Análise sísmica e proposta de reforço de uma estrutura do séc. XIX sujeita a uma reabilitação parcial

Trabalho final de Mestrado para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil

Soluções de reforço utilizadas na reparação/reabilitação da construção tradicional açoriana

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Civil (Estruturas)

Técnicas de suavização aplicadas à caracterização de fontes sísmicas e à análise probabilística de ameaça sísmica

A avaliação de risco sísmico, fundamental para as decisões sobre as estruturas de obras de engenharia e mitigação de perdas, envolve fundamentalmente a análise de ameaça sísmica. Calcular a ameaça sísmica é o mesmo que calcular a probabilidade de que certo nível de determinada medida de intensidade em certo local durante um certo tempo seja excedido. Dependendo da complexidade da atividade geológica essas estimativas podem ser bas- tante sofisticadas. Em locais com baixa sismicidade, como é o caso do Brasil, o pouco tempo (geológico) de observação e a pouca quantidade de informação são fontes de muitas incer- tezas e dificuldade de análise pelos métodos mais clássicos e conhecidos que geralmente consideram, através de opiniões de especialistas, determinadas zonas sísmicas. Serão discutidas algumas técnicas de suavização e seus fundamentos como métodos al- ternativos ao zoneamento, em seguida se exemplifica suas aplicações no caso brasileiro.

Estudo da atividade sísmica em São Caetano-PE em 2007

In this dissertation we studied the seismic activity in the São Caetano county, Pernambuco State, Northeastern Brazil, located near the Pernambuco Lineament. The Pernambuco Lineament is a one of Neoproterozoic continental-scale shear zones that deforms the Borborema province. The seismicity estudied occurred in a NE trending branch of Pernambuco Lineament. The seismic activity in São Caetano started in 2006 and in May 20th, 2006 a 4,0 mb earthquake hit there. This was the largest earthquake ever reported in Pernambuco State. This dissertation is the result of a campaign done in the period from Februay 1th 2007 to July 31 th 2007. In this campaign up to nine three-component digital seismographic stations were deployed and the collected data was used to determine hypocenters and focal mechanism. A total of 214 earthquakes, recorded at least by three stations, were analyzed. To determine hypocenters and time origin the HYPO71 program was used assuming a half-space model with parameters : VP (P-wave velocity) equal to 5.90 km/s and the ratio VP/VS 1.70, where VS is the S-wave velocity. The earthquakes hypocentral distribution was approximately 4 km long and agrees with the NE-SW direction of the Pernambuco Lineamento branch. Hypocentres depth range from 2 to 8 km. The composed focal mechanism was made from a group of 14 selected earthquakes. We try firstly to find the fault plane solution matching the polarity distribution at stations, using the FPFIT program. The result was 43 deg ± 15 deg for strike, 59 deg ± 9 deg for dip and -142 deg ± 15 deg for rake. We also fitted a plane using the hypocentral distribution to obtain the dip and azimuth of the hypocentral distribution. The results obtained by this fit were 58 deg for the azimuth, 55 deg for the dip and -155 deg for rake. This result shows a mechanism of a strike-slip dextral fault with a normal component. This dissertation shows, once more, that there is a good correlation between the seismic activity and geological features in the region near the Pernambuco Lineament and its NE branches

Parâmetros de fonte de microterremotos em Cascavel-CE

In this dissertation it was studied the rupture characteristic of earthquakes of the Town of Cascavel CE, Northeastern Brazil. Located on the border of the Potiguar Basin, the Town of Cascavel is one of the most seismically active intraplate areas in the country. In this town, on November 20th, 1980 a 5,2mb earthquake occurred. This was the largest earthquake ever reported in Northeast Brazil. Studies of this region using instruments were possible after 1989, with several campaigns being done using seismographic networks. From the beginning of the monitoring to April 2008 more than 55,000 events were recorded. With the data collected by a network with six 3-components digital seismographic stations during the campaigns done from September 29th, 1997 to March 5th, 1998, estimates of source parameters were found fitting the displacement spectra in the frequency domain for each event. From the fitting of the displacement spectra it was possible to obtain the corner frequency ( ) c f and long period amplitude ( ) W0 . Source parameters were determined following Brune (1970) and Madariaga (1976) models. Twenty-one seismic events were analyzed (0.7 £ £ 2.1) b m in order to estimate the source dimension (r ), seismic moment ( ) M0 , static stress drop (Ds ), apparent stress ( ) a s , seismic energy ( ) S E and moment magnitude ( ) W M for each of the events. It was observed that the ratio between radiated seismic energy and moment seismic (apparent stress) increases with increasing moment and hence magnitude at the observed range. As suggested by Abercrombie (1995), also in this work there is a breakdown in the scaling for earthquakes with magnitudes smaller than three ( < 3.0) W M , so that the rupture physics is different for larger events. If this assumption is valid, the earthquakes analyzed in this work are not selfsimilar. Thus, larger events tend to radiated more energy per unit area than smaller ones.

Estudo sísmico no açude Tucunduba, Senador Sá, CE

The Tucunduba Dam, is west of Fortaleza, Ceará State. The seismic monitoring of the area, with an analogical station and seven digital stations, had beginning on June 11, 1997. The digital stations, operated from June to November 1997. The data collected in the period of digital monitoring was analyzed for determination of hypocenters, focal mechanisms, and shear-wave anisotropy analysis. For determination of hypocenters, it was possible to find an active zone of nearly 1 km in length, with depth between 4.5 and 5.2 km. A 60AZ/88SE fault plane was determined using the least-squares method and hypocenters of a selected set of 16 earthquakes recorded. Focal mechanisms were determined, in the composite fault plane solution, a strike-slip fault, trending nearly E-W, was found. Single fault plane solutions were obteined to some earthquakes presented mean values of 65 (azimuth), and 80 (dip). Shear-wave anisotropy was found in the data. Polarization directions and travel time delays, between S spliting waves, were determined. It was not possible to obtain any conclusion on the cause of the observed anisotropy. It is not clear if there is correlation between seismicity and mapped faults in the area, although the directions obtained starting from the hipocentros and focal mechanism are they are consistent with directions, observed in the area, photo, topographic and fractures directions observed in the area

Estudo do potencial da técnica de nanossísmica para o monitoramento de hidrofraturamento em reservatórios de hidrocarbonetos

Hydraulic fracturing is an operation in which pressurised fluid is injected in the geological formation surrounding the producing well to create new permeable paths for hydrocarbons. The injection of such fluids in the reservoir induces seismic events. The measurement of this reservoir stimulation can be made by location these induced microseismic events. However, microseismic monitoring is an expensive operation because the acquisition and data interpretation system using in this monitoring rely on high signal-to-noise ratios (SNR). In general, the sensors are deployed in a monitoring well near the treated well and can make a microseismic monitoring quite an expensive operation. In this dissertation we propose the application of a new method for recording and location of microseismic events called nanoseismic monitoring (Joswig, 2006). In this new method, a continuous recording is performed and the interpreter can separate events from noise using sonograms. This new method also allows the location of seismic sources even when P and S phases onsets are not clear like in situations of 0 dB SNR. The clear technical advantage of this new method is also economically advantageous since the sensors can potentially be installed on the surface rather than in observation well. In this dissertation field tests with controlled sources were made. In the first test small explosives using fire works at 28 m (slant distances) were detected yealding magnitudes between -2.4 ≤ ML ≤ -1.6.. In a second test, we monitored perforation shots in a producing oil field. In this second test, one perforation shot was located with slant distances of 861 m and magnitude 2.4 ML. Data from the tests allow us to say that the method has potential to be used in the oil industry to monitor hydrofracture

Orientação e magnitude de tensões na bacia potiguar: implicações para evolução de bacias em margens passivas

This study presents new stress orientations and magnitudes from the Potiguar basin in the continental margin of Brazil. We analyzed breakout and drilled induced fractures derived from resistivity image logs run in ten oil wells. We also used direct Shmin measurements determined from hydraulic fractures and rock strength laboratory analysis. In addition, we compared these results with 19 earthquake focal mechanisms located in the crystalline basement. We observed that stress directions and magnitudes change across the basin and its basement. In the basin, the SHmax gradient of 20.0 MPa/km and the SHmax/Shmin ratio of 1.154 indicate a normal stress regime from 0.5 to 2.0 km, whereas the SHmax gradient of 24.5MPa/km and the SHmax/Shmin ratio of 1.396 indicate a strike slip stress regime from 2.5 to 4.0 km. The deeper strike-slip stress regime in the basin is similar to the regime in the basement at 1-12 km deep. This stress regime transition is consistent with an incipient tectonic inversion process in the basin. We also noted that the SHmax direction rotates from NW SE in the western part of the Potiguar basin to E W in its central and eastern part, following roughly the shoreline geometry. It indicates that local factors, as density contrast between continental and oceanic crust and sediment loading at the continental shelf influence the stress field. The concentration of fluid pressure in faults of the lowpermeability crystalline basement and its implications to establish a critically stressed fault regime in the basement is also discussed

Diques clásticos na formação corumbataí (p) no nordeste da bacia do paraná, SP: Análise sistemática e significações estratigráficas, sedimentológicas e tectônicas

This paper aims to present the results of systematic survey on clastic dykes in the Corumbataí Formation (Permian), in the northeast region of the State of São Paulo. Besides this, the paper analyses genetic aspects of those features as well as their stratigraphic and sedimentologic implications in terms of geologic evolution of the northeastern Paraná Sedimentary Basin during Permian times. The field works had been developed in 3 main Corumbataí Formation outcrops (2 road cuts and a quarry) supposed to show the most important clastic dikes occurrences in the studied area. Basically, the sedimentary intrusions are formed by fine sand or silt size particles and had penetrated host rocks as near-vertical, centimeter thick, dykes (most common form) or as horizontal sheets, forming clastic sills (subsidiary form), both with variable geometric forms and dimensions. A lot of dyke walls show undulations suggesting pre-diagenetic clastic intrusions, probably near the ancient depositional surface. Almost all intrusions occur in the superior third portion of the Corumbataí Formation and some similar features seem to appear in the adjoining superposed Pirambóia Formation base. In this article the authors defend a seismic origin hypothesis for the clastic intrusions. It is important to mention that clastic intrusions tend to occur linked to expressive seismic events, with magnitude upper to 5. The analysis of isopach maps of the Permian and Mesozoic units of the Paraná Sedimentary Basin in the study area suggests a depositional system changing, from epicontinental sea conditions to shallow platform and, finally, to coastal deserts. Probably, this environmental change was driven by regional uplift accompanied by seismic events. It is possible that ancient seismicity triggered liquefaction processes and the resulting clastic intrusions. In this sense, those clastic features might be properly namedseismites.

Upper crustal earthquake swarms in São Caetano: reactivation of the Pernambuco shear zone and trending branches in intraplate Brazil

Seismogenic fault reactivation of continental-scale structures has been observed in a few intraplate areas, but its cause is still amatter of debate. The objective of the present study is to analyze two seismic swarms that occurred along the EW-trending Pernambuco ductile shear zone and in a NE-trending branch, in 2007 and 2010 in São Caetano County, Northeastern Brazil.We studied both epicentral areas using a nine- and a seven-station network during 180 and 54 days, respectively. The results indicate that the 2007 swarm correspond to a right-lateral, strike–slip fault with a normal component of slip (strike 74°, dip 60°, and rake−145°) and the 2010 swarmcorresponds to a normal fault (strike 265°, dip 79°, and rake −91°). The former reactivated a NE-trending branch, whereas the latter reactivated the main E-W-trending mylonitic belt of the Pernambuco shear zone. These results are consistent with seismogenic reactivation of this major structure, generated by the present-day EW-trending compression and NS-trending extension, as observed by previous studies. This shear zone was reactivated as rift faults in the Cretaceous during the South America–Africa breakup. However, our study confirms that the basement fabric such as continental-scale ductile shear zones, show evidence of crustal weakness outside areas of previous rifting, and it reveals the potential for large earthquakes along dormant rift segments associated with major basement shear belts.

Dimensionamento sísmico de edifícios baixos em alvenaria confinada

O facto de se ignorar a contribuição da resistência às forças laterais que solicitam as paredes de alvenaria das estruturas em zonas sísmicas é um tema que tem dado muito de que falar na engenharia estrutural. Em Portugal os projetistas preferem as soluções em betão armado pela sua ampla aplicação e bons resultados ao longo dos tempos. Perante o exposto anteriormente e com o objetivo de abrir possibilidades a novas alternativas que permitam de igual forma bons comportamentos estruturais, pensando na construção económica e com segurança, apresenta-se este estudo que propõe a aplicação de alvenaria confinada em zonas sísmicas de Portugal. A presente dissertação está composta por seis capítulos. No capítulo I apresenta-se uma introdução ao problema que permita ao leitor o enquadramento no tema, indicando de igual forma os objetivos específicos que foram precisos cumprir para chegar ao objetivo geral pretendido, isto é, a proposta duma metodologia de conceção de estruturas de habitação usando alvenaria confinada em zonas de risco sísmico em Portugal, delimitadas para edificações de 1 a 2 andares. Os requisitos gerais de ligação considerados baseiam-se no documento “SEISMIC DESIGN GUIDE FOR LOW-RISE CONFINED MASONRY BUILDINGS” os quais foram complementados com dados recomendados pelos EC 6 e EC 8 baseados na norma portuguesa. No capítulo II mostram-se antecedentes de estudos nacionais e internacionais da alvenaria confinada, assim mesmo encontram-se as bases teóricas com definições e requerimentos importantes a serem considerados no momento da conceção do projeto, ainda nesta seção indicam-se os passos para a aplicação do método de cálculo de esforços resistentes das paredes de alvenaria confinada (Método Simplificado), tal método foi aplicado e validado em modelos de elementos finitos desenhados com materiais e características sísmicas de comum aplicação em Portugal como se apresenta no capítulo III. No capítulo IV analisam-se os resultados obtidos, levando a que no capítulo V se descreva uma proposta de aplicação de alvenaria confinada em zonas de baixa sismicidade e alta sismicidade em Portugal. Finalmente no capítulo VI os resultados obtidos levam a concluir que em zonas de baixa sismicidade o dimensionamento de densidade de paredes é dependente das cargas gravíticas para edifícios de 1 e 2 níveis. No caso de zonas de alta sismicidade são as forças sísmicas as condicionantes. Ainda para edifícios de 2 níveis nestas zonas,a espessura mínima das paredes é de 0,20 m.

Dimensionamento sísmico de edifícios baixos em alvenaria confinada

O facto de se ignorar a contribuição da resistência às forças laterais que solicitam as paredes de alvenaria das estruturas em zonas sísmicas é um tema que tem dado muito de que falar na engenharia estrutural. Em Portugal os projetistas preferem as soluções em betão armado pela sua ampla aplicação e bons resultados ao longo dos tempos. Perante o exposto anteriormente e com o objetivo de abrir possibilidades a novas alternativas que permitam de igual forma bons comportamentos estruturais, pensando na construção económica e com segurança, apresenta-se este estudo que propõe a aplicação de alvenaria confinada em zonas sísmicas de Portugal. A presente dissertação está composta por seis capítulos. No capítulo I apresenta-se uma introdução ao problema que permita ao leitor o enquadramento no tema, indicando de igual forma os objetivos específicos que foram precisos cumprir para chegar ao objetivo geral pretendido, isto é, a proposta duma metodologia de conceção de estruturas de habitação usando alvenaria confinada em zonas de risco sísmico em Portugal, delimitadas para edificações de 1 a 2 andares. Os requisitos gerais de ligação considerados baseiam-se no documento “SEISMIC DESIGN GUIDE FOR LOW-RISE CONFINED MASONRY BUILDINGS” os quais foram complementados com dados recomendados pelos EC 6 e EC 8 baseados na norma portuguesa. No capítulo II mostram-se antecedentes de estudos nacionais e internacionais da alvenaria confinada, assim mesmo encontram-se as bases teóricas com definições e requerimentos importantes a serem considerados no momento da conceção do projeto, ainda nesta seção indicam-se os passos para a aplicação do método de cálculo de esforços resistentes das paredes de alvenaria confinada (Método Simplificado), tal método foi aplicado e validado em modelos de elementos finitos desenhados com materiais e características sísmicas de comum aplicação em Portugal como se apresenta no capítulo III. No capítulo IV analisam-se os resultados obtidos, levando a que no capítulo V se descreva uma proposta de aplicação de alvenaria confinada em zonas de baixa sismicidade e alta sismicidade em Portugal. Finalmente no capítulo VI os resultados obtidos levam a concluir que em zonas de baixa sismicidade o dimensionamento de densidade de paredes é dependente das cargas gravíticas para edifícios de 1 e 2 níveis. No caso de zonas de alta sismicidade são as forças sísmicas as condicionantes. Ainda para edifícios de 2 níveis nestas zonas,a espessura mínima das paredes é de 0,20 m.

Metodologia para implantação de um sistema de disposição de rejeitos em minério de ferro na região do semiárido: estudo de caso

Tailings dams are structures that aims to retain the solid waste and water from mining processes. Its analysis and planning begins with searching of location for deployment, step on which to bind all kinds of variables that directly or indirectly influence the work, such as geological, hydrological, tectonic, topographic, geotechnical, environmental, social characteristics, evaluation security risks, among others. Thus, this paper aims to present a study on the most appropriate and secure type of busbar to design a layout structure of iron ore tailings, taking into account all the above mentioned variables. The case study involves the assessment of sites for location of dams of tailings disposal beneficiation of iron mine to be built in Bonito, in the municipality of Jucurutu in Seridó Potiguar. For site selection among alternatives, various aspects of the current state of the art were considered, one that causes the least environmental impact, low cost investment, adding value to the product and especially the safety of the implanted structure mitigates the concern about induced earthquakes as a result of liquefaction wastes somatized by dams in the region, as the tilling of Mina Bonito is located practically in the hydraulic basin dam Armando Ribeiro in environmental protection (APA). The methodology compares induced by dams in the semiarid region with the characteristics of the waste disposal and sterile seismicity, taking into account the enhancement of liquefaction by the action of seismicity in the Mina Bonito region. With the fulcrum in the methodology, we indicated the best busbar type for disposal of tailings from iron ore or combination of them, to be designed and built in semiarid particularly for Mina Bonito. Also presents a number of possible uses for the tailings and in engineering activities, which may cause processing to the common good.

Avaliação do impacto das condições de operação na qualidade do sinal : processamento de dados de reflexão sísmica de multicanal

Através do processamento de dados sísmicos convertem-se registos de campo em secções sísmicas com significado geológico, que revelam informações e ajudam a delinear as camadas geológicas do subsolo e identificar estruturas soterradas. Portanto, a interpretação dos dados sísmicos só é boa se o processamento também o for. Este trabalho é resultado de um estágio curricular na empresa de prospecção geofísica GeoSurveys, que consistiu principalmente em processar 18 linhas de dados de sísmica de reflexão multicanal de alta resolução adquiridas na ilha de Pulau Tekong em Singapura, que têm como finalidade investigação do solo da baia desta mesma ilha. Estes dados foram cedidos à GeoSurveys para fins académicos, caso em que se inclui esta dissertação. Para atingir os objectivos propostos que consistiam em avaliar o impacto das condições de operação na qualidade do sinal sísmico e interpretação das linhas, fez-se o processamento das linhas utilizando um fluxo processamento padrão utilizado na empresa, com recurso ao software Radex Pro. Este fluxo de processamento tem como mais-valia o método de correcções estáticas, o UHRS trim statics, além das técnicas habituais utilizadas para melhorar a resolução das secções sísmicas como é o caso da desconvolução, a atenuação de ruído através do stacking, correcções de NMO, e migração, entre outras técnicas. A interpretação das linhas sísmicas processadas foi feita no software Kingdom Suite (IHS), através da distinção da configuração interna dos reflectores em cada secção sísmica, estabelecendo deste modo as principais unidades sismo-estratigráficas e identificando as zonas de interface que delimitam os horizontes principais. Foi feito ainda um estudo geológico sumário da área de pesquisa e da evolução geodinâmica da região.

O Impacto dos Grandes Sismos em Portugal

Furacões, Tornados, Sismos, Cheias, Secas, Erupções Vulcânicas, Tsunamis, entre outros, são fenómenos naturais que fazem parte do quotidiano do nosso planeta. Todos eles tem capacidade para devastarem repentinamente qualquer zona do planeta, deixando clara a nossa vulnerabilidade e fragilidade perante estes eventos extremos. É uma vulnerabilidade que em cada ano responde por milhares de mortos, feridos, desaparecidos e desalojados que em cada ano afetam a humanidade e destroem as economias e meios de subsistência. Há que sublinhar que, nas últimas décadas, milhões de pessoas perderam a vida em consequência destes desastres e o quadro tende a agravar-se como indicam as estimativas das Nações Unidas que apontam para que, nos próximos anos, estas catástrofes provoquem, perdas médias anuais, de 100.000 vidas e custos de 250.000 milhões de euros. Os sismos exercem claramente um impacto de grande gravidade, a curto e longo prazo, na vida económica e social das regiões. Os seus efeitos adversos afectam as infra-estruturas, a economia, o património material, natural e cultural, o ambiente e o turismo. Por outras palavras, os sismos têm um impacto negativo global na coesão económica e social das regiões. Em Portugal continental, a sismicidade histórica e instrumental revela-nos a existência de eventos geradores de destruição no território nacional. É uma sismicidade dispersa, reveladora da atividade de algumas das falhas cartografadas. É na região a sudoeste do Cabo de S. Vicente, entre o Banco de Gorringe e a costa oeste Portuguesa que se encontra uma das zonas sismogénicas mais ativas.