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Patologias Estruturais Causadas por Efeitos de Sismo, Explosão · PDF filepossíveis métodos de cálculos que podem ser usados de forma preventiva, indicar os possíveis danos

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Patologias Estruturais Causadas por Efeitos de Sismo,Exploso e Exposio ao Fogo

Leonam dos Santos Valente1

Resumo

Nos ltimos anos tem sido registrada uma quantidade considervel dos efeitos de sismo e exploses. Embora os estudos nessas reas ainda sejam pouco difundidos no Brasil, para algumas estruturas especiais, como estruturas nucleares j so exigidas as verificaes para os efeitos de sismo.

O Instituto de Astronomia, Geofsica e Cincias Atmosfricas (IAG) mantm um controle estatstico dos efeitos ssmicos ocorridos no Brasil e a partir de seus dados percebe-se que embora o Brasil esteja totalmente situado sobre uma placa tectnica, os efeitos ssmicos no devem ser negligenciados em estruturas de utilizao singular.

Para os efeitos de exploso as anlises estatsticas so realizadas pelo Ministrio do Meio Ambiente (MMA), que registrou uma mdia de 75 acidentes por ms entre os anos de 2006 a 2010, e o Instituto Sprinkler Brasil (ISB) registrou a ocorrncia de 1095 casos de incndios estruturais (exceto residenciais) no primeiro semestre de 2013.

Para o efeito de sismo deve-se utilizar a NBR 15421 (2006), j para os efeitos de exploso faz-se necessria a utilizao de normas estrangeiras como UFC (2008).

Os danos causados a estrutura pelos efeitos descritos so na sua maioria de efeitos fsicos, onde a estrutura entra em colapso pelo acrscimo excessivo de carga, salvo a estrutura exposta ao fogo que pode entrar em colapso devido aos efeitos fsicos de dilatao e retrao brusca do ao e perda da resistncia do concreto, e ao efeito qumico da calcinao superficial do material.

Este artigo tem como objetivo informar sobre as estatsticas dos eventos relacionados ao sismo, exploso e exposio ao fogo para estruturas de concreto armado no Brasil, comentar sobre os possveis mtodos de clculos que podem ser usados de forma preventiva, indicar os possveis danos causados s estruturas pela exposio desses efeitos e sugerir solues de reforo mais adequados em todas as patologias.

Palavras-chave: Sismo, Exploso, Fogo, Patologias.

1 Doutorando da Universidade Federal Fluminense UFF. [email protected]

1 Introduo

O presente artigo tem como objetivo identifi-car, classificar, exemplificar e sugerir solues para possveis patologias estruturais causadas por efeitos como sismo, exploso e exposio a fogo.

Embora essas solicitaes no sejam consi-deradas usualmente nos dimensionamentos estruturais brasileiros, podem gerar grandes prejuzos e pr em risco a vida de muitas pessoas.

As estruturas expostas a algumas dessas so-licitaes podem entrar em colapso, caso no tenham rigidez suficiente. As estruturas seriamente compro-metidas necessitam passar por reformas e/ou reforos complexos.

As estruturas especiais que envolvem sade, segurana e necessidades bsicas, como so o caso das estruturas nucleares, hospitalares, barragens e estoques de produtos qumicos inflamveis deveriam considerar no seu dimensionamento os clculos de sismo e exploso como medida de segurana pre-ventiva; j a preveno para exposio ao fogo deve ser realizada periodicamente por meio de vistorias e inspees.

Este artigo foi dividido em quatro partes. Na Estatstica dos Eventos relacionam-se as pro-babilidades de ocorrncia dos efeitos de sismo, explo-so e exposio ao fogo das estruturas no Brasil, Sobre os Efeitos a Serem Analisados descrevem-se su cintamente os efeitos de sismo, exploso e

9Engenharia Estudo e Pesquisa. ABPE, v. 14 - n. 2 - p. 08-19 - jul./dez. 2014

Patologias Estruturais Causadas por Efeitos de Sismo, Exploso e Exposio ao Fogo

exposio ao fogo, recomendaes e os critrios de projeto a serem adotados. Nas Patologias Causadas por Sismo, Exploso e Exposio ao Fogo so dados exemplos sobre ocorrncias reais, algumas patolo-gias provocadas pelas solicitaes em estudo. Nas Solues das Patologias, embora as possibilidades de refor o sejam diversas, esse item sugere algumas medidas restaurativas para as estruturas danificadas.

2 Estatstica dos Eventos

As patologias analisadas foram divididas de acor-do com os seus efeitos geradores a seguir relacionados.

2.1 Sismo

Os efeitos ssmicos esto associados a um fe-nmeno natural provocado pela movimentao das placas tectnicas, ou fissurao e deslocamento de rochas nas camadas mais profundas do solo.

De acordo com IAG (2014) foram registrados diversos abalos ssmicos ocorridos de 1922 at 2013 (Figura 2.1).

Figura 2.1 Eventos ssmicos ocorridos noBrasil e suas redondezas; os tamanhos dos

crculos esto associados magnitude,sendo as cores indicativas de perodo

de tempo (IAG, 2014).

A NBR 15421 (2006) define as zonas ssmicas quantificando as aceleraes mximas, nvel da ro-cha, indicadas no mapa ssmico apresentado no texto da Norma.

2.2 Exploso

Os acidentes que envolvem produtos qumi-cos perigosos geram exploses capazes de produzir patologias estruturais graves.

O efeito de exploso sobre a estrutura pode ser calculado por meio do UFC (2008), sendo representado como uma onda de choque, que se desloca pelo ar e tem grande velocidade de efeito dinmico.

A seguir so apresentados os dados divulga-dos pelo Ministrio do Meio Ambiente (2014) que relacionam acidentes explosivos provocados por pro-dutos qumicos perigosos.

Figura 2.2 Mdia dos acidentes explosivosmensais entre os anos de 2006 a 2010 e

quantidade de acidentes entre os mesmos anospara diversos tipos de materiais explosivos.

2.3 Exposio ao Fogo

De acordo com o ISB (2014) no primeiro semes-tre de 2013 foram monitorados os chamados in cndios estruturais ocorridos em instalaes industriais e comerciais, galpes, escolas, hospitais, hotis, entre outros (no foram computados os incndios residen-ciais). Esse monitoramento gerou o grfico da Figura 2.3.

10 Engenharia Estudo e Pesquisa. ABPE, v. 14 - n. 2 - p. 08-19 - jul./dez. 2014

Leonam dos Santos Valente

Observando-se os grficos da Figura 2.1, Figura 2.2 e Figura 2.3, conclui-se que devido quantidade de ocorrncias dos eventos estudados, faz-se neces srio estabelecer critrios/parmetros mais rigorosos para avaliao e preveno das estruturas brasileiras.

3 Sobre os Efeitos Analisados

As patologias podem ser divididas em trs ca-tegorias: fsicas (geradas por efeitos fsicos de cargas, variaes de temperatura, recalques, etc); qumicas (aquelas que geram reaes qumicas capazes de modificar o material existente, como: calcinao, clori-dificao, carbonatao, etc.); biolgicas (causadas por agentes biolgicos como bactrias, fungos e plantas).

Classificando-se os danos provocados pelos efeitos estudados, pode-se dizer que as patologias provo cadas por sismo e exploso so do tipo fsico (cau sando trincas e fissuras), enquanto a exposio ao fogo pode provocar danos do tipo fsico (perda de resistncia do ao, movimento devido dilatao es-trutural, movimento de retrao brusca aps o incn-dio) e problemas do tipo qumico (modificam as ca-ractersticas do concreto).

Ressalta-se que o efeito de exploso, na maior parte das vezes, gera fogo, logo, as patologias pro-vocadas por exploso tambm esto associadas aos efeitos de exposio ao fogo.

3.1 Sismo

Sismo ou terremoto so os movimentos das camadas do solo decorrentes da liberao sbita de energia na crosta terrestre, que se propagam em todas as direes.

Para uma verificao estrutural utilizando-se mo delos matemticos, o efeito de sismo pode ser repre-sentado por meio de um espectro de respostas (grfico acelerao vs. Freqncia ou perodo) que podem ser obtidos diretamente de normas ou gerados a partir de um conjunto de acelerogramas, de sismos locais. Tanto o espectro como o acelerograma representam a ao ssmica e devem ser aplicados na base da estrutura.

Figura 3.1 Consequncias das solicitaes ssmicas em uma residncia localizada em Poo Branco, RN

(Dantas, 2013).

Figura 2.3 Ocorrncia de 1.095 casos de incndios estruturais (exceto residenciais) notificados no primeiro semestre de 2013, por ocupao (ISB, 2014).

11Engenharia Estudo e Pesquisa. ABPE, v. 14 - n. 2 - p. 08-19 - jul./dez. 2014

Patologias Estruturais Causadas por Efeitos de Sismo, Exploso e Exposio ao Fogo

De acordo com Dantas (2013), o Rio Grande do Norte o estado que apresenta maior ocorrncia de atividades ssmicas das regies brasileiras. Embora essas atividades ssmicas causem solicitaes de pequenas intensidades, podem gerar diversas patologias, como indicado na Figura 3.1.

A seguir foram listadas algumas recomenda e cuidados no lanamento estrutural para minimizar os efeitos danosos estrutura devido ao sismo.

3.1.1 Simplicidade da estrutura

A ausncia de simetria no sistema resistente solicitao lateral pode levar a estrutura a ter efeitos de toro e instabilidade.

3.1.2 Uniformidade e simetria da estrutura

As descontinuidades de rigidez no sistema sis-mo resistente, e a distribuio de massa da estrutura de forma no homognea, podem gerar mecanismos de colapso em circunstncias extremas.

3.1.3 Rigidez e resistncia toro

Devem ser evitados lanamentos e sistemas de travamento assimtricos. As estruturas ssmicas sepa-radas permitem que ambos se deformem com grandezas diferentes. A Figura 3.2 mostra algumas situaes que devem ser evitadas.

Os lanamentos de paredes estruturais (de pre-ferncia externas), ncleos rgidos, aumento da ri gi-dez nos cantos reentrantes, enrijecimento dos prticos resistentes s aes laterais, so algumas medidas que podem ser adotadas quando do projeto para evitar pos-sveis patologias causadas por sismo.

3.2 Exploso

De acordo com UFC (2008) o efeito de ex-ploso sobre uma estrutura definido a partir do deslocamento de ar, representado por uma curva de presso vs. tempo atuante em cada uma das superfcies externas

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