Isolamento sísmico: tecnologia de ouro para a resiliência sísmica

O isolamento sísmico é uma tecnologia comprovada que permite a uma estrutura “dançar” de maneira segura com a terra em vez de lutar contra ela. Isolar uma estrutura qualquer do movimento sísmico é a forma mais efetiva de proteger, além de seus conteúdos e funcionalidades, acima de tudo, a vida de seus ocupantes, o que minimiza as perdas associadas à suspensão de operações e aos eventos geradores de responsabilidade. 

* Este artigo foi publicado na Revista Geociências SURA | Edição 2 | Setembro de 2017.

Imagine que a sua casa se apoia suavemente sobre um lago congelado sem aderir a ele, quando acontece um grande sismo. Além de notar alguma vibração menor, como você saberia que ocorreu um sismo? A ausência de uma conexão com a Terra permitiria ao gelo deslizar-se horizontalmente sem afetar a casa. 

Nem você, nem a sua casa, nem sequer a xícara de café sobre a mesa experimentariam os movimentos horizontais do terreno. Com esse cenário idealizado, o mestre Mason Walters, engenheiro estrutural da empresa Forell/Elsesser, da Califórnia, explica o conceito de “isolamento sísmico”.

Está claro que a realidade do isolamento sísmico não é tão ideal se levarmos em consideração os limites legais da propriedade que cada edificação ou estrutura pode ocupar, o que implica tanto restrições de quanto a estrutura isolada pode mover-se durante o evento sísmico de projeto quanto um mecanismo para que a estrutura recupere sua posição original depois do sismo.

O engenheiro Ivan Skinner foi o pioneiro do isolamento sísmico. Esse eminente engenheiro dizia: “queremos dar um suave passeio à estrutura”. Ele propôs a ideia do isolamento sísmico no final dos anos 70 e tudo o que era necessário para iniciar o projeto tornou-se realidade na década seguinte. O primeiro projeto de obra com isolamento sísmico foi o edifício William Clayton, em Wellington, na Nova Zelândia. 

Como o isolamento sísmico funciona?

O isolamento sísmico consiste em substituir a conexão direta e rígida da estrutura com o terreno de apoio por um conjunto de apoios flexíveis em sentido horizontal, que permitem que o prédio se mantenha sem maior perturbação, ainda que o terreno de apoio se mova violentamente. 

Os apoios responsáveis por separar a estrutura do terreno são chamados “isoladores”, os quais são projetados para os requisitos de resistência, flexibilidade e dissipação de energia específicos de cada projeto.

Dessa maneira, como explica o engenheiro Mario Lafontaine, da empresa chilena René Lago Engineers, em toda obra com solução de isolamento sísmico existe o chamado “plano de isolamento”, que se define como o limite entre o que está sobre os isoladores (estrutura protegida) e o que está abaixo dos isoladores (que se move juntamente com o terreno).

Esse plano de isolamento possibilita um deslocamento horizontal relativo entre a estrutura e o terreno – o que muda as condições de dinâmica horizontal da estrutura em relação às condições que teria se fosse construída de maneira convencional – e permite:

• que a estrutura que esteja sobre os isoladores fique protegida de grandes deslocamentos relativos entre andares, que são a principal causa de danos nas estruturas convencionais; 
• reduzir significativamente a força horizontal na base e o overturning moment na estrutura isolada, em relação à que experimentaria se fosse construída de maneira convencional, o que se traduz em uma menor força horizontal de projeto base; 
• redução das acelerações nos andares, que são a principal causa do dano aos conteúdos e aos elementos eletromecânicos que cumprem funções vitais em certas edificações. 

As estruturas isoladas precisam de alguns detalhes nas conexões de elementos estruturais e não estruturais, tais como: 

• as tubulações e cabos devem ter uniões flexíveis entre a estrutura protegida e o que está abaixo dos isoladores, de tal maneira que acomodem com folga os deslocamentos no plano de isolamento durante um sismo; 
• as entradas, conexões entre pontes, escadas e elevadores devem ter folgas para evitar que se choquem durante o evento sísmico. 

“Qualquer estrutura que precise de continuidade operativa é candidata a usar sistemas de isolamento sísmico. Por exemplo, em estruturas industriais o custo de interromper a produção por dano após um sismo é muito alto, o que motiva o uso dessa tecnologia”. 

Engenheiro Mario Lafontaine, da René Lagos Engineers, no Chile

Como os isoladores sísmicos funcionam?

O desenvolvimento dos tipos de isoladores que viabilizam essa tecnologia de ouro evoluiu drasticamente desde sua ideia inicial. Hoje compreende-se muito melhor suas propriedades mecânicas, sua aplicação prática e suas características de desempenho real. Além disso, os tamanhos, capacidades de deslocamento e dissipação de energia dos isoladores aumentaram consideravelmente.

Os requisitos básicos que os isoladores devem cumprir são:

• isolar a estrutura do terreno;
• suportar o peso da estrutura;
• amortecer a resposta sísmica da estrutura;
• recuperar a posição original da estrutura depois do sismo. 

Os sistemas de isolamento sísmico demonstraram sua eficácia durante o sismo de 11 de marco de 2011, em Tonohu-oki, com uma magnitude de 9,0 (Mw), considerado o quinto maior sismo registrado mundialmente e o de maior duração registrado na história do Japão.

Durante esse evento, as edificações construídas com isolamento sísmico tiveram um excelente desempenho, como é o caso de um edifício comercial de nove andares construído em concreto reforçado, em Sendai, no ano de 1981, e reabilitado em 2009 mediante a implementação de isoladores sísmicos.

Em relação às aplicações do isolamento sísmico em edifícios, o engenheiro René Lagos explica: “Quando falamos de solos rígidos e solos flexíveis, de edifícios rígidos ou edifícios flexíveis, todos são termos relativos, ou seja, o isolamento sísmico procura concentrar toda a deformação nos isoladores e aumentar o período de vibração da estrutura em relação ao que teria se não estivesse isolada, de tal maneira que não se encontre na extensão onde está localizada a máxima resposta sísmica do solo”. 

Fontes

• José Ignacio Restrepo. Doutor em Engenharia Sísmica da Universidade de Canterbury, na Nova Zelândia. Professor da Universidade da Califórnia, em San Diego, e professor da Escola de Redução do Risco Sísmico (Rose School), em Pavia, na Itália.
• Mario Lafontaine. Engenheiro civil da Universidade do Chile, contratado desde 2008 pela empresa René Lagos Engineers.
• René Lagos. Engenheiro civil da Universidade do Chile, sócio e gerente geral da René Lagos Engineers.