COMPORTAMENTO SÍSMICO DE SISTEMAS DE ELEVADORES EM HOSPITAIS Joana Isabel Freire Palha Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Prof. José Manuel Matos Noronha da Câmara Orientador: Prof. Jorge Miguel Silveira Filipe Mascarenhas Proença Vogal: Prof. Luís Manuel Coelho Guerreiro Outubro 2010 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa
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fenix.tecnico.ulisboa.pt€¦ · iii RESUMO Os sistemas de elevadores apresentam uma importância vital na funcionalidade dos hospitais. A falha destes sistemas pode conduzir à paralisação
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COMPORTAMENTO SÍSMICO DE SISTEMAS DE
ELEVADORES EM HOSPITAIS
Joana Isabel Freire Palha
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Prof. José Manuel Matos Noronha da Câmara
Orientador: Prof. Jorge Miguel Silveira Filipe Mascarenhas Proença
Vogal: Prof. Luís Manuel Coelho Guerreiro
Outubro 2010
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Universidade Técnica de Lisboa
ii
iii
RESUMO
Os sistemas de elevadores apresentam uma importância vital na funcionalidade dos hospitais. A falha
destes sistemas pode conduzir à paralisação dos serviços hospitalares, impossibilitando a prestação
de cuidados de saúde, o que pode adquirir proporções críticas após um evento sísmico.
A dissertação apresenta uma descrição dos componentes mais importantes que integram os
elevadores e elabora uma análise retrospectiva do desempenho observado destes sistemas em
terramotos anteriores, permitindo revelar a diversidade e severidade das falhas observadas.
Este processo, resulta numa análise lógica que permite reconhecer a importância destes sistemas e
confirmar a sua vulnerabilidade face à acção sísmica. O descarrilamento do contrapeso destaca-se
como a falha mais frequentemente relatada. Também é exposta uma retrospectiva de pesquisas
focadas no comportamento dinâmico dos elevadores, mais especificamente do sistema
contrapeso-guia.
Apresenta-se uma retrospectiva de regulamentos internacionais destinados a padronizar
metodologias de dimensionamento sísmico de elementos não estruturais. Destacam-se as normas e
recomendações dos EUA, Japão e Europa (ainda em desenvolvimento) pela sua especificidade
relativamente aos sistemas de elevadores. Contudo, Portugal carece ainda de uma regulamentação
que incorpore critérios de dimensionamento sísmico para estes elementos. Face a este panorama, o
ICIST/IST, correspondendo a um pedido da ACSS, implementou o presente estudo, o qual pretende
analisar o desempenho sísmico de sistemas de elevadores instalados em edifícios hospitalares, com
o principal objectivo de informar e alertar para a vulnerabilidade destes elementos, de introduzir o
conceito de dispositivos de segurança sísmica (interruptor sísmico e detector de descarrilamento do
contrapeso) e abordar metodologias de dimensionamento sísmico e instalação dos componentes e
das suas ligações à estrutura. Estas medidas visam a aumentar a segurança e manutenção da
operacionalidade do sistema, após um evento sísmico.
As metodologias referidas foram aplicadas e confrontadas, no contexto de um caso de estudo
baseado no novo Hospital de Cascais, de forma a analisar a resposta dinâmica do sistema de guias
da cabine e do contrapeso.
Neste estudo, refere-se a colaboração de representantes de fabricantes de sistemas de elevadores,
tais como a KONE, a OTIS, a Schindler, a SICMALEVA e a ThyssenKrupp.
As vibrações induzidas pelo contrapeso ou pela cabine, ao sistema de guias, nomeadamente durante
um evento sísmico, podem resultar em deslocamentos excessivos e, consequentemente, no
desencaixe e descarrilamento do componente. Para prevenir esta situação alguns regulamentos
exigem a instalação dos designados position restraints, doravante identificados por limitadores de
movimento, fixos à arcada. Na prática, estes elementos consistem em placas metálicas aparafusadas
à arcada sob as guiadeiras, como se encontra esquematizado na Fig. 2.9.
Na casa de máquinas encontram-se instalados diversos equipamentos, nomeadamente, motor
eléctrico, máquina de tracção, painel de controlo, limitador de velocidade, entre outros, geralmente
fixos ao chão ou à parede. Normalmente, este compartimento localiza-se sobre a caixa e, como tal,
os equipamentos aí existentes são sujeitos a vibrações sísmicas geralmente mais intensas
comparativamente com os pisos inferiores.
Fig. 2.9 – Esquema da placa de restrição de movimento (retainer plate).
O painel de controlo consiste num conjunto de elementos destinado ao armazenamento de
informações, captando o sinal de chamada do utilizador através da botoneira de pavimento e do
interior da cabine. Este equipamento é ainda responsável pelo comando da movimentação do
elevador (partida e paragem), estabelecendo a prioridade e o sentido do atendimento.
Legenda:
1 – Limitador de movimento;
2 – Base da guiadeira;
3 – Guia;
4 – Bracket;
5 – Arcada.
1
2
4
3
5
(a) (b)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
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A máquina de tracção encontra-se apoiada num chassis conectado ao piso por meio de ligações
flexíveis, constituindo um isolador de vibração. Este dispositivo contribui para a redução de vibrações
transmitidas do equipamento para o edifício, tornando-o, no entanto, vulnerável a acções horizontais.
A unidade motriz pode apresentar duas configurações consoante o motor se encontra, ou não,
acoplado a uma caixa de engrenagem, correspondendo aos sistemas geared e gearless
respectivamente. O movimento de rotação gerado na unidade motriz é transmitido ao sistema pela
polia de tracção através dos cabos de tracção, os quais se encontram pressionados na polia pela
cabine e contrapeso, permitindo assim o movimento vertical destes componentes. Para redireccionar
os cabos provenientes da polia de tracção recorre-se a polias de desvio.
Nos sistemas cujo motor eléctrico não se encontra acoplado a uma caixa de engrenagem
— gearless — este impõe directamente o movimento rotativo à polia de tracção, resultando num
transporte mais suave, com menor ruído e de fácil manutenção. Estes mecanismos permitem operar
a velocidades superiores a 2,5 m/s, apresentando uma maior aplicabilidade em edifícios altos e que
exijam uma elevada capacidade de carga.
Nos sistemas geared, o motor impõe o movimento rotativo à polia de tracção através do sistema de
engrenagem ao qual se encontra acoplado. Estes elevadores exigem menores potências, podendo
atingir velocidades compreendidas entre 1,75 a 2,5 m/s. De uma forma geral, os sistemas geared não
são utilizados em edifícios altos.
A alteração da velocidade do elevador é obtida por variação da corrente eléctrica no motor, sendo a
paragem realizada por meio de um freio instalado na polia de tracção.
2.2.2. Elevadores Hidráulicos
Actualmente, os elevadores hidráulicos constituem um dos meios de transporte vertical mais utilizados
em edifícios médio e baixos. Este aspecto pode dever-se ao menor número de componentes,
traduzindo-se numa maior simplicidade no processo de instalação e num menos custo em termos
construtivos e de equipamentos. Contudo, também existem sistemas hidráulicos sem casa de máquinas
[13] [14].
O mecanismo de funcionamento dos elevadores hidráulicos baseia-se no Princípio de Pascal, sendo
constituído pelos equipamentos: cilindro, pistão, cabine, unidade hidráulica e unidade de controlo, não
apresentando, usualmente, um contrapeso. Estes modelos podem ainda diferir entre si em função do
número e localização dos pistões, os quais podem ser compostos por um ou vários troços, neste caso
designados por telescópios, permitindo atingir alturas mais elevadas.
Os elementos de guiamento são similares aos existentes nos sistemas de tracção, pelo que não se fará
novamente referência.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
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Comparativamente com os elevadores de tracção, estes sistemas caracterizam-se por um vasto
conjunto de vantagens para edifícios com um reduzido número de pisos, destacando-se o menor
custo inicial do equipamento e da sua manutenção. Também apresentam uma maior eficiência e
flexibilidade na utilização do espaço do edifício, pois não impõe quaisquer cargas verticais à estrutura,
o que permite reduzir as dimensões dos pilares na zona da caixa, e a localização da casa de
máquinas pode ser bastante diversa, devido ao recurso de tubagens hidráulicas, que constituem as
ligações mecânicas entre esta e o elevador. Estes sistemas permitem ainda menores gastos de
energia no movimento descendente da cabine, associado ao aproveitamento da acção gravítica.
2.2.2.1. Descrição Geral – Acção Directa
Analogamente aos elevadores de tracção, o sistema hidráulico encontra-se distribuído ao longo da
casa de máquinas, caixa e poço. Na Fig. 2.10 é possível visualizar os componentes básicos que
constituem o mecanismo hidráulico de acção directa.
Fig. 2.10 - Esquema do elevador hidráulico de acção directa (adaptado de [net 8]).
Estes sistemas caracterizam-se por uma cabine directamente assente sobre a extremidade superior
do cilindro. Em função da posição deste elemento, existem os seguintes modelos (ver Fig. 2.11):
Convencional ou In-Ground;
Holeless (sem furo).
Cabine
Cilindro
Guia da
cabine
Unidade
hidráulica e
de controlo
Tubagem
Hidráulica
Pistão
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
13
Comummente utilizados em estruturas com 2 a 7 pisos, os elevadores in-ground comportam um
cilindro que se estende para o interior do solo, sob o poço, exigindo a execução de perfurações. A
profundidade do furo está directamente relacionada com a altura de elevação a atingir. Geralmente,
nestes modelos o cilindro é revestido por PVC, para evitar a ocorrência de vazamentos.
Os principais problemas típicos dos sistemas in-ground consistem na corrosão do cilindro, pois a
inacessibilidade associada a este componente (e do pistão), impede a realização de inspecções
visuais e, por conseguinte, a detecção de vazamentos do fluido hidráulico. Esta situação pode gerar
consequências bastante graves, tais como a corrosão química e electrolítica do cilindro ou mesmo a
contaminação do terreno. Contudo, estes riscos podem ser minimizados através de sistemas de
monitorização de vazamento e de protecção de corrosão.
Nos elevadores holeless o cilindro encontra-se acima do solo, dispensando a realização de furos para
alojar o componente. Estes modelos, geralmente aplicados a edifícios com 2 a 4 pisos, constituem
uma alternativa aos in-ground quando as características do terreno tornam impraticável a execução
de perfurações.
Fig. 2.11 - Esquema do sistema hidráulico de acção directa: (a) holeless (com pistão telescópico);
(b) in-ground (adaptado de [net 9]).
A unidade hidráulica, localizada na casa de máquinas, é composta por um reservatório, bomba
eléctrica e sistema de válvulas (válvula de controlo). A bomba hidráulica, ao ser accionada por um
motor, impulsiona o fluido armazenado na central para o cilindro através de um sistema de tubagens
rígidas ou flexíveis (mangueiras). Para evitar a ocorrência de vazamentos em sistemas compostos
por mangueiras de borracha, estas são constituídas por um conjunto de quatro camisas,
caracterizadas por uma resistência de 200 a 300 bar, embora trabalhem apenas a 30 a 40 bar.
A regularização da velocidade de percurso traduz-se no controlo do fluxo de óleo para o cilindro, o
qual é realizado não só pela bomba hidráulica, como também pela válvula de controlo que impede o
(a) (b)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
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fechamento do êmbolo do pistão. À medida que o cilindro é preenchido por óleo, o pistão é impelido
vertical e ascendentemente, permitindo a elevação da cabine ao piso pretendido.
Similarmente aos elevadores de tracção, a cabine é orientada por um par guias, geralmente com
secção transversal em T, fixas às paredes da caixa do elevador. As guias percorrem toda a altura da
caixa de elevador, para evitar que as guiadeiras se desencaixem, quando o êmbolo hidráulico se
encontra totalmente comprimido ou distendido.
Ao aproximar-se do piso solicitado o sistema de controlo emite sinais ao motor eléctrico para cessar,
de forma gradual, o funcionamento da bomba hidráulica. Com a válvula fechada, o fluído fica retido
na central e no cilindro, traduzindo-se na imobilização da cabine ao atingir o andar. Quando é
necessário impor um movimento descendente à cabine, o sistema de controlo acciona a abertura da
válvula. O efeito conjunto da acção gravítica e da capacidade de carga na cabine empurra o pistão,
obrigando o fluido existente no cilindro a regressar para a central, permitindo um movimento
descendente gradual. Procede-se, novamente, ao encerramento electrónico da válvula, cessando o
movimento da cabine [net 10].
A unidade de controlo localiza-se na casa de máquinas, apresentando a função de coordenar o
sistema como um todo, concentrando o processamento de chamadas, definindo a prioridade e
sentido do movimento e activando o sistema hidráulico. A casa de máquinas pode situar-se em
qualquer ponto próximo do elevador, optando-se, geralmente, pelo primeiro pavimento ou cave do
edifício, o que constitui um aspecto benéfico relativamente à solicitação sísmica do equipamento.
Contudo, estes sistemas acarretam alguns inconvenientes, tais como, o facto das variações de
temperatura do óleo prejudicarem o desempenho da bomba, nomeadamente em sistemas sujeitos a
um substancial esforço de elevação ou em casa de máquinas com uma inadequada ventilação.
Também os custos associados ao acréscimo do esforço do motor para ascender a cabine aos vários
pisos (modelos sem contrapeso), complementado pela possibilidade de inexistência de meios de
armazenamento da energia necessária, o que condiciona a altura de elevação máxima proporcionada
pelo sistema [13] [14] [19].
2.2.2.2. Descrição Geral - Acção Indirecta
Os elevadores hidráulicos de acção indirecta ou de cabo (roped) distinguem-se do modelo acima
descrito pela suspensão da cabine e a sua ligação ao pistão por intermédio de um sistema de, pelo
menos, dois cabos (e polias) por êmbolo hidráulico. Na Fig. 2.12 são identificados os componentes
típicos destes sistemas.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
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Fig. 2.12 - Esquema do elevador hidráulico de acção indirecta (adaptado de [net 10]).
Nos elevadores de acção indirecta, o cilindro não se prolonga para o interior do solo, abrangendo
apenas modelos do tipo holeless.
Uma das vantagens associadas a estes sistemas consiste na possibilidade de atingir maiores alturas,
nomeadamente edifícios de 8 a 10 pisos, sem grandes acréscimos de custo.
2.2.3. Sistema sem Casa de Máquinas (MRL)
Em 1995, foi introduzido o revolucionário sistema eléctrico de tracção sem casa de máquinas,
também conhecido por sistema MRL (Machine Room Less). Este engenho constitui o resultado de
uma crescente evolução tecnológica, a qual permitiu desenvolver motores eléctricos e polias com
menores dimensões.
A unidade motriz encontra-se instalada sobre vigas colocadas no topo da caixa de elevador, apoiadas
em duas a quatro guias robustas. Desta forma, o peso da unidade motriz é suportado directamente
pelas guias, minimizando a transmissão de vibrações às paredes da caixa e à restante estrutura. Os
dispositivos de comando encontram-se repartidos pela cabine, botoeiras de chamadas dos
pavimentos e interior do batente da porta do último piso servido pelo elevador.
Guias da
cabine
Unidade de
controlo
Unidade
hidráulica
Sistema de
cabos e polia
Pistão
Cilindro
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
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Comparativamente com o sistema convencional, este modelo permite optimizar a gestão do espaço,
proporcionando uma maior flexibilidade e versatilidade a nível de projectos de edifícios. Permite ainda
realizar percursos mais suaves e silenciosos e com menor consumo de energia. Na Fig. 2.13 é
possível observar a forte aderência a este tipo de modelo em vários países europeus em 2004.
Fig. 2.13 - Percentagem de instalação de elevadores na Europa em 2004 (adaptado de [30]).
Dada a forte dominância dos modelos de tracção MRL na comercialização de elevadores,
desenvolveram-se os sistemas hidráulicos sem casa de máquinas, com a principal vantagem de
reduzir as dimensões da caixa. Nestes sistemas a unidade hidráulica localiza-se no interior da caixa
ou no poço e o sistema de controlo encontra-se instalado exteriormente à caixa, junto à porta do
elevador, ao nível do piso de paragem mais inferior, como se pode observar na Fig. 2.14.
Relativamente ao sistema de tracção MRL, este modelo caracteriza-se por um processo de instalação
mais simples.
Fig. 2.14 – Sistemas de elevador MRL: (a) eléctrico de tracção [net 11]; (b) hidráulico [net 12].
Hidráulico Trac. MRL Tracção
Áustr
ia
Bélg
ica
Suíç
a
Ale
manha
Din
am
arc
a
Fra
nça
Fin
lân
dia
Itália
Luxem
burg
o
Turq
uia
Noru
ega
Hola
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a
Port
uga
l
Espanha
Suécia
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DIA
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laçõ
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%)
(a) (b)
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2.2.4. Sistemas de Segurança
Para garantir um máximo de segurança durante o movimento, o elevador é dotado de um sistema de
segurança redundante, destinado a executar paragens de emergência da cabine e/ou do contrapeso
em situação de queda livre, excessiva velocidade ou perda de tensão dos cabos.
Na tabela que se segue são identificados alguns dos principais dispositivos de segurança dos
elevadores, assim como os modelos que os comportam.
Tabela 2.1. Sistemas de segurança de elevadores.
Dispositivo
de Segurança Definição
Elevador de
Tracção
Elevador
Hidráulico
Pára-Quedas
Garra metálica localizada na cabine (e opcionalmente no
contrapeso), que se fixa às guias de forma instantânea ou
progressiva, resultando na paragem do elevador. Note-se que o
funcionamento deste dispositivo não requer energia eléctrica.
X X
Limitador de
Velocidade
Composto por duas polias (uma, na casa de máquinas, alinhada
verticalmente com a uma outra localizada no fundo do poço),
cabo de aço ligado à cabine e interruptor. Caso o elevador
ultrapasse a velocidade limite pré-estabelecida, o limitador
activa o pára-quedas e desliga a parte eléctrica do motor
simultaneamente, conduzindo assim à paragem do elevador.
X X*
Limites de
Percurso
Os interruptores de limite final constituem sensores
electromagnéticos localizados nos fins de curso superior e
inferior, sendo responsáveis por interromper o funcionamento do
elevador sempre que este exceder a posição dos mesmos.
X X
Interruptor de
Afrouxamento
de Cabos
Corta o fornecimento de energia eléctrica ao motor e acciona o
pára-quedas quando pelo menos um dos cabos de tracção
perde tensão relativamente aos restantes.
X X*
Válvula de
Rotura
Localizada no ponto de entrada e saída do fluído do cilindro.
Interrompe o circuito hidráulico, com consequente imobilização
do elevador, quando ocorre uma variação brusca de pressão no
interior do cilindro correspondente à descida repentina da
cabine, geralmente devido a uma fuga na tubagem hidráulica.
No caso de elevadores com dois pistões laterais a válvula é
instalada de forma equidistante, sendo a sua interligação
realizada por meio de tubagens
X
Amortecedor
Caso os dispositivos de segurança acima referidos falhem,
existe ainda um conjunto de amortecedores instalados no poço,
para a cabine e o contrapeso, os quais absorvem parte do
impacto, prevenindo o choque directo destes componentes com
o fundo da caixa.
X X
*Apenas obrigatório em sistemas hidráulicos de cabo
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
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2.3. DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA SÍSMICA
Os EUA e o Japão constituem os pioneiros no desenvolvimento de medidas de aperfeiçoamento do
comportamento sísmico destes sistemas, desempenhando um papel fundamental na optimização da
sua segurança.
Actualmente, no âmbito da segurança de elevadores face a um evento sísmico, nomeadamente
eléctricos de tracção, existem essencialmente duas operações de controlo, uma associada ao
interruptor sísmico também conhecido por seismic switch (modo sísmico) e outra ao detector de
descarrilamento do contrapeso. Contudo, existem regulamentos que defendem o uso de apenas um
dos dispositivos, enquanto que outros requerem ambos.
Por questões de segurança, estes equipamentos só devem ser reiniciados por técnicos autorizados,
após garantida a ausência de qualquer perigo, através da realização de inspecções adequadas. Este
processo é bastante importante, pois permite evitar a ocorrência de danos com maior severidade, os
quais podem colocar em perigo a vida de futuros ocupantes.
Em Portugal, só muito recentemente se começou a expressar algum interesse na utilização destes
dispositivos, no entanto, a sua aderência permanece bastante escassa.
2.3.1. Interruptor Sísmico
O interruptor sísmico consiste num sensor electrónico que detecta movimentação do edifício sob a
forma de um determinado parâmetro, geralmente acelerações verticais e/ou horizontais segundo dois
ou três eixos (ver Fig. 2.15).
O modo sísmico é activado pelo interruptor sísmico quando este detecta uma determinada
aceleração, superior à previamente estabelecida. Este limite deverá corresponder às primeiras ondas
sísmicas (ondas P), cujo valor deverá ser inferior ao limiar de ocorrência de danos. Desta forma, a
cabine em movimento é direccionada para o piso disponível mais próximo, as portas abrem-se para
permitir a saída dos passageiros, e segue-se o encerramento de todo o sistema. Esta operação tem
como principal objectivo antecipar a chegada das ondas mais destrutivas ao edifício (ondas S). No
entanto, em situações de elevada proximidade ao epicentro, as ondas podem chegar à edificação
quase simultaneamente, comprometendo a eficácia do sensor e a segurança nos elevadores.
Actualmente, a maioria dos interruptores sísmicos registam a data, o tempo, a duração e a aceleração
de pico em cada eixo para cada terramoto detectado. Esta informação constitui um elemento
fundamental no desenvolvimento de futuros estudos referentes ao comportamento sísmico de
elevadores.
Para garantir um desempenho adequado, estes dispositivos requerem a realização de uma
manutenção periódica.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
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Porém, verifica-se que a localização a adoptar para este dispositivo não é consensual. As opiniões
dividem-se entre a casa de máquinas [5], localizada no topo do edifício onde, geralmente, são
registadas vibrações mais intensas, ou ao nível do poço [49], permitindo detectar mais rapidamente
as acelerações sísmicas, embora sem o efeito de amplificação associado ao próprio edifício.
Evidentemente que a localização do interruptor sísmico, deverá ter implicações na calibração do nível
de disparo.
A adequada definição do valor de activação do sensor, desempenha um papel importante na
prevenção de danos, devido a eventos sísmicos. Em 1972, os EUA adoptaram o limite de aceleração
vertical de 0,03g com uma frequência de 1 a 10 Hz, todavia este valor tem sofrido modificações
incrementais ao longo dos anos e alguns regulamentos exigem também a consideração da
aceleração horizontal. Em Portugal desconhece-se o valor adoptado.
Fig. 2.15 - Exemplo de um interruptor sísmico [net 13].
2.3.2. Detector de Descarrilamento do Contrapeso
O sensor de descarrilamento do contrapeso tem como função interromper o funcionamento do
elevador, quando detectado o deslocamento do contrapeso, para fora do seu plano normal de curso.
Este dispositivo desempenha um papel bastante importante na segurança do sistema, face à acção
sísmica, uma vez que, como se verá mais adiante, o descarrilamento do referido componente
constitui o dano mais frequente, aquando um terramoto.
O sistema de detecção consiste, usualmente, na montagem de dois cabos paralelamente às guias do
contrapeso e carregados com uma corrente eléctrica. Este sistema denomina-se por ring-on-a-string,
uma vez que cada fio atravessa um anel metálico, fixo em cada lado da respectiva arcada, como se
pode observar na Fig. 2.16. Assim, se o contrapeso se deslocar, um dos cabos entra em contacto
com o anel, fechando o circuito e gerando-se um sinal eléctrico que é amplificado e interpretado pela
unidade de controlo, como sinal de paragem por desalinhamento do componente. Durante este
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
20
processo, caso o elevador se encontre em movimento, a cabine pára e, em seguida é orientada para
o piso disponível mais próximo a uma velocidade reduzida, de valor pré-definido.
Estes dispositivos distinguem-se dos sensores sísmicos, na medida em que identificam,
primeiramente, a posição da cabine e depois a do contrapeso, procedendo-se à decisão de enviar o
elevador para os pisos superior ou inferior, com a ordem base em garantir o distanciamento entre
ambos os componentes. Quando a cabine é imobilizada, sucede-se a abertura das portas, para
garantir a libertação dos passageiros e o encerramento do sistema.
O sensor de descarrilamento do contrapeso pode apresentar várias configurações. Uma outra
consiste num único fio a atravessar um anel localizado no topo e na base da arcada do contrapeso.
Relativamente ao fio utilizado existem duas variações possíveis. Numa, o fio metálico liga a arcada a
um interruptor que activa o dispositivo mesmo aquando a sua rotura, não ocorre contacto com o anel.
Na outra, recorre-se a um fio em zig-zag que percorre o edifício em altura, verificando-se a perda de
continuidade quando o descarrilamento ocorre. Neste último, o dispositivo é denominado por detector
de colisão, sendo geralmente aplicado em elevadores de velocidade reduzida.
Fig. 2.16 - Sensor de descarrilamento do contrapeso (Ring on a String) [net 14].
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
21
3. RETROSPECTIVA DE DANOS RESULTANTES DE EVENTOS SÍSMICOS
3.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
Durante um evento sísmico, os elevadores, sendo elementos integrantes do edifício, são sujeitos a
deformações e acelerações induzidas pela própria estrutura. Como tal, este meio de transporte
vertical pode suportar maiores vibrações devido ao efeito amplificador da edificação e do próprio solo
onde se encontra assente.
Na sequência de danos sofridos durante terramotos, os elevadores têm sido sujeitos a um contínuo
aperfeiçoamento, com a principal preocupação em criar sistemas operacionais e seguros, face às
acções sísmicas.
Para o desenvolvimento de medidas destinadas a mitigar a vulnerabilidade sísmica dos elevadores, é
imprescindível avaliar o seu desempenho aquando um terramoto. Neste capítulo, procede-se à
análise do comportamento destes sistemas em oito terramotos, com a recolha exaustiva dos
respectivos danos e a identificação das causas associadas. Esta informação é obtida com base em
relatórios sustentados por inspecções, inquéritos e entrevistas a empresas responsáveis pela
instalação e/ou manutenção de elevadores em edifícios localizados nas regiões sismicamente
afectadas. Note-se que muitas das inspecções realizadas depararam-se com algumas limitações em
termos de acessibilidade, particularmente nos pisos mais altos dos edifícios.
3.2. DANOS EM ELEVADORES RESULTANTES DE EVENTOS SÍSMICOS
Terramoto do Alasca (EUA) – Mw2= 9,2
Em 1964, o Alasca sofreu um dos sismos mais fortes alguma vez registados na América do Norte,
originando avultados prejuízos devido, essencialmente, a danos não estruturais. Pela primeira vez,
observaram-se danos extensivos nos elevadores, constituindo, para alguns engenheiros de
elevadores, o despertar para a inerente vulnerabilidade sísmica destes sistemas.
Ayres [6] fornece uma análise qualitativa dos danos observados nos 100 elevadores existentes em
Anchorage (tracção e hidráulicos aproximadamente em igual número). Os sistemas de tracção
apresentaram falhas bastante severas, destacando-se em praticamente todos os sistemas desta
tipologia, o descarrilamento do contrapeso, associado, maioritariamente, à deformação das
rodadeiras. Estas foram identificadas como os elementos de ligação mais vulneráveis à acção
sísmica, devido às colisões entre o contrapeso e as guias. Em algumas ocorrências de
descarrilamento, o contrapeso chegou a oscilar livremente na caixa de elevador, embatendo e
danificando a viga de distribuição onde as guias se encontravam apoiadas. Descreve-se ainda a
2 Magnitude de Momento
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
22
flexão e deformação severas das guias do contrapeso e dos brackets, e ainda emaranhamento dos
cabos. Devido à maior rigidez, característica das guias da cabine, estas foram pouco afectadas. Os
sistemas de guias também foram danificados pela queda de fragmentos do elevador e do material
constituinte das paredes da caixa.
A inexistência de geradores de emergência levou à interrupção do funcionamento destes sistemas
durante as falhas de energia eléctrica, resultando na redução do número de colisões entre
contrapesos e cabines. Na casa das máquinas constatou-se que a causa de pelo menos 80% das
falhas no equipamento deveu-se ao deslizamento ou derrubamento da unidade motriz, originado por
uma deficiente fixação entre o piso, o isolador de vibração e o equipamento. Este tipo de falha foi
observado em cinco unidades de tracção do Hospital Elmendorf ABF, e ainda em outros
equipamentos eléctricos localizados na casa de máquinas. Um elevado número de painéis de
controlo, entre os quais o existente no referido hospital, tombaram por falta de fixação. Na Fig. 3.1 é
possível visualizar alguns dos danos ocorridos nos sistemas de tracção.
Fig. 3.1 – Danos sísmicos em elevadores: (a) queda da guia direita e da rodadeira do canto superior
esquerdo do contrapeso; (b) derrubamento da unidade motriz [6].
A maioria dos elevadores hidráulicos (acção directa) comportou apenas danos mínimos, associados à
queda de fragmentos das paredes da caixa, resultando no bloqueio do movimento da cabine. Numa
situação, a ocorrência de assentamentos diferenciais levou à formação de fendas no chão, cuja
propagação chegou atingir o poço do elevador, provocando a inclinação do cilindro. Constatou-se
ainda que o maior elevador hidráulico da cidade, instalado num hospital de 6 pisos, não apresentava
qualquer tipo de falha, retomando a sua operacionalidade assim que a energia foi restabelecida.
Terramoto de San Fernando (EUA) - Mw= 6,6
Em 1971, a grande devastação resultante do terramoto de San Fernando no estado de Califórnia,
nomeadamente ao nível não estrutural, suscitou, pela primeira vez, a preocupação em recolher e
(a) (b)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
23
registar, de forma sistemática e organizada, a informação quantitativa e qualitativa relativa às falhas
sustidas pelos elevadores devido a fortes terramotos [7] [63]. Este procedimento levou à formulação
das primeiras propostas de aperfeiçoamento das metodologias de dimensionamento destes sistemas.
Mais tarde, algumas destas recomendações foram incluídas nos códigos da Califórnia e da ASME,
das quais se destacam as seguintes [63]:
utilização de guias mais pesadas do que as de secção em T de 12 kg/m;
utilização de brackets menos espaçados, sugerindo ainda a soldagem de placas de forma a
reforçar as suas zonas angulosas;
instalação de apoios intermédios;
aparafusar os isoladores de vibração da unidade motriz ao piso;
utilização de dispositivos de segurança sísmica [6] e [38].
Desta feita, em 1975 a Califórnia foi o primeiro Estado Norte-Americano a incorporar medidas de
protecção sísmica, no respectivo código de elevadores. Em 1981 estas foram adicionadas ao Código
Nacional Segurança de Elevadores e Escadas Rolantes [17].
A cidade de Los Angeles constituiu a zona mais afectada a nível de sistemas de elevadores,
chegando mesmo a constituir em alguns edifícios, os únicos danos existentes. Note-se que dos
aproximadamente 9000 elevadores existentes no Norte da cidade, cerca de 1000 ficaram afectados.
A falha mais frequentemente observada nos elevadores de tracção consistiu no descarrilamento do
contrapeso, perfazendo um total de 674 registos, dos quais 109 resultaram na colisão com a cabine
[63]. Numa destas situações, o elevador transportava um passageiro, o qual foi projectado contra as
paredes da cabine e, num outro caso, o ocupante observou o contrapeso a trespassar a própria
cabine. Verificaram-se ainda 18 descarrilamentos da cabine, quebra ou perda de 286 rodadeiras, 9
roçadeiras partidas, 49 sistemas de guias deformadas ou facturadas, 174 brackets danificados. No
Hospital de Olive View, quatro elevadores ficaram severamente afectados devido à flexão e
descarrilamento da arcada do contrapeso. Na caixa, cerca de 22 portas deslocaram-se da sua
posição. Os danos observados no sistema de cabos deveram-se aos elementos salientes existentes
na caixa do elevador, resultando na retenção ou rotura de 20 cabos de limitador de velocidade e 7
cabos de comando, e no deslocamento para fora dos gornes de 100 cabos de compensação. Na
casa das máquinas verificou-se o deslocamento ou derrube dos equipamentos aí existentes devido a
uma fixação inadequada.
A ocorrência de falhas de energia levou à interrupção do funcionamento de um elevado número de
elevadores, uma vez que o recurso a geradores de emergência não era obrigatório. Este aspecto
pode ter estado na origem da paragem da cabine entre pisos numa unidade hospitalar, resultando no
enclausuramento de dois doentes, os quais acabaram por falecer.
Relativamente aos danos verificados em elevadores hidráulicos não foi possível encontrar qualquer
informação disponível.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
24
Terramoto de Miyagi (Japão) - Mw= 7,4
Em 1978, o terramoto de Muyagi constituiu o primeiro grande evento sísmico no Japão onde se
verificou a recolha do tipo e extensão de danos sofridos pelos sistemas de elevadores. Este processo
permitiu o desenvolvimento de medidas de segurança sísmicas e a sua inclusão no regulamento
Japonês de sistemas de elevadores, onde se destaca a instalação de sensores sísmicos e a definição
de forças sísmicas a suportar pelos componentes localizados na caixa e na casa das máquinas.
De acordo com Suarez e Singh [63], dos 5462 elevadores existentes nas seis províncias afectadas,
aproximadamente 483 apresentavam algum tipo de dano. A província de Miyagi constituiu a zona
mais lesada, com cerca de 18% dos seus sistemas de tracção danificados. Mais uma vez,
constatou-se que a falha mais frequente consistiu no descarrilamento do contrapeso, registando-se
cerca de 282 ocorrências, referentes a este ou à cabine. Relativamente às caixas dos elevadores,
verificou-se cerca de 40 brackets flectidos, 23 cabos danificados e 54 guiadeiras deformadas. É
importante salientar que a maioria dos danos observados nas cabines resultou do descarrilamento do
contrapeso.
Na casa das máquinas verificou-se o deslocamento ou derrubamento de cerca de 53 motores-
geradores e 11 painéis de controlo. Neste terramoto não houve quaisquer registos de feridos ou
vítimas mortais.
A nível de sistemas hidráulicos, não foi possível obter qualquer informação referente aos respectivos
danos.
Terramoto de Whittier Narrows (EUA) - Mw= 5,9
Em 1987, o terramoto de Whittier Narrows constituiu o primeiro evento sísmico a provocar danos
significativos nos elevadores após terem sido implementadas as recomendações impostas pelo
código da Califórnia. Contudo, muitos dos requisitos não se aplicavam aos sistemas já existentes.
De uma forma geral, verificou-se que o desempenho dos sistemas de tracção foi bastante positivo,
comparativamente com o de São Fernando. Não foi possível encontrar qualquer informação
disponível relativa ao comportamento dos elevadores hidráulicos.
Com base no levantamento de danos executado por Schiff [57], destaca-se o descarrilamento do
contrapeso como o mais observado, tendo-se registado pelo menos 91 ocorrências, das quais 11
resultaram na colisão com a cabine. No sistema do contrapeso constatou-se ainda 19 casos de guias
danificadas, 10 casos de falha dos sistemas de fixação e suporte das mesmas, dos quais se salienta
a ocorrência de parafusos a saltarem das paredes da caixa, e ainda uma arcada deformada. Todavia,
o autor associou a falha do sistema de fixação de guias à construção dos edifícios originais dos anos
30.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
25
Na casa das máquinas reportaram-se poucos danos associados à deficiente fixação dos
equipamentos. Note-se que não houve quaisquer registos de danos relativos aos painéis de controlo
e aos sistemas de cabos.
No que diz respeito aos dispositivos de protecção sísmica, verificou-se que nem todos os seismic
switches chegaram a disparar, traduzindo-se no contínuo funcionamento dos elevadores aquando e
após o terramoto. Foram ainda registados 11 casos de descarrilamento, resultantes da reiniciação
dos dispositivos de segurança, sem a realização da inspecção exigida, permanecendo o sistema
operacional com o contrapeso fora das guias. Após a reiniciação dos interruptores sísmicos, alguns
destes voltaram a disparar devido a uma forte réplica, o que exigiu uma nova inspecção.
Aparentemente, os detectores de descarrilamento do contrapeso apresentaram um desempenho mais
favorável, comparativamente com os interruptores sísmicos, pois, na maioria dos casos reportados,
estes dispositivos activaram-se quando o contrapeso se deslocou para fora das guias, no entanto,
verificaram-se duas situações de rotura do fio metálico do sensor.
De uma forma geral, o desempenho destes dispositivos não atingiu na íntegra os objectivos
propostos, contudo, conduziram a uma redução significativa dos danos.
Apenas se observou um caso de hospitalização, devido ao pânico de um passageiro retido no
elevador durante o corte de energia.
Terramoto de Loma Prieta (EUA) - Mw= 6,9
Em 1989, o terramoto de Loma Prieta constituiu o segundo fenómeno a provocar danos significativos
nos elevadores após a incorporação das medidas de segurança sísmica.
A maioria dos prejuízos registados deveu-se ao descarrilamento do contrapeso, tendo sido
inicialmente reportados cerca de 286 ocorrências. As possíveis causas indicadas para este tipo de
dano consistiram na deformação das guias, brackets e respectivos parafusos de fixação [17].
Salienta-se o facto de grande parte dos descarrilamentos observados estarem associados a sistemas
de guias de 12 kg/m, e tenderam a ocorrer no topo dos edifícios. Porém, várias guias deste tipo
resistiram ao sismo sem apresentar qualquer dano, ao contrário de algumas de 16,5, 18 e 22,5 kg/m.
Os danos registados em cabines resultaram, essencialmente, das colisões com o contrapeso, após o
restabelecimento do funcionamento do elevador, depois de o componente ter-se deslocado para fora
das guias. Uma destas situações teve lugar num hospital, na qual o contrapeso trespassou o tecto da
cabine. Apenas existem registos de um descarrilamento da cabine. Perante as evidências, Ding e
Arnold [17] sugeriram que os elevadores existentes em edifícios de estrutura metálica
encontravam-se sujeitos a maiores cargas dinâmicas, associadas a uma maior flexibilidade da
estrutura ou ao facto das frequências fundamentais do edifício e do sistema do contrapeso
apresentarem valores muito próximos.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
26
Relativamente à caixa do elevador verificou-se a queda de parte do reboco das paredes e a
danificação das portas. Constatou-se ainda o emaranhamento dos cabos do limitador de velocidade
em torno de protuberâncias.
Apesar do número de danos registados, verificou-se que uma quantidade substancial de interruptores
sísmicos, não chegou a disparar. Além disso, constatou-se para um mesmo edifício, o accionamento
de apenas parte dos sensores aí instalados. Alguns detectores de descarrilamento, embora poucos,
activaram-se sem o componente se ter deslocado para fora das guias, o inverso também ocorreu (10
casos). Observaram-se várias situações em que os geradores de emergência não entraram em
funcionamento, aquando os cortes de energia.
Comparativamente com o sismo de Whittier Narrows, um total de 34 elevadores hidráulicos sofreram
danos mais significativos devidos, essencialmente, a fenómenos de liquefacção do solo. Este facto
resultou na ascensão do cilindro no poço (sistemas in-groud), e ainda num caso de vazamento nas
tubagens flexíveis. Nos 77 elevadores hidráulicos existentes na Universidade de Stanford, quatro
unidades ficaram danificadas. A diversidade de danos observada nestes sistemas, resume-se a
vazamentos na tubagem hidráulica, aparentemente devido à própria vibração, e ainda danos nas
portas da caixa e da cabine [55] [63].
Terramoto de Northridge (EUA) - Mw= 6,7
Em 1994, o terramoto de Northridge abalou a cidade de Los Angeles, com valores de aceleração de
pico do solo raramente registados nas áreas urbanas da América do Norte. Apesar da introdução de
medidas mais rigorosas nas revisões do código de sistemas de elevadores, verificou-se a ocorrência
de danos mais severos, comparativamente com os resultantes do terramoto de Whittier Narrows e o
de Loma Prieta [63].
O evento sísmico afectou cerca de 968 elevadores eléctricos. Mais uma vez, o descarrilamento do
contrapeso consistiu no principal dano, perfazendo um total de 688 ocorrências. Verificou-se ainda a
deformação das guias e a destruição dos sistemas de rodadeiras do contrapeso. A colisão entre as
massas do contrapeso e a respectiva arcada são apontados como um mecanismo de falha não
considerado no código, associando-o ao espaçamento existente entre estes e a arcada, resultando
na sua deformação [29]. Este dano foi observado no Hospital de Olive View, também em 1971, no
entanto, sem ocorrer o descarrilamento do contrapeso.
Na caixa de elevadores reportou-se o emaranhamento de cabos de comando em torno dos
dispositivos de limite de curso e ainda o deslocamento das portas da caixa e da cabine.
Cerca de 97 elevadores hidráulicos sofreram algum tipo de falha, nomeadamente vazamentos nas
tubagens de abastecimento.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
27
Posteriormente ao terramoto de Northridge, o Departamento Estadual de Planeamento e
Desenvolvimento de Saúde (Office of Statewide Health Planning and Development - OSHP) do
estado Californiano demandou a elaboração de estudos referentes ao impacto da acção sísmica nos
sistemas de elevadores [63]. Finley et al. [27] analisaram o desempenho de 100 e 14 sistemas de
tracção e hidráulicos respectivamente, localizados em nove instalações hospitalares. As unidades
dimensionadas e instaladas de acordo com a regulamentação, datada anteriormente à
implementação das medidas sísmicas no código da Califórnia, ficaram bastante afectadas. Do
conjunto de danos observados em sistemas de tracção destaca-se o descarrilamento do contrapeso,
a queda dos painéis interiores do tecto da cabine, a rotura das fixações do limitador de velocidade e o
emaranhamento dos cabos do limitador em torno das saliências da caixa. Concluiu-se que os
requisitos sísmicos regulamentados no Título 243, parte 7, da Califórnia — California Elevator Safety
Construction Code — eram suficientes para o dimensionamento e instalação dos elevadores em
hospitais, devendo-se ainda introduzir algumas modificações, nomeadamente, a adaptação de
antigos elevadores de acordo com a nova regulamentação. No que diz respeito aos elevadores
hidráulicos salienta-se a ocorrência de falhas ao nível das tubagens, do cilindro e da ancoragem do
equipamento e das guiadeiras da cabine, e ainda de danos no seu interior.
Terramoto do Golfo de Eilat-Aqaba (Golfo de Eilat-Aqaba) - Mw= 7,1
Em 1995, Israel foi atingida pelo terramoto de Eilat-Aqaba por um sismo de 6.2 na escala de Richter.
Refere-se que os sistemas de elevadores instalados neste país aquando o sismo, encontravam-se
dimensionados e instalados de acordo com a norma SI-24, baseada na norma Europeia de
elevadores EN-81, a qual não comporta quaisquer requisitos sísmicos.
Levy et al. [36] apresenta uma colectânea de danos suportados por elevadores de tracção existentes
em Israel, nomeadamente na região centro e sul onde existiam 882 e vários milhares de sistemas
operacionais respectivamente. No cenário geral, cerca de 141 unidades sofreram um total de 201
falhas resultantes do evento sísmico. Mais de metade dos danos registados consistiram no
descarrilamento do contrapeso (57%), perfazendo um total de 115 ocorrências, das quais 43 (12%)
resultaram na colisão com a cabine. Em algumas situações, a causa associada a este dano consistiu,
essencialmente, no funcionamento do elevador sem a activação do dispositivo de segurança sísmica.
Observaram-se ainda sete situações de descarrilamento da cabine.
O segundo dano mais frequente consistiu na flexão das guias, tendo-se verificado 28 unidades
afectadas. Os autores identificaram o sistema de guias como o principal responsável pela ocorrência
de descarrilamento, relacionando este tipo de falha com o comportamento elástico ou elasto-plástico
3 O California Code of Regulations (CCR) é constituído por 28 Títulos. O Título 24, ou também denominado por
California Building Standards Code é reservado para os regulamentos estaduais que regem requisitos de dimensionamento e construção de estruturas, instalações e equipamentos. O código foi publicado pela California Building Standards Commission, sendo aplicado a todos edifícios existente neste estado. A edição trianual de 2007 do Título 24 comporta um total de 12 partes correspondentes a cada tema específico. Note-se que a parte 7, correspondente aos sistemas de elevadores passou a ser incorporada no Título 8 [net 15].
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
28
das guias. A frequente utilização de guias de contrapeso de 3,73kg/m (T50/A), caracterizadas por um
reduzido momento de inércia e por uma maior leveza, comparativamente com as de 12kg/m utilizadas
nos EUA, , promove a ocorrência de descarrilamento na fase elástica. Levy et al. [36] chega mesmo a
afirmar que as guias, usualmente utilizadas em Israel, não resistem ao terramoto do Golfo de
Eilat-Aqaba de 1995.
Terramoto Chi-Chi e Min-Shong (Taiwan) – ML4 921 = 7,3; ML 1022 = 6,4
No ano de 1999 Taiwan foi bastante afectada pelos sismos Chi-Chi (Setembro - 921) e Min-Shong
(Outubro – 1022). Yao [72] expõe um leque de falhas sofridas pelos cerca de 1600 sistemas de
tracção existentes na cidade de Chia-Yi. Aproximadamente 20% dos elevadores apresentavam algum
tipo de dano, destacando-se, como as falhas mais frequentes, o descarrilamento do contrapeso,
seguido pelo emaranhamento dos cabos. Em pelos menos dois hospitais o contrapeso deslocou-se
para fora das guias, colidindo com a cabine. Cerca de 95% dos descarrilamentos registados
ocorreram em sistemas compostos por guias de 5 kg/m, as quais são referidas como as mais
utilizadas em edifícios baixos. As causas associadas a 60% e 40% dos descarrilamentos consistiram
na indução de vibrações sísmicas no plano da arcada do contrapeso e perpendicularmente a este
respectivamente. O embate entre as massas e a arcada provocaram a deformação desta, com
consequente libertação de grande parte dos pesos que se encontravam posicionados a meia altura
do contrapeso. No entanto, tal não se verificou em componentes com as massas restringidas por
meio de um par de travamentos fixos à arcada.
Também se observou a rotura dos cabos de controlo e do limitador de velocidade, devido ao seu
emaranhamento em elementos proeminentes da caixa. Relativamente à casa das máquinas,
constatou-se que os danos nos painéis de controlo estavam associados a uma instabilidade da
corrente eléctrica nos instantes inicias de funcionamento do gerador de emergência, provocando o
curto-circuito das placas de circuito. Todavia, de acordo com a ACSS, os geradores de emergência
actuais apresentam características que permitem controlar essa instabilidade.
3.3. SUSCEPTIBILIDADE À ACÇÃO SÍSMICA
3.3.1. Identificação dos Principais danos
Atendendo a gama de danos comportados pelos diversos componentes dos sistemas de elevadores,
durante os eventos sísmicos analisados e outros, tais como o de Umbria-Marche (1997) [65], Kobe
(1995) [63], Perú (2001) [10] e de Sichuan (2008) [18], é possível sintetizar as principais falhas,
apresentadas na Tabela 3.1.
4 Magnitude Local de Richter
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
29
Tabela 3.1 - Principais danos sísmicos observados nos elevadores de tracção e hidráulicos.
Eléctrico de Tracção Hidráulico
- descarrilamento do contrapeso;
- descarrilamento da cabine;
- desprendimento das massas do contrapeso;
- colisão do contrapeso ou dos próprios pesos com a
cabine;
- flexão das guias;
- danificação dos sistemas de suporte das guias;
- deslocação ou derrubamento do equipamento
existente na casa das máquinas;
- deslocação dos cabos para fora dos gornes das
polias;
- danificação dos cabos devido ao seu emaranhamento
em protuberâncias da caixa;
- perda de referência espacial por desalinhamento do
sensor electromagnético responsável pela identificação
da posição da cabine;
- falha dos dispositivos de segurança sísmica.
- vazamentos na tubagem hidráulica;
- deslocação ou perda de verticalidade do cilindro e
pistão;
- perda de equilíbrio do reservatório.
- deformação das portas da cabine e da caixa;
- queda de material constituinte das paredes da caixa de elevador;
- deformação ou quebra das guiadeiras;
- danos no interior da cabine.
A notória discrepância quantitativa e qualitativa de danos observados entre ambos os sistemas,
permite distinguir a susceptibilidade dos elevadores eléctricos de tracção. Constata-se ainda que as
falhas verificadas nos elevadores hidráulicos constituem apenas uma pequena fracção das registadas
em sistemas de tracção [12]. Este facto pode ser justificado pela ausência de um contrapeso na
maioria dos modelos hidráulicos, uma vez que este, como já foi referido, caracteriza-se por ser um
dos componentes mais vulneráveis à acção sísmica.
Uma outra razão consiste na instalação destes sistemas em edifícios, geralmente, com menos de
sete pisos e, portanto, sujeitos a menores forças de inércia, associado ainda ao facto da casa de
máquinas localizar-se nos pisos mais baixos, onde as acelerações são, geralmente, menores,
comparativamente com os pisos de topo. Também o menor número de componentes integrados no
sistema reduz a possibilidade de falha. Desta forma, é possível afirmar que muitas dos danos
observados em elevadores de tracção não se verificam nos hidráulicos. Posto isto, os sistemas
hidráulicos aparentam ser bastante menos susceptíveis a eventos sísmicos (ver Fig. 3.2).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
30
Fig. 3.2 – Identificação das forças de inércia geradas num elevador durante um evento sísmico:
(a) sistema de tracção; (b) sistema hidráulico [12].
Contudo, reconhece-se, nos diversos relatórios consultados, a escassez de informação relativa às
falhas comportadas pelos elevadores hidráulicos devido a eventos sísmicos.
Procede-se à sumarização dos componentes mais afectados pela acção sísmica, com a identificação
das possíveis causas.
Sistema do Contrapeso e Guiadeiras
É perfeitamente expectável que o contrapeso consista no elemento mais vulnerável à acção sísmica,
uma vez que, sendo o componente mais pesado de todo o sistema, é sujeito a elevadas forças de
inércia aquando um terramoto. Este facto encontra-se em concordância com a informação recolhida,
uma vez que o descarrilamento do contrapeso consiste no dano mais observado em qualquer um dos
sismos acima analisados.
Comparativamente com a acção imposta perpendicularmente, as vibrações sísmicas induzidas no
plano da arcada promovem consequências mais penalizadoras, traduzindo-se na colisão entre o
contrapeso e as guias, com consequente flexão ou rotura das guias, danificação das guiadeiras,
deformação da arcada e possível libertação das massas (ver Fig. 3.3 e Fig. 3.4). Este conjunto de
danos promove a ocorrência de descarrilamento do contrapeso, com possível colisão com a cabine
ou as paredes da caixa, ou ainda o seu emaranhamento nos sistemas de cabos.
Contudo, a utilização de guias de maiores dimensões e de dispositivos que restrinjam o movimento
dos pesos para fora da arcada constituem propostas que poderiam melhorar o desempenho deste
sistema.
(a) (b)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
31
Fig. 3.4 - Descarrilamento do contrapeso [18].
Sistema da Cabine e Caixa
Comparativamente com o sistema do contrapeso, as
guias da cabina são bastante menos afectadas, este
aspecto pode dever-se a uma maior rigidez, uma vez
que estes elementos são dimensionados para resistir a
cargas dinâmicas excêntricas associadas à carga e
descarga da cabine e a forças de frenagem impostas
pela acção do pára-quedas.
Os deslocamentos dos pisos originam a deformação da
caixa do elevador, com consequente danificação das
portas desta e da cabine, e dos cabos eléctricos. Esta
ocorrência leva à interrupção da funcionalidade do
sistema, uma vez que os elevadores actuais impedem a
Cabine Guia da
cabine
Contrapeso
Guia do
contrapeso
Bracket
Guia da
cabine
Viga de distribuição
Paredes
da caixa
Fig. 3.3 - Esquema do descarrilamento do contrapeso com consequente embate na viga de distribuição
e nas paredes da caixa (adaptado de [6]).
Fig. 3.5 - Danos na porta e parede da
caixa do elevador [18].
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
32
movimentação das portas, quando estas não se encontram devidamente posicionadas.
A deformação deste compartimento também resulta na fendilhação, desprendimento e queda de
materiais constituintes das paredes de circulação do elevador, danificando assim os elementos
existentes na caixa e no poço.
Estudos revelam que o material constituinte das paredes da caixa apresenta um papel aparentemente
bastante significativo na extensão de danos do elevador durante um evento sísmico, uma vez que
reagem de forma diferente. Também a localização da caixa no edifício e o número de paragens do
elevador, ou seja a sua altura, afectam a vulnerabilidade do sistema [65].
Sistema de Guias, Brackets e seus Suportes
As cargas impostas pelo impacto da cabine ou do
contrapeso nas guias devido às vibrações sísmicas,
associadas às deformações da estrutura, podem
provocar a flexão ou rotura da própria guia e/ou dos
respectivos bracket, como se pode observar na
Fig. 3.6. Estes danos podem resultar no
descarrilamento do contrapeso ou da cabine.
Sistema de Fixação
A falha dos sistemas de fixação dos componentes foi
observada no poço, no interior da cabine e,
essencialmente, na casa das máquinas (ver Fig. 3.7). A
deficiente ou inadequada ancoragem dos equipamentos
à laje ou à parede, como é o caso da unidade motriz e de
controlo, reservatório e sistema de bombas, constitui a
principal razão para a ocorrência do deslizamento,
derrubamento ou desalinhamento dos mesmos.
A unidade motriz encontra-se instalada sobre um isolador
de vibração, tornando o equipamento vulnerável às
vibrações sísmicas (acções horizontais) as quais são,
geralmente, superiores ao nível do último piso, onde é
frequente instalar-se a casa de máquinas. A ausência de
fixações entre o isolador e o equipamento, e entre este e
o chão constituiu a principal causa para o seu
Fig. 3.6 - Deformação do bracket [18].
Fig. 3.7 - Derrubamento de equipamento
eléctrico localizado na casa das máquinas
[22].
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
33
deslizamento ou derrubamento. Note-se que este problema não se verifica nos sistemas MRL.
A inadequada ancoragem das tubagens ou mesmo dos elementos que interligam, resulta no
deslocamento e rotura destes componentes, com consequente vazamento do fluído hidráulico (ver
Fig. 3.8).
Também a deficiente fixação dos elementos existentes no interior da cabine, resulta na queda do
tecto e em estragos dos elementos decorativos, do sistema de abertura de portas, do painel de
operação e do dispositivo de indicador de posição.
Fig. 3.8 – Danos no elevador hidráulico: (a) deslocamento da unidade hidráulica; (b) rotura das
mangueiras hidráulicas [22].
Sistema de Cabos
A vibração da estrutura durante um evento sísmico, pode induzir
oscilações excessivas nos cabos (tracção, limitador de velocidade ou
comando). Este facto pode resultar na sua deslocação para fora dos
gornes, deformação (ver Fig. 3.9) ou no seu emaranhamento em
componentes existentes na caixa, provocando, caso o elevador
prossiga viagem, a rotura dos cabos e/ou danificação dos elementos
aos quais se encontram presos. Também a ocorrência de
descarrilamento do contrapeso ou da cabine pode levar à rotura ou
emaranhamento dos cabos.
A deficiente fixação da máquina de tracção na casa das máquinas,
pode provocar o seu deslizamento, com consequente embate dos
cabos entre si e/ou o seu desgaste ao roçarem nas arestas da
abertura da laje que permite a passagem vertical dos mesmos. No
(a)
Fig. 3.9 - Cabo danificado [18].
(b)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
34
caso do respectivo isolador de vibração também se movimentar, pode se verificar o corte dos cabos à
sua passagem [9].
Cilindro e Pistão
Segundo a SICMALEVA, o pistão, ao encontrar-se sujeito aos deslocamentos horizontais dos pisos,
flecte exercendo uma pressão nas paredes do cilindro resultando em eventuais problemas na ligação
pistão-cilindro ou mesmo na base do cilindro. A perda de verticalidade destes componentes pode
ainda comprometer o funcionamento do elevador.
Dispositivos de Segurança Sísmica
O dano mais comum associado aos dispositivos de segurança sísmica, nomeadamente do interruptor
sísmico, consiste no restabelecimento da operacionalidade do sistema após a sua imobilização por
acção dos sensores, sem a realização de uma inspecção por um técnico. Esta acção pode resultar
em maiores danos no sistema, por exemplo, caso tenha ocorrido o descarrilamento do contrapeso,
pondo em risco a vida de futuros ocupantes. Em acrescento, os interruptores sísmicos sem baterias
incorporadas deixam de funcionar na ausência de electricidade. Os elementos de memória volátil
chegam mesmo a auto-reiniciar-se quando a electricidade é restabelecida.
Também se levantam algumas questões relativamente à eficácia dos interruptores sísmicos baseados
no parâmetro das acelerações, uma vez que no sismo de 1983 ocorrido no Japão, as vibrações
induzidas a um edifício alto provocaram oscilações de elevada amplitude no piso de topo e nos
sistemas de cabos, resultando no seu emaranhamento. No entanto, o interruptor sísmico não
disparou, pois a aceleração de pico do solo (0,016g no período de 5 segundos) era inferior ao valor
de activação do dispositivo (0,03g). Meses mais tarde, um outro sismo atingiu o mesmo edifício com
acelerações máximas do solo de 0,033g no período de 0,33 segundos, activando o sensor. Contudo,
os deslocamentos registados no piso superior foram substancialmente menores, aproximadamente
menos de 1/100 [63].
O incorrecto funcionamento do sensor de descarrilamento pode ser justificado pela rotura do fio
durante o mecanismo de falha ou mesmo pela corrosão do próprio dispositivo, inviabilizando a
conexão eléctrica entre o fio e o anel. Geralmente, os sismos de média intensidade chegam a activar
os sensores sísmicos, sendo também bastante frequente o accionamento do detector de
descarrilamento mesmo sem este ocorrer [17].
Outras causas associadas à falha dos dispositivos de segurança devem-se à ausência de uma
manutenção periódica, nomeadamente, no caso dos interruptores sísmicos, ajustes mecânicos e
substituição de baterias, ou mesmo uma incorrecta calibração do nível de disparo.
Como já foi referido, a activação dos dispositivos de segurança sísmica requer a realização de uma
inspecção prévia ao restabelecimento do funcionamento do elevador por um técnico. Porém, a
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
35
saturação da capacidade de resposta dos técnicos na inspecção dos vários sistemas de elevadores,
associada aos eventuais congestionamentos de tráfego verificados após o terramoto, pode resultar
em longos períodos de espera, mesmo em instalações consideradas prioritárias, como é o caso dos
hospitais. Nestas instalações, em que a afluência aumenta substancialmente na fase pós-sismo, a
inutilização dos elevadores pode comprometer fortemente a operacionalidade dos serviços médicos,
nomeadamente no transporte entre pisos de doentes em condições críticas. Por outro lado, o
interruptor sísmico pode ser activado por vibrações de origem não sísmica, provenientes, por
exemplo, de uma obra próxima. Assim, a actividade do elevador é interrompida, afectando o
funcionamento da instalação hospitalar. Uma possível solução para este problema ou mesmo para
situações de emergência, consiste no desenvolvimento de um procedimento que forneça a orientação
necessária para que um indivíduo, sem conhecimentos técnicos, consiga reiniciar o sensor e
restabelecer o funcionamento do elevador a uma velocidade reduzida.
Contudo, de uma forma geral, é unânime a eficácia demonstrada pelo desempenho destes
dispositivos na mitigação dos danos em sistemas de elevadores quando sujeitos a um evento
sísmico. No entanto, é inegável a necessidade de desenvolvimento de mais estudos focados no
aperfeiçoamento destes sensores.
Energia Eléctrica
As frequentes, e geralmente prolongadas, perdas de energia que se verificam durante e após os
terramotos, obrigam, na ausência de geradores de emergência, à imediata paragem do elevador, com
consequente enclausuramento dos seus ocupantes e invalidação dos dispositivos de segurança
sísmica.
Também o confinamento a espaços pequenos e sem iluminação, associado aos fortes receios que a
ocorrência de um sismo suscita, constituem alguns dos factores que definem o nível de terror vivido
pelas pessoas presas no interior da cabine. Estas situações são particularmente graves em hospitais,
caso estes passageiros consistam em doentes que necessitem de cuidados médicos.
Estas ocorrências geralmente exigem operações de salvamento, as quais, se não realizadas por
pessoas que conheçam o processo adequado de abertura das portas do elevador, podem tornar-se
perigosas e resultar na danificação das mesmas [56].
3.3.2. Sensibilidade Sísmica
De uma forma geral, os dois factores responsáveis pela falha dos componentes de elevadores devido
a fenómenos sísmicos, resumem-se à aceleração e deformação induzidas no sistema através da
estrutura. Assim, em função da sensibilidade dos elementos face aos efeitos da acção sísmica, estes
podem ser classificados como sensíveis à aceleração, sensíveis à deriva, ou sensíveis à aceleração e
deriva.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
36
A gama de propriedades intrínsecas dos componentes integrantes dos elevadores, impossibilita a
inserção destes sistemas numa única categoria. Desta forma, Taghavi e Miranda [64] sugerem uma
classificação dos mesmos, apresentada na Tabela 3.2.
Tabela 3.2 - Classificação dos componentes de elevadores em função da sua sensibilidade.
Sensibilidade Definição Componente
Aceleração
Elementos que podem sofrer perda de equilíbrio devido às
forças de inércia ou que não podem sofrer acelerações
acima de um determinado valor, destacando-se os
equipamentos pesados simplesmente apoiados ou
elementos associados a fixações deficientes.
Equipamento
existente na casa
das máquinas
Deriva
Elementos afectados pela deformação da estrutura,
nomeadamente pelo deslocamento relativo entre pisos,
uma vez que são obrigados a acompanhar a edificação por
se encontrarem fixos a esta em vários pontos, pela rigidez
incompatível entre o edifício e o componente, pela
interacção entre sistemas adjacentes estruturais e não
estruturais.
Cabine
Aceleração e
Deriva
Elementos afectados pelas acelerações e deformações
entre pisos. Guias e Contrapeso
Note-se que não são referidos os componentes específicos dos elevadores hidráulicos. Contudo, com
base nos dados recolhidos, aponta-se as tubagens e os reservatórios como elementos sensíveis à
deriva e aceleração respectivamente.
3.4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Durante os terramotos, existe uma evidente discrepância ao nível do comportamento dos sistemas de
tracção e hidráulicos, o que aponta para uma menor sensibilidade destes últimos (sem contrapeso).
Contudo, aquando a realização deste trabalho constatou-se uma escassez de informação referente
ao desempenho sísmico dos elevadores hidráulicos, o que pode comprometer significativamente a
avaliação da sua vulnerabilidade sísmica.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
37
O sistema do contrapeso-guia apresenta-se como o mais vulnerável à acção sísmica devido,
essencialmente, à elevada massa do contrapeso, sendo mesmo o componente mais pesado do
conjunto.
Chama-se a atenção para o facto dos relatórios elaborados, não apresentarem uma informação
detalhada das causas associadas aos danos registados, assim como a localização e caracterização
dos edifícios que incorporam os elevadores afectados. Estas omissões impossibilitam estabelecer
uma correlação entre os danos observados e a vibração sísmica induzida aos sistemas.
A inutilização dos elevadores, devido a cortes de energia ou à activação dos dispositivos de
segurança sísmica, associados aos atrasos na realização de inspecções para o restabelecimento da
operacionalidade do sistema, pode afectar gravemente a capacidade de resposta dos hospitais.
Posto isto, e dada a extensão de danos observados em sismos recentes, verifica-se ainda a
necessidade de melhorar o desempenho dos sistemas de elevadores, nomeadamente em hospitais.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
38
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
39
4. RETROSPECTIVA DE TRABALHOS DE INVESTIGAÇÃO
4.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
O terramoto de San Fernando constitui um ponto de viragem na evolução de elevadores na temática
da segurança sísmica, despertando a atenção para a vulnerabilidade inerente destes sistemas em
edifícios, nomeadamente hospitais, quando sujeitos a fortes movimentos do solo. Este facto conduziu
a uma crescente preocupação na limitação e mitigação de danos, traduzindo-se na elaboração de
diversos estudos, centrados no comportamento sísmico deste meio de transporte.
Neste capítulo são apresentados um conjunto de estudos com base em diferentes modelos e
pressupostos, focados essencialmente na resposta sísmica do sistema do contrapeso-guia. A escolha
do objecto de estudo deve-se facto dos danos associados a este sistema constituírem, num cenário
sísmico, a causa mais significativa na falha de elevadores [71].
Em nenhuma das pesquisas seguidamente apresentadas, se considera a hipótese de ocorrência de
corte de energia, o que resultaria na interrupção do funcionamento do referido transporte vertical e de
outros dispositivos.
4.2. SISTEMA DO CONTRAPESO-GUIA
A forte susceptibilidade dos elevadores face à acção sísmica fomentou contínuas pesquisas do seu
comportamento dinâmico, com particular destaque do sistema contrapeso-guia associado a
rodadeiras. Contudo, a complexidade inerente deste sistema, gera inúmeras dificuldades na
elaboração de modelos que reproduzam de forma fidedigna a sua resposta sísmica
O profundo conhecimento da mecânica e dinâmica do sistema constitui uma ferramenta indispensável
na identificação das características do seu comportamento e a sua inclusão nos modelos de estudo,
nomeadamente as não linearidades introduzidas durante as vibrações. Estas podem apresentar as
seguintes origens [61]:
cedência das guias ou do sistema de suporte. Porém, pode coincidir com o descarrilamento do
contrapeso resultante, possivelmente, da flexão da alma. Desta forma, o estudo do sistema em
fase pós-cedência não apresenta grandes vantagens;
compressão total das molas das rodadeiras, que pode ser evitada com base num adequado
dimensionamento;
forças introduzidas pelo contacto entre as guiadeiras ou limitadores de movimento e as guias
(vibrações induzidas no plano da arcada do contrapeso e/ou perpendicularmente a este);
forças introduzidas pelo contacto entre a arcada e as guias (vibrações contidas no plano do
contrapeso).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
40
De acordo com Singh et al. [61], é bastante plausível admitir que, para sismos de média intensidade,
o sistema é dotado de um comportamento linear. Porém, para fortes movimentos do solo as não
linearidades são introduzidas pelos contactos entre os referidos elementos (dois últimos pontos).
Estudos revelam que o comportamento do sistema contrapeso-guia é fortemente afectado pela
intensidade da acção sísmica, pelos espaçamentos entre elementos, pelas características dinâmicas
do sistema e pela localização do contrapeso. Assim, a introdução das não linearidades em sistemas
com distintas características e sujeitos a diferentes acções sísmicas, aparentam constituir factores
fundamentais numa correcta avaliação do desempenho sísmico dos elevadores [61].
As várias investigações realizadas no âmbito do comportamento do sistema contrapeso-guia num
cenário sísmico, recorrem a um leque de metodologias, nomeadamente empíricas, analíticas e
numéricas. Estas últimas apresentam uma vasta aplicabilidade uma vez que permitem recorrer a
programas de cálculo automático para modelar o sistema de acordo com o grau de complexidade
pretendido. Neste contexto destaca-se o conhecido método de elementos finitos que se baseia na
equação de equilíbrio dinâmico:
(4.1)
Sendo,
[M] – matriz de massa do sistema;
[C] – matriz de amortecimento;
[K] – matriz de rigidez;
– vector de acelerações do sistema;
– vector de velocidades;
– vector de deslocamentos (e rotações);
– vector das forças aplicadas.
As forças aplicadas estão associadas à aceleração imposta pelo edifício ao sistema ( e às acções
introduzidas pelas não linearidades ( ). Posto isto, a resposta do contrapeso sujeito a uma acção
sísmica pode ser determinada pela seguinte expressão [61]:
(4.2)
Procede-se a uma breve descrição de alguns modelos utilizados no estudo da resposta sísmica do
sistema contrapeso-guia.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
41
4.3. ANÁLISES DINÂMICAS DO SISTEMA CONTRAPESO-GUIA
Em 1983, Yang e seus colaboradores [71] elaboraram uma análise comparativa do comportamento
dinâmico não linear do sistema contrapeso-guia, com base num modelo físico e um numérico, quando
sujeito a uma acção imposta no plano da sua arcada.
O modelo físico é composto por dois veios de secção circular, destinados a orientar horizontalmente o
movimento de uma plataforma, a qual se encontra conectada a uma mesa sísmica. A plataforma
suporta o modelo do contrapeso e das respectivas guias, as quais consistem em duas barras
metálicas horizontais, de secção rectangular. O contrapeso foi modelado por um par de placas
conectadas às extremidades de uma barra central e a dois elementos flexíveis que simulam a arcada.
Os pesos são representados por um conjunto de massas ligadas perpendicularmente ao elemento
central. Cada canto da arcada foi apoiado por uma mola representativa das rodadeiras.
Este modelo foi assim utilizado para a medição do deslocamento da arcada do contrapeso e do meio
vão das guias, através de um conjunto de transdutores, quando o sistema é sujeito a uma aceleração
harmónica imposta na direcção indicada na Fig. 4.1, caracterizada por um leque de frequências de
0,5 Hz a 20 Hz.
No modelo de elementos finitos, o sistema contrapeso-guia foi modelado com base num modelo de
viga simplesmente apoiada, através de elementos de barra, como se encontra esquematizado na
Fig. 4.2. A arcada do contrapeso consiste num elemento de barra com as extremidades elasticamente
apoiadas. Os pontos de contacto entre a arcada e as guias durante a imposição da acção sísmica
foram simulados através de molas de comportamento não linear. Estes elementos caracterizam-se
por uma elevada rigidez durante o contacto, traduzindo um movimento conjunto dos dois
componentes, sendo nula na situação contrária. Para a determinação da resposta dinâmica
recorreu-se ao método de integração directa, com a definição de dois intervalos de tempo, ΔT1 e ΔT2,
durante o contacto entre a arcada e a guia e na situação contrária respectivamente. Note-se que ΔT2
é muito reduzido, devido à elevada rigidez das molas não lineares. As matrizes de amortecimento da
arcada e das guias foram definidas com base no amortecimento de Rayleigh5 e considerando um
coeficiente de amortecimento de 2%. Foi imposta uma aceleração harmónica traduzida pela seguinte
equação:
(4.3)
Com A0 igual a 0,16 g e f a frequência da acção excitadora comportando os valores 2, 3 e 4 Hz, pois,
com base numa análise anterior, verificou-se que os deslocamentos do contrapeso, sem a influência
das guias, apresentam uma amplitude máxima para 4 Hz, uma vez que constitui o valor mais próximo
da frequência fundamental do contrapeso (7 Hz).
5 A matriz de amortecimento de Rayleigh é estabelecida por [C]=α[M]+β[K], sendo [C] a matriz de amortecimento,
[M] a matriz de massa, [K] a matriz de rigidez e α e β constantes definidas em função do coeficiente de amortecimento.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
42
k1 – Mola linear
k – Mola não linear
Para reduzir o elevado período de processamento e evitar que os deslocamentos do contrapeso
excedessem os verificados nas guias, aplicaram-se duas técnicas. A primeira consistiu na diminuição
da rigidez das molas não lineares, implicando um aumento de ΔT2, e a imposição de deslocamentos
relativos nulos sempre que era estabelecido o contacto entre dois pontos nodais da guia e do
contrapeso. A segunda técnica consistiu na colocação de amortecedores paralelamente às molas de
comportamento não linear, caracterizados por um elevado coeficiente de amortecimento durante o
contacto entre o contrapeso e a guia, sendo nulo na situação contrária. Como ambos os modelos não
apresentam as mesmas características físicas, apenas foi possível comparar qualitativamente as
formas gerais das respostas dos sistemas de cada modelo, isto é, sem ter em conta as respectivas
amplitudes, constatando-se a concordância de resultados dos modelos.
Tzou e Schiff [66] [68] recorreram a um modelo de elementos finitos semelhante ao utilizado por Yang
[71], para realizar uma análise dinâmica não linear do sistema contrapeso-guia, considerando a acção
contida no plano do referido componente. Este estudo focou-se nos impactos entre a arcada, as
rodadeiras e as guias.
Na modelação do contrapeso apenas se considerou a rigidez de um dos lados da arcada, pois as
vibrações impostas no plano das guias provocam o contacto das massas com um dos lados da
arcada. Assim, admitiu-se o contacto permanente da arcada e das massas, desprezando-se a
influência introduzida pela colisão entre estas. Para simular o peso do contrapeso, consideraram-se
cinco massas concentradas, ligadas ao elemento de modelação da arcada, dispostas ao longo dos
2/3 inferiores da altura desta. As extremidades da barra central encontram-se apoiadas em quatro
molas lineares, correspondentes às rodadeiras.
As guias foram modeladas como vigas simplesmente apoiadas, adoptando-se um pequeno
espaçamento entre estas e a arcada. Os pontos de contacto dinâmico entre a arcada e as guias
foram modelados por molas de comportamento bilinear e amortecedores viscosos. Assim, quando o
Guias
Direcção da
Excitação
Pesos Arcada
(barra central) Plataforma
Suporte das
guias
Fig. 4.1 - Esquema do modelo físico do sistema
contrapeso-guia (adaptado de [71]).
Fig. 4.2 - Esquema do modelo de elementos finitos
do sistema contrapeso-guia (adaptado de [71]).
Arcada do
contrapeso
Guia
Guia
k1
k1 k k
k1
k1
k k k
k
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
43
deslocamento relativo entre a guia e a arcada excede o espaçamento entre estas, a segunda secção
da mola (não linear) é automaticamente activada. Este processo introduziu elevadas forças de
contacto no sistema, as quais podiam ser bastante destrutivas. A adição do amortecedor viscoso, em
paralelo com a mola de contacto, permitiu reduzir as frequências de oscilação das massas
concentradas e estabilizar os resultados obtidos pelo processo de integração numérica. Na Fig. 4.4 é
possível observar um esquema do modelo utilizado na análise dinâmica.
Fig. 4.3 - Esquema de uma única massa do sistema do contrapeso (adaptado de [68]).
No estudo considerou-se o contrapeso localizado entre pisos, modelando-se um único vão da guia. A
acção imposta consistiu numa aceleração harmónica, com uma amplitude de 0,4g e frequências de
1,2, 0,5 e 0,3 Hz.
Constatou-se que o número de contactos consecutivos aumenta com a diminuição da frequência da
acção imposta, e que, os esforços resultantes destes contactos eram bastante superiores à acção de
cálculo em vigor na altura. Verificou-se ainda que a utilização do apoio intermédio em U, permite
reduzir substancialmente (cerca de 40%) a força transmitida pelas colisões entre os referidos
componentes, e ainda limitar o deslocamento relativo entre guias, evitando o desencaixe das
guiadeiras e, consequentemente, o descarrilamento do contrapeso.
Fig. 4.4 - Esquema do modelo de elementos finitos do sistema do contrapeso (adaptado de [68]).
Para avaliar os esforços resultantes do contacto entre os pesos e a arcada do contrapeso num
cenário sísmico, Tzou e Schiff [69] [67] modelaram a guia e a arcada do contrapeso como uma única
viga combinada, e introduziram grandes espaçamentos entre as massas e a arcada. Esta alteração,
inicialmente proposta pela empresa Hitachi Elevator, surgiu do pressuposto de que, se os pesos e a
Acção
Imposta Guias
Contrapeso
Massas
Mola da
rodadeira
Espaçamento
Contrapeso
(arcada e massas) Guia
Guia
Elemento de
contacto não
linear
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
44
arcada estivessem bastante afastados entre si, não estabeleceriam contacto quando o sistema fosse
sujeito a uma acção sísmica.
Assim, esta modificação permitiu aperfeiçoar o desempenho sísmico do contrapeso quando não é
verificado contacto. No entanto, as massas ficam sujeitas a maiores forças de inércia devido à
aceleração gerada pelo aumento do referido espaçamento, resultando no incremento da acção de
contacto, comparativamente com o obtido no modelo de espaçamento reduzido [68]. Contudo, a não
consideração da influência do atrito entre os pesos, pode levar a uma majoração da força de contacto
calculada.
Fig. 4.5 - Esquema do modelo de elementos finitos do sistema do contrapeso com espaçamentos
elevados (cerca de 15 centímetros) (adaptado de [67]).
Singh et al. [62] [61] procuraram analisar analítica e numericamente as características do
comportamento sísmico do sistema contrapeso-guia no plano da arcada e perpendicularmente a este,
de forma a apreciar a influência da inclusão das não linearidades e avaliar a eficácia dos apoios
intermédios. O contrapeso foi modelado como um corpo rígido na arcada, caracterizado por cinco
graus de liberdade, correspondentes a duas translações horizontais e três rotações relativas ao eixo
vertical e dois horizontais, traduzindo a resposta do sistema no plano do contrapeso e
perpendicularmente a este. Considerou-se cada canto do contrapeso apoiado por molas em série
representativas da flexibilidade do sistema proporcionada pelas guias, brackets e rodadeiras,
nomeadamente, as molas helicoidais e o revestimento de borracha dos rolamentos. A rigidez do
sistema guias-brackets depende da localização do contrapeso.
Considerando apenas as linearidades do sistema, Singh et al. [62] determinaram as rigidezes das
guiadeiras, pressupondo o contacto permanente entre a rodadeira e a guia. Neste estudo
considerou-se o elevador instalado em dois edifícios de características dinâmicas distintas, para
definir as diferentes acelerações transmitidas ao sistema pelos diversos apoios da guia, ao longo da
altura do edifício. Assim, admitiu-se duas estruturas de 10 e 24 andares, caracterizadas por 3 e 1
graus de liberdade por piso respectivamente, em que a primeira apresenta uma forte componente de
torção. Para ambos os edifícios assumiu-se um amortecimento de 5%. Recorreu-se ao
amortecimento de Rayleigh para o sistema contrapeso-guia, admitindo-se um coeficiente de
amortecimento de 2%. Com base em acelerogramas impostos aos edifícios realizaram-se análises no
Viga combinada
(Guia e Arcada) Acção
Imposta
Espaçamento
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
45
domínio do tempo, para determinar a acção imposta ao sistema do contrapeso, através dos quatros
pontos de contacto com a guia.
Com base nos resultados obtidos, foi possível identificar os principais factores que influenciam a
resposta do sistema contrapeso-guia durante um evento sísmico, e que apresentam um particular
interesse no âmbito do seu dimensionamento. Neste sentido, destacam-se os seguintes aspectos:
características dinâmicas da estrutura afectam a resposta do sistema, uma vez que tensões
máximas nas guias não ocorrem necessariamente no topo do edifício, onde as acelerações
são superiores;
efeito simultâneo de ambas as componentes horizontais da acção sísmica na análise do
comportamento dinâmico do sistema contrapeso-guia, uma vez que as tensões geradas no
banzo são afectadas por ambas as direcções. Esta consideração torna-se particularmente
importante, em edifícios caracterizados por uma elevada componente de torção;
tensões geradas nas guias devido às vibrações contidas no plano do contrapeso tendem a
ser superiores às resultantes da acção aplicada na direcção perpendicular, devendo ser
dotadas de particular atenção no dimensionamento destes componentes;
selecção de um adequado coeficiente de rigidez do sistema da rodadeira, pois se este for
pouco rígido pode gerar elevadas tensões, nomeadamente, nas guias de reduzidas
dimensões. No entanto, o aumento da rigidez poderá ter repercussões negativas na
qualidade do transporte. Assim, a utilização de rodadeiras com mais de três rodas e com uma
superfície mais flexível poderá minimizar as tensões nas guias, sem deteriorar o conforto da
viagem;
dimensionamento dos brackets tendo em conta as dimensões das guias, pois, geralmente, o
uso de secções transversais de maiores dimensões para o mesmo sistema, resulta em
maiores esforços nos apoios.
Os autores comprovaram ainda a eficácia dos apoios intermédios instalados a meio vão das guias, na
minimização da vulnerabilidade sísmica do contrapeso, constatando-se uma redução de cerca de
25% nas tensões máximas de flexão geradas na alma. A utilização de mais do que um apoio
intermédio, num único vão, permite incrementar a redução dos esforços nas guias.
Num estudo posterior, Singh et al. [61] procuraram incluir as não linearidades do sistema
contrapeso-guia, provenientes do contacto entre o limitador de movimento e a guia e, entre esta e a
arcada do contrapeso, traduzindo-se em grandes alterações da rigidez do conjunto. Na primeira
situação, a rigidez do sistema foi proporcionada essencialmente pela guia e os brackets, a qual
apresenta-se bastante superior, comparativamente com a das guiadeiras, uma vez que após o
contacto estas funcionam como um corpo rígido, verificando-se assim um aumento da rigidez do
sistema.
Na análise numérica considerou-se o contrapeso a deslocar-se descendentemente ao longo do piso
de topo do edifício de 10 andares, definido no estudo anterior.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
46
Neste estudo, os autores procuram avaliar a influência dos espaçamentos máximos entre os referidos
componentes.
Mais uma vez, os resultados permitiram constatar que as tensões máximas nas guias podem ocorrer
nos pisos baixos. Os valores máximos de tensões nas guias e de forças nos apoios crescem com o
aumento da distância entre a guia e os limitadores de movimento, embora em proporções diferentes,
até atingir um valor de pico, decrescendo à medida que esse espaçamento continua a aumentar. A
distância entre guia e os limitadores de movimento correspondente ao referido valor de pico é
superior ao estabelecido no código norte-americano (5 milímetros). Estes espaçamentos influenciam
a frequência (e intensidade) das forças de impacto. Este facto aponta para a necessidade de incluir
estas acções na metodologia de dimensionamento destes elementos. Os resultados obtidos
indicaram uma maior frequência de colisões entre as guias e a arcada para espaçamentos inferiores
a 13 milímetros (valor estabelecido no ASME A17.1).
4.4. SISTEMAS DE PROTECÇÃO DO SISTEMA CONTRAPESO-GUIA FACE À ACÇÃO
SÍSMICA
Durante terramotos de média a forte intensidade, o contrapeso, sendo o componente mais pesado de
um elevador, pode induzir excessivos esforços às respectivas guias. Com o intuito de minimizar a
acção transmitida ao sistema contrapeso-guia e, por conseguinte, optimizar o desempenho sísmico
do sistema, é possível recorrer a apoios intermédios, aumentar as secções das guias ou variar os
espaçamentos entre a arcada, guia e limitador de movimento. Contudo, estas modificações podem
introduzir outros factores que podem comprometer o comportamento do elevador, como é o caso da
qualidade de transporte depender dos espaçamentos referidos.
Dadas as exigências impostas aos elevadores em instalações hospitalares, nomeadamente na
manutenção da sua operacionalidade após o evento sísmico, a utilização de sistemas de protecção
mais desenvolvidos, destinados a melhorar o desempenho do transporte vertical, constitui uma opção
bastante vantajosa.
Actualmente, é bastante comum a utilização de sistemas de dissipação de energia e de isolamento de
base no dimensionamento estrutural de edifícios, destinados a minimizar os efeitos dinâmicos da
acção sísmica na edificação. Posto isto, é perfeitamente lógico considerar mecanismos semelhantes
para reduzir a resposta sísmica de sistemas mecânicos e aperfeiçoar o desempenho dos elevadores
aquando terramotos. Neste contexto, Tzou [67], Ridolva e Singh [52] [53] analisaram a eficácia e
respectivas limitações dos seguintes métodos de dissipação de energia no sistema do contrapeso:
amortecedores viscosos;
amortecedores de material viscoelástico;
amortecedor de massa sintonizado em modo passivo ou activo.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
47
4.4.1. Amortecedores Viscosos
Ridolva e Singh [52] consideraram pequenos amortecedores viscosos (sistema de controlo passivo)
acomodados em espaços restritos. Os autores verificaram que um aumento do coeficiente de
amortecimento do sistema de 2% para 5%, permite optimizar significativamente a sua capacidade de
dissipação de energia e consequentemente, minimizar a resposta sísmica do sistema.
Contudo, o reduzido espaço disponível para a instalação destes dispositivos pode comprometer o seu
desempenho. Uma possibilidade consiste na sua instalação paralelamente às molas das rodadeiras.
Esta opção apenas se apresenta (pouco) eficaz quando não é estabelecido contacto entre as guias e
os limitadores de movimento.
4.4.2. Amortecedores de Material Viscoelástico
Tzou [67] avaliou a eficiência de amortecedores de material viscoelástico (sistema de protecção
passivo), instalados entre as massas e a arcada do contrapeso, na minimização do contacto dinâmico
entre estes, e na dissipação de parte da energia de vibração. Os amortecedores de material
viscoelástico podem ser definidos analiticamente com base num modelo viscoelástico linear padrão,
caracterizado por uma mola em paralelo com uma combinação em série de uma mola e um
amortecedor viscoso. Na análise de elementos de finitos foram modelados com uma mola não linear
e um amortecedor.
O recurso a amortecedores permitiu obter uma redução significativa da força de contacto na guia,
desde que seja seleccionado um coeficiente de rigidez adequado, ou seja, suficientemente rígido
para evitar a colisão entre as massas e o elemento de modelação da arcada e guia (viga combinada),
e suficientemente flexível para não restringir o movimento dos pesos.
Apesar das desvantagens associadas ao recurso destes elementos num sistema de contrapeso,
nomeadamente o custo de instalação e a modificação da configuração do sistema existente, os
autores consideraram estes dispositivos uma mais-valia para elevadores instalados em hospitais,
uma vez que os benefícios da sua utilização poderiam compensar o respectivo custo.
4.4.3. Amortecedor de Massa Sintonizado (TMD)
O amortecedor de massa sintonizado (TMD – Tuned Mass Damper) consiste num oscilador de um
grau de liberdade cuja frequência fundamental é seleccionada de forma a coincidir com a do sistema.
Este dispositivo destina-se a receber a energia transferida pelo componente do elevador, com o
intuito de diminuir a deformação deste por aumento da deformação do TMD.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
48
Para reduzir os níveis de vibração do contrapeso, Ridolva e Singh [52] propuseram a utilização da
parte superior do conjunto formado pelos pesos do contrapeso como a massa de um amortecedor de
massa sintonizado, recorrendo-se a uma de mola e um amortecedor entre a massa e a arcada.
Também é possível recorrer a um TMD activo, com a introdução de um actuador, como se pode
observar na Fig. 4.6, que introduz uma força de controlo no dispositivo
A utilização dos amortecedores de massa sintonizados comporta algumas dificuldades que, podem
inviabilizar esta abordagem, das quais se destacam:
reduzido espaço livre existente entre os pesos e arcada do contrapeso, podendo não
acomodar o movimento da massa do TMD ou condicionar a dimensão do actuador e,
consequentemente a força imposta ;
dificuldades na selecção da frequência de sintonização, uma vez que a frequência do sistema
varia com a posição do contrapeso, com a intensidade da acção sísmica e com a ocorrência
de contacto entre as guiadeiras, ou a arcada do contrapeso, e a guia, e entre esta e o
limitador de movimento.
Note-se que estes dispositivos apenas são eficazes na minimização da resposta sísmica do sistema
no plano da arcada. Contundo, no capítulo anterior constatou-se que as vibrações induzidas no plano
do contrapeso resultam em consequências mais severas.
Com base em modelos utilizados em estudos anteriores (acima referidos), e considerando o
contrapeso inserido num edifício de 10 pisos, os autores analisaram numericamente o desempenho
dos TMD de diferentes massas (10, 20, 30 e 40% da massa do contrapeso) e frequências. A acção
imposta consistiu em acelerogramas.
Para o modo passivo, constatou-se que o valor óptimo das frequências de sintonização encontra-se
no intervalo de 80 a 100% da frequência do sistema quando ambos os limitadores de movimento
(superior e inferior) estão em contacto com a guia. O estudo comprovou a eficácia destes dispositivos,
traduzida pela redução das tensões geradas nas guias, associada a deslocamentos da massa
aceitáveis.
Porém, o desempenho dos TMD pode ser substancialmente melhorado com a sua utilização em
modo activo, nomeadamente para os dispositivos mais leves (10%), exigindo, no entanto, uma maior
força introduzida pelo actuador [52].
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
49
Fig. 4.6 - Esquema do contrapeso com parte dos pesos a actuar como um TMD [52].
4.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A vulnerabilidade do sistema do contrapeso-guia durante um evento sísmico, resultou no
desenvolvimento de inúmeras pesquisas, centrados no estudo do seu desempenho e das
características do seu comportamento. Os estudos analisados visam aperfeiçoar e desenvolver
metodologias de instalação e dimensionamento, destinadas a mitigar as perdas humanas e materiais.
Reconhece-se a eficácia dos amortecedores de material viscoelástico e dos TMD na redução da
resposta do sistema, revelando-se uma hipótese a considerar a nível dos sistemas de elevadores,
nomeadamente em instalações hospitalares.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
50
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
51
5. RETROSPECTIVA DE METODOLOGIAS DE VERIFICAÇÃO DE
SEGURANÇA
5.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
Os sistemas de elevadores constituem elementos não estruturais e, como tal, não são considerados
na avaliação da resistência estrutural da edificação onde se encontram instalados. Porém, comportam
uma importância inquestionável na capacidade das instalações hospitalares desempenharem as suas
funções.
A sensibilidade própria dos componentes integrados no elevador, em termos de acelerações e/ou de
deslocamentos entre pisos (Tabela 3.2), pode condicionar a respectiva integridade e,
consequentemente, a sua operacionalidade aquando um evento sísmico. A este propósito
apresenta-se um conjunto de normas e recomendações de dimensionamento de elementos não
estruturais.
Também são abordados regulamentos específicos para os elevadores, abrangentes os seus vários
componentes, com a definição de acções de dimensionamento sísmico e disposições construtivas, a
limitação das tensões e deformações e a imposição de dispositivos de segurança.
5.2. ESTIMATIVA DA FORÇA DE INÉRCIA OU ACELERAÇÃO DEVIDO À ACÇÃO
SÍSMICA
O dimensionamento dos elementos sensíveis à aceleração baseia-se em expressões empíricas para
estimar a força de inércia (ou acelerações) que se desenvolve no elemento.
A força de inércia gerada num componente durante um evento sísmico, resulta do produto entre a sua
massa e a respectiva aceleração, traduzindo um requisito de dimensionamento sísmico exigido para
cada elemento, dependente de uma gama específica de parâmetros. Assim, tem-se observado um
contínuo esforço no desenvolvimento de expressões que melhor reproduzam a acção sísmica gerada
nos equipamentos, com o intuito de dimensionar as suas ligações à estrutura ou verificar da sua
estabilidade.
Desta forma, estas metodologias destinam-se a prevenir derrube ou deslocamento dos componentes
do elevador durante o sismo, nomeadamente das guias, dos equipamentos existentes na casa de
máquinas, etc.
Contudo, dada a diversidade de componentes que integram os elevadores e respectivas localizações
na estrutura hospitalar, os valores de aceleração de dimensionamento sísmico devem ser
considerados meramente indicativos.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
52
5.2.1. Guia de Instalação de Equipamentos para Unidades de Saúde em Zonas
Sísmicas
A Associação Francesa de Engenharia Sísmica (AFPS) desenvolveu o Guia de Instalação de
Equipamentos para Unidades de Saúde em Zonas Sísmicas com o intuito de optimizar o
funcionamento dos principais elementos não estruturais e garantir a sua operacionalidade após a
ocorrência de sismos.
No território francês, a avaliação do risco sísmico necessária para a definição das zonas sísmicas
baseia-se numa metodologia empírico-estatística. Todavia, verifica-se uma tendência para a transição
de uma abordagem probabilística destinada à aplicação do EC8 [23]. Com base na metodologia
actualmente implementada, existem cinco níveis de sismicidade: 0, Ia, Ib, II e III.
Em 2005 foi publicado um novo mapa de zonamento sísmico, o qual baseia-se numa avaliação
probabilística do risco sísmico, permitindo estimar, em qualquer ponto do território, o nível de
aceleração do solo com maior probabilidade de ocorrer para um determinado intervalo de tempo [51].
Tabela 5.1 - Duas abordagens de definição do zonamento sísmico do território Francês.
Empírico-Estatística Probabilística
Zona Sísmica Nível de
Sismicidade Zona Sísmica
Aceleração
(m/s2)
0 Insignificante 1 < 0,7
Ia Muito Fraco 2 [0,7; 1,1[
Ib Fraco 3 [1,1; 1,6[
II Média 4 [1,6; 3,0[
III Forte 5 ≥ 3,0
Em função da gravidade das consequências resultantes da ocorrência de terramotos, a legislação
Francesa classifica as edificações em duas categorias, ―risco normal‖ e ―risco especial‖. A primeira
engloba estruturas, equipamentos e instalações cujos danos resultantes de eventos sísmicos (com
uma probabilidade de ocorrência de 10% em 50 anos) apenas afectam os seus ocupantes e as
estruturas existentes nas proximidades, definindo-se um total de quatro classes, A (não sujeita a
medidas de dimensionamento sísmico), B, C e D, as quais correspondem às categorias de
importância I, II, III e IV respectivamente, definidas no EC86. Na categoria de ―risco especial‖, os
efeitos sísmicos não se limitam apenas às imediações das instalações e equipamentos abrangendo
uma área mais vasta, como é o caso de barragens e instalações nucleares.
6 Excepção ao nível das escolas, uma vez que encontram-se inseridas na classe B no regulamento Francês e na
categoria III no EC8.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
53
Desta forma, com base no zonamento e na classe de importância socioeconómica conferida à
estrutura, o documento define os seguintes valores mínimos de aceleração a considerar no cálculo da
acção sísmica, para o dimensionamento de estruturas e equipamentos pertencentes à categoria de
risco ―normal‖. As instalações hospitalares encontram-se inseridas na classe D.
Tabela 5.2 - Valores mínimos de aceleração do solo (m/s2) em função da zona e da classe.
Zona
Sísmica
Classe
A B C D
0
0
0 0 0
Ia 1,0 1,5 2,0
Ib 1,5 2,0 2,5
II 2,5 3,0 3,5
III 3,5 4,0 4,5
Actualmente, tal como se verifica em Portugal e em muitos outros países europeus, França não
apresenta qualquer regulamento específico para o dimensionamento sísmico de elevadores. Todavia,
para uma informação mais detalhada, o referido documento recomenda a consulta dos regulamentos
dos EUA e do Japão, os quais serão abordados nesta dissertação.
De acordo com os seus níveis de exigência de desempenho, os equipamentos existentes nas
unidades de saúde são classificados em quatro categorias definidas na Tabela 5.3. Esta distinção é
definida com base na hierarquização das funções essenciais a realizar, nos riscos associados às
falhas dos equipamentos, e ainda nos efeitos da interacção entre os mesmos. Como seria expectável,
para os sistemas de elevadores é exigida a manutenção da sua operacionalidade após um evento
sísmico, inserindo-se na classe E1.
Tabela 5.3 - Classificação dos equipamentos.
Classe Equipamentos
E1 Para os quais é necessário garantir a sua operacionalidade
após o sismo, ou seja, manter as suas funções activas.
E2 Para os quais é necessário garantir a sua estabilidade e
integridade, ou seja, manter as suas funções passivas.
E3 Para os quais é necessário garantir apenas a sua
estabilidade; ou seja, evitar o seu colapso (total ou parcial).
E4 Todos os equipamentos não pertencentes a nenhuma das
categorias anteriores.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
54
Abordam-se três metodologias de dimensionamento dos elementos e respectivas ligações. O primeiro
método reside em garantir a segurança às tensões geradas pela força sísmica determinada pela
equação (5.1), a actuar no centro de massa do equipamento. A acção é aplicada segundo a direcção
que traduz a situação mais desfavorável em conjunto com a acção da força gravítica.
(5.1)
Sendo,
FS – força de dimensionamento sísmico aplicada no centro de massa do equipamento (N);
aN – aceleração do solo (m/s2);
g – aceleração gravítica (m/s2);
P – peso do equipamento (N).
No entanto, esta expressão considera o efeito de amplificação de forma constante, traduzido por um
coeficiente de valor 3, desprezando a variação da aceleração sísmica com a altura, a influência da
frequência do equipamento e da estrutura, pois a aceleração a que um equipamento está sujeito
depende das frequências próprias deste e da estrutura, cujo efeito de amplificação máxima está
associado ao fenómeno de ressonância. Desta forma, estabelece uma expressão pouco rigorosa,
independente da localização do equipamento dentro do edifício e das características dinâmicas da
estrutura e do equipamento.
O AFPS 90 [3] estabelece a seguinte expressão para a determinação da aceleração sísmica ao nível
do equipamento:
(5.2)
Sendo,
Af – estimativa da aceleração sísmica ao nível do equipamento;
Sf – ordenada do espectro definido na Fig. 5.1;
aN – aceleração do solo;
q – coeficiente de comportamento de valor igual a 1,5;
h – altura do equipamento em relação à base do edifício ;
ht – altura da cobertura do edifício.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
55
Fig. 5.1 - Espectro normalizado (adaptado de [40]).
Com base na relação entre o período do equipamento (T) e o período fundamental do edifício (Tb), o
espectro definido na Fig. 5.1 permite considerar a amplificação da aceleração no equipamento
correspondente ao efeito de ressonância traduzida pelo valor de pico (Sf = 6).
Caso não exista qualquer tipo de restrição sísmica, os blocos hospitalares, geralmente,
caracterizam-se por um período fundamental de 0,2 a 0,4 segundos [16]. Posto isto, observa-se a não
ocorrência de amplificação (Sf = 1) para equipamentos rígidos (T = 0) ou muito flexíveis (T > 2Tb) e
uma amplificação máxima para equipamentos usualmente caracterizados por períodos fundamentais
de 0,5 a 0,6 segundos.
O coeficiente de comportamento definido é idêntico para todo o tipo de equipamentos hospitalares,
não considerando as características de rigidez das ligações dos elementos à estrutura.
Fig. 5.2 - Evolução de Af/aN com h/ht.
Observando a Fig. 5.2, constata-se que a equação (5.2) incorpora o aumento linear das acelerações
sísmicas com a altura a que o equipamento se encontra no edifício. Contudo, caso ocorra o fenómeno
de ressonância, os equipamentos instalados no topo do edifício, como é o caso de grande parte de
0,5 0,67 1,5 20
1
2
3
4
5
6
7
0,1 1,6 3,1 4,6
Sf
T/Tb
0
2
4
6
8
10
12
14
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Af/a
N
h/ht
Sf=1
Sf=6
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
56
sistemas eléctricos de tracção com casa de máquinas, são afectados por acelerações sísmicas
bastante elevadas. Comparativamente com outros regulamentos, como se verá mais à frente,
verifica-se uma acentuada discrepância de amplificação de acelerações, atingindo valores
aparentemente excessivos, os quais poderão não ter em conta as limitações de desempenho
característica de cada elemento.
Alternativamente, é possível recorrer a uma análise dinâmica para determinar as acelerações em
cada piso (ver 5.2.4).
5.2.2. FEMA 450 (e ASCE 7-0.5)
O regulamento FEMA 450 [26] consiste num conjunto de recomendações destinadas a edifícios
novos, as quais definem critérios de dimensionamento sísmico de elementos não estruturais,
respectivos suportes e fixação, conectados de forma permanente à estrutura. Este documento serviu
de base à formulação da norma norte-americana ASCE 7-05 [4], a qual estabelece requisitos gerais
de dimensionamento do sistema estrutural e não estrutural, para vários tipos de acções, entre as
quais se destaca o cenário sísmico.
Com base num estudo desenvolvido pelo National Center for Earthquake Engineering Research
(NCEER), centrado na recolha de registos de acelerações de elementos sujeitos a fortes movimentos
do solo, o FEMA 450 [26] define a seguinte equação para determinar a força sísmica num
determinado componente não estrutural:
(5.3)
Sendo,
Fp – força sísmica aplicada horizontalmente no centro de gravidade do elemento não
estrutural e distribuída em função da distribuição da massa do mesmo;
ap – factor de amplificação dinâmica do elemento que depende do elemento considerado;
SDS – valor máximo da aceleração do espectro de resposta de dimensionamento dividido
pela aceleração gravítica;
Wp – peso próprio do elemento não estrutural;
Rp – coeficiente de comportamento do elemento;
Ip – coeficiente de importância do elemento;
Tp – período fundamental do equipamento;
z – altura do ponto de ligação do elemento à estrutura (0 ≤ z ≤ h);
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
57
h – altura da cobertura do edifício.
Os coeficientes ap e Rp permitem considerar a rigidez do equipamento e a ductilidade do sistema de
ligação, contudo, não abrangem a variabilidade de rigidezes e massas associadas à gama de
componentes e modelos de elevadores existentes, com consequente influência no respectivo
comportamento face à acção sísmica. Na Tabela 5.4 encontram-se estipulados os valores do
coeficiente de comportamento, assumindo-se uma deformabilidade moderada para os elevadores.
Tabela 5.4 - Valores de Rp em função da deformabilidade do elemento.
Deformabilidade Rp
Baixa 1,5
Moderada 2,5
Elevada 3,5
Salienta-se o facto do coeficiente de comportamento estabelecido para os sistemas de elevadores no
FEMA 356 [24] apresentar o valor de 3,0 e, portanto superior ao estipulado no FEMA 450 [26],
traduzindo-se numa maior exigência de ductilidade do sistema do elemento.
O coeficiente ap traduz a amplificação da força de dimensionamento associado ao comportamento
dinâmico do equipamento e/ou dos seus suportes. A quantificação deste parâmetro baseia-se na
classificação do elemento não estrutural em função da sua flexibilidade. Os elementos designados
por ―flexíveis‖ apresentam, em conjunto com as suas ligações, um período fundamental superior a
0,06 segundos, caso contrário são considerados ―rígidos‖. Assim, o FEMA 450 sugere o valor unitário
de ap para elementos rígidos ligados rigidamente e considerando que não existe perigo de
ressonância, e, em geral, 2,5 para componentes e ligações flexíveis. Note-se que este último valor
apresenta-se bastante inferior ao valor correspondente à ocorrência de ressonância definido no APFS
90 [3], com consequente impacto no dimensionamento das ligações.
A não contabilização do efeito de ressonância, traduzido pela relação entre frequências fundamentais
do componente e da estrutura, pode conduzir a valores de Fp não conservativos ou excessivamente
conservativos caso a frequência fundamental do equipamento e da estrutura sejam idênticas ou
distintas respectivamente [32]. Apesar de não ter sido incluída na metodologia proposta, a NCEER
definiu o coeficiente de amplificação dinâmica em função da relação entre o período fundamental do
equipamento e da estrutura, representado na seguinte figura.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
58
Fig. 5.3 - Evolução do factor ap em função do período do elemento, Tp, e do da estrutura, T (figura retirada
do FEMA 369 [25]).
Para os sistemas de elevadores estabelece-se um único coeficiente de amplificação, de valor unitário.
Desta forma, o referido documento não considera as características dinâmicas dos diferentes
componentes, definindo o sistema como rígido ou rigidamente fixo, mesmo para equipamentos
instalados na casa de máquinas sobre apoios relativamente flexíveis.
Fig. 5.4 - Evolução de S/SDS em função de z/H.
Pela Fig. 5.4, facilmente se constata que a equação (5.3) tem em conta um aumento linear em altura
das acelerações sísmicas na estrutura, apresentando valores no intervalo entre 0,4.SDS (base) e
1,2.SDS (cobertura) para elementos rígidos e entre 1,0.SDS e 3,0.SDS para componentes flexíveis.
Assim, expressão (5.3) apenas admite a aceleração de pico do solo ao nível da base do edifício,
desprezando a influência dos modos de vibração.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
[(F
p/
Wp).
(I p
/Rp)]
/SD
S
z/h
Elemento Rígido (ap=1,0)
Elemento Flexível (ap=2,5)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
59
Para sistemas de elevadores instalados em hospitais (Seismic Use Group III7) e que cuja interrupção
pode prejudicar o funcionamento da instalação, atribui-se um coeficiente de importância Ip igual a 1,5,
uma vez que é importante garantir a sua operacionalidade após um evento sísmico.
Alternativamente, é possível recorrer a uma análise modal para determinar as acelerações sísmicas
máximas a que um determinado componente encontra-se sujeito, permitindo considerar os efeitos de
torção da estrutura através do factor Ax. Desta forma, a acção sísmica é determinada através da
seguinte expressão:
(5.4)
(5.5)
Sendo,
Ax – factor de amplificação de torção;
ai – aceleração no nível i obtida por análise modal.
δmax – deslocamento máximo no piso x;
δavg – média dos deslocamentos em pontos extremos da estrutura no piso x
Devido a uma deficiente precisão nas estimativas das acelerações dos pisos inferiores do edifício,
impõe-se a necessidade de definir o seguinte limite mínimo à força de dimensionamento Fp:
(5.6)
No entanto, não necessita de apresentar valores superiores a:
(5.7)
A força sísmica Fp deverá ser aplicada em cada uma das duas direcções ortogonais horizontais [26],
em conjunto com as acções de serviço associadas ao componente.
A aplicação deste regulamento deverá ainda ser complementada com as disposições estabelecidas
no código ASME A17.1 [5], o qual será abordado mais à frente, referentes aos limitadores de
movimento, interruptor sísmico e ao modo de operação do sistema após a activação dos dispositivos
de segurança sísmica. Contudo, o interruptor sísmico deverá comportar dois eixos ortogonais no
7 As estruturas compostas por instalações vitais as quais necessitam de permanecer em funcionamento após a
ocorrência de um sismo ou contêm substâncias perigosas. Os hospitais encontram-se inseridos neste grupo.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
60
plano horizontal, e apresentar um nível de disparo de 0,3g no caso de edifícios cujo funcionamento
seja imprescindível, como é o caso das instalações hospitalares.
5.2.3. Eurocódigo 8 (e OPCM 3431)
Com base no nível de importância conferido ao elemento, o Eurocódigo 8 [23] estabelece dois
procedimentos para a verificação da segurança dos mesmos e suas ligações à estrutura, face à
acção sísmica. Para os elementos não estruturais de elevada importância ou que podem constituir
algum tipo de perigo, o EC8 [23] estabelece a realização de uma análise modal com base num
modelo da estrutura e de uma acção sísmica definida através de um espectro de resposta apropriado
(ver secção 5.2.4).
Nas restantes situações é possível determinar os efeitos da acção sísmica nestes elementos com
base numa força (Fa) a actuar horizontalmente no centro de massa do elemento não estrutural,
considerando a direcção mais desfavorável. Analogamente, esta metodologia também é adoptada
pelo governo italiano através da Ordinanza 3431 [46].
(5.8)
Sendo,
Fa – força sísmica aplicada horizontalmente no elemento não estrutural;
Wa – peso próprio do elemento não estrutural;
Sa – coeficiente sísmico aplicável ao elemento não estrutural;
γa – factor de importância do elemento;
qa – coeficiente de comportamento do elemento.
Refere-se ainda a necessidade de considerar os efeitos locais de transmissão de forças do elemento
não estrutural para a estrutura.
Os valores dos coeficientes de importância para diferentes elementos não estruturais, assim como os
limites máximos dos coeficientes de comportamento encontram-se tabelados (ver anexo A.1.1),
embora estes últimos não variem com o tipo de ligação do componente à estrutura. Constata-se ainda
que os valores definidos para estes parâmetros não fazem qualquer referência aos sistemas de
elevadores.
O coeficiente sísmico é determinado através da seguinte equação (5.9).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
61
(5.9)
Sendo,
α – quociente entre a aceleração de projecto em terreno tipo A (ag) e a aceleração gravítica
(g). O valor de ag é calculado como sendo o produto entre o coeficiente de importância
(γI) e a aceleração de projecto em rocha para o período de retorno de 475 anos (agR);
S – factor de terreno de fundação;
Ta – período fundamental do elemento não estrutural;
T1 – período fundamental do edifício segundo a direcção considerada;
H – altura do edifício acima das fundações ou topo de uma cave rígida;
z – altura do elemento não estrutural acima do ponto de aplicação da acção sísmica.
Reconhece-se que a acção sísmica definida pela expressão acima está associada ao Estado Limite
Último, não assim considerando a manutenção da operacionalidade do elemento para um sismo
correspondente ao Estado Limite de Utilização.
O coeficiente sísmico permite compreender a variação linear da aceleração sísmica em altura (ver
Fig. 5.5) e ainda a influência das características dinâmicas e de interacção entre o edifício e o
elemento não estrutural traduzidas pela relação Ta/T1, a qual introduz o efeito de ressonância
correspondente ao pico de aceleração representado na Fig. 5.6, tanto para a situação em que o
equipamento ocupa uma posição na base do edifício ou na cobertura.
Contudo, a equação (5.9) implica calcular o período fundamental de cada componente integrante do
sistema de elevador, processo este que pode comportar algumas dificuldades.
Fig. 5.5 - Evolução de Sa/α.S em função de z/H.
0
1
2
3
4
5
6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Sa/α
S
z/H
Ta=0
Ta=T1
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
62
Fig. 5.6 - Evolução de Sa/α.S em função de Ta/T1.
Com base nos gráficos acima expostos, observa-se que o coeficiente sísmico apresenta valores entre
αS e 5,5αS.
5.2.4. Análise Modal com Espectros de Resposta
A análise da resposta da estrutura, assim como os equipamentos que comporta, quando solicitada
por uma acção sísmica definida com base em espectros de resposta, permite determinar com menor
margem de erro, as acelerações e deslocamentos entre pisos.
Os esforços e deformações gerados nos elementos do sistema de elevadores e na estrutura, quando
o edifício é sujeito a uma acção sísmica, são determinados com base na modelação do equipamento
dentro do modelo de cálculo da estrutura. O componente pode ser modelado como um sistema
secundário de um grau de liberdade, consistindo numa massa concentrada, posicionada ao nível do
centro de massa do elemento. A sua ligação é simulada por meio de um elemento caracterizado por
uma rigidez correspondente à do equipamento e do respectivo sistema de fixação. Com base na
análise global do sistema é possível obter os esforços gerados ao nível do elemento e a resultante
das forças de ligação na estrutura.
Esta metodologia constitui uma abordagem de dimensionamento sísmico mais rigorosa, permitindo
considerar as acelerações espectrais correspondentes aos modos relevantes, assim como a
respectiva configuração.
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4
Sa/α
S
Ta/T1
z=0
z=H
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
63
Fig. 5.7 - Modelo da estrutura e do elemento não estrutural.
Alternativamente, é possível recorrer a uma metodologia mais complexa correspondente à
determinação do espectro de resposta da aceleração no piso. Desta forma, o equipamento é definido
como um sistema estrutural o qual é submetido a uma aceleração na base correspondente à
aceleração do piso. Geralmente, regista-se a aceleração nos pisos através da análise dinâmica com
integração no tempo com base num conjunto de aceleragramas com as características da acção de
cálculo.
O espectro de resposta por piso é determinado através dos aceleragramas do piso, sendo
posteriormente utilizado na análise modal do equipamento. Actualmente, existem vários métodos para
a determinar o espectro de resposta de aceleração no piso.
Este processo apresenta resultados mais fidedignos, tornando-o mais viável para estruturas com
maiores exigências de segurança, como é o caso dos hospitais.
5.3. LIMITES DE DESLOCAMENTOS RELATIVOS ENTRE PISOS DEVIDO À ACÇÃO
SÍSMICA
Durante um evento sísmico, os componentes parcial ou integralmente fixos ao edifício podem
apresentar susceptibilidade à deriva, pois encontram-se sujeitos às deformações da própria estrutura.
Neste contexto e com base na Tabela 3.2, destaca-se a vulnerabilidade do sistema de guias, da
cabine e das tubagens hidráulicas. Assim, as deformações impostas ao sistema dependem
fortemente das características resistentes da estrutura da caixa do elevador.
Posto isto, estes elementos devem ser alvos de um dimensionamento cuidado, o qual permita
alcançar um maior controlo de danos de forma a garantir a sua estabilidade, integridade e, por
conseguinte, a operacionalidade após o evento sísmico. Como tal, impõe-se a necessidade de limitar
as deformações entre pisos, garantindo alguma compatibilização de deslocamentos entre o
componente e a estrutura.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
64
É importante referir que vários métodos de dimensionamento sísmico de estruturas, distinguem-se
pela inserção do conceito de metodologias baseadas no desempenho, as quais conjecturam a
definição e a verificação de um conjunto de requisitos (níveis de desempenho) que a estrutura, ou
elemento não estrutural, deve satisfazer de forma a garantir um determinado comportamento, quer
em termos de danos (estruturais e não estruturais), deformações, estabilidade (local e global), entre
outros, em função da probabilidade de ocorrência de sismos e da importância do edifício. A relação
entre estes três parâmetros permite definir os designados objectivos de desempenho.
O conceito de Estados Limite, aplicado no território nacional, é bastante análogo ao de objectivos de
desempenho. Contudo, este último não incorpora o parâmetro de coeficiente de importância,
relacionando a importância da estrutura com o período de retorno do evento sísmico [39].
Desta forma, é possível afirmar que a definição de limites máximos de deriva com o intuito de confinar
os danos em elementos não estruturais baseia-se no conceito de objectivos de desempenho. Estes
deverão ter em conta não só as limitações do sistema estrutural, assim como dos elementos
sensíveis à deriva. Contudo, muitos dos regulamentos actuais apenas consideram a susceptibilidade
dos elementos arquitectónicos.
5.3.1. Eurocódigo 8
O EC8 [23] aborda a manutenção da operacionalidade face à acção sísmica associada ao Estado
Limite de Utilização (probabilidade de ocorrência de 10% em 50 anos para edifícios correntes), com
base na limitação dos deslocamentos entre pisos. Considerando os sistemas de elevadores como
elementos não estruturais frágeis integrados em estruturas de betão armado, o EC8 estabelece o
seguinte deslocamento relativo máximo entre pisos:
(5.10)
Sendo,
dr – deslocamento relativo máximo entre pisos;
ν – factor de redução que tem em conta o menor período de retorno da acção sísmica
associada ao requisito de limitação de danos;
h – altura entre dois pisos consecutivos.
O deslocamento dr é obtido pelo deslocamento relativo entre pisos gerado pela acção sísmica de
cálculo correspondente ao requisito de não ocorrência de colapso, desafectado do coeficiente de
comportamento da estrutura (q).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
65
5.3.2. Vision 2000
O Vision 2000 define deslocamentos relativos máximos em função dos níveis de desempenho,
independentemente do sistema estrutural ou dos elementos não estruturais da edificação. Para as
instalações hospitalares são definidos os objectivos de desempenho apresentados na Tabela 5.5.
Tabela 5.5 - Objectivos de desempenho para instalações hospitalares [net 17].
Perigosidade
Sísmica Níveis de Desempenho
Ob
jecti
vo
s d
e D
esem
pen
ho
Ocasional
(50% em 50
anos)
Totalmente
Operacional
Instalação com todos os seus serviços
operacionais, permitindo a ocorrência de danos
estruturais e não estruturais desprezáveis.
Rara
(10% em 50
anos)
Operacional
Instalação com a maior parte dos serviços e
actividades operacionais, permitindo a ocorrência
de danos ligeiros, os quais admitem uma ocupação
segura da estrutura. Exige-se a protecção dos
serviços essenciais e a reparação de alguns
serviços não essenciais. Neste nível impõe-se que
os elevadores permaneçam operacionais,
admitindo que se encontra garantido o
fornecimento de energia eléctrica.
Muito Rara
(10% em 100
anos)
Salvaguarda
de Vidas
Instalação com determinados sistemas e
equipamentos protegidos contra eventuais danos,
permitindo a ocorrência de danos moderados, mas
garantindo-se a estabilidade estrutural. A vida
humana deverá ser protegida e poderá ser
necessária a evacuação do edifício. Deverá
também ser possível a reparação do edifício,
embora com o risco de ser economicamente viável.
Com base nos objectivos de desempenho estabelecidos para as instalações hospitalares, é possível
definir os limites de deriva identificados na Tabela 5.6.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
66
Tabela 5.6 – Derivas máximas.
Perigosidade Sísmica
Deriva máxima
(%)
Ocasional
(50% em 50 anos) 0,2
Rara
(10% em 50 anos) 0,5
Muito Rara
(10% em 100 anos) 1,5
Contudo, para eventos sísmicos muito raros, correspondente a um período de retorno de 970 anos, o
Vision 2000 define ainda um deslocamento residual máximo de 0,5%, o que pressupõe que o
comportamento da estrutura entra em regime não linear, comportando deformações permanentes.
5.4. REGULAMENTOS ESPECÍFICOS
Actualmente, os elevadores utilizados em Portugal são dimensionados e instalados de acordo com
regulamentos baseados nas normas europeias EN81-1 (eléctricos de tracção) [20] e EN81-2
(hidráulicos) [21]. Todavia, estes documentos carecem de metodologias de dimensionamento sísmico
e requisitos mínimos de segurança específicos para sistemas de elevadores, de forma a garantir a
sua segurança e operacionalidade após a ocorrência de um sismo, nomeadamente em unidades
hospitalares.
Os códigos desenvolvidos pelos EUA e o Japão padronizam metodologias de dimensionamento
sísmico específicas para os diversos componentes que integram o sistema de elevador, focando-se
nos elementos com maior susceptibilidade sísmica. No domínio europeu, aborda-se a prEN81-77 que,
embora se encontra ainda em fase de desenvolvimento, introduz requisitos de dimensionamento e
instalação face à acção sísmica.
5.4.1. Guide for Earthquake Resistant Design and Construction of Vertical
Transportation (Japão)
A Associação Japonesa de Elevadores desenvolveu o Guide for Earthquake Resistant Design and
Construction of Vertical Transportation, com o intuito de garantir a operacionalidade dos sistemas de
elevadores após a ocorrência de um sismo. A metodologia de dimensionamento sísmico e instalação
dos respectivos componentes preconizada no referido documento visa os seguintes objectivos:
limitar os esforços e deformações a que os equipamentos e materiais são submetidos;
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
67
evitar o deslizamento ou derrubamento dos equipamentos existentes na casa de máquinas;
impedir a deslocamento dos cabos para fora das polias e o seu emaranhamento em
protuberâncias da caixa.
A inacessibilidade do referido documento obrigou à realização de uma breve descrição das principais
recomendações estabelecidas para o dimensionamento sísmico dos elevadores de tracção com base
no artigo de Boroschek e Muñoz [10].
i) Sistemas de Contrapeso e Cabine
Não são definidas quaisquer disposições construtivas destinadas prevenir a colisão entre estes
elementos.
ii) Sistema de Guias
Guia
Para o dimensionamento das guias o documento estipula as seguintes equações para o cálculo das
componentes horizontais e ortogonais da acção sísmica:
(5.11)
(5.12)
Sendo,
Px e Py – forças sísmicas aplicadas horizontalmente segundo a direcção perpendicular e paralela
à alma da guia respectivamente;
W – peso do contrapeso ou da cabine acrescida de 25% da sua capacidade;
Kh – intensidade projecto do sismo, o qual depende da altura assim como de algumas
características dinâmicas da estrutura e ainda da zona onde se enquadra.
Para a verificação da segurança deste componente, são estabelecidas as expressões para o cálculo
dos esforços e deformações geradas pela acção sísmica, impondo-se os respectivos limites máximos,
com o intuito de evitar, respectivamente, a rotura e o desencaixe da cabine ou do contrapeso:
(5.13)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
68
(5.14)
Sendo,
ζ – tensão de flexão nas guias devido à acção sísmica;
δ – deformação sofrida pelas guias ;
P – força sísmica de dimensionamento (Px ou Py);
l – comprimento da guia entre apoios adjacentes;
z – módulo de flexão da guia;
I – momento de inércia da guia;
E – módulo de elasticidade da guia;
β – coeficiente de redução que depende das dimensões das guias e da existência de
apoios intermédios, apresentando o valor unitário caso não existam;
A norma estabelece uma tensão máxima admissível de 2400 kg/cm2 (≈ 235 MPa), a qual não
depende da tensão de cedência do material constituinte das guias.
Para prevenir o desencaixe da cabine ou do contrapeso, as deformações são limitadas por um valor
máximo correspondente ao comprimento de encaixe entre o safety shoe, que consiste numa
roçadeira integrada num sistema de rodadeiras, e a guia decrescido de 1,5 cm
Apoios
O código comporta um conjunto de equações de dimensionamento sísmico dos apoios intermédios
das guias do contrapeso.
As vigas de apoio são dimensionadas considerando as particularidades de cada uma, estabelecendo
limites máximos de deformações de 0,5 cm, e de tensões idêntico ao definido para as guias.
iii) Cabos e Polias
A norma define medidas de dimensionamento dos gornes de forma a prevenir a saída dos cabos para
fora das polias. Assim, a profundidade destes deve ser pelo menos igual a metade do diâmetro do
respectivo cabo8. Caso estas disposições não sejam verificadas, o documento requer a instalação de
um dispositivo de retenção de cabos distanciado de pelo menos 3 milímetros destes. Contudo, a
profundidade dos gornes9 deve ser igual a pelo menos 2/3 do diâmetro do cabo.
8 O documento original refere ainda que ―la altura del tope en el extremo debe ser mayor al diámetro‖.
9 O documento original refere ainda ―y la altura del tope de la polea‖.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
69
O código estabelece ainda um conjunto de medidas de segurança destinadas a garantir a protecção
dos cabos existentes na caixa do elevador, definidas em função da altura a que se encontram:
até 15 metros: – não se aplica qualquer medida de protecção;
entre 15 a 30 metros: – colocação de protecções nas extremidades dos apoios das guias
do contrapeso e nos que se encontrem a um distância reduzida
dos cabos de comando;
entre 30 a 120
metros:
– como complemento às medidas anteriores, requer orientações
para os cabos do limitador de velocidade;
superior a 120 metros: – instalação de um sistema de protecção, porém não é especificado.
iv) Equipamento Eléctrico
A acção sísmica a considerar no dimensionamento dos equipamentos eléctricos constituintes do
sistema de elevador é estabelecida com base nas seguintes acções:
(5.15)
(5.16)
Sendo,
Fh e Fv – forças sísmicas aplicadas no centro de gravidade do equipamento segundo a direcção
horizontal e vertical respectivamente;
W – peso do equipamento eléctrico.
A estabilidade dos equipamentos é verificada pela seguinte forma:
(5.17)
(5.18)
A segurança ao derrubamento do equipamento é verificada de acordo com a equação (5.17), a qual
define que o momento provocado pela acção sísmica horizontal, Fh, não pode exceder o momento
produzido pelo conjunto da acção gravítica, de Fv e ainda da força de tracção admissível nos
parafusos (Ft) que fixam o equipamento ao chão.
Para evitar a ocorrência de deslizamento é necessário que a acção horizontal seja inferior à força de
corte admissível gerada nos parafusos (equação (5.18)).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
70
v) Dispositivos de Emergência
O regulamento estabelece diferentes valores de acelerações referentes aos níveis de activação dos
sensores sísmicos, em função da altura do edifício onde se encontra. Esse aspecto leva a pressupor
que o sistema encontra-se instalado no piso de topo.
5.4.2. ASME A17.1: Safety Code for Elevators and Escalators (EUA)
A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) desenvolveu o código ASME A17.1 [5],
que comporta, essencialmente, requisitos de dimensionamento e instalação dos diversos
componentes dos elevadores com base na aceleração sísmica. Como tal, o referido documento
inviabiliza um rápido e contínuo acompanhamento dos avanços tecnológicos no contexto da
segurança destes sistemas. Contudo, novos estudos resultaram no desenvolvimento do código ASME
A17.7, fundamentado em requisitos de desempenho, o que permite dota-lo de um carácter mais
flexível. No entanto, devido à dificuldade deparada no acesso a este regulamento, apenas se
abordará o ASME A17.1 (versão de 2004) [5].
Actualmente, este código constitui uns dos regulamentos mais abrangentes e específicos no domínio
dos sistemas elevadores, servindo de base ao seu dimensionamento, instalação, manutenção,
alteração e reparação em função do zonamento sísmico, que abrange um total de quatro zonas
distintas nos EUA.
Manceaux [37] apresenta valores de PGA para cada zona sísmica, os quais são definidos para um
meio de fundação do tipo rocha e para um período de retorno de 500 anos, sendo, portanto, muito
semelhante ao de 475 anos do EC8 para edifícios correntes. Desta forma, com base nos valores da
Tabela 5.7 e do Anexo Nacional [2] é possível estabelecer uma relação entre a definição das zonas
sísmicas dos EUA e de Portugal.
Tabela 5.7 - Valores de PGA para as zonas sísmicas dos EUA.
Zona Sísmica PGA
(g)
1 < 0,09
2 [0,09;0,19]
3 [0,19;0,29]
4 ≥ 0,29
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
71
De acordo com a classificação norte-americana define-se o zonamento sísmico do território
português, ilustrado nas figuras que se seguem, onde se constata que Portugal não apresenta
qualquer zona de maior actividade sísmica (zona 4).
O ASME A17.1 estabelece um conjunto de requisitos de dimensionamento e instalação face à acção
sísmica para sistemas compostos por contrapeso ou hidráulicos de acção directa, localizados em
zonas sísmicas 2 ou superior. Contudo, aparentemente o código não considera a funcionalidade e
importância da estrutura em que estes elementos se encontram.
Reconhece-se ainda que as expressões de dimensionamento sísmico estabelecidas no referido
documento carecem de qualquer identificação e justificação dos pressupostos teóricos utilizados na
sua formulação.
Fig. 5.8 - Zonamento sísmico de Portugal Continental de acordo com o regulamento norte-americano.
Fig. 5.9 - Zonamento sísmico do arquipélago da Madeira de acordo com o regulamento norte-americano.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
72
Fig. 5.10 - Zonamento sísmico do arquipélago dos Açores de acordo com o regulamento norte-
americano: (a) grupo ocidental; (b) grupo central; (c) grupo oriental.
A) Elevadores de Tracção
i) Sistema de Contrapeso e Cabine
Elementos de Restrição de Posição
As vibrações induzidas pelo contrapeso, ou cabine, ao sistema de guias, nomeadamente durante um
evento sísmico, podem resultar em deslocamentos excessivos, com consequente desencaixe do
componente. Como medida preventiva, tanto para a cabine como para o contrapeso, o código exige a
instalação de limitadores de movimento, superior e inferior, fixos à arcada, cuja altura constitui o
espaçamento vertical mínimo entre os elementos de restrição.
Estes dispositivos, assim como as respectivas fixações à arcada, são dimensionados para resistir a
uma força sísmica horizontal induzida pelo peso da cabine, acrescido de 40% da sua capacidade, ou
do contrapeso gerada por uma aceleração de 0,25g para zona 2 ou 0,5g para zona 3 ou superior
respectivamente. Estas acelerações de dimensionamento são superiores aos valores de PGA
definidos na Tabela 5.7, o que pressupõe a incorporação de outros efeitos que amplificam a acção
sísmica induzida aos sistemas de elevadores.
Estes dispositivos podem ser integrados nas guiadeiras ou instalados separadamente,
encontrando-se sujeitos aos seguintes requisitos de instalação (ver Fig. 5.11):
profundidade de encaixe do limitador de movimento depende do tipo de guia, uma vez que
deve ser superior à dimensão da sua face de deslize (z > n);
quando a cabine ou o contrapeso encontram-se centrados entre as respectivas guias, o
espaçamento máximo entre o limitador de movimento e a guia (d1, d2 e d3) deve ser de 5
milímetros.
Singh et al. [61] afirma que o uso de espaçamentos entre a guia e estes dispositivos inferior ao
regulamentado pode conduzir a uma redução dos esforços nas guias, resultando, no entanto, na
(a) (b) (c)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
73
possível degradação da qualidade de transporte, associado ao aumento do ruído devido ao contacto
metálico.
Fig. 5.11 - Esquema do limitador de movimento (adaptado de [49]).
Arcada (contrapeso)
O dimensionamento sísmico da arcada e das massas do contrapeso, assim como a sua disposição,
consiste em limitar a força máxima transmitida à guia pelo limitador de movimento inferior a dois
terços da acção sísmica total induzida pelo peso do sistema do contrapeso, produzida por uma
aceleração de 0,25g para zona 2 ou 0,5g para zona 3 ou superior.
Disposições Construtivas
Com o intuito de evitar possíveis colisões entre elementos, o código limita algumas distâncias
horizontais:
mínimo de 50 milímetros entre a cabine e o contrapeso, caso essa separação seja
complementada por apoios intermédios, o valor mínimo é duplicado;
mínimo de 50 milímetros entre o sistema de contrapeso e as paredes da caixa ou das vigas de
apoio;
mínimo de 25 milímetros entre o sistema de contrapeso e a obstrução mais próxima;
espaçamento horizontal máximo de 13 milímetros entre a respectiva arcada e as guias, medido
ao nível do ponto médio da altura entre as guiadeiras, destinado a evitar o desencaixe detas
durante o sismo.
Estudos [61] indicam que a utilização de espaçamentos entre a arcada do contrapeso e as guias
inferiores ao regulamentado, apesar de promover a redução das tensões geradas nas guias,
especialmente para intensos níveis de vibração, pode resultar no incremento dos esforços nos apoios
sendo, provavelmente, necessário o seu reforço.
.
y
d2d1
d3
n
z
x x
y
y
x x
y
>5
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
74
ii) Sistema de Guias
As guias, assim como os seus elementos de apoio, fixação e ligação (brackets, grampos e
empalmes), devem ser compostas por elementos de aço caracterizados por uma resistência à tracção
mínima de 380 MPa.
Guias:
O código exige a utilização de guias, de secção transversal em T, de acordo com as características
especificadas na Tabela 5.8, as quais foram convertidas da unidade aplicada nos EUA10
(pounds/foot
e inches) para o sistema SI. Todavia, é possível recorrer a outros formatos desde que apresentem um
momento de inércia e módulo de flexão igual ou superior ao da correspondente secção em T e uma
área de compressão suficiente para suportar os esforços associados à actuação do pára-quedas.
As guias são dimensionadas para resistirem à força sísmica induzida pela massa da cabine acrescida
de 40% da sua capacidade ou do contrapeso, considerando uma aceleração horizontal de 0,25g e
0,5g para a zona 2 e 3 (ou superior) respectivamente.
Fig. 5.12 - Secção transversal em T de uma guia.
Tabela 5.8: Características geométricas das guias de secção transversal em T.
Massa da guia
por metro linear
(kg/m)
Dimensões
(mm)
A B C D E
12,0 61,9 88,9
15,9
31,8
7,9 16,5
88,9
114,3 38,1
18,0 127,0
44,5
22,5 50,0 12,7
27,5 108,0
139,7
19,1
33,5 101,6 28,6 50,8 14,3
44,5 127,0 31,8 57,2 17,5
10
1 lb/ft = 1,49 kg/m; 1 in. = 25,4 mm. [34]
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
75
A tensão gerada nas guias devido à acção sísmica não pode exceder 88% da tensão de cedência
mínima do material.
(5.19)
Para determinar o espaçamento mínimo entre brackets a adoptar ou o valor máximo da massa
suportada pelo par de guias, o código apresenta um conjunto de sete gráficos (ver Fig. 5.13) para
cada uma das secções prescritas, que relacionam ainda o zonamento sísmico e o número de apoios
intermédios. O regulamento defende que o recurso a estas curvas permite seleccionar sistemas de
guias adequados, resistindo, sem danos, a acções sísmicas horizontais. No caso de guias reforçadas
ou de maiores dimensões, o seu vão poderá exceder os valores previstos no gráfico.
Fig. 5.13 - Espaçamento entre brackets para guias de 12kg/m (adaptado de [5]).
O aumento da rigidez do sistema de guias, associado à distribuição de esforços entre estas, obtido
com a utilização de apoios intermédios, permite adoptar maiores espaçamentos entre brackets, como
se pode observar na Fig. 5.13.
Porém, caso a distância vertical entre os limitadores de movimento seja inferior a 65% da distância
entre brackets (vão da guia), a massa do componente (W) deverá ser reajustada (Wa) através de um
factor de correcção Q. Este processo permite considerar um cenário mais desfavorável,
proporcionado pelo contrapeso ou cabine localizados num só vão, traduzido pelo acréscimo da
massa considerada na determinação do espaçamento entre brackets. O coeficiente Q é determinado
com base no gráfico apresentado na Fig. 5.14, o qual relaciona o razão entre a distância entre os
limitadores de movimento superior e inferior (L) e o vão da guia (l).
Um apoio intermédio
Zona Sísmica ≥ 3 Zona Sísmica 2
Espaçamento dos Brackets
(m)
Dois apoios intermédios
Sem apoio intermédio Mass
a M
áxim
a p
or
Par
de G
uia
s
(kg
)
Mass
a M
áxim
a p
or P
ar d
e G
uia
s
(kg
)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
76
(5.20)
Sendo,
Wa – massa ajustada do contrapeso ou da cabine;
Q – factor de carga;
W – massa do contrapeso ou da cabine acrescida de 40% da sua capacidade (kg).
Fig. 5.14 - Factor de carga (Q).
Para além dos gráficos supramencionados (Fig. 5.13), são estabelecidas as seguintes fórmulas de
dimensionamento destinadas a avaliar a capacidade resistente das guias com base na massa
máxima suportada por um par de guias em função dos mesmos parâmetros. Estas equações
encontram-se definidas em função da direcção de aplicação da força sísmica, ou seja, paralelamente
à alma da secção da guia (normal ao eixo x - Wx) ou ao banzo (normal ao eixo y - Wy), como se pode
observar na Fig. 5.12.
Guias da cabine e do contrapeso sem apoios intermédios:
(5.21)
(5.22)
Guias do contrapeso com um apoio intermédio colocado a meio vão:
(5.23)
L/l
Q
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
77
(5.24)
Guias de contrapeso com dois apoios intermédios igualmente espaçados entre fixações
principais adjacentes:
Sendo,
Wx e Wy – massa máxima do contrapeso ou da cabine acrescida de 40% da sua capacidade (kg)
suportada por um par de guias para uma força normal ao eixo x e y respectivamente;
l – distância entre brackets (mm);
zx e zy – módulos de flexão da guia segundo o eixo x e y respectivamente (mm3);
α – constante igual a 1 e 2 para a zona sísmica 3 (ou superior) e 2 respectivamente.
Note-se que os coeficientes das equações de Wy correspondem ao dobro dos de Wx, uma vez que
ambas as guias resistem à acção sísmica aplicada segundo a direcção x (ver Fig. 5.16).
As elevadas massas características do sistema do contrapeso constituem um factor condicionante na
selecção do tipo de guia. Como tal, são definidos valores máximos admissíveis da massa do referido
componente para cada tipo de guia, apresentados na Tabela 5.9.
Tabela 5.9- Valores máximos da massa do sistema de contrapeso em função do tipo de guia.
Massa da Guia por
metro linear
(kg/m)
Massa do Contrapeso
(103 x kg)
12,0 7
16,5 12
18,0 13
22,5 18
27,5 25
33,5 36
44,5 60
(5.25)
(5.26)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
78
Salienta-se o facto da metodologia de dimensionamento acima apresentada apenas se aplicar às
guias do contrapeso se a altura total das secções das massas seja igual ou superior a 2/3 da altura
da respectiva arcada. Caso contrário, recorre-se ao valor máximo entre a massa efectiva (We) e a
ajustada (Wa) do componente. O valor de We corresponde à massa associada ao sêxtuplo e triplo da
força transmitida à guia pelo limitador de movimento inferior para o sistema instalado na zona 2 e 3
(ou superior) respectivamente.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
79
Suarez e Singh [62] procuram fundamentar os pressupostos considerados na definição das
equações supramencionadas para sistemas instalados na zona sísmica 3.
Como se sabe, o momento máximo admissível nas guias resulta do produto entre o módulo de
flexão (zx) e a tensão máxima admissível (ζadm), a qual corresponde a 88% do valor da tensão de
cedência do material utilizado (ζy).
(5.27)
Pressupondo que a situação mais desfavorável consiste na arcada do contrapeso preenchida até
2/3 da sua altura, admite-se que o carregamento transmitido à guia através das guiadeiras superior
(Fs) e inferior (Fi), correspondem a 1/3 e 2/3 da força sísmica induzida pelo peso do contrapeso (F)
respectivamente. Assim, tem-se:
(5.28)
(5.29)
O momento máximo numa viga contínua com vãos de comprimento constante (l) é determinado
pela equação (5.30), sendo γ um coeficiente dependente do modelo da viga e da localização do
respectivo carregamento.
(5.30)
Assim, relacionando as fórmulas (5.27) e (5.30), é possível determinar a massa máxima suportada
pelas guias.
(5.31)
Contudo, considerando guias de aço caracterizado por uma tensão de cedência de 250 MPa e
assumindo que a distância entre os limitadores de movimento é igual (ou inferior) a 65% do
comprimento dos vãos (Q = 1), os autores obtiveram resultados diferentes dos definidos pelas
equações definidas no código. O mesmo é verificado para outros modelos de vigas contínuas,
variando o número de vãos e a posição ocupada pelo contrapeso. Deste facto, Suarez e Singh [63]
propõem a redução dos coeficientes presentes nas equações (5.21) - (5.26).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
80
Fig. 5.15 - Esquema de uma viga de dois vãos sujeita a carga concentrada.
Para garantir que as guias apresentam a rigidez necessária para resistir às deformações provocadas
pela acção sísmica, o código estabelece as seguintes fórmulas que permitem determinar o limite
mínimo dos momentos de inércia:
(5.32)
(5.33)
Sendo,
Ix e Iy – momento de inércia da guia segundo o eixo x e y respectivamente (m4);
E – módulo de elasticidade do aço (N/m2);
Δ – deslocamento máximo admissível a meio vão, valores tabelados com base no tipo de
guia utilizado (m);
β – constante igual a 1 e 0,5 para a zona sísmica 3 (ou superior) e 2 respectivamente.
Note-se que o coeficiente estabelecido nas equações (5.32) e (5.33) corresponde à aceleração
gravítica.
Considerando a viga esquematizada na Fig. 5.15, na qual é aplicada uma carga F a uma distância
de meio vão (l/2) do terceiro apoio.
A deformação no ponto de actuação da força é obtida pela seguinte expressão:
(5.34)
Sendo F a carga máxima transmitida pelas guiadeiras e considerando o elevador instalado na zona
3 ou superior, o valor de F é igual a (Pi). Assim, encontra-se demonstrada a equação (5.32)
[63].
l l
l/2
F
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
81
Apoios
Os brackets, apoios intermédios e elementos de suporte (vigas e paredes) são dimensionados para
resistir a forças sísmicas impostas nas guias. Todavia, o regulamento estipula um conjunto de
fórmulas ((5.35) – ((5.38)) para calcular a acção sísmica horizontal a considerar no dimensionamento
dos brackets. As expressões traduzem a força estática transmitida às guias pelos limitadores de
movimento inferiores de acordo com a Fig. 5.16.
Fig. 5.16 - Forças de dimensionamento sísmico dos brackets.
Para :
(5.35)
(5.36)
Para :
(5.37)
(5.38)
Sendo,
Fx-x e
Fy-y
– forças sísmicas normais ao eixo x e y da guia respectivamente, esquematizadas na
Fig. 5.16 (N);
Constata-se que as forças Fx-x correspondem ao dobro das Fy-y, pois neste último caso as duas guias
partilham o mesmo carregamento. Para o dimensionamento dos apoios intermédios recorre-se a
metade das forças sísmicas impostas nos brackets.
A tensão máxima gerada pela acção sísmica não pode exceder 88% da tensão de cedência do
respectivo material. A deformação máxima admissível dos brackets é de 2,54 milímetros.
Fy-y
Fx-x
Fy-y
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
82
Segundo Suarez e Singh [63], as forças de dimensionamento dos apoios das guias são
determinadas considerando o contrapeso imóvel e posicionado de acordo com as Fig. 5.17 (L ≥ l) e
Fig. 5.18 (L < l),ou seja, com a sua extremidade inferior assente sobre o apoio inferior da guia (apoio
direito na figura). Esta última é modelada como uma viga simplesmente apoiada, sobre a qual actua
a força sísmica induzida pelo peso do contrapeso. Esta carga é aplicada a uma distância de l/3 do
apoio inferior. Nos seguintes esquemas, admite-se o elevador situado na zona 3.
Fig. 5.17 - Esquema do contrapeso cuja arcada apresenta um comprimento igual ao vão da guia
(adaptado de [63]).
Fig. 5.18 - Esquema do contrapeso cuja arcada apresenta um comprimento inferior ao vão da guia
(adaptado de [63]).
Empalmes:
A ligação entre dois troços de guias metálicas é realizada com recurso a empalmes metálicos, fixos
com parafusos. Estes elementos devem ser dimensionados para resistir às forças sísmicas que
actuam nas guias, sem que as tensões excedam os 88% da tensão de cedência do material. Na
Tabela 5.10 apresentam-se os requisitos de instalação exigidos para os empalmes e respectivos
parafusos de fixação.
F =W.g/2
R =W.g/6sup
R =W.g/3inf
L/3 L/3 L/3
Contrapeso
Limitador de Movimento
l
Guia
Pesos
F =W.g/2
R =(W.g/2)x(L/(3l))sup
R =(W.g/2)x(1-L/(3l))inf
L/3 L/3 L/3
l
l-L
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
83
Tabela 5.10 - Requisitos de instalação dos empalmes.
Empalmes
extremidades das guias a ligar têm de ser ajustadas com base no
mecanismo de encaixe centrado na alma;
momentos de inércia e módulos de flexão do empalme não podem ser
inferiores aos da respectiva guia;
largura do empalme tem de ser igual ou superior à do banzo da guia;
espessuras mínimas tabeladas em função do tipo de guia.
Parafusos
utilizar no mínimo quatro parafusos para fixar os empalmes a cada
extremidade da guia;
diâmetros mínimos dos parafusos tabelados em função do tipo de guia;
diâmetro do furo não pode exceder em mais de 2 e 3 milímetros o dos
parafusos nas guias e empalmes respectivamente;
plano de corte do conjunto guia-empalme não pode estar contido na zona
roscada dos parafusos.
iii) Cabos e Polias
Para prevenir deslocamento dos cabos para fora das polias, o código impõe o uso de dispositivos de
retenção de cabos (contínuos ou pontuais) nas polias instaladas nas zonas sísmicas 2 ou superior. O
sistema deverá cobrir a polia ao longo de pelo menos dois terços do arco de contacto entre o cabo e
a respectiva polia (ou tambor), não expondo mais do que um sexto do arco de contacto em cada
extremidade do dispositivo.
Alternativamente, é possível recorrer a dispositivos de retenção pontuais instalados no ponto médio
do arco de contacto quando este é caracterizado por um ângulo não superior a 30º. Caso contrário,
são colocados nas extremidades e ao longo do comprimento do arco, espaçados em intervalos
inferiores a 30º.
Para evitar o emaranhamento ou retenção dos cabos em saliências existentes na caixa do elevador,
nomeadamente brackets, empalmes, e respectivas fixações, entre outros, estes deverão apresentar
um sistema de resguardo. Este pode ser suprimido caso se adoptem as seguintes disposições:
espaçamento entre a extremidade do cabo ou corrente de compensação do lado do
contrapeso e os brackets do contrapeso deverá ser superior a 760 milímetros;
espaçamento entre a porção da corrente de compensação ou do cabo de comando
localizados na metade inferior do percurso do elevador e as protuberâncias da caixa deverá
ser superior a 915 milímetros;
espaçamento entre o cabo de limitador de velocidade e as protuberâncias da caixa deverá ser
superior a 500 milímetros;
espaçamento entre o cabo de suspensão e as protuberâncias da caixa deverá ser superior a
300 milímetros.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
84
iv) Equipamento Eléctrico
Com o intuito de evitar o deslocamento ou derrube dos equipamentos, assim como o chassis de apoio
da unidade motriz, estes elementos são ligados à estrutura do edifício por fixações, nomeadamente
parafusos.
As fixações consideradas rígidas e que não se encontram sujeitas a forças de impacto são
dimensionadas para resistir simultaneamente a uma acção sísmica horizontal e vertical, geradas
pelas acelerações estipuladas na Tabela 5.11 em função das zonas sísmicas. Caso sejam
submetidas a forças de impacto, considera-se o dobro das acelerações.
O limite máximo das tensões combinadas nas fixações é igual a 88% da tensão de cedência do
respectivo material.
Tabela 5.11 - Acelerações horizontais (ah) e verticais (av) produzidas pelas forças de dimensionamento
sísmico para elementos rígidos e que não estão sujeitos a forças de impacto.
Zona Sísmica ah
(g)
av
(g)
2 0,50 0,25
≥ 3 1,00 0,50
v) Dispositivos de Emergência
Para todos os elevadores de tracção cuja operacionalidade se caracteriza por uma velocidade não
inferior a 0,75 m/s, o regulamento norte-americano impõe um modo de operação em caso de sismo
associado à activação dos dispositivos identificados na Tabela 5.12.
Este requisito pode ser omitido caso o sistema de guias, guiadeiras e limitadores de movimento sejam
dimensionados para resistir a uma acção sísmica correspondente à zona 3.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
85
Tabela 5.12 - Dispositivos de segurança sísmica.
Zona Dispositivos Descrição
≥ 2
Um sensor de
deslocamento do
contrapeso por cada
elevador.
Activado pela ocorrência pela alteração da posição normal
do contrapeso em qualquer parte da caixa, emitindo essa
informação para o sistema de controlo. Contudo, não é
especificado o modelo a adoptar. Durante a operação de
emergência, o elevador pode ser operado a uma velocidade
máxima de 0,75 m/s desde que este dispositivo não tenha
sido accionado.
Um botão de reset
instantâneo devidamente
identificado.
Colocado no painel de controlo na casa das máquinas,
permite restabelecer a operacionalidade normal do elevador
caso o sensor de deslocamento não seja activado.
≥ 3
Para além dos dispositivos
indicados para zona 2,
requer a instalação de
pelo menos um interruptor
sísmico por edifício.
Colocado na casa de máquinas e instalado de forma
adjacente a um elemento estrutural vertical da edificação,
este dispositivo é activado por acelerações verticais não
superiores a 0,15g. A sua frequência de resposta deve ser
de 1 a 10 Hz.
O botão de reset é particularmente importante nas instalações hospitalares, uma vez que previne
interrupções prolongadas do sistema devido à activação do interruptor sísmico em situações
desnecessárias, permitindo ainda restabelecer o funcionamento dos elevadores em caso de
emergência.
O interruptor sísmico acima referido apenas considera as acelerações verticais, desprezando as
horizontais e o seu efeito de amplificação. Este facto pode resultar em graves consequências caso as
acelerações horizontais atinjam valores capazes de danificar os componentes dos elevadores. Além
disso, os danos mais frequentes nestes sistemas, nomeadamente do contrapeso, devido a um evento
sísmico encontram-se fortemente associados às vibrações horizontais.
Note-se que aquando uma falha de energia eléctrica, caso o funcionamento do elevador tenha sido
previamente interrompido pela activação de um dispositivo de segurança de memória volátil, o
sistema deverá manter-se imóvel após restabelecimento de energia.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
86
B) Elevadores Hidráulicos
Para os elevadores hidráulicos o código estabelece um conjunto de requisitos para o
dimensionamento sísmico dos seus componentes, exigindo, no caso de edifícios compostos por
juntas, a instalação da casa de máquinas e da caixa no mesmo bloco.
As acções impostas no sistema do contrapeso (quando existente) são idênticas às estabelecidas para
os elevadores de tracção, pelo que apenas se fará referência ao sistema da cabine.
i) Sistema de Contrapeso e Cabine
Quando os elevadores apresentam contrapeso deve-se adoptar a metodologia de dimensionamento
aplicada nos elevadores de tracção.
ii) Sistema de Guias
Guias:
O dimensionamento sísmico do sistema de guias deve ser realizado conforme a metodologia
estipulada para os elevadores de tracção. Porém, o código estabelece as seguintes fórmulas que
permitem determinar o valor máximo da massa da cabine acrescida de 40% da sua capacidade,
suportada pelo respectivo par de guias. Estas equações encontram-se definidas em função da
direcção de aplicação das forças sísmicas no plano horizontal (x e y):
(5.39)
(5.40)
Com
i = x, y (5.41)
Sendo,
Wx’ e
Wy’
– massa máxima suportada por par de guias da cabine para forças normais ao eixo x e y
respectivamente (kg);
Wp – massa do pistão hidráulico (kg);
zx e zy – módulos de flexão da guia segundo o eixo x e y respectivamente (mm3);
α – coeficiente que apresenta o valor 2 e 1 para a zona sísmica 2 e 3 (ou superior)
respectivamente.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
87
β – constante igual a 0,5 e 1 para a zona sísmica 2 e 3 (ou superior) respectivamente.
Os momentos de inércia mínimos exigidos pelo código são iguais aos estabelecidos para os sistemas
de tracção, mas o valor da massa da cabine (W) deve ser acrescido de uma parcela de Wp, como se
encontra definido na equação (5.41), sendo metade para a direcção y.
Apoios
Os brackets são dimensionados para resistir às forças definidas para os elevadores de tracção, com a
massa da cabine acrescida de 1/4 e 1/8 da massa do pistão para Fx-x e Fy-y respectivamente.
ii) Tubagens
Com o intuito de impedir o movimento transversal das tubagens hidráulicas, exige-se a colocação de
elementos de suporte, nomeadamente próximo das zonas onde se verifica mudanças de direcção,
pontos de ligação e válvulas. Estes elementos são dimensionados para resistir à acção sísmica
definida para os equipamentos eléctricos dos elevadores de tracção.
O código estabelece limites máximos de espaçamentos horizontais entre suportes adjacentes em
função das dimensões das tubagens.
A tensão combinada devido à flexão e ao esforço transverso não deve exceder o valor de 71,8 kPa. A
flecha máxima a meio vão é de 2,5 milímetros.
iii) Reservatório
Para prevenir o deslocamento ou mesmo o derrube do reservatório, o código impõe a colocação de
fixações, as quais são dimensionadas de acordo com definido para os equipamentos eléctricos
(sistemas de tracção).
iv) Dispositivos de emergência
Para os sistemas cujas cabines não se encontram providas de dispositivos de pára-quedas, o código
requer a instalação de válvula(s) de rotura na tubagem hidráulica, entre o cilindro e o reservatório.
Este dispositivo destina-se a bloquear o caudal do fluído proveniente do êmbolo hidráulico (pistão e
cilindro) quando excedido um valor previamente estabelecido.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
88
5.4.3. prEN 81: 2010 – 77
O Comité Técnico de Normalização Europeia (CEN/TC) encontra-se a desenvolver a pré-norma
prEN81-77 [49] a qual, utilizada em conjunto com as EN 81-1 [20] e EN 81-2 [21], prescreve regras de
segurança de construção e instalação de novos elevadores (de passageiros e de mercadorias)
eléctricos e hidráulicos face à acção sísmica.
As medidas propostas destinam-se a garantir os seguintes objectivos:
evitar a perda de vidas humanas, reduzir a extensão de ferimentos e impedir o
enclausuramento dos ocupantes;
reduzir o número de elevadores fora de serviço (aspecto de particular relevância nas
instalações hospitalares);
prevenir a ocorrência de danos nos componentes do elevador, os quais poderão resultar em
problemas ambientais (elevadores hidráulicos).
Uma das principais características que permite distinguir a prEN81–77 [49] do conjunto de
documentos abordados, nomeadamente do ASME A17.1 [5], consiste na definição de requisitos de
segurança com base na classificação dos sistemas de elevadores em função da aceleração de
dimensionamento sísmico (ad). Na Tabela 5.13 são apresentadas as quatro categorias de elevadores,
identificando-se a sombreado as que requerem medidas de segurança sísmica.
Tabela 5.13 - Classe de sistemas de elevadores sujeitos a eventos sísmicos.
Classe Aceleração de Dimensionamento Sísmico
(m/s2) (g)
0 ad < 1,0 ad < 0,10
1 1,0 ≤ ad < 2,5 0,10 ≤ ad < 0,25
2 2,5 ≤ ad < 4,0 0,25 ≤ ad < 0,41
3 ad ≥ 4,0 ad ≥ 0,41
Analogamente ao estipulado para a zona 1 do regulamento norte-americano, não são exigidos
quaisquer requisitos de dimensionamento e instalação face à acção sísmica para elevadores
inseridos na classe 0. Note-se que a aceleração mínima considerada no dimensionamento face à
acção sísmica apresenta o valor de 0,1g e 0,25g, de acordo com o preconizado na prEN81-77 e
ASME A17.1 respectivamente.
O procedimento proposto para determinar o valor de ad encontra-se exposto no Anexo C da
pré-norma, o qual apresenta apenas um carácter informativo. Assim, a metodologia descrita
baseia-se, essencialmente, nas equações estabelecidas no EC8 [23] para os elementos não
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
89
estruturais (art.º 4.3.5.2, abordado na secção 5.2.3 da presente dissertação), sendo calculada através
da seguinte expressão:
(5.42)
Sendo,
ad – aceleração de dimensionamento sísmico (m/s2);
Sa – coeficiente sísmico aplicável ao elemento não estrutural;
g – aceleração gravítica;
γa – factor de importância do elemento;
qa – coeficiente de comportamento do elemento.
O valor de γa é igual a 1,0, embora possa ser superior para elevadores com funções especiais de
segurança. Para o coeficiente de comportamento adopta-se o valor de 2,0.
Assim, a abordagem proposta para a determinação da acção sísmica introduz um maior nível de
rigor, uma vez que permite contabilizar os seguintes aspectos:
zonamento sísmico;
tipo de solo;
funcionalidade da estrutura;
importância do equipamento na operacionalidade do edifício;
localização do componente no edifício;
amplificação linear da aceleração com a altura;
efeito de ressonância.
Contudo, a referida expressão apenas incorpora a aceleração máxima ao nível do solo, desprezando
assim as acelerações espectrais associadas aos modos relevantes que traduzem o comportamento
expectável da estrutura.
Em acréscimo, este método apenas considera a verificação da segurança ao requisito de não
colapso, associado ao Estado Limite Último, o qual consiste em garantir que o edifício apresente
alguma resistência residual após o evento sísmico caracterizado por um elevado período de retorno
(475 anos para edifícios correntes), de forma a impedir o seu colapso.
A este propósito, levanta-se alguma questões na necessidade de verificação a segurança ao requisito
de limitação de danos, associado ao Estado Limite de Utilização, cujo objectivo visa a garantir a
operacionalidade do sistema através da limitação de danos não estruturais, face a um sismo com um
período médio de retorno reduzido (95 anos para edifícios correntes).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
90
No dimensionamento sísmico dos componentes dos sistemas de elevadores considera-se que a
acção sísmica gerada pela cabine ou contrapeso corresponde à força induzida pela massa da cabine
acrescida de 40% (elevadores de passageiros) da sua capacidade de carga (Q) ou pela massa total
do contrapeso respectivamente, gerada pela aceleração de dimensionamento (ad). Atente-se ao facto
da percentagem de capacidade de carga da cabine para elevadores de passageiros, considerada na
definição da acção sísmica é idêntica à estipulada no ASME A17.1.
i) Sistema de Contrapeso e Cabine
Limitador de Movimento
Analogamente ao prescrito no ASME A17.1 [5] , a pré-norma estabelece a instalação de limitadores
de movimento na parte superior e inferior das arcadas da cabine (classe 2 e 3) e do contrapeso
(classe 1, 2 e 3). Estes elementos são instalados como componentes integrantes das guiadeiras ou
junto destas, de forma a garantir uma distribuição de esforços similar à gerada por estas.
Os limitadores de movimento são dimensionados para resistir às forças neles impostas, inclusive a
acção induzida pela cabine ou contrapeso gerada pela aceleração de dimensionamento (ad). No caso
do contrapeso é também necessário considerar a distribuição vertical da massa dos respectivos
pesos.
A profundidade de encaixe do limitador de posição é fortemente condicionada pelo tipo de guia, uma
vez que tem de ser suficientemente elevada para evitar a colisão entre o dispositivos e a guia durante
um evento sísmico, mas sem ocorrer o seu desencaixe. Desta forma, a prEN81-77 estabelece um
espaçamento máximo de 5 milímetros entre estes elementos quando a cabine e contrapeso
encontram-se centrados entre as guias, valor idêntico ao estabelecido no ASME A17.1 (ver Fig. 5.11).
E impõe um comprimento mínimo de encaixe de 5 milímetros a garantir durante um terramoto, tal
como se encontra esquematizado na Fig. 5.19.
Fig. 5.19 - Esquema do limitador de movimento durante um evento sísmico (adaptado de [49]).
.
y
d2d1
d3
n
z
x x
y
y
x x
y
>5
δadm
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
91
Arcada
As arcadas são dimensionadas para resistir às acções nelas impostas, assim como à força sísmica
gerada por uma aceleração ad e tendo em conta a distribuição vertical da massa dos pesos no caso
contrapeso.
O referido documento exige ainda a aplicação das medidas necessárias para prevenir a saída das
massas para fora da arcada do contrapeso.
Disposições Construtivas
A prEN81–77 não define quaisquer requisitos de instalação destinados a prevenir possíveis colisões
entre os componentes existentes na caixa durante eventos sísmicos. Contudo, as normas EN81-1
[20] e EN81-2 [21] estabelecem um espaçamento mínimo de 50 milímetros entre o sistema da cabine
e do contrapeso.
ii) Sistema de Guias
As guias, fixações e empalmes (classe 1, 2 e 3) são dimensionados para resistir às forças nelas
impostas, inclusive a acção gerada pela aceleração ad, com o intuito de garantir a segurança ao
deslocamento vertical da cabine e do contrapeso.
De acordo com o exemplo proposto, pressupõem-se que o dimensionamento do sistema de guias
face à acção sísmica apenas é considerado para o elevador em movimento, ou seja, sem a activação
de um dispositivo de segurança ou à entrada a saída de ocupantes.
Desta forma, para além da acção sísmica, a prEN81-77 considera ainda um carregamento transmitido
às guias associado à inclinação da cabine ou do contrapeso devido às forças verticais neles
impostas. Estas forças (peso, capacidade de carga e forças de suspensão) permitem ter em conta a
posição do componente relativamente às guias e ao ponto de suspensão através das excentricidades
das respectivas cargas a que estão associados, cujo cálculo encontra-se exposto no anexo A.2.1.
As acções induzidas pela cabine e contrapeso devido à acção sísmica, segundo ambas as direcções
horizontais, são determinadas de acordo com as seguintes equações:
Cabine: (5.43)
(5.44)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
92
Contrapeso: (5.45)
(5.46)
O parâmetro X traduz a parcela da força sísmica transmitida através das guiadeiras ou limitadores de
movimento superior e inferior, sendo facilmente calculado pela seguinte forma:
Guiadeiras inferiores:
(5.47)
Guiadeiras superiores:
(5.48)
Note-se que a força sísmica aplicada segundo a direcção x (Fx) é menor do que em y, pois a acção é
suportada por n e (n/2) guias respectivamente.
Assim, o sistema de guias é dimensionado para suportar uma acção sísmica correspondente à
seguinte soma.
(5.49)
(5.50)
Sendo,
Fx,S, Fy,S – força sísmica aplicada na guia segundo a direcção x e y respectivamente
Fx,seism,
Fy,S
– acção associada às excentricidades das forças aplicadas na cabine/contrapeso durante
o movimento do componente (Anexo A.2.1);
ax, ay – aceleração sísmica de dimensionamento aplicada segundo a direcção x e y
respectivamente;
Qsismo – parcela da capacidade de carga da cabine considerada durante um evento sísmico
para elevadores de passageiros, correspondendo a 40% desta;
P – massa da cabine vazia e de componentes responsáveis pela sua suspensão, tais
como, parte dos cabos de comando e dos cabos ou correntes de compensação;
mcw – massa do contrapeso;
n – número de guias;
h – distância entre guiadeiras ou limitadores de movimento;
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
93
z – altura do centro de massa da cabine ou do contrapeso.
A prEN81-77 estabelece equações simples para determinar os momentos de flexão e tensões
resultantes das forças transmitidas pelas guiadeiras ou limitadores de posição, assentes nos
seguintes pressupostos:
guia consiste numa viga contínua simplesmente apoiada com vãos de comprimento l;
resultante das forças transmitidas à guia localiza-se a meio vão;
momentos de flexão actuam na linha neutra da secção transversal da guia.
(5.51)
(5.52)
Assim, exige-se a verificação da segurança das tensões de flexão, compressão e encurvadura da
seguinte forma:
Flexão: (5.53)
Flexão e
Compressão
(flexão composta
e desviada):
- Cabine: (5.54)
- Contrapeso: (5.55)
Flexão e
Encurvadura: (5.56)
Com
Cabine: (5.57)
(5.58)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
94
Contrapeso: (5.59)
(5.60)
As equações acima expostas traduzem uma combinação simples das tensões, todavia a raiz da soma
dos quadrados das tensões permite obter resultados mais condicionantes.
As expressões (5.54) e (5.55) consistem na soma das tensões resultantes dos momentos flectores e
da força de compressão da guia associada à cabine e equipamento auxiliar.
A pré-norma prescreve a verificação da segurança da rigidez lateral da guia, considerando os efeitos
combinados da tensão de flexão e de encurvadura associada aos esforços de compressão, através
da expressão (5.56). Para o cálculo da tensão de encurvadura a prEN81-77 propõe o denominado
método ω (Anexo A.2.2). Contudo, o EC3 preconiza metodologias de cálculo que poderiam ser
aplicadas neste contexto.
O factor de impacto k1 está associado à activação do dispositivo de segurança, enquanto que k3
permite ter em conta o ressalto do contrapeso devido a uma paragem brusca da cabine.
A tensão máxima admissível nas guias é definida pela expressão (5.61). O coeficiente de segurança
a aplicar (St) depende da extensão (ε) do material constituinte das guias, correspondendo a um limite
máximo de 56% e 33% da tensão de cedência para um coeficiente de segurança (St) de 1,8 e 3,0
respectivamente. Note-se que esta margem de segurança é bastante superior ao estipulado no ASME
A17.1, contudo o valor de 88% apenas considera a actuação da acção sísmica.
Sendo,
ζadm – tensão máxima admissível nas guias (N/mm2);
Rm – resistência à tracção das guias (N/mm2);
St – coeficiente de segurança.
(5.61)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
95
Tabela 5.14 - Valores de coeficientes de segurança (St) em função da extensão do material.
Extensão
(%) St
ε ≥ 12 1,8
8 ≤ ε ≤ 12 3,0
A acção sísmica segundo x pode gerar elevados esforços na zona entre a alma e o banzo da guia,
sendo necessário garantir a segurança à flexão deste último. Assim, a prEN81-77 estabelece a
seguinte verificação para guias compostas por secções em T:
(5.62)
Sendo,
ζx,S e
ζy,S
– tensão de flexão na guia segundo o eixo x e y respectivamente;
Mx,S e
My,S
– momento flector a meio vão da guia segundo o eixo x e y respectivamente;
wx e wx – módulo de flexão da guia segundo o eixo x e y respectivamente;
l – vão máximo da guia;
ζm – tensão de flexão combinada na guia;
ζadm – tensão máxima admissível;
ζS – tensão de flexão e compressão;
Fk e Fc – força de encurvadura na guia da cabine e do contrapeso respectivamente;
Q – coeficiente que traduz a carga da cabine equilibrada pelo contrapeso;
M – força imposta na guia devido a equipamento auxiliar fixo à guia;
k1 e k3 – coeficientes de impacto (valores tabelados);
A – área da secção transversal da guia;
ζk – tensão de encurvadura;
ζFS – tensão de flexão no banzo;
c – largura da alma na ligação com o banzo.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
96
Note-se que a equação (5.62) apenas considera as tensões no banzo da guia devido a vibrações
impostas perpendicularmente ao plano da arcada. Contudo, as tensões geradas no banzo são
fortemente afectadas pela acção sísmica aplicada segundo ambas as direcções horizontais [62].
Desta forma, a verificação da segurança desta secção da guia deve considerar ambas as
componentes.
Com o intuito de garantir o correcto funcionamento dos dispositivos de segurança (pára-quedas) e
evitar a colisão da cabine ou contrapeso com outros componentes existentes na caixa, a pré-norma
impõe limites máximos de deformações resultantes da acção sísmica. Desta forma, exige a seguinte
verificação:
(5.63)
(5.64)
A deformação máxima admissível da guia segundo ambas as direcções horizontais, incluindo os
brackets e as vigas de apoio, deverá ser suficientemente elevada de forma a garantir um
comprimento de encaixe com os limitadores de posição durante o evento sísmico de pelo menos 5
milímetros (segundo y).
Para guias compostas por uma secção transversal em T adopta-se o seguinte limite:
(5.65)
Sendo z a profundidade de encaixe do limitador de movimento (ver Fig. 5.11). Note-se que o
deslocamento total verificado durante um evento sísmico nunca poderá exceder os 40 milímetros.
Contudo, as expressões (5.63) e (5.64) continuam afectadas pelo coeficiente de comportamento, o
que resulta em deslocamentos inferiores aos reais.
iii) Cabos e Polias
Para elevadores do tipo 2 e 3, operados a velocidades superiores a 0,63 m/s, é necessário evitar os
pontos de possível retenção dos cabos e correntes em elementos existentes na caixa, tais como
brackets. No entanto, não são especificadas as medidas a adoptar para evitar estas situações.
A prEN81-77 requer a instalação de dispositivos que impeçam o deslocamento dos cabos para fora
das polias (classe 1 a 3). Estes sistemas poderão ser instalados de forma contínua, cobrindo a
totalidade do comprimento do arco de contacto entre a polia e o cabo, ou pontualmente ao nível de
cada extremidade do arco de contacto e ao longo deste, em cada ângulo de 45º.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
97
iv) Equipamento Eléctrico
O equipamento eléctrico e as suas fixações são dimensionados com base nas forças neles impostas,
incluindo a acção sísmica. No caso de edifícios compostos por juntas de dilatação, impõe-se a
instalação destes equipamentos, assim como a própria caixa de elevador, no mesmo lado da junta,
com o intuito de evitar deformações excessivas.
Complementarmente aos elevadores hidráulicos, é imposta a utilização de tubagens flexíveis
(mangueiras).
v) Dispositivos de Emergência
Para os elevadores hidráulicos a norma impõe a instalação de uma válvula de ruptura, destinada a
evitar a ocorrência de vazamentos com consequentes problemas ambientais.
A prEN81-77 exige a aplicação de dispositivos de emergência apenas para os elevadores da classe
3.
Em caso de falha de energia eléctrica, a qual é bastante frequente durante os terramotos, os
elevadores devem deslocar-se para o piso mais próximo, com o intuito de evitar o enclausuramento
de ocupantes na cabine.
Para os elevadores compostos por um sistema de contrapeso, a prEN81-77 requer a instalação de
um sistema de detecção sísmica, o qual deverão ser colocado no poço, de forma adjacente a um
elemento estrutural. As principais características exigidas para o sensor sísmico encontram-se
especificadas no referido documento, destacando-se a utilização de um dispositivo composto por três
eixos responsáveis pela medição das acelerações e uma frequência de resposta compreendida de 1
a 10 Hz. O respectivo valor de activação não pode ser superior a 1 m/s2 (0,10g), em qualquer
direcção, ou seja, a aceleração em cada eixo ou a raiz da soma dos quadrados nas duas ou três
direcções.
Para garantir o seu funcionamento durante cortes de energia, o dispositivo deverá ser provido de um
sistema de alimentação de energia eléctrica de emergência. Este também deverá possuir um
dispositivo eléctrico de reset, colocado fora da caixa, de forma a que se seja acessível apenas para
pessoal autorizado, permitindo que o elevador retome a sua operacionalidade.
Opcionalmente, os elevadores do tipo 3 podem ainda possuir um detector de ondas sísmicas
primárias (P). Quando este sensor é activado pela chegada das ondas P, o elevador, caso se
encontre num piso, deverá manter-se imóvel durante 60 segundos. Se durante este período o sensor
sísmico não for activado o sistema restabelece o seu funcionamento, caso contrário, procede para o
modo de operação associado a um evento sísmico. O detector de ondas P deverá caracterizar-se por
um eixo para a medição da aceleração vertical e uma frequência de resposta compreendida de 1 a 10
Hz. O nível de disparo não pode ser superior a 0,10 m/s2 (0,01g).
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
98
Este dispositivo aparenta desempenhar um papel fundamental, nomeadamente nas instalações
hospitalares, prevenindo a interrupção do funcionamento do sistema de elevador devido a falsos
disparos do interruptor sísmico ou, em caso de terramoto, antecipar a activação do modo de
segurança, garantindo uma maior segurança para os seus ocupantes e um maior controlo de danos
dos componentes. Como tal, deverá apresentar um valor de activação inferior ao do interruptor
sísmico. No entanto, este dispositivo perde as suas vantagens quando se encontra próximo do
epicentro.
5.5. SÍNTESE DE REQUISITOS DE DIMENSIONAMENTO E INSTALAÇÃO DE SISTEMAS
DE ELEVADORES FACE À ACÇÃO SÍSMICA
Com base no conjunto de danos observados durante um evento sísmico nos componentes dos
sistemas de elevadores e nas metodologias de dimensionamento abordadas nos regulamentos
supramencionados, apresenta-se uma síntese dos requisitos a exigir aos diversos elementos de
elevadores instalados em hospitais, com a introdução de novas recomendações [10]:
1) Cabine e
Contrapeso:
– Limitação das distâncias entre componentes e as paredes da caixa.
– Instalação de limitadores de movimento, dimensionados para
resistir à acção sísmica imposta pelo peso da cabine ou contrapeso
tendo em conta a distribuição vertical da massa. Estes elementos
devem ainda ser posicionados de forma a evitar o contacto com a
guia ou o seu desencaixe.
– Instalação de dispositivos de protecção no contrapeso que impeça
o deslocamento das massas para fora da arcada.
2) Sistema de Guias: – Dimensionamento com base na acção sísmica imposta pelo peso
da cabine (e parte da sua capacidade de carga) ou do contrapeso e
na deformação associada ao deslocamento dos pisos.
• Guias: – Garantir a resistência à flexão e deformação gerados pela acção
sísmica.
– Garantir a resistência à deformação imposta pelos deslocamentos
entre pisos.
– Garantir a resistência do banzo à flexão, considerando ambas as
componentes horizontais da acção sísmica.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
99
• Brackets e vigas
de apoio:
– Garantir a resistência à flexão, corte e deformação gerados pela
acção sísmica.
• Fixações: – Garantir a resistência ao corte e deformação gerados pela acção
sísmica.
• Empalmes
(e fixações)
– Especificação do processo de instalação.
– Definição das características geométricas e resistentes em função
do tipo de guia.
– Garantir a resistência à flexão, corte e deformação gerados pelo
peso da cabine (e parte da sua capacidade de carga) ou do
contrapeso.
3) Equipamentos
Eléctricos:
– Garantir a estabilidade e integridade externa e interna dos
equipamentos e seus componentes.
• Equipamento – Dimensionamento com base na acção sísmica imposta pelo peso
do equipamento.
• Fixações – Dimensionadas para resistir à acção sísmica e deformações
impostas pelo equipamento, de forma a garantir o equilíbrio do
equipamento.
– Instalação da unidade motriz sobre uma estrutura ou um isolador
sísmico para minimizar a transmissão de acções horizontais.
4) Cabos e Polias: – Instalação de sistemas de retenção de cabos nas polias (contínuos
ou pontuais) para impedir a saída dos cabos para fora dos gornes.
– Dimensionamento dos gornes de forma a prevenir o deslocamento
dos cabos.
– Limitação das distâncias entre cabos e possíveis elementos onde
possam ficar retidos.
– Controlo das vibrações induzidas aos cabos.
– Protecção dos elementos que possam reter os cabos.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
100
5) Caixa: – Dimensionamento com base nas acções e deformações impostas
pelo sistema e pela estrutura (tipologia e material).
– Limitação das deformações, com o intuito de minimizar os danos
das paredes e do equipamento que se encontra aí fixo (portas,
brackets, etc.).
6) Operacionalidade
em modo de
emergência :
– Instalação de pelo menos um interruptor sísmico por edifício e um
detector de descarrilamento do contrapeso por elevador.
– Instalação de um botão de reset associado ao interruptor sísmico,
devidamente identificado.
– Especificação dos modelos e das características dos dispositivos
em função das propriedades da estrutura (nível de disparo).
Calibração do interruptor sísmico para um valor inferior ao limiar
correspondente à ocorrência de danos.
– Interruptor sísmico composto por pelo menos dois sensores de
acelerações, e sendo activado quando a aceleração numa direcção
ou a soma vectorial destas atinge um valor previamente
estabelecido.
– Instalação de um sensor que detecta as primeiras vibrações,
permitindo a antecipação do evento sísmico ou prevenindo, em
caso de falso alarme, a interrupção desnecessária do
funcionamento do sistema por activação do interruptor sísmico.
– Instalação de geradores de emergência que permitam, em caso de
falha de energia, que o elevador se desloque para o piso mais
próximo, para a evacuação dos ocupantes.
– Garantir a iluminação da cabine de forma a atenuar o medo gerado
pelo enclausuramento dos ocupantes.
– Disponibilização de orientações necessárias para que, em caso de
extrema urgência, pessoas autorizadas, mas sem formação
técnica, possam restabelecer em segurança a operacionalidade do
elevador a reduzida velocidade, sem a realização prévia de uma
inspecção, após a activação do interruptor sísmico.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
101
5.6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O EC8 (e prEN81-77) e as metodologias definidas no regulamento francês apenas limitam
inferiormente a aceleração de dimensionamento sísmico, correspondendo ao valor de pico do solo.
No caso do EC8, este valor é ainda afectado pelo coeficiente de importância e de comportamento,
considerando ainda a localização da estrutura (tipo de solo), do equipamento no interior do edifício, e
o efeito do fenómeno de ressonância. O FEMA 450 tem em conta os mesmos parâmetros porém,
estabelece um limite mínimo e máximo correspondente a 75% e ao quadruplo da aceleração
verificada na base da estrutura respectivamente. Com excepção das análises modais com espectros
de resposta e de espectros de aceleração dos pisos, as metodologias definidas para o cálculo das
forças de inércia dos equipamentos constituem abordagens estáticas, não considerando as
acelerações espectrais associadas aos modos relevantes. Refere-se ainda que as análises modais
com espectros de resposta, permite ainda ter em conta a variação de rigidez e de massa.
A prEN81-77 e ASME A17.1 comportam um conjunto de especificações de dimensionamento e
instalação que se estendem aos diversos componentes constituintes do sistema de elevador. Estes
documentos distinguem-se essencialmente pela aceleração sísmica de dimensionamento definida.
O ASME A17.1 define uma aceleração de cálculo constante, desprezando a variação deste
parâmetro com a altura e a importância da estrutura.
Porém, a prEN81-77 não requer a instalação de um sensor de descarrilamento do contrapeso, este
facto pressupõe que as medidas definidas são suficientes para prevenir o descarrilamento do
contrapeso.
Ambos os documentos omitem a questão referente à manutenção da operacionalidade dos
componentes após o evento sísmico para uma acção sísmica correspondente ao Estudo Limite de
Utilização.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
102
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
103
6. CASO DE ESTUDO
6.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
No âmbito de metodologias de dimensionamento sísmico de elevadores, apresenta-se o caso de
estudo do sistema de transporte vertical tipo instalado no núcleo central do novo Hospital de Cascais.
Este capítulo destina-se ao estudo comparativo da resposta do sistema de guias do elevador, quando
solicitado por uma acção sísmica definida de acordo com os métodos de dimensionamento
preconizados nos documentos abordados.
Dado o acentuado grau de especificidade e importância, presta-se especial atenção aos
procedimentos prescritos no EC8 [45], ASME A17.1 [5] e prEN81-77 [49], recorrendo-se a uma
análise dinâmica modal por espectro de resposta de projecto (EC8), como base de comparação às
análises estáticas (ASME A17.1 e prEN81-77).
Para o desenvolvimento deste caso de estudo, consultou-se a seguinte documentação, fornecida
pelas empresas JSJ e KONE, responsáveis pela elaboração do projecto da edificação e do sistema
de elevador respectivamente, que constituem elementos essenciais para uma profunda compreensão
dos mesmos:
Memória Descritiva e Justificativa do projecto do edifício;
Peças Desenhadas do edifício;
Peças Desenhadas do sistema de elevador.
Os presentes objectivos não visam a avaliação da adequabilidade do dimensionamento adoptado
para os elevadores instalados na unidade hospitalar, mas sim, aplicar, analisar e confrontar as
referidas metodologias. A este propósito, procura-se limitar o nível de complexidade do modelo
numérico de elementos finitos do edifício, desenvolvido em SAP2000, com o intuito de focar o estudo
numa estrutura hipotétical, não correspondendo na íntegra à edificação real.
Da mesma forma, recorre-se a um modelo de elementos finitos simplista dos sistemas de guias,
capaz de reproduzir um comportamento verosímil dos mesmos.
É importante referir que o conjunto de hipóteses simplificativas considerado, e devidamente
identificado, na modelação do sistema e na determinação dos resultados, é dotado de uma particular
relevância, uma vez que é seleccionado com o rigor exigido de forma a não comprometer a
credibilidade dos resultados expostos e utilizados na análise comparativa.
O presente estudo restringe-se ao comportamento dos sistemas de guias da cabine e do contrapeso
devido ao seu permanente contacto com a estrutura ao longo de grande parte da sua altura,
encontrando-se sujeitos a deformações globais e locais induzidas pela edificação e pelos
componentes respectivamente.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
104
Fig. 6.2 - Planta do edifício.
Fig. 6.1 - Localização dos blocos estruturais (piso 2).
6.2. DESCRIÇÃO DA ESTRUTURA
De acordo com a Memória Descritiva e Justificativa e as Peças Desenhadas do projecto da estrutura,
o novo Hospital de Cascais, inaugurado em Fevereiro de 2010, apresenta em planta um formato
aproximadamente quadrado e com uma área de cerca de 12700 m2, composta por vários pátios
interiores e exteriores. A unidade hospitalar é constituída por um total de 9 pisos superiores e um
semi-enterrado (piso 0).
O edifício consiste numa estrutura reticulada definida com pórticos de betão armado, orientados nas
duas direcções ortogonais principais (Norte-Sul e Este-Oeste), e alguns elementos de parede.
A geometria em planta do edifício baseia-se numa malha regular de eixos dispostos segundo ambas
as direcções, encontrando-se geralmente espaçados entre si de 7,3 metros. Em todos os
cruzamentos formados pelos alinhamentos, cuja localização não apresente limitações do tipo
arquitectónico, existem pilares caracterizados por larguras mínimas de 0,35 metros e comprimentos
de 0,70 metros ou 0,80 metros no caso de elementos verticais situados no plano da fachada.
A estrutura de betão armado apresenta um desenvolvimento irregular em planta, quer em termos de
estruturais quer em ocupação do espaço, e em altura, constatando-se variações em planta até ao
ALÇADO SUL
ALÇADO NORTE
ALÇ
AD
O P
OE
NT
E
ALÇ
AD
O N
AS
CE
NT
E
Bloco D
Bloco B
Blo
co
C
Blo
co
A
N
Fig. 6.3 - Alçado sul do edifício.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
105
quarto piso e a existência de vários alinhamentos de fachadas. Os andares superiores, destinados
aos internamentos, prolongam-se ao longo de três ramos longitudinais.
Esta irregularidade, associada à consequente dificuldade em definir subestruturas regulares,
conduziu ao dimensionamento da estrutura com um número mínimo de juntas, com o intuito de
garantir um bom comportamento global face a acções horizontais. Posto isto, o Hospital é constituído
por um total de quatro blocos estruturais identificados na Fig. 6.1, dos quais três (A, B e C) se
encontram separados do corpo principal (D), ao nível de alguns pisos, através de juntas sísmicas.
O bloco D destaca-se pela sua homogeneidade, compacidade e extensão (comprimento máximo
superior a 150 metros), encontrando-se subdividido com base em quatro juntas de retracção nos
pisos 1 e 2 e uma outra nos pisos 2 e 3. Os corpos A, B e C caracterizam-se por uma geometria em
planta regular, sendo compostos por um (A e B) e três (C) pisos e algumas paredes estruturais.
As lajes e as vigas integradas nos pórticos são dimensionadas de forma a garantir a segurança aos
requisitos regulamentares e um bom comportamento em serviço, nomeadamente no controlo das
deformações para as cargas permanentes. Desta forma, as vigas caracterizam-se por uma altura de
0,65 e 0,80 metros no interior e na fachada do edifício, respectivamente, recorrendo-se a vigas
maiores, até um máximo de 1,10 metros, nos pisos inferiores, em que a distância entre pisos é maior.
Em geral, adoptaram-se lajes maciças de 0,18 metros de espessura, recorrendo-se, em algumas
zonas, a lajes ou bandas maciças pré-esforçadas, com espessuras máximas de 0,22 e 0,65 metros
respectivamente.
O edifício é composto por um conjunto de núcleos destinados a facultar o acesso vertical entre os
vários pisos, caracterizados por paredes estruturais com espessuras mínimas de 0,20 metros.
O núcleo central, localizado no bloco D e no qual convergem as três alas principais, constitui o
principal elemento estrutural de parede que se desenvolve ao longo de toda a altura do edifício,
sendo composto por uma caixa de escadas, seis elevadores e aberturas para a passagem de
diversos equipamentos. Em geral, este elemento estrutural é formado por vigas com as dimensões de
0,25x1,50 m, como se pode observar na Fig. 6.4. O posicionamento do núcleo central, caracterizado
por um ângulo de 45º com o sistema de eixos principais, requer algumas alterações na malha
estrutural com recurso a bandas maciças pré-esforçadas. A Sudoeste do elemento central, existe
ainda um outro núcleo com acessos de elevadores até ao piso 3.
As extremidades de cada ala comportam núcleos de escadas de emergência que se desenvolvem ao
longo de toda a altura da estrutura.
A estrutura apresenta fundações directas interligadas por uma malha ortogonal de vigas de fundação,
definidas com base numa campanha de prospecção geológica e geotécnica. Estes elementos
encontram-se assentes ao longo de dois níveis, permitindo a existência de dois ―pisos térreos‖.
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
106
Fig. 6.4 - Planta estrutural do núcleo central (piso 2).
Nos cálculos de estabilidade foi considerado a possibilidade de um futuro acréscimo em altura do
edifício correspondente a mais um piso no topo da estrutura e um a três pisos nos blocos A, B e C.
O dimensionamento dos pórticos em betão armado foi executado com base nas especificações
estabelecidas no REBAP [50] para estruturas de ductilidade normal adoptando, sempre que possível,
conceitos referentes a estruturas de ductilidade melhorada.
A opção por um sistema estrutural baseado, de uma forma geral, em lajes vigadas (sistema porticado)
associadas a elementos de parede deveu-se à sua reconhecida eficiência face à acção sísmica.
6.2.1. Materiais
Os materiais utilizados na concepção da estrutura resumem-se aos seguintes:
- Betão C30/37, em geral;
- Aço A500 NR para as armaduras ordinárias;
- Y1860 S7 para as armaduras de pré-esforço.
6.2.2. Acções
As acções e respectivas combinações consideradas na fase de projecto da estrutura encontram-se de
acordo com o disposto no RSA [54]. O dimensionamento da estrutura baseou-se nas seguintes
acções:
Zona
Pré-Esforçada
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
107
Acções Permanentes:
- Peso próprio do betão armado: 25,0 kN/m3
- Peso próprio das paredes divisórias:
zonas com paredes leves: 1,0 kN/m2
zonas com elevada densidade de paredes
em alvenaria de tijolo: 2,5 kN/m2
- Peso próprio dos revestimentos e enchimentos: 1,5 kN/m2
- Peso próprio das paredes das fachadas: 12,0 kN/m
Sobrecargas:
Para ter em conta uma possível ampliação dos serviços médicos, considera-se uma sobrecarga de
dimensionamento mínima de 5 kN/m2 que engloba as sobrecargas associadas aos serviços que se
apresentam em seguida. Os coeficientes de redução considerados nas combinações de acções de
sobrecargas consistem em ψ0=0,7, ψ1=0,6 e ψ2=0,4.
- Unidades de Internamento (pisos 5, 6, 7 e eventual 8): 3 kN/m2
- Em acessos e circulações: 5 kN/m2
- Terraços acessíveis e coberturas não passíveis de alteração: 2 kN/m2
- Zonas de arquivo (ψ0=0.8; ψ1=0.7; ψ2=0.6): 5 kN/m2
- Bloco operatório (piso 3): 5 kN/m2
- Piso Técnico (piso 4): 5 kN/m2
No caso de serviços médicos associados a maiores sobrecargas recorre-se aos seguintes valores:
- Cozinha e áreas anexas (piso 1): 7 kN/m2
- Imagiologia, zona de equipamentos muito pesados
(ex: TAC e Ressonância Magnética): 10 kN/m2
Na fase de projecto também se considerou os efeitos associados à acção da temperatura, vento e
fogo, no entanto, não são contemplados no presente estudo, uma vez que não apresentam qualquer
relevância no âmbito do dimensionamento sísmico de sistemas de elevadores. Relativamente à acção
sísmica apresenta-se uma breve descrição do processo de dimensionamento na seguinte subsecção.
6.2.2.1. Dimensionamento à Acção Sísmica
Para o dimensionamento da estrutura ao sismo considera-se o edifício situado na zona A (α=1,0),
assente sobre um terreno do tipo II. O coeficiente de comportamento (ε) adoptado apresenta o valor
de 1,75 que corresponde ao utilizado para estruturas em pórtico de ductilidade normal (2,5) afectado
por um coeficiente de redução associado à importância em garantir a operacionalidade da estrutura
após a ocorrência de um sismo intenso. Segundo o art.º 33.4 do REBAP, este coeficiente apresenta o
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
108
valor de 0,7 no caso de instalações hospitalares. A acção sísmica foi definida com base nos
espectros de resposta para os sismos 1 e 2.
6.2.3. Estrutura Hipotética
Com o intuito de garantir uma modelação com um determinado grau de simplicidade, optou-se por se
impor algumas modificações estruturais na edificação original do novo Hospital de Cascais,
resumindo-se na redução da sua área em planta, com a supressão de alguns elementos de vigas,
pilares e paredes. Impôs-se as modificações necessárias para garantir a segurança da estrutura à
acção sísmica, nomeadamente com o aumento das secções de alguns dos elementos estruturais da
fachada.
As opções consideradas na definição da estrutura idealizada visam a optimizar a homogeneidade e a
garantir um comportamento credível do núcleo face à acção sísmica, uma vez que não se pretende
avaliar o sistema estrutural. Na verdade, o que se pretende obter é uma estrutura em que o núcleo
apresente um comportamento semelhante ao do modelo original.
Posto isto, considera-se um edifício hipotético, cuja área em planta é essencialmente definida pela
localização das juntas, correspondendo a parte do bloco D. Na Fig. 6.5, a zona a vermelho identifica a
planta da estrutura considerada, a qual abrange o núcleo central (assinalado a amarelo). Assim,
admite-se um edifício de 10 pisos, dimensionado de acordo com o referido na secção 6.2. Optou-se
ainda por adicionar um elemento de parede para reduzir os efeitos de torção associados à disposição
do núcleo central.
Fig. 6.5 - Identificação da área em planta da estrutura hipotética considerada no caso de estudo (piso 2).
I.S.P.
3.60 m²
18.05 m²
TRIAGEM
3.65 m²
BABY ROOM
3.15 m²
I. S.
A. C.
4.15 m²
I.S.D.
4.85 m²
I.S.D.
5.00 m²
I.S.D.
4.10 m²
A. C.
2.20 m²
I.S.
2.20 m²
I.S.
2.20 m²
I.S.
2.20 m²
I.S.
7.55 m²
5.20 m²
I.S.D.
4.80 m²
ARM.
5.45 m²
PREP.
5
4
3
B.ASSIST.
4.10 m²
I. S.
11.70 m²
SUJOS / LIMPOS
4.20 m2
M.L.
12.10 m2
COPA
10.40 m2
PESSOAL
4
I.S.D.
7
6
2
3
5
9.30 m²
14.85 m²
S.AEROSSOIS
68.50 m²
4.65 m²
B.ASSIST.
14.30 m²
S.TRATAM.
1
AREA DE OBSERV. PEDIATRIA
7.55 m²
VESTIÁRIO
6.25 m²
DESINFECÇÃO2.95 m²
SUJOS
SACOS
19.90 m2
MACAS / CAD. RODAS
10.30 m2
MAT. EST.
8.10 m2
DEP. EQ.
8.10 m2
MAT. CONS.
8.10 m2
R. L.
4.85 m²
I.S.D.
2345678910
1
14.65 m²
Q. ISOLAM.7.25 m²
ADUFA
6.60 m²
PREP.
178.95 m²
RECUPERAÇÃO ADULTOS
12
13
14
11
4.90 m²
I.S.D.
9.25 m²
LIMPOS
9.15 m²
SUJOS
4.05 m²
SACOS
ZONA DE BERÇOS
26.65 m²
PREP.
7.65 m²
5
6
7
8
1
2
3
7.95 m²
CADEIRÕES6.60 m²
ARM.
ARM.
CONSULTA (Cirurg)
ATM
Bp65
Bp65
Bp65
11.05 m²
I.S.M.
17
11.35 m²
I.S.H.
16B39
2.85 m2
M.L.21
B44
B2 B44
ATM
6.40 m²
5.55 m²
M.L.
DIRECÇÃO
1 2 3 4 5
Esc. 2
29
27
41
46
47
42
43
51
91
89
40
141112
13
4
6
5
3
22
21
60 61
6462
66
50
29 28
46
25
38
43
44
45
83
79
81
8078
75
76
23
20
3
VESTIBULO
14
7
44
59
63
18
77
35
1816
116.50
B2
B1
B44 B1 B2
B44 B1 B2 B44 B1 B2B44B1B2
B7
B1
B2 B1 Bp61
B8
(0.35m)
B2
B2 B1 B1
Bp61(0.30m)
B2B8
(0.25m)
Bp60
B1 Bp61
Bp61
(0.085m)
B1 B2
Bp62
B42
B1
B44
B2
(0.225m)Bp61
(0.335m)Bp61
B7
(0.20m)
Bp66(0.20m)
Bp65a(0.20m)
B2
B2
(0.115m)
B2
(0.335m) (0.335m)
Bp65a
B2
(0.23m)
Esc. 7
111.95
Asc. 1
Asc. 2
Asc. 4
Asc. 5
Asc. 6
Asc. 3
B2B1Bp61(0.55m)
B2 B1 B8
Bp61(0.35m)
Bp62
4.40 m²
A.T.M.
4.15 m²
A.T.M.
A.T.M.
3.90 m²
4.95 m²
A.T.M.
5.00 m²
I.S.D.
11.75 m²
CAD.RODAS
8
29
16
4
5
72
77
75
74
92
48
53
2.75 m²
I.S.
6
8
2.75 m²
I.S.
76
PARAGEM DE AMBULÂNCIAS
ZONA COBERTA
S.E.
REUNIÕES (volunt.)
10.35 m²
3.45 m²
22.80 m²
10.90 m²
3.40 m2
VEST.
12.15 m2
5.75 m2
COPA
I.S.D.
4.05 m2
3.00 m2
I.S.P.
A.C.
4.55 m2
I.S.P.
S. E.
11.05 m²
GABINETE
GABINETE
11.05 m²
E.E.G.
15.20 m²
POT.EVOC.ELECTROM.
15.20 m²
POSTO
AVAN
ÇAD
O F
ARM
ÁCIA
DIRECÇÃO
SE
CT
OR
PE
DIA
TR
IA
23.10 m²
PROVAS FUNC.RESPIR.
11.35 m²
GABINETE
28.00 m²
S. PROVAS. ALERG.
11.35 m²
TELEMED.
11.70 m²
1
2
S.E.
E SAÍDA DOENTES
ACOMPANHANTES
16.30 m²
CONS.TRIAGEM PEDIATRIA
17.45 m²
S.REUNIÕES
2.70 m²
I.S.P.
13.95 m²
CH.EQUIPAENF.CHEFE
11.70 m²
S.SOCIAL
114.10 m²
ÁREA DE OBSERV. ADULTOS
G
A
L
E
R
I A
17.85 m²
OUTRAS TÉCNICAS
7.40 m²
CAD. RODASI.S.D.
4.30 m²
17.10m²
SECRET.
11.40 m²
ARQUIVO
19.85 m²
ESPERA
15.20 m²
SUJOS/LIMPOS
4.70m²
I.S.P.
5.55 m²
I.S.D.
5.55 m²
SACOS/SUJOS
CONSULTA (Orto)
10.85 m²
SACOS/SUJOS
ECOGR.
CARDIOTOCOGRAFIA
17.95 m²
18.10m²
CONSULTA (Obs/Gine)
17.75 m²
CONSULTA (Obs/Gine)
17.70 m²
CONSULTA (Obs/Gine)
EXAMES (Oftom)
12.30 m²
8.85 m²
ENFERM.
18.70 m²
ANGIOGRAFIA/RETINOGRAFIA
EXAMES (Oftom)
11.85 m²
14.75 m²14.75 m²
9.00 m²
APOIO
4.95 m²
I.S.P.
9.00 m²
CONTROLO
65.90 m²
ESPERA (Esp.Méd.)
4.75 m²
R.L.
17.05 m²
CONSULTAS (reserva)
14.75 m² 14.75 m²
CONSULTA (Orl)
14.75 m²
S. TRATAMENTOS
14.75 m²
CONSULTA (Cirurg)
21.05 m²
TRAT. (Derm)
14.75 m²
CONSULTA (Derm)
19.00 m²
R.L.
108.65 m²
ESPERA (Esp.Cirur.)
R.L.
7.56m²
DEP. SACOS
14.60 m²14.85 m²
CONSULTA (Orto)
5.70 m²
ARM.(Orto)
17.30 m²
GESSOS (Orto)
18.00 m²
LASER OFTALMOLOGIA
CONSULTAS (Urologia)
1170 m²
EXAMES (Oftom)
18.80 m²
18.00 m²
12.05 m²
EXAMES (Urologia)
12.95 m²
TRATAM. (Geral)
17.55 m²
CONSULTA (Oftalm.)
17.75 m²
12.95 m²
TRATAM. (Obs/Gine)
18.10 m²
CONSULTA (Obs/Gine)
18.65 m²
OBSERV. (Obs/Gine)
23.55 m²
GINÁSIO
14.70 m²
EDUCAÇÃO
13.95 m²
APOIO
7.95 m²
CONTROLO
S.E.
18.05 m²
ESPERA (Ped)
3.10 m²
I.S.Crian.
26.30 m²
HOSP. DIA
7.70 m²
CONTR./REG.
5.30 m²
PREPAR.
16.15 m²
CONSULTA (Ped)12.20 m²
PR. DOENTES
16.35 m²
CONSULTA (Ped)
11.40 m²
MC.
8.35 m²
M.L.
5.70 m²
M.L.
3.60 m²
I.S.P.
10.00 m²
PESSOAL
17.90 m²
REUNIÕES
11.70 m²
SECRET.
11.20 m²
SERV.SOC.
13.95 m²
OUTROS
14.90 m²
DIRECT.
ARREC.
ESPERA
VEST.
18.25 m²
CAFETARIA
13.70 m²
SECRET.
9.35 m²
ARQUIVO
20.45 m²
REUNIÕES (assist social)
CAFETARIA
9.65 m²
ATEN.IND.
9.20 m²
ASSIST.
11.10m²
COORD.
290.65 m²
HALL
8.55 m²
GAB.(volunt.)
ZONA DE ESPERA
3.50 m2
24.45 m2
PREP. / DISTRIBUIÇÃO
5.25 m2
BOXE AD.
BOXE AD.
BOXE AD.
BOXE AD.
5.25 m2
I.S.D.
5.45 m2
I.S.
S.E.
13.20 m2
P.ENF./REG.
5.45 m2
I.S.P.
3.65 m2
I.S.D.
4.05 m2
DEP.SACOS
9.10 m2
SUJOS/LIMPOS
5.70 m2
PREP.LIMPOS
5.90 m2
ARM.GERAL
58.70 m2
BOXES TERAPIA
11.85 m2
S.ESPERA
8.75 m2
RECEP/SECRET.
11.40 m2
S.TRATAM.
15.40 m2
G.CONSULTA
8.75 m2
S.REUN./PAUSA
8.75 m2
GABINETE
I.S.
17.55 m2
Q.INDIV.
8.05 m2
R.LIMPA
12.10 m2
A.C.
DISTRIBUIÇÃO
20.35 m2
ESPERA
8.05 m2
S.APOIO38.90 m2
SALA DE CULTO
11.45 m2
GABINETE
I.S.
7.70 m2
ATEND.PERSONAL.
12.75 m2
ARMAZÉM
8.10 m2
M.LIMPEZA
12.70 m2
LIMPOS/SUJOS
6.85 m2
BOXE ESPEC.
9.50 m2
BOXE PED.
11.45 m2
RECEP./SECRET.
61.70 m2
SALA DE RESERVA
I.S.
9.45 m2
CENTRAL
13.70 m2
ÁREA INSTALAÇÃO
9.90m2
ARMEIRO
I.S.
9.95 m2
VESTIÁRIOS 16.35 m2
S.CONTROLE
3.95 m²
PREP.
5.30m²
6.05 m²
EQUIPAM.
S.E.
VEST.
3.60 m²
ARMZ.
3.45 m²
ARMZ.
3.00 m²
I.S.
29.95 m²
ENFERM. (cuidados)
9.10 m²
PREP.DOENTES
8.00 m²
CONTROLE
ARMZ.
42.00 m²
TAC
8.40 m²
CONTROLE
10.80 m²
PREP.DOENTES
4.80 m²
ADUFA
53.35 m²
RAD.VASCULAR
11.15 m²
COMANDOS
6.05 m²
ARMZ.GERAL
25.50 m²
RX GERAL
VEST.
VEST.
21.95 m²
RX GERAL
VEST.
VEST.
17.40 m²
MAMOGRAFIA
17.75 m²
ECOGRAFIA
22.50 m²
ECOGRAFIA
VEST. VEST.I.S.
I.S.
11.20 m²
S.PAUSA
19.20 m²
S.REUNIÕES
16.90 m²
DIGITALIZAÇÃO
10.65 m²
RELATÓRIOS
14.20 m²
GABINETE
14.55 m²
GABINETE
7.35 m²
TRAB. TECN.
10.40 m²
R.LIMPA
3.70 m²
ARMZ.
3.70 m²
ARMZ.
10.85 m²
RELATÓRIOS
6.65 m²
M.LIMPEZA
11.55 m²
LIMPOS/SUJOS
15.75 m²
GABINETE
16.60 m²
GABINETE
28.20 m²
TELEM.
VEST.I.S.
14.30 m²
COMANDOS
VEST.
VEST.
I.S.
VEST.
8.20 m²
BABY ROOM
ESPERA CRIANÇAS
ESPERA ADULTOSESP. CAMAS
15.70 m²
RECEP./SEC.
9.70 m²
INFORM.
25.90 m²
RX GERAL
18.05 m²
ECOGRAFIA
68.25 m²
S.RESERVA RESSON.MAGNÉTICA
Esc. 1
A.C.
3.00 m²
I.S.
Esc. 3
Esc. 4
Esc. 5
Esc. 6
Esc. 2
Esc. 8
Esc. 10
S.E.
116.45
116.45
S.E.
116.45
116.45
116.48
Asc. 7 Asc. 8
I.S.
Zona de refugio
44
76
23
64
65
28
24
23
212019
40
72
63
70
54
53
47
78
2320
26
36
33
45
35
34
38
36
2 4
56
59
60
57
58
55
54
53
52
49
515047
48
46
45
44
43
42
41
40
37
3839
36
34
35
333231
63
6261
64
66
65
67
70
68
69
7630
29
28
2526
27
24
22
23
21
20 19 17 16
1314
18 15 1218
84
18
22
21
24
26
27
65
4931
30 48
56
51
52
55
59
11
74
35
39
34
58
49
28
50
9
78 910
717273
70
67
69 68 1 3 42
6
13
39
122
30
27
1
9 37
33 34 35
2
40
19
27
57
8852
32
2425
39
39
1789
1510
17 161828383736
37
48
44
303132
33
4
3
5
3
1
2
12
6
9798
80
85
8687
95
89909192
1
15
79
81
8
94
6 96782
84
83
8893
4
17
7
8
9
5
8
1
45
2
14
2
4 6
9
11
10
98
3
19
47
12
13
7
6
5
3 20
17
18
16
15
12
11
10
13
194
2
1
23
22
15
14 6
5
3
10
5
75 7172
1413
19
78
6869707374
32
12
11
58
48
57
49
51
53
60
61
62
66
67
21
20
42
5639
40
54
52
41
5035
36
33
34
31 32
30
29
28
37
27
26
25
43
47454655
38
22
24
24
25
7
10
42
43
31
42
41
75
46
Bp65 B1
B42
B1
Bp60
Bp61
B2 B1 Bp62B2B1Bp62
B41B39(0.40m) B1
Bp65
B1
B2
B11Bp61
Bp62
Bp66
B2B1
Bp61
B2
B1B44
B2
B1 Bp62
Bp60
Bp65
Bp65a
B2
B2
B1
Bp62
B8 Bp65
B8Bp65
B8
Bp65
B8
Bp65
Bp65
Bp65
Bp65
B1
B2B44
Bp65
73
13
6.65 m²
GAB.APOIO
7.40 m²
ARQ.REG.CLINICO
4.05 m²
I.S.
6
85 90
8
86
RECEPÇÃ0
11
151617
8265
40
39
A.C.A.C.
1
5 12
REANIMAÇÃO
4
3
2
13.85 m²
TRABALHO (volunt)
26
ESPERA CRIANÇAS
15.00 m²
LOJA
15.00 m²
LOJA
20.50 m²
LOJA
20.10 m²
LOJA
14.70 m²
LOJA
14.70 m²
LOJA
G.CHEFE
8.20 m²
5
ATEND.INDIV.
8.20 m²
4.15 m²
I.S.M.3
11
25
I.S.H.
8.90 m²
I.S.M.
9.55 m²
I.S.H.
3.35 m²
TRAB.ADM.
INFORM.
15
LIXOSEQUIP.
BEBIDAS
14
14.35 m²
MACAS/CAD.RODAS
17
5.90 m²
3.30 m²2.15 m²
4.95 m²
12.45 m² 34.00 m²
ESTAR
41
10.65 m²
ESTAR40
ESTAR
9
1019
77
8.90 m²8.45 m²
15.70 m²
19.20 m²
24.90 m2
13.05 m²
A.C.
12.95 m²
A.C.
39.70 m²
36.65 m²
464.60 m²
40.70 m²
18.40 m²
4.80 m²
A.C.
116.50
116.50
116.50
116.50
116.50
116.50
116.50
E.P.
E.P.
106.45
106.45
106.45
A.C.SEGURANÇA / POLÍCIA
20.00 m²8.50 m²
BEBÉS
2
26.50 m²
2.40 m²
17.30 m²
CONSULTAS (reserva)
16.65 m²
CONSULTAS UROLOGIA (reserva)
CONSULTA (Oftalm.)
CONSULTA (Oftalm.)
CONSULTA (Cirurg) EXAMES
4.15 m2
ARR.
3.75 m2
I.S.
3.75 m2
I.S.
4.85 m²
I.S.D.
4.85 m²
I.S.D.
4.90 m²
I.S.D.
4.65 m²
I.S.D.
6
7
24.05 m²
PEQUENA CIRURGIA
M. C.
SALA R.C.P.
21.90 m²
S. ESPERA
16.15 m²
TRATAMENTO ORTOPEDIA
16.40 m²
GESSOS
17.05 m²
CONSULTA ADULTOS
48.05 m²
S. ESPERA
10.80 m²
AS. SOCIAL
BOX
BOX
15.75 m²
GABINETE CONSULTA
15.65 m²
GABINETE CONSULTA
AEROSSOIS
10.75 m²
13.60 m²
Z. ESPERA
63.75 m²
ESPERA
S. ACOMPANHANTES
38.20 m²
VEST.
VEST.
M. E.
15.10 m²
S.TRATAMENTOSB2 B1Bp62
2.80 m²2.95 m²
5.65 m²
7.40 m²4
RECUPERAÇÃO PEDIATRIA
139.70 m²
S. E.
9.85 m²
GABINETE
9.85 m²
GABINETE
20.85 m²
GABINETE
3.20 m²
I.S.P.
14.55 m²
SUJOS 7.80 m²
LIMPOS
4.90 m²
SACOS
Bp65
Bp65a
12.30 m²
Z. ESPERA
I.S
5.75 m²
12.75 m²
CONSULTA
GABINETE
15.70 m²
CONSULTA
GABINETE
16.10 m²
CONSULTA
GABINETE
11.80 m²
CONSULTA
GABINETE
12.00 m²
S. ECOCAR.
11.70 m²
TRAT.
11.70 m²
REL.
11.95 m²
REL.
18.85 m²
OBSERV. / PREP.
13.25 m²
BOX ESPIR.
21.10 m²
RESP.
ENDOS.
25.45 m²
DIGEST.
ENDOS.
25.10 m²
DIGEST.
ENDOS.
8.55 m²
LAV.25.95 m²
ERGOMETRIA
11.65 m²
HOLTER
15.00 m²
P. CONTROL
29.45 m²
ESPERA CAMAS
88.00 m2
S.ESPERA
11.95 m²
R. L.
12.15 m²
ARM. MAT.
9.35 m²
DEP. EQUIP.
M. L.
4.10 m²
3.00 m²
I.S.P.
41.80 m²
5.25 m2
5.25 m2
5.25 m2
I. S.
3.05 m²I. S.
3.05 m²
7.90 m²
N
x’
y’
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
109
6.3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE ELEVADORES
A informação referente às características dos sistemas de elevadores do novo Hospital de Cascais é
obtida com base nas respectivas Peças Desenhadas. Os seis elevadores instalados no núcleo central
consistem em sistemas eléctricos de tracção sem casa de máquinas (MRL), com a unidade motriz
directamente apoiada numa guia combinada da cabine e do contrapeso. Estes modelos foram
dimensionados de acordo com a norma europeia EN81-1.
O sistema em estudo destina-se ao transporte de pessoas e macas a uma velocidade de 1,6 m/s e
caracterizam-se por uma carga útil de 1600 kg, comportando um máximo de 21 pessoas.
O elevador desloca-se ao longo de uma altura de 24,6 metros, composta por seis paragens,
correspondentes do piso 1 ao 7, com excepção do piso 4.
Na seguinte figura é possível observar um esquema do sistema utilizado.
Fig. 6.6 - Esquema de um elevador do núcleo central do novo Hospital de Cascais.
Caixa de Elevador
A caixa do sistema em estudo é definida por um conjunto de paredes em betão armado, que se
prolongam ao longo de um comprimento de 30,2 m, dos quais 6,24 m correspondem ao extracurso,
ou seja, à altura do topo da caixa medida a partir do último piso servido pelo elevador (piso 7). As
figuras e tabelas que se seguem permitem identificar as características geométricas da caixa e do
poço.
Cabine
Contrapeso
Polia
D=600 mm
Polia
D=530 mm
Polia D=530 mm
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
110
Fig. 6.7 - Esquema da caixa do elevador (dimensões em milímetros): (a) corte; (b) planta com cabine e
contrapeso.
Tabela 6.1 – Características geométricas da caixa do elevador.
Piso
Altura da
entrada da
caixa
(mm)
Largura da
entrada da
caixa
(mm)
Cotas das
entradas da
caixa
(m)
Altura do
Piso
(m)
7
2325 1660
26,30
3,70
6 22,60
3,70
5 18,90
4,50
3 14,40
8,20
2*
6,20
4,50
1 1,70
*Piso Principal
(a)
Cabine
Contrapeso
(b)
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
111
Tabela 6.2 - Dimensões da caixa e poço do elevador.
Elemento Dimensões
(m)
Poço Profundidade 1,70
Caixa
Altura 30,20
Largura 2,20
Profundidade 2,90
Sistema de Guias
A caixa do elevador apresenta um conjunto de três guias, cuja localização se encontra identificada na
Fig. 6.8. A guia combinada destina-se a orientar, simultaneamente, o movimento da cabine e do
contrapeso e ainda a servir de apoio à máquina de tracção.
Fig. 6.8 - Localização das guias da cabine e do contrapeso.
As guias metálicas caracterizam-se por uma tensão de cedência de 370 MPa.
Legenda:
1 – Guia combinada da
cabine e do contrapeso;
2 – Guia do contrapeso;
3 – Guia da cabine.
2
3
1
Comportamento Sísmico de Sistemas de Elevadores em Hospitais
112
As secções transversais destes elementos apresentam um formato em T, correspondendo aos
modelos T125B e T82A para a cabine e contrapeso respectivamente, cujas dimensões se encontram
indicadas na seguinte tabela.
Fig. 6.9 - Secção transversal em T de uma guia.
Tabela 6.3 - Características geométricas das secções das guias simples (dimensões definidas de acordo
com os parâmetros identificados na Fig. 6.9) [net 18].
As guias encontram-se apoiadas ao longo da altura do edifício, entre os pisos 1 e 7, em intervalos
maioritariamente regulares de 2,5 metros, como se pode observar na Fig. 6.10. Recorre-se a três de
tipos de cadeiras, também designados por brackets, para o apoio e fixação das diferentes guias,