VULNERABILIDADE SÍSMICA DE INSTALAÇÕES HOSPITALARES

SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
1
VULNERABILIDADE SÍSMICA DE INSTALAÇÕES HOSPITALARES
H. MARQUES
Eng. Civil
GEG Lda.
Porto – Portugal
R. M. DELGADO
Prof. Catedrático
FEUP
Porto – Portugal
J. CUNHA
Eng. Civil
GEG Lda.
Porto – Portugal
A. C. MATOS
Prof. Auxiliar
FEUP
Porto – Portugal
SUMÁRIO
Nos edifícios hospitalares os efeitos dos movimentos sísmicos devem ser moderados. Este tipo de edifícios
apresentam um risco sísmico elevado, entre as características particulares que justificam esta consideração
realçam-se:
•A sua função social é relevante e de importância acrescida após a ocorrência de um sismo intenso pela prestação
dos cuidados de saúde aos sinistrados.
•A evacuação de pacientes graves pode ser prejudicial ou até fatal, por isso os hospitais não podem ser
evacuados como os outros edifícios, tornando imperativa a manutenção da sua integridade.
•O nível de ocupação destas instalações, por pessoal médico, funcionários e pacientes, é permanentemente
elevado podendo originar um número de vítimas significativo.
•A protecção do elevado valor material do seu conteúdo (equipamentos médicos e mecânicos), pode justificar, na
sua construção, um investimento inicial superior.
Por estes motivos, neste tipo de edifícios, além da abordagem comum a outras estruturas, será necessária a
verificação da segurança por metodologias de dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho
(Performance-Based Seismic Design) [1]. Estas metodologias distinguem diferentes classes de edifícios,
classificam objectivos de desempenho e procuram conjugar os níveis de desempenho com a casualidade sísmica.
Nesta comunicação são apresentados dois exemplos de edifícios hospitalares que tiveram por base concepções
arquitectónicas e estruturais distintas. Num caso procedeu-se à adaptação de um projecto não orientado por
princípios de construção sismo-resistente, edifício A. O outro exemplo apresentado, edifício B, procura ilustrar a
concretização daqueles princípios integrados, desde o início, na concepção arquitectónica do edifício.
1. INTRODUÇÃO
Os regulamentos actualmente em vigor são baseados na “salvaguarda da vida”, ou seja, o seu objectivo é
proteger a vida dos ocupantes de um edifício evitando, essencialmente, o colapso da estrutura. Para os níveis de
acção sísmica contemplados nos referidos regulamentos os edifícios podem sofrer danos severos estruturais e
não estruturais possivelmente ao ponto de terem de ser demolidos. Contudo, desde que o edifício não entre em
colapso, ele atingiu os requisitos da presente regulamentação [2].
Se por um lado este pode ser um nível mínimo aceitável de desempenho para muitos tipos de edifícios, não é
adequado para determinadas utilizações, tais como edifícios críticos ou os edifícios onde o proprietário quer ter
os danos limitados a um nível reparável ou ter a instalação funcional imediatamente depois de um sismo.
Verificou-se que após a ocorrência de sismos recentes, muitos edifícios, ainda que bem dimensionados
observando os códigos actuais, apresentaram avarias graves evidenciando que as recomendações vigentes para
uma boa concepção estrutural podem ser inadequadas para se garantir a manutenção da operacionalidade após a
2
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ocorrência do evento sísmico. Isto aponta para a necessidade de abordar o problema de projectar uma estrutura
para níveis de desempenho considerando múltiplos estados limite, isto é, adoptar o conceito de dimensionamento
sísmico baseado em critérios de desempenho.
2. AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE SÍSMICA COM BASE EM INDICADORES DE
DESEMPENHO
2.1. Dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho
O relatório Vision 2000 [3] elaborado pela Structural Engineers Association of California e as normas da
National Earthquake Hazards Reduction Program [1] [4] [5] [6] para a reabilitação sísmica de edifícios
constituem contribuições fundamentais para o desenvolvimento do dimensionamento sísmico baseado em
critérios de desempenho, introduzindo os conceitos de objectivos do desempenho do projecto, os critérios de
aceitação associados ao nível de desempenho e o uso de técnicas analíticas alternativas para a avaliação do
desempenho.
O dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho é um processo que procura avaliar
explicitamente de que forma provável um edifício se irá comportar, considerando as incertezas inerentes à
quantificação do perigo potencial e incertezas na avaliação da resposta real do edifício. No dimensionamento
sísmico baseado em critérios de desempenho identificar e avaliar o desempenho de um edifício são uma parte
integral do processo do dimensionamento e guiam muitas decisões do projecto. É um processo iterativo que
começa com a selecção de objectivos de desempenho, seguida pelo desenvolvimento de um projecto preliminar,
uma avaliação se o projecto se encontra ou não ao nível dos objectivos de desempenho e finalmente
redimensionar e reavaliar, se requerido, até que o nível de desempenho desejado seja alcançado.
Cada objectivo de desempenho é uma indicação da aceitação do risco de incorrer em níveis específicos de danos,
e das perdas consequentes, que ocorrem em resultado destes danos face a um nível especificado da acção
sísmica.
As perdas podem ser associadas aos danos estruturais, danos não-estruturais ou ambos. Estas podem ser
expressas sob a forma de vítimas, de custos económicos directos e de tempo fora do serviço resultando em
danos. Os métodos para estimar perdas e comunicar estas perdas às partes interessadas estão no centro da
evolução do dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho
As vantagens do dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho, em contraste com as
aproximações prescritivas de projecto, consistem em fornecer uma metodologia sistemática, avaliando a
potencialidade do desempenho de um edifício, de um sistema ou de um componente. Esta metodologia pode ser
usada para verificar o desempenho equivalente e alternativas, permitir o desempenho padrão com um custo
reduzido ou confirmar um desempenho mais elevado exigido para edifícios críticos.
2.2. Relatório Vision 2000
No relatório Vision 2000 [3] os níveis de desempenho são definidos em termos de danos na estrutura e nos
componentes não-estruturais e em termos das consequências para os ocupantes e na perturbação das funções que
se realizam dentro do edifício. Quatro níveis de desempenho são identificados e descritos no relatório. Estes
níveis de desempenho são os que se seguem:
ƒ Totalmente operacional (Fully operacional) – o edifício continua em operação com danos
insignificantes.
ƒ Operacional (Operational) – o edifício continua em operação com os danos menores e com pequenas
perturbações em serviços secundários
ƒ Preservação de vidas humanas (Life Safe) – a salvaguarda da vida é substancialmente assegurada, os
danos são moderados a extensos
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ƒ
3
Colapso Incipiente (Near Collapse) – a salvaguarda da vida está em risco, os danos são severos, o
colapso estrutural é impedido.
Os objectivos de desempenho são compostos de objectivos múltiplos (Figura 1). Um conjunto de objectivos
mínimos para edifícios correntes, objectivos para edifícios essenciais, como Hospitais, e os objectivos mais
exigentes para instalações que constituam um risco acrescido. A Tabela 1 define estes níveis de desempenho nos
termos dos danos dos vários componentes estruturais do edifício.
Figura 1: Objectivos de desempenho – Vision 2000.
Tabela 1 – Niveis de desempenho da estrutura [5].
Descrição do
Sistema
Danos globais
Drift
transitório
Drift
permanente
Danos nos
elementos de
suporte de
cargas
verticais
Danos nos
elementos de
suporte de
cargas
horizontais
Nível de desempenho
Preservação de
Vidas Humanas
Ligeiros
Moderados
<0,5%
<1,5%
Totalmente
Operacional
Insignificantes
<0,2%
Funcional
Insignificante
Insignificante
<0,5%
Insignificantes
Insignificantes
Insignificantes;
Em geral resposta
elástica; Sem
perda significativa
de resistência ou
rigidez
Ligeiros; Quase
resposta elástica;
Retêm parte
substancial da
resistência e
rigidez originais;
pequenas fissuras
que podem
oportunamente ser
reparadas
Ligeiros a
moderados, mas
retêm
substancial
capacidade de
suportar acções
gravíticas
Moderado;
Reduzida
resistência e
rigidez, mas o
sistema de apoio
lateral mantémse funcional
Colapso
Incipiente
Severos
<2,5%
Colapso
<2,5%
>2,5%
Totais
>2,5%
Moderados a
Perda parcial a
severos, mas
total de
retêm capacidade capacidade de
de suportar
suportar acções
acções gravíticas
gravíticas
Insignificante
Colapso
parcial ou
resistência e
rigidez; sem
total; os
mecanismos de
elementos
colapso de pisos,
principais
mas com grandes poderão ter de
deformadas de
ser demolidos
drift; elementos
secundários
podem ruir
4
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
2.3. RSA/REBAP
No actual enquadramento regulamentar, aplicável em Portugal [7], a acção sísmica é caracterizada em dois
regulamentos: RSA [8] e REBAP [9]. A acção sísmica encontra-se representada no RSA por meio de espectros
de resposta elásticos de aceleração, em correspondência com três tipos de terrenos (I a III, do mais rijo para o
mais brando) e dois mecanismos de sismogénese: sismo tipo 1 (magnitude moderada e pequena distância focal) e
sismo tipo 2 (maior magnitude e maior distância focal). Para efeito da quantificação da acção dos sismos
considera-se ainda o país dividido em quatro zonas (A a D, por ordem decrescente de sismicidade). A regra de
combinação dos efeitos da acção sísmica implica uma majoração por um coeficiente parcial de segurança cujo
valor é 1.5 na única combinação de acções que intervém, onde a acção variável de base é a acção sísmica. O
comportamento não linear das estruturas é simulado pela aplicação aos efeitos da acção dos sismos obtidos por
uma análise linear de um coeficiente de comportamento, devidamente caracterizado no REBAP tendo em conta
o tipo de estrutura, os materiais que a constituem e as suas características de ductilidade. No caso de estruturas
de betão armado e especificamente em edifícios hospitalares cuja operacionalidade tem de ser assegurada após a
ocorrência de um sismo intenso, os coeficientes de comportamento relativos aos esforços deverão ser reduzidos
em 30%, tendo por referencia os valores indicados para estruturas correntes em condições análogas em termos de
tipo de estrutura e suas características de ductilidade. Na regulamentação vigente em Portugal, a redução dos
coeficientes de comportamento revela-se como sendo a única referência que se aproxima dos critérios de
desempenho no dimensionamento sísmico.
2.4. Eurocódigo 8 NP ENV1998/DNA
A acção sísmica, se quantificada de acordo com a norma europeia provisória NP ENV 1998 [10]; [11] conjugada
com o respectivo documento de aplicação nacional [9], é caracterizada por meio de espectros de resposta
(elásticos e de dimensionamento) cuja apresentação diferencia três tipos de terreno (A a C, do mais rijo para o
mais brando) e ainda dois mecanismos de sismogénese: sismo tipo 1 (magnitude moderada e pequena distância
focal) e sismo tipo 2 (magnitude elevada e maior distância focal), conforme o recomendado no Documento
Nacional de Aplicação (DNA) e em consonância com o expresso no anexo III do R.S.A.. O zonamento sísmico
considerado coincide com o indicado no RSA, definindo quatro zonas distintas no território nacional (zonas A a
D, por ordem decrescente de sismicidade)
Os efeitos da acção sísmica não são majorados por nenhum coeficiente parcial de segurança adicional.
A diferenciação do nível de protecção sísmica pretendido é considerada mediante a aplicação de um factor de
importância γI que, no caso de instalações hospitalares, assume um valor de 1.4[11]reflectindo, este coeficiente,
um período de vida útil da estrutura maior e também, de certa forma, procurando garantir as condições de
operabilidade após um evento sísmico.
2.5. Eurocódigo 8 EN1998
A norma europeia EN 1998 [12], que ainda não foi adaptada pelas autoridades nacionais Portuguesas não
havendo por isso uma definição dos parâmetros de determinação nacional [7], define a acção sísmica segundo
uma metodologia semelhante à proposta pela ENV 1998/DNA na qual a acção sísmica é caracterizada por meio
de espectros de resposta (elásticos e de dimensionamento) considerando cinco tipos de terreno (A a E
genericamente do mais rijo para o mais brando e ainda mais dois tipos de terreno singulares S1 e S2). Esta norma
considera dois tipos de sismo diferenciados: Tipo 1 (magnitude moderada ou elevada) e Tipo 2 (pequena
magnitude). A EN1998 admite que a verificação da segurança das estruturas deve ser verificada diferenciando
dois tipos de requisitos (Performance Requirements): Não colapso (No-collapse Requirements) que deverão ser
conduzidos para uma acção sísmica quantificada para um período de retorno de TNCR= 475 anos para estruturas
correntes e Limitação de danos (Damage Limitation Requirements) que deverão ser estimados admitindo uma
acção sísmica quantificada com um período de retorno mais reduzido TDLR = 95 anos, para estruturas correntes.
A diferenciação do nível de protecção sísmica pretendido é realizada por meio de um factor de importância γI
cujo valor sugerido para instalações hospitalares é de 1.4.
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5
3. DESCRIÇÃO DAS ESTRUTURAS
Relativamente ao edifício A, a sua concepção geral não tinha os seus princípios estruturais perfeitamente
orientados no sentido de dotar a estrutura de características sismo-resistente, alguns pontos reveladores dessa
concepção não sensibilizada para esse objectivo são a localização excêntrica do seu núcleo rígido, a falta de
simetria em planta dos elementos de maior rigidez, descontinuidade de rigidez e massa em altura e excessiva
deformabilidade, havendo por isso necessidade de ajustar a estrutura inicial [13]. No sentido de corrigir o
comportamento da estrutura, aproximando o seu desempenho daquele esperado para uma estrutura sismo
resistente introduziram-se elementos laminares verticais e horizontais de grande rigidez nas zonas dos pátios
interiores, efectuaram-se reforços na ligação entre o núcleo rígido excêntrico e a restante estrutura, introduziramse micro-estacas na fundação do núcleo de modo a absorver as elevadas tracções que se verificavam para as
combinações da acção sísmica.
No que diz respeito ao edifício B, procurou-se integrar na sua concepção de base os princípios de concepção de
estruturas sismo-resistentes, nomeadamente pela adopção de uma estrutura simples, distribuição regular em
planta e em altura da rigidez e divisão em vários corpos estruturais.
Em ambos os edifícios, A e B, as análises sísmicas foram efectuadas adoptando os princípios inscritos no RSA e
REBAP. Para atender à especificidade destes edifícios com este tipo de ocupação especial, numa primeira
aproximação aos princípios de dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho, foi feito o
controle do máximo deslocamento relativo (drift) entre pisos e ainda os deslocamentos máximos horizontais,
impondo-se como limites máximos os definidos no Vision 2000 [3] por estes limites serem mais restritivos do
que os valores máximos impostos pela NP ENV 1998-1-2:2000 [12].
3.1. Edifício A
O edifício A ocupa uma área em planta de 41x35 m2, tem 4 pisos elevados e 2 pisos parcialmente enterrados. Os
pisos elevados têm diferentes configurações em planta devido à existência de terraços a diferentes cotas. Os
pavimentos são constituídos por lajes fungiformes aligeiradas de funcionamento bidireccional apoiadas numa
malha de pilares afastados 6.9x6.9m. As lajes apresentam uma espessura total de 0.37m e recorreu-se à
introdução de blocos de cofragem perdidos de betão leve para aligeiramento tendo uma lâmina de compressão de
betão na face superior de 0.07m. Os blocos de aligeiramento, tripartidos, formam uma malha ortogonal de
nervuras com 0.15 m de largura, separadas de 0.90m entre eixos.
Figura 2: Modelo de elementos finitos adoptado para o edifício A.
3.2. Edifício B
O edifício B ocupa uma área em planta de 42x29.50 m2, tem 4 pisos elevados. O piso 4 apresenta uma
configuração distinta dos restantes pisos. Os pavimentos são constituídos por lajes fungiformes maciças de
6
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funcionamento bidireccional com uma espessura de 0.35m. No sentido de dotar os pisos de uma maior rigidez no
seu plano (diafragma rígido), conferindo ao edifício um comportamento à acção sísmica mais eficiente,
colocaram-se vigas de bordadura com cutelo aparente com uma secção de 0.40x0.90m, em toda a periferia dos
diversos pisos, contribuindo também para a redução da deformabilidade vertical e horizontal do edifício como
um todo.
Figura 3: Modelo de elementos finitos adoptado para o edifício B.
4. RESULTADOS
4.1. Edifício A
Verifica-se pela configuração das deformadas dos três primeiros modos de vibração que o primeiro modo
corresponde a um modo composto de translação em x e rotação, o segundo uma translação em y e o terceiro
apresenta-se como um modo de torção mais acentuado. De igual modo da análise dos deslocamentos dos nós
extremos de cada piso, para as duas acções sísmicas, verifica-se claramente o efeito de torção. De facto a relação
entre os deslocamentos nos topos dos pontos extremos chega a ser de 8.5 (para a acção sísmica tipo 2). Na
direcção perpendicular praticamente não se verifica nenhuma diferença relativa pois, nesta direcção, a rigidez
está mais distribuída não existindo por isso grande diferença entre o centro de rigidez e o centro de gravidade.
Tabela 2 – Modos de vibração do edifício A.
modo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
frequência (Hz)
1,43
1,91
3,20
4,00
4,07
4,17
4,23
5,04
5,49
4,93
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
Figura 4: deformadas dos três primeiros modos de vibração do edifício A.
Tabela 3 – deslocamentos dos nós extremos em cada piso do edifício A.
289
295
261
267
247
253
212
218
205
211
170
176
163
169
106
112
156
162
71
77
Piso 4
Nós
289
295
261
267
média
Sismo tipo 1
Ux (cm)
Uy (cm)
1,6
1,1
1,6
1,3
0,8
1,1
0,8
1,3
1,21
1,19
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
1,9
1,0
1,9
1,1
0,7
1,0
0,7
1,1
1,30
1,09
Piso 3
Nós
247
253
212
218
média
Sismo tipo 1
Ux (cm)
Uy (cm)
1,4
1,0
1,4
1,0
0,3
1,0
0,3
1,0
0,88
0,99
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
1,7
0,9
1,7
0,9
0,2
0,9
0,2
0,9
0,95
0,90
Piso 2
Nós
205
211
170
176
média
Sismo tipo 1
Ux (cm)
Uy (cm)
1,1
0,7
1,1
0,7
0,2
0,7
0,2
0,7
0,65
0,68
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
1,2
0,6
1,2
0,6
0,2
0,6
0,2
0,6
0,70
0,62
Piso 1
Nós
163
169
106
112
média
Sismo tipo 1
Ux (cm)
Uy (cm)
0,5
0,4
0,5
0,3
0,1
0,4
0,1
0,3
0,33
0,36
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
0,6
0,3
0,6
0,3
0,1
0,3
0,1
0,3
0,35
0,32
Piso 0
Nós
156
162
71
77
média
Sismo tipo 1
Ux (cm)
Uy (cm)
0,1
0,0
0,1
0,1
0,0
0,0
0,0
0,1
0,03
0,04
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
0,1
0,0
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,03
0,04
7
8
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
Tabela 4 – drift entre pisos do edifício A.
Drift
P4-P3
247-205
253-211
212-170
218-176
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,05
0,03
0,05
0,06
0,10
0,03
0,11
0,06
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,06
0,03
0,06
0,06
0,10
0,03
0,10
0,06
Drift
P3-P2
205-163
211-169
170-106
176-112
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,08
0,06
0,08
0,07
0,02
0,06
0,02
0,07
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,10
0,06
0,10
0,07
0,02
0,06
0,02
0,07
Drift
P2-P1
163-156
169-162
106-71
112-77
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,12
0,08
0,12
0,07
0,02
0,08
0,02
0,07
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,14
0,07
0,14
0,06
0,02
0,07
0,02
0,06
Drift
P1-P0
156-fund
162-fund
71-fund
77-fund
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,11
0,07
0,11
0,07
0,03
0,07
0,03
0,07
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,12
0,07
0,12
0,06
0,02
0,07
0,02
0,06
Tabela 5 – esforços globais no núcleo do edifício A.
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
sismo 1
3445
70945
21
sismo 2
3451
59907
17
Tabela 6 – esforços nos pilares extremos na base do edifício A.
Pilar
NO
NE
SE
SO
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
sismo 1
200
23
0,12
18
4
0,21
101
21
0,21
472
38
0,08
sismo 2
188
20
0,11
17
4
0,24
88
22
0,25
464
38
0,08
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
9
Observam-se ainda excentricidades no núcleo do edifício A da ordem dos 20m, fortemente condicionado pela
posição bastante afastada relativamente ao centro de gravidade dos pisos estando, também por isso, sujeitos a um
reduzido esforço axial.
4.2. Edifício B
Relativamente aos resultados atingidos no caso do edifício B verificamos que não existe igualmente, de um
modo geral, modos puros de translação, correspondendo as configurações das deformadas a uma combinação de
translações e de rotações, em virtude de um efeito de rotação. No entanto pode-se constatar, pela observação dos
resultados dos deslocamentos nos nós extremos de cada piso, que a relação máxima entre deslocamentos de
pontos extremos, na direcção x, não ultrapassa o valor de 2.4 (para a acção sísmica tipo 2, afastado), valor
substancialmente inferior ao obtido no caso do edifício A. Confirma-se também que na direcção perpendicular
essa variação de deslocamentos não existe, revelando que esta direcção se encontra muito mais equilibrada em
termos da localização dos elementos rígidos em relação ao centro de gravidade dos pisos. O valor da
excentricidade dos esforços actuantes no núcleo central revela um maior equilíbrio no posicionamento dos
elementos de maior rigidez pois estes valores não excedem os 3.0cm.
Tabela 7 – Modos de vibração do edifício B.
modo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
frequência (Hz)
1,59
2,91
3,27
5,28
5,48
5,92
5,97
6,12
6,21
6,28
Figura 5: deformadas dos três primeiros modos de vibração do edifício B.
10
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
Tabela 8 – deslocamentos dos nós extremos em cada piso do edifício B.
245
236
248
257
187
178
191
192
129
120
133
134
51
45
55
56
Sismo tipo 1
Piso 4
Nós
Ux (cm)
Uy (cm)
245
1,5
0,7
236
0,9
0,6
248
1,5
0,5
257
0,9
0,5
média
1,17
0,60
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
1,6
0,5
0,7
0,5
1,6
0,5
0,7
0,5
1,15
0,46
Sismo tipo 1
Piso 3
Nós
Ux (cm)
Uy (cm)
187
1,1
0,5
178
0,7
0,5
191
1,1
0,5
192
0,7
0,5
média
0,87
0,49
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
1,2
0,4
0,5
0,4
1,2
0,5
0,6
0,5
0,86
0,41
Piso 2
Sismo tipo 1
Nós
Ux (cm)
Uy (cm)
129
0,7
0,3
120
0,4
0,3
133
0,7
0,3
134
0,4
0,3
média
0,54
0,31
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
0,7
0,2
0,3
0,2
0,7
0,3
0,4
0,3
0,53
0,26
Sismo tipo 1
Piso 1
Nós
Ux (cm)
Uy (cm)
51
0,2
0,1
45
0,2
0,1
55
0,2
0,1
56
0,2
0,1
média
0,21
0,12
Sismo tipo 2
Ux (cm)
Uy (cm)
0,3
0,1
0,1
0,1
0,3
0,1
0,1
0,1
0,20
0,10
Tabela 9 – drift entre pisos do edifício B.
Drift
P4-P3
245-187
236-178
248-190
257-199
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,10
0,04
0,05
0,04
0,10
0,03
0,05
0,03
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,10
0,03
0,04
0,03
0,10
0,03
0,04
0,03
Drift
P3-P2
187-129
178-120
191-133
192-134
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,10
0,05
0,06
0,05
0,10
0,05
0,06
0,05
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,11
0,03
0,05
0,03
0,11
0,04
0,05
0,04
Drift
P2-P1
129-51
120-45
133-55
134-56
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,10
0,05
0,06
0,04
0,10
0,05
0,06
0,05
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,11
0,03
0,05
0,03
0,11
0,05
0,05
0,04
Drift
P1-Fund
51-91
45-1
55-11
56-12
Sismo tipo 1
Ux (%)
Uy (%)
0,06
0,03
0,04
0,03
0,06
0,03
0,04
0,03
Sismo tipo 2
Ux (%)
Uy (%)
0,07
0,02
0,04
0,02
0,07
0,03
0,04
0,03
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
11
Tabela 10 – esforços globais no núcleo central do edifício B.
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
sismo 1
22920
594
0.026
sismo 2
20271
442
0.022
Tabela 11 – esforços nos pilares extremos na base do edifício B.
Pilar
NO
NE
SE
SO
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
esforço axial (kN)
momento dir x (kN.m)
excentricidade (m)
Sismo 1 sismo 2
1030
1018
226
177
0.22
0.17
805
760
280
230
0.35
0.30
735
720
360
372
0.49
0.52
1235
1146
305
318
0.25
0.28
5. DISCUSSÃO DE RESULTADOS
Comparando os resultados obtidos nas duas estruturas em análise, com base numa filosofia de aproximação aos
princípios de dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho, verifica-se que em ambos os casos
os limites do máximo deslocamento relativo, impostos pela NP ENV 1998 -1-2:2000 são cumpridos. Para
edifícios da categoria de importância I, impõem-se um máximo de 0.75%, a qual é amplamente verificada por
ambas as estruturas cujos valores do deslocamento relativo são de 0.14% (edifício A) e 0.11% (edifício B).
Observa-se ainda, da leitura da Tabela 1 [5], que para valores transitórios do deslocamento relativo máximo
(drift) inferiores a 0.2%, se obtêm um desempenho do nível totalmente operacional em termos dos danos dos
vários componentes estruturais do edifício.
Verifica-se igualmente que os deslocamentos máximos nos pontos extremos e no piso mais elevado, em ambas
as situações, não excedem o valor do afastamento previsto entre corpos, podendo pois concluir-se que o risco de
choque entre edifícios (pounding) está salvaguardado. Observa-se igualmente, nas tabelas relativas aos esforços
nos pilares de canto, que a ordem de grandeza das excentricidades dos pilares extremos é semelhante nas duas
estruturas. Estes valores reduzidos de excentricidades, no caso do edifício A, foram obtidos recorrendo à
introdução de novos elementos de grande rigidez ao nível das caves, de modo a minimizar os efeitos adversos do
posicionamento bastante excêntrico do núcleo rígido nesses elementos extremos. No edifício B o mesmo
comportamento foi atingido apenas adoptando-se uma disposição criteriosa dos elementos de maior rigidez.
Observa-se, no entanto, que o comportamento da estrutura do edifício B se enquadra melhor na filosofia inerente
ao dimensionamento de estruturas sismo-resistentes o que é traduzido numa resposta às acções sísmicas mais
equilibrada, reflexo do cuidado da concepção estrutural na procura da distribuição da massa e da rigidez o mais
uniforme possível, em altura e em planta. Os resultados das excentricidades de esforços, deslocamentos globais e
relativos são comparativamente menores quer nos elementos rígidos da estrutura quer nos pilares de canto,
limitando assim a ocorrência de danos locais importantes na estrutura, sendo esta condição, por vezes, difícil de
12
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
controlar no processo de dimensionamento. Este aspecto revela-se de uma importância ainda maior dada a
especificidade das estruturas em causa.
Verificou-se pois que no caso do edifício A houve necessidade de recorrer a uma estrutura com soluções mais
complexas, do que no edifício B, pois o projecto original não tinha integrado os princípios de concepção das
estruturas sismo-resistentes.
6. CONCLUSÕES
A concepção das estruturas sujeitas à acção sísmica, em particular de edifícios hospitalares dado que o seu
contributo é indispensável nos planos de emergência pós-sismo, deve obedecer a princípios base de concepção
sísmica e por isso contemplar medidas especiais que conduzam a um melhoramento do seu comportamento face
a este tipo de acções. Estas estruturas, assim como as suas acessibilidades, devem, obviamente, estar preparadas
para resistir ao colapso mas também deverão assegurar a operacionalidade após a ocorrência de um sismo.
Esta necessidade deve ser particularmente considerada no projecto de estruturas, alem de ser uma necessidade a
ter em conta nos projectos das restantes especialidades. Contudo é actualmente reconhecido, que este objectivo
não está garantido apenas pelo cumprimento dos actuais códigos de projecto estrutural. De facto, a verificação
do não colapso estrutural está muito longe de garantir a continuidade do desempenho hospitalar. Na tentativa de
encontrar outros princípios de dimensionamento foram aqui abordadas algumas questões relacionadas com
verificação da segurança por metodologias de dimensionamento sísmico baseado em critérios de desempenho.
Há ainda, quer na fase de concepção, quer na de dimensionamento, alguns princípios gerais que devem ser
atendidos, a saber:
•
•
•
•
•
Simplicidade Estrutural;
Uniformidade e simetria;
Resistência e rigidez às forças horizontais;
Resistência e rigidez à torção;
Diafragmas indeformáveis no plano horizontal;
Além dos aspectos anteriormente referidos, também será sempre relevante e absolutamente necessário, a
caracterização das condições geológicas e da sua interferência no desempenho estrutural.
Com este trabalho procurou-se ilustrar os resultados práticos da aplicação dos princípios base da concepção
sísmica apresentando dois exemplos de edifícios hospitalares que tiveram por base concepções arquitectónicas e
estruturais distintas. Pretendeu-se ainda demonstrar que, para obtenção de níveis de desempenho semelhantes, as
soluções estruturais podem divergir substancialmente podendo chegar-se a soluções bastante onerosas resultantes
de decisões conceptuais menos ajustadas para atingir os objectivos pretendidos.
Registe-se ainda que relativamente a estruturas existentes, os princípios gerais apresentados, não sendo na sua
totalidade aplicáveis, servem de orientação para estudos de comportamento e de eventuais melhoramentos
estruturais.
7. REFERÊNCIAS
[1] Applied Technology Council, (2006) Next-Generation Performance-Based Seismic Design Guidelines Program Plan for New and Existing Buildings, FEMA 445.
[2] A. Kappos & G. Panagopoulos (2004) “Performance-Based Seismic Design of 3D R/C Buildings using
Inelastic Static and Dynamic Analysis Procedures”, ISET Journal of Earthquake Technology, Paper No.
444, Vol. 41, No. 1, March 2004, pp. 141-158.
[3] Structural Engineers Association of California (1995). "Vision 2000 - A Framework for Performance Based
Earthquake Engineering." Vol. 1, January 1995.
SÍSMICA 2007 – 7º CONGRESSO DE SISMOLOGIA E ENGENHARIA SÍSMICA
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[4] United States Federal Emergency Management Agency. (2003) NEHRP Recommended Provisions for
Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures, FEMA 450- 2003 Edition.
[5] Applied Technology Council, (2003) ATC-58-2 Preliminary Evaluation of Methods for Defining
Performance.
[6] American Society of Civil Engineers. (2000) Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation
of Buildings, FEMA 356 / November 2000.
[7] Recomendações para Regulamentação Sismo-Resistente de Novas Instalações Hospitalares – Relatório
ICIST EP nº 61/04, Dezembro de 2004.
[8] RSA, “Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes”, Decreto-Lei nº235/83
de 31 de Maio, Porto Editora, Porto, Novembro de 2001.
[9] REBAP, “Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado”, Decreto-lei nº 349-c/83 de 30
de Julho, Porto Editora, Porto, Setembro de 1999.
[10] NP ENV 1998-1-1, “Eurocódigo 8: Disposições para projecto de estruturas sismo-resistentes. – Parte 1-1:
Regras Gerais – Acções sísmicas e requisitos gerais para as estruturas” Instituto Português da Qualidade,
Caparica, Portugal, Junho de 2000.
[11] NP ENV 1998-1-2, “Eurocódigo 8: Disposições para projecto de estruturas sismo-resistentes. – Parte 1-2:
Regras Gerais – Regras gerais para edifícios” Instituto Português da Qualidade, Caparica, Portugal, Junho
de 2000.
[12] BS EN 1998-1:2004, “Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 1: General rules,
seismic actions and rules for buildings”, CEN, Bruxelas, Bélgica, Dezembro de 2004.
[13] Parecer sobre a segurança sísmica dos edifícios do novo Hospital Pediátrico de Coimbra – Nota Técnica
nº4/2006 – NESDE, LNEC, Julho de 2006.