Estudo e desenvolvimento de um isolador sísmico baseado no conceito de tensegridade

Abstract

A temática relativa a sismos tem sido uma preocupação constante em Portugal, não apenas em virtude do sismo de 1755, mas também devido a eventos sísmicos mais recentes a nível internacional, nomeadamente na Turquia. Perante situações com tal impacto, torna-se urgente a busca por soluções inovadoras capazes de mitigar os efeitos devastadores dos sismos. O principal objetivo desta dissertação é desenvolver o modelo de um sistema de isolamento de base apoiado no conceito de tensegridade capaz de reduzir a ação sísmica em estruturas, dissipando a energia gerada. O modelo proposto baseia-se no conceito de tensegridade e assim, os elementos que o constituem apenas estão sujeitos a esforços axiais. O mode-lo é composto por escoras comprimidas e cabos tracionados. A capacidade de dissipação de energia provém dos ciclos histeréticos promovidos pela curva força-deslocamento associada aos cabos. Na primeira fase deste trabalho, foi necessário estudar as limitações geométricas associadas ao desenvolvimento de um modelo com múltiplos módulos. Vários modelos foram desenvolvidos no software MATLAB, permitindo a compreensão da melhor tipologia de modelo e a situação mais crítica para análise. A modelação computacional foi realizada através do software SAP2000, que utiliza elementos finitos para analisar a capacidade de dissipação de energia do modelo desenvolvido. Através desta análise, foi possível identificar que apenas o modelo pré-esforçado, constituído por quatro módulos, foi capaz de dissipar energia em quantidade suficiente para ser considerado um isolador sísmico apresentando um valor de amortecimento viscoso equivalente de 19,0%. Por fim, recomenda-se que os ensaios do modelo físico sejam realizados exclusivamente para a concretização deste modelo.

The theme on earthquakes has been a constant concern in Portugal, not only because of the 1755 earthquake, but also due to more recent seismic events which have caused signifi-cant damage in Turkey. Faced with situations with such impact, it becomes urgent the search for innovative solutions capable of mitigating the devastating effects of earthquakes. The main objective of this dissertation is to develop a model of a basic isolation system supported on the concept of tensegrity capable of reducing the seismic action in dissipating the generated energy. The proposed model is based on the concept of tensegrity and thus, the elements that constitute it are only subject to axial efforts. The model is composed of compressed struts and tensioned cables. The energy dissipation capacity comes from the hysteretic cycles promoted by the force-displacement curve associated to the cables. In the first phase of this work, it was necessary to study the geometric limitations asso-ciated with the development of a model with multiple modules. Several models were devel-oped in MATLAB software, allowing the understanding of the best model typology and the most critical situation for analysis. Computational modelling was carried out using SAP2000 software, which uses finite elements to analyze the energy dissipation capacity of the devel-oped model. Through this analysis, it is possible to identify that only the prestressed model, consist-ing of four modules, is capable of dissipating energy in an amount to be considered a seismic isolator, presenting a viscous damping equivalent value of 19,0%. Finally, it is recommended that the physical model tests physical model should be carried out exclusively for the realiza-tion of this model.