Principais diferenças entre isoladores elastoméricos e deslizantes na proteção sísmica

O isolamento sísmico é uma estratégia crucial para proteger estruturas contra danos causados por terremotos, reduzindo a transmissão do movimento do solo para a edificação. Dois tipos principais de isoladores amplamente utilizados em sistemas de isolamento sísmico são os elastoméricos e os deslizantes. Embora ambos tenham o objetivo de minimizar as forças sísmicas, eles diferem substancialmente em materiais, mecânica, características de projeto e desempenho.

1. Composição e Estrutura
Isoladores elastoméricos são compostos principalmente por camadas de materiais elastoméricos, como borracha natural ou sintética, alternadas com finas placas de aço unidas para formar um rolamento laminado. Esses elastômeros proporcionam flexibilidade lateral, enquanto as placas de aço contribuem com rigidez vertical significativa e evitam o abaulamento lateral da borracha sob carga. Variações incluem rolamentos de borracha de alto amortecimento (HDRB) e rolamentos de borracha de chumbo (LRB), este último contendo um núcleo de chumbo para maior dissipação de energia através da deformação do chumbo.

Em contraste, os isoladores deslizantes funcionam por meio de uma interface de deslizamento por atrito entre a estrutura e sua fundação. Frequentemente, incorporam superfícies de apoio de aço ou aço inoxidável revestidas com materiais de baixo atrito, como Teflon ou compostos semelhantes. Os tipos comuns incluem deslizadores planos e deslizadores de superfície curva, como os sistemas de pêndulo de atrito (FPS). Esses isoladores dependem do movimento de deslizamento controlado durante eventos sísmicos para desacoplar a estrutura do movimento do solo.

2. Suporte de carga e rigidez
Isoladores elastoméricos oferecem alta capacidade de carga vertical e são rígidos sob compressão vertical, permitindo que suportem pesos substanciais de edifícios com deformação vertical mínima. Sua flexibilidade na direção horizontal resulta em significativa capacidade de deslocamento lateral e permite a dissipação de energia por histerese do material, especialmente em mancais de chumbo-borracha.

Isoladores deslizantes suportam cargas verticais por meio de uma combinação da interface deslizante e, frequentemente, de um mecanismo auxiliar de restauração, como molas ou mancais laminados. Sua rigidez vertical é geralmente menor em comparação aos mancais elastoméricos, mas podem acomodar deslocamentos horizontais maiores, às vezes de até +/- 1000 mm, o que os torna adequados para estruturas que exigem grande capacidade de movimentação sob fortes excitações sísmicas.

3. Mecanismos de Dissipação de Energia
A dissipação de energia em isoladores elastoméricos ocorre principalmente pelas características de amortecimento inerentes às camadas de borracha e, em mancais de chumbo-borracha, pela deformação plástica do núcleo de chumbo. A taxa de amortecimento para esses dispositivos pode variar tipicamente de cerca de 20% (HDRB) a 30% (LRB).

Isoladores deslizantes dissipam energia pelo atrito gerado entre as superfícies deslizantes durante o movimento relativo. Por exemplo, sistemas de pêndulo de atrito dissipam energia pela ação de deslizamento de um cursor sobre uma superfície côncava curva, combinada com uma força restauradora criada pelo efeito pendular do peso da estrutura. O fator de amortecimento por atrito nesses sistemas pode exceder 30%, tornando-os altamente eficazes na atenuação da energia sísmica.

4. Características do Movimento e Restauração
Isoladores elastoméricos apresentam flexibilidade lateral, mas não apresentam separação física significativa entre a estrutura e a fundação. O movimento é principalmente deformação dentro das camadas elastoméricas. As propriedades de rigidez do isolador controlam o deslocamento lateral e sua capacidade de retornar à posição original é elástica.

Isoladores deslizantes permitem deslocamento relativo real, permitindo movimento sobre a superfície deslizante. A restauração da posição de equilíbrio é alcançada por meio de mecanismos como molas de alta tensão ou a geometria de deslizadores curvos. Isoladores deslizantes podem causar ligeiro deslocamento vertical (elevação) da estrutura devido à curvatura em sistemas pendulares, o que deve ser considerado nas integrações de projeto.

5. Aplicações típicas e adequação
Isoladores elastoméricos são comumente utilizados em edifícios e pontes que exigem suporte de carga vertical moderado a alto e deslocamento lateral moderado. Sua compacidade, desempenho comprovado e facilidade de fabricação os tornam predominantes em muitos projetos de isolamento sísmico.

Isoladores deslizantes são frequentemente preferidos em casos onde os deslocamentos sísmicos esperados são muito grandes ou onde a estrutura e suas conexões podem acomodar o grande movimento relativo. São amplamente utilizados em infraestrutura crítica, isolamento de equipamentos pesados e estruturas onde alta dissipação de energia e longa capacidade de deslocamento são necessárias.

6. Limitações e Considerações
Isoladores elastoméricos podem perder alguma capacidade de carga vertical sob deslocamentos laterais muito grandes devido a efeitos de abaulamento. Além disso, sua capacidade de dissipação de energia, embora significativa, pode ser inferior à de sistemas baseados em atrito em alguns casos.

Isoladores deslizantes exigem um projeto cuidadoso de coeficientes de atrito, mecanismos de restauração e limites de deslocamento para evitar movimentos relativos excessivos que podem danificar os sistemas conectados. Geralmente, eles não combinam bem com mancais elastoméricos na mesma estrutura, pois o efeito de elevação em locais deslizantes pode causar movimento diferencial.

Em resumo, isoladores elastoméricos são dispositivos laminados de borracha e aço que proporcionam rigidez vertical e flexibilidade lateral com dissipação de energia por meio de amortecimento do material, ideais para aplicações de carga moderada a alta com deslocamentos controlados. Isoladores deslizantes contam com superfícies deslizantes de atrito e mecanismos de restauração para acomodar grandes deslocamentos sísmicos com alta dissipação de energia, sendo adequados para cenários que exigem grande capacidade de movimentação e efeitos de amortecimento mais intensos. A escolha entre esses isoladores depende dos requisitos estruturais, das condições de carga, do movimento sísmico esperado e de critérios específicos de desempenho.

Essas distinções estão bem documentadas na literatura de engenharia e em revisões de tecnologia de isolamento sísmico.[1][2][3]

[1]https://www.extrica.com/article/18455
[2]https://avestia.com/CSEE2019_Proceedings/files/paper/ICSECT/ICSECT_151.pdf
[3]https://www.mageba-group.com/in/en/1078/223329/O-que-voce-deve-saber-sobre-solucoes-de-isolamento-sismico.htm