo, vigas e/ou pilares) como elementos sísmicos “secundários”, isto é,
que não fazem parte do sistema do edifício resistente às ações sísmicas. A resistência e a rigidez
desses elementos às ações sísmicas deve ser desprezada. Esses elementos e as suas ligações
devem ser dimensionados de modo a manter a função de suporte ao peso proprio e quando
sujeitos aos deslocamentos devidos à situação de projecto sísmica mais desfavorável. No
cálculo desses elementos deve-se levar em consideração os efeitos de segunda ordem.
Todos os elementos estruturais não escolhidos como elementos sísmicos secundários
são considerados como elementos sísmicos primários. Considera-se que fazem parte do sistema
resistente às forças laterais.
A contribuição para a rigidez lateral de todos os elementos sísmicos secundários não
deverá ser superior a 15 % de todos os elementos sísmicos primários.
2.20 Análise dos eventos sísmicos mais significativos que ocorreram no município de João
Câmara de 1986 a 2015
Como já estabelecido anteriormente, é notorio que na maioria dos casos grandes
terremotos ocorrem nas bordas das placas tectônicas, mas também no interior dos continentes,
em regiões onde existem sistemas de falhas. As falhas geológicas intraplaca apresentam uma
certa indefinição quanto a sua causa e efeito, uma vez que, essas zonas têm comumente centenas
ou até milhares de quilômetros de largura contendo diversas falhas separadas.
76
Dantas (2013), estabelece que em uma análise direcionanda para o Nordeste do Brasil,
percebe-se que os Estados do Ceará e do Rio Grande do Norte estão situados em uma região
cortada por um conjunto de falhas ativas, apresentando uma sismicidade contínua e expressiva
em relação ao resto do país, merecendo, portanto, a atenção dos órgãos de pesquisa e vigilância
na sua investigação e acompanhamento.
A falha geologica de Samambaia é uma das maiores no territorio brasileiro, e no ano de
1986 ela foi responsavel por um sismo de 5.1 graus na escala Richter que foi considerado o
maior já registrado no estado do Rio Grande do Norte. As principais falhas existentes no Rio
Grade do Norte, podem ser observadas na Figura 41 a seguir.
Figura 41 – Principais falhas existentes no Rio Grande do Norte
Fonte: Dantas 2013
É importante resaltar que a sismicidade do território brasileiro começou efetivamente a
ser observada nas últimas décadas com a instalação de sismógrafos em algumas regiões do
Brasil. Por essa razão, os dados existentes anteriores a implementação dos sísmografos foram
obtidos por meio de interpolação. Vale salientar que em razão da baixa profundidade da falha
de Samambaia, existe um potencial de ocorrência de sismos de maior magnitude.
77
A Tabela 4 a seguir, explicita os sismos de maior intensidade nos anos de 1986 até 2015
no municipio de João Câmara. Os principais sismos têm valores acima de 2,5 de magnitude.
Sísmo de maior
magnitude no ano
Ano Número de sísmos
3,8 2015 4
Inferior a 2,5 2014 0
Inferior a 2,5 2013 0
2,8 2012 1
2,8 2011 1
Inferior a 2,5 2010 0
Inferior a 2,5 2009 0
Inferior a 2,5 2008 0
Inferior a 2,5 2007 0
Inferior a 2,5 2006 0
Inferior a 2,5 2005 0
Inferior a 2,5 2004 0
3,4 2003 1
Inferior a 2,5 2002 0
Inferior a 2,5 2001 0
Inferior a 2,5 2000 0
Inferior a 2,5 1999 0
Inferior a 2,5 1998 0
Inferior a 2,5 1997 0
Inferior a 2,5 1996 0
2,9 1995 1
3,5 1994 1
3,0 1993 1
3,2 1992 2
3,5 1991 1
3,7 1990 5
5,0 1989 7
3,9 1988 8
3,8 1987 15
5,1 1986 58
Tabela 4 – Sismos de maior intensidade nos anos de 1986 até 2015 no municipio de
João Câmara (RN)
Fonte: Adaptado de Centro de sismologia da USP (2016)
Fonte: Autor
78
O municipio de João Camara foi utilizado como referência para medição dos abalos
sismicos em razão de sua localização se encontrar proxima a falha geologica de Samambaia,
que é a maior falha geologica da America Latina. Mesmo que as solicitações verificadas na
região sejam de pequena intensidade, causam diversas patologias, como apresentadas na Figura
42.
Fonte: Tribuna do Norte
A falha geologica de Samambaia é resultado de uma intabilidade sísmica intraplaca. Por
essa razão, a sismicidade no Rio Grande do Norte apresenta algumas características principais
de regiões intraplaca são elas: Baixa sismicidade; magnitudes baixas; sismos de baixa
profundidade; atividade em áreas onde a crosta foi tracionada e estendida por processos
geológicos, relativamente recentes (TALWANI, 2014).
Dando continuidado ao processo de mapeamento dos abalos sismico, tem-se que com
as informações apresentadas na Tabela 4, foram selecionados os dez maiores abalos sísmicos
ocorridos em João Câmara, de 1986 a 2015 que estão plotados no gráfico da Figura 43 a seguir.
Figura 42 - Consequências das solicitações
sísmicas em Poço Branco (RN)
79
Fonte: Autor
Figura 43 – Gráfico de magnitude por ano, plotado a partir dos dez maiores abalos
sísmicos ocorridos em João Câmara, de 1986 a 2015
80
3.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O trabalho em questão explicitou a importância de se adotar em projetos estruturais o
efeito sísmico, quando esses se encontram em regiões de instabilidade geológica. O nível de
sismicidade brasileira precisa ser considerado em projetos de engenharia, sendo essenciais em
determinados tipos de construções, como: centrais nucleares, grandes barragens e outras
construções de grande porte, principalmente, nas construções situadas nas áreas de maior risco,
como o Nordeste, Norte e Noroeste do Brasil.
No decorrer do corpo textual, foram desenvolvidos os conceitos preponderantes sobre o
fenômeno sísmico, com argumentações acerca dos fatores relevantes a origem dos sismos e
suas principais formas de propagação onde foi possível constatar que a magnitude de um
terremoto é relativizada de acordo com as características locais, ou seja, o mesmo sismo pode
apresentar um potencial destrutivo diferente em outras regiões. Ainda relativo aos conceitos
expostos é valido explicitar que com o desenvolvimento tecnológico tornou-se possível
estabelecer com precisão as características de um abalo sísmico, a exemplo da localização do
epicentro e a sua distância para com o hipocentro. Esse fato proporciona a realização de projetos
sismo-resistentes com maior eficiência e consequentemente menor custo.
Posteriormente a conceituação inicial foram apresentadas algumas consequências de um
abalo sísmico, a exemplo da formação de tsunamis que são os eventos de maior
responsabilidade por ocasionar vítimas fatais. Foi constatado que o principal causador desse
fenômeno são os movimentos verticais entre placas gerando uma solicitação de cisalhamento
entre elas. Essa solicitação provoca uma energia potencial que impulsiona a massa de água
dando a ela posteriormente energia cinética. O fenômeno em questão assim como outros
eventos de ação destrutiva, também podem ocorrer em regiões intraplaca que apresentem
alguma falha geológica. Com o intuito de determinar a probabilidade que um evento sísmico
tem de acontecer em determinado local, foi estabelecido os conceito de risco e perigo sísmico
demonstrando que as consequências advindas dos efeitos vibratórios são mais catastróficas em
regiões mais industrializadas. Foi destacado nesse trabalho o risco sísmico em regiões com a
presença de usinas nucleares, em virtude, do risco a sociedade proporcionado por ela.
Na etapa seguinte, foi analisado o comportamento físico de uma edificação a ação
sísmica, onde foi verificado que os esforços advindo das ondas sísmicas incidem na edificação
81
pelo seu elemento de fundação, percorrendo posteriormente toda a estrutura. As solicitações
geradas dependem do tipo de onda sísmica incidente, uma vez que, as ondas secundarias geram
uma ação horizontal na estrutura, já as ondas primarias provocam uma ação vertical. Em relação
as solicitações horizontais foi explicitado que a sua intensidade é mais elevada nos pontos mais
altos da edificação e por essa razão foi estabelecida a força “Fx” com o intuito de simular esse
efeito nos projetos estruturais. Em seguida foi realizado um breve levantamento das principais
técnicas para combater a ação sísmica em estruturas. Após o levantamento das principais
técnicas conclui-se que as técnicas a serem adotadas dependem do tipo de edificação. Em
edificações acima de 25 pavimentos é possível se promover a utilização de amortecedores de
massa tipo pêndulo ou amortecedores que combatem as ações verticais nas fundações, ou até
amortecedores que combatem a ação horizontal em paredes. Para edificações abaixo de 20
pavimentos pode ser mais viável economicamente apenas aumentar rigidez desta, fazendo-se
uso de paredes super-resistentes. Vale salientar que essas técnicas apenas são viáveis em
edificações que se localizam em zonas de alta instabilidade sísmica.
Através da norma sísmica brasileira, NBR-15421;2006, foram observados
detalhamentos dos parâmetros e equacionamentos, onde foi verificado que ela apresenta o
cálculo para se determinar a ação sísmica horizontal total na estrutura, entretanto, a mesma não
apresenta praticamente nenhum tipo de detalhamento construtivo das estruturas sismo-
resistentes, deixando assim muito a desejar na parte de disposições construtivas. Foram
expostos nessa monografia alguns conceitos presentes na norma europeia EUROCÓDIGO – 8,
que não são verificados na NBR – 15421, mostrando assim, que a norma europeia apresenta
uma maior abrangência sobre o tema.
Com o intuito de analisar a ocorrência dos sismos em João Câmara, foi realizado, com
base nos dados do centro de sismologia da USP, um mapeamento dos seus abalos sísmicos nos
últimos 30 anos, onde fica evidente que essa localidade apresenta um potencial maior do que já
foi registrado, uma vez que, a falha de Samambaia apresenta uma baixa profundidade.
Por fim é perceptível que não se pode ignorar o efeito sísmico em projetos estruturais
em regiões geologicamente instáveis, para que se possa ser mantida a segurança nessas regiões,
prezando sempre pela integridade física dos seus habitantes.
82
REFERÊNCIAS
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resistentes a sismos. 1 ed. Rio de Janeiro: ABNT. 30 p, 2006.
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83
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