Os sismos são acontecimentos inevitáveis

Em todas as partes do mundo, as metodologias de projeto para resistência aos sismos ganharam uma importância significativa nos últimos anos não só para estruturas primárias, mas também para equipamentos, instalações e outros suportes de elementos não estruturais. Isto não se aplica apenas às regiões sísmicas “clássicas”, mas também à Europa Central, onde, por exemplo, a ameaça dos sismos foi subestimada no passado. A distribuição da sismicidade apresentada na Fig. 1, assim como o trágico sismo de Lisboa de 1755, mostra que grandes sismos na Europa não são apenas referências históricas.

De facto, os custos económicos e sociais associados à falha ou à interrupção de certos serviços e equipamentos, como os sistemas de fornecimento de água, energia, telecomunicações e rede de transportes, são de uma escala comparável aos custos associados às falhas estruturais, se não superiores.

Como as ancoragens pós-instaladas são frequentemente utilizadas para fixar elementos estruturais e componentes não estruturais, o seu dimensionamento e seleção adequados são de importância crucial para garantir a segurança e minimizar os custos associados a eventos sísmicos. As ligações devem ser claramente detalhadas durante a fase de projeto, de modo a permitir uma compreensão comum das especificações do projeto pelos empreiteiros e fiscalização. Em última análise, esta prática evita o elevado risco de deixar a responsabilidade para os subempreiteiros.


Figura 1 – Distribuição da Sismicidade

As aplicações estruturais e não estruturais serão afetadas

Ligações estruturais bem concebidas são fundamentais para que a estrutura se comporte de uma forma previsível em resposta a um sismo. Portanto, para garantir que os empreiteiros e a fiscalização tenham uma compreensão clara das especificações e que durante a fase de construção e instalação sejam utilizados apenas os produtos pretendidos, é essencial que as ligações sejam bem detalhadas durante a fase de projeto.

Diversos estudos demonstram que as reparações mais dispendiosas na maioria dos edifícios comerciais após um acontecimento sísmico se situam em sistemas não estruturais, tais como suportes e fixações de elementos das especialidades mecânica ou elétrica. Muitas instalações não estruturais devem ser concebidas corretamente para cumprir os requisitos de segurança.


Figura 2 – Exemplos de aplicações estruturais e não estruturais

Como os sismos influenciam o comportamento do betão

A medida que uma estrutura responde ao movimento sísmico do solo, sofre deslocamentos e, consequentemente, deformações dos seus elementos. Esta deformação leva à formação e abertura de fendas nos elementos de betão. Consequentemente, todas as ancoragens destinadas a transferir cargas sísmicas devem ser adequadas para utilização em betão fendilhado e a sua conceção deve ser prevista com base no pressuposto de que as fendas no betão se abrirão e fecharão durante o período de duração do movimento do solo.

Partes das estruturas podem, no entanto, ser sujeitas a deformações inelásticas extremas, como apresentado na Figura 3. Nas zonas com armadura, a cedência dos varões e o ciclo de abertura e fecho das fissuras podem resultar em fendas de vários milímetros de largura, particularmente nas regiões de rótulas plásticas. Atualmente, os procedimentos de qualificação das ancoragens não preveem fendas com larguras tão grandes. Por esta razão, as ancoragens nestas regiões onde se espera que ocorram rótulas plásticas devem ser evitadas, a menos que sejam tomadas medidas de projeto adequadas.


Figura 3 – Influência do sismo no betão

Quadro regulamentar para o comportamento das ligações com ancoragens

O Eurocódigo 1, o Eurocódigo 2 e o Eurocódigo 8 (EN 1991, EN 1992 e EN 1998) definem o quadro regulamentar para o projeto de estruturas de betão, enquanto Documentos de Avaliação Europeus (EAD) definem os requisitos de qualificação e de dimensionamento de fixações com ancoragens. Em condições sísmicas, a norma EN 1998 fornece o método de cálculo da ação sísmica e da resposta estrutural, enquanto a EN 1992 fornece o método de cálculo e a resistência dos componentes de betão.

O método de cálculo para as ancoragens é definido pelo Anexo C da EN 1992-4 (Projeto de fixações em condições sísmicas). A resistência é dada na Avaliação Técnica Europeia (ETA) do produto em questão, com base na EOTA TR049 (fixações pós-instaladas em betão sob condições sísmicas). O requisito de qualificação ou a avaliação do desempenho é a principal diferença entre o dimensionamento do elemento estrutural e da ancoragem.


Figura 4 – Quadro regulamentar

Definição de cargas de acordo com o EC8

O ponto de partida para a definição das ações sísmicas é o espectro de cálculo sísmico. Na Europa, o risco sísmico é definido pela aceleração máxima do terreno. Existe uma definição clara de sismicidade baixa e muito baixa, baseada na aceleração do terreno, e no caso de sismicidade muito baixa não é necessário respeitar as disposições sísmicas específicas.

A influência do solo é considerada no Eurocódigo através do coeficiente de solo, que é baseado na correspondência com as classificações do tipo de terreno, tendo em conta os limites de velocidade das ondas de corte e a descrição perfil estratigráfico. Tendo o risco de um eventual desempenho sísmico inadequado, a categorização dos edifícios é dada no código e o fator de importância correspondente é atribuído.

A partir da força de corte sísmica na base, podem ser utilizados diferentes métodos conhecidos para determinar a carga atuante em cada nível da estrutura.


Figura 5 – Tipos de terreno e edifício

Qualificação do desempenho sísmico das ancoragens

Na Europa, a EN1992-4 é válida para o ensaio de ancoragens pós-instaladas mecânicas e químicas. São apresentados dois programas de ensaio diferentes para avaliar a adequação da ancoragem a cargas sísmicas, resultando em duas categorias de desempenho sísmico:
- Categoria sísmica C1: ancoragem adequada apenas para aplicações não-estruturais.
- Categoria sísmica C2: ancoragem adequada para aplicações estruturais e não-estruturais.

Enquanto a categoria sísmica C1 afirma simplesmente que a ancoragem deve funcionar sob a largura de fenda de até 0,5 mm, a categoria sísmica C2 envolve um conjunto de testes bastante mais exigentes para determinar o desempenho sísmico, um ciclo de abertura/fecho de fendas de até 0,8 mm e maiores cargas sísmicas.

O local onde estas ancoragens podem ser utilizadas depende do nível de sismicidade, que é definido como o produto ag x S, onde ag é o valor de cálculo da aceleração do solo e S é o coeficiente de solo, de acordo com o Eurocódigo 8. No seu Anexo C, o EC2-4 divide as categorias sísmicas de acordo com os níveis de sismicidade apresentados na Figura 6. Com base nesta classificação, os valores corretos podem ser extraídos da ETA da ancoragem e depois utilizados no dimensionamento.


Figura 6 – Níveis de sismicidade
 

Dimensionamento sísmico de ancoragens de acordo com Anexo C da EN 1992-4

Figura 7 – Dimensionamento sísmico de acordo com a EN 1992-4

Como especificar ancoragens em condições sísmicas?

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