Seleção de parâmetros do sistema de isolamento sísmico para o próximo

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 14734 (2022) Citar este artigo

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Os benefícios do isolamento sísmico são muitos. Estruturas isoladas do solo têm melhor desempenho sísmico do que aquelas que não o são. Eles experimentam acelerações e desvios reduzidos no piso e são menos propensos a sofrer danos aos elementos estruturais. Além disso, o seu conteúdo está melhor protegido dos efeitos dos terremotos. A seleção e o projeto de dispositivos de isolamento sísmico são complexos e requerem uma boa compreensão de como se comportam durante os terremotos. Este estudo investiga o efeito de vários parâmetros do sistema de isolamento e características de movimento do solo na resposta sísmica de estruturas isoladas de base, a fim de desenvolver procedimentos racionais para projeto e análise. Além disso, o estudo investiga o problema do projeto ótimo de sistemas de isolamento sísmico através de análise dinâmica não linear paramétrica. Os resultados mostraram que o cisalhamento e o deslocamento máximos da base eram sensíveis à velocidade e que o pico da velocidade do solo controlava o movimento. O maior cisalhamento de base máximo ocorreu quando se utilizaram sistemas de isolamento com altos níveis de limite de escoamento e baixos graus de não linearidade, enquanto o menor cisalhamento de base máximo ocorreu quando foram utilizados baixos níveis de limite de escoamento e altos graus de não linearidade. Os resultados do estudo podem ser usados ​​para selecionar os dispositivos de isolamento apropriados e projetá-los corretamente para alcançar os benefícios que proporcionam.

O hardware adicional de proteção estrutural desenvolvido para proteger estruturas sujeitas a terremotos1,2 é agrupado em três grandes áreas: isolamento de base, dissipação de energia passiva e controle ativo. Dispositivos de controle passivo têm sido utilizados com sucesso para reduzir a resposta dinâmica de estruturas sujeitas a terremotos severos; seu primeiro uso começou desde 1970. Os dispositivos dissipadores de energia podem ser classificados em três categorias3: amortecedores viscosos e viscoelásticos, amortecedores metálicos e amortecedores de fricção.

O isolamento sísmico é uma técnica relativamente nova de projeto de resistência sísmica de edifícios, estruturas de pontes e usinas nucleares4. No entanto, a ideia de isolamento vibracional existia desde o início do século \(20^{th}\); após diferentes etapas e desenvolvimentos, especialmente nos últimos 30 anos, esta técnica tornou-se uma realidade prática com a invenção de diferentes dispositivos de isolamento sísmico.

O princípio do isolamento sísmico é proporcionar descontinuidade entre dois corpos em contacto, de modo que o movimento de qualquer um dos corpos na direcção da descontinuidade não possa ser totalmente transmitido; isso resulta em uma redução significativa na aceleração do piso e nos desvios entre andares. Conseqüentemente, protegendo os preciosos conteúdos e componentes do edifício. Por seu ótimo desempenho, nos EUA, Japão, Itália e Nova Zelândia. A técnica de isolamento sísmico avançou ao ponto de ser frequentemente considerada para a protecção de edifícios novos e existentes5.

Os edifícios contemporâneos contêm equipamentos e conteúdos de alto custo que devem ser protegidos contra terremotos e estar operacionais após um forte abalo do solo; tais edifícios são aqueles designados para pesquisa, saúde, telecomunicações, usinas nucleares, etc. Edifícios construídos de acordo com os antigos códigos sísmicos, com abordagens convencionais de projeto resistente, como paredes de cisalhamento, estruturas contraventadas e estruturas resistentes ao momento, não podem proteger os valiosos equipamentos que contêm esses edifícios.

O isolamento sísmico não se destina a aumentar a capacidade de um edifício, mas sim é considerado um meio de reduzir a procura sísmica na estrutura.

A maioria dos edifícios e pontes existentes utiliza rolamentos elastoméricos, sendo o elastômero borracha natural ou neoprene ou rolamentos deslizantes, sendo a superfície deslizante Teflon e aço inoxidável. Conseqüentemente, os sistemas de isolamento podem ser divididos em duas categorias; a primeira categoria inclui a família dos mancais elastoméricos6,7, na qual encontramos o sistema de mancal de borracha de alto amortecimento (HDRB), o sistema de mancal de borracha de chumbo (LRBs) e outros sistemas. A segunda categoria inclui a família dos mancais deslizantes, na qual encontramos o sistema pêndulo de fricção (FPS)8 e os mancais deslizantes9 com e sem sistema sem recentragem (SI), entre outros10.