Breve descri��o

(por Ema Coelho* e Francisco Carvalhal**)

 

Pode considerar-se a plataforma s�smica triaxial como constitu�da por tr�s subconjuntos principais: (1) o corpo (ou plataforma propriamente dita), sobre o qual s�o montados os modelos ou esp�cimes a ensaiar; (2) o sistema de guiamento, cuja principal miss�o consiste em assegurar que o corpo se move apenas segundo os graus de liberdade desejados; e (3) o sistema actuador, o qual inclui os sistemas de controlo associados e que tem por miss�o impor ao corpo (e, por conseguinte, � base do esp�cime de ensaio) o movimento com as caracter�sticas requeridas pelos diversos ensaios s�smicos. O corpo � uma estrutura em chapa de a�o soldada com a forma aproximada de um prisma triangular, constituindo uma das suas faces laterais o tampo (com as dimens�es �teis de 4,6x5,6 m2) onde s�o montados e fixados, como se disse, os modelos ou esp�cimes a ensaiar. Foi concebido de forma a apresentar uma elevada rigidez, tanto global como localizada � nas zonas onde se liga com outros componentes da plataforma, quer do sistema actuador quer do sistema de guiamento � sem que o correspondente peso atingisse valores excessivos, dado tratar-se de uma massa m�vel.

Figura 2 � Vista da parte inferior do corpo.

 

O sistema de guiamento merece uma abordagem um pouco mais detalhada at� porque constitui um elemento inovador relativamente a outras plataformas s�smicas. Tal como foi j� referido, nos ensaios s�smicos realizados nesta plataforma o movimento global do corpo dever� resultar da combina��o de tr�s movimentos de transla��o segundo outros tantos eixos ortogonais entre si (dois horizontais, designados por eixo transversal e eixo longitudinal, e um vertical); da�, naturalmente, o facto de se designar por plataforma triaxial. Essas transla��es correspondem a tr�s dos seis graus de liberdade do corpo da plataforma, enquanto corpo r�gido que �. Neste contexto, o sistema de guiamento dever� eliminar (ou, na realidade, adequadamente restringir) a possibilidade do movimento do corpo segundo esses tr�s graus de liberdade restantes, que, como se sabe, s�o constitu�dos por rota��es em torno dos tr�s eixos ortogonais atr�s mencionados.

Figura 3 � Ac��o das barras de tor��o (F. Carvalhal).

Nas plataformas s�smicas triaxiais de que se tem conhecimento, a elimina��o ou restri��o dessas tr�s rota��es � realizada com recurso a actuadores hidr�ulicos servocontrolados. Trata-se, portanto, de uma via activa, isto �, com disp�ndio de energia. No caso da plataforma s�smica triaxial do LNEC, a op��o contemplou uma abordagem passiva. Com efeito, s�o dispositivos mec�nicos, integrados no sistema de guiamento, que t�m a miss�o de contrariar, restringindo, os indesejados movimentos de rota��o. Basicamente, cada um destes dispositivos mec�nicos, um para cada rota��o, � constitu�do por uma barra de tor��o (na realidade, por tubo com elevada resist�ncia � tor��o) suportada, em cada uma das extremidades, por chumaceiras, o que lhes permite rodarem livremente em torno do seu pr�prio eixo. Em cada uma dessas extremidades encontra-se uma manivela que se liga ao corpo da plataforma atrav�s de uma biela com pares esf�ricos (r�tulas). Este arranjo mec�nico, com r�tulas esf�ricas, permite que o corpo da plataforma se possa movimentar livremente segundo as tr�s transla��es desejadas. No entanto, se ocorrer um momento ou bin�rio perturbador � devido, por exemplo, a um momento de derrube do modelo em ensaio e tendente a provocar a rota��o do corpo em torno de um dos eixos de transla��o � ent�o as bielas de liga��o da barra de tor��o associada a esse eixo tender�o a deslocar-se em direc��es opostas; este facto dar� origem a um bin�rio de reac��o que ir� equilibrar o bin�rio perturbador e "eliminar", deste modo, a possibilidade de rota��o.

 

Poder-se-� argumentar que a solu��o activa conduz a um sistema de guiamento mais simples e menos volumoso, o que, efectivamente, � verdade. N�o obstante, a solu��o passiva apresenta tamb�m indiscut�veis vantagens, que, em �ltima inst�ncia, levaram a que tivesse sido a solu��o adoptada. De entre essas vantagens, citam-se as duas consideradas como as mais relevantes. Em primeiro lugar, a tarefa dos sistemas de controlo associados ao sistema actuador � aliviada, o que reduz a sua complexidade e, consequentemente, o seu custo. Em segundo lugar, o n�mero de actuadores hidr�ulicos (e dos respectivos servocontroladores) decresce consideravelmente, o que tamb�m acarreta uma redu��o significativa de custos, n�o apenas no que toca ao investimento inicial mas tamb�m, e sobretudo, no que respeita a custos de manuten��o. Por �ltimo, � de salientar que a experi�ncia adquirida com a opera��o da plataforma s�smica mostra que o seu grau de desempenho est� � altura do que era esperado.

 

Figura 4 � Al�ado lateral segundo o eixo transversal

Figura 5 � Al�ado lateral segundo o eixo longitudinal

O sistema actuador � essencialmente constitu�do por actuadores �leo-hidr�ulicos e sistemas de controlo associados. De uma forma sucinta, cada actuador �, por seu turno, constitu�do por um cilindro (tamb�m vulgarmente conhecido por macaco) hidr�ulico de duplo-efeito e de dupla-haste, por uma ou mais servov�lvulas e por todo um outro conjunto de componentes hidr�ulicos, de liga��o, comando e seguran�a. O �leo sob press�o (press�o normal de funcionamento da ordem dos 200 bar) � fornecido por um grupo de moto-bombas hidr�ulicas com um d�bito m�ximo de 690 litros/min.

A plataforma s�smica triaxial do LNEC possui quatro actuadores �leo-hidr�ulicos: um, com a capacidade nominal de 300 kN de for�a, para o eixo vertical, um (1000 kN) para o eixo longitudinal e dois (2 � 300 kN), instalados em arranjo "push-pull", para o eixo transversal. A massa m�vel equivalente da plataforma � de aproximadamente 40 toneladas; por outro lado, a plataforma foi dimensionada para uma carga m�xima (massa do esp�cime de ensaio) de cerca de 40 toneladas. Todos os actuadores possuem um curso �til de cerca de 145 mm, descontado j� o percurso m�ximo correspondente ao sistema de paragem de emerg�ncia a for�a constante.
Tendo em conta esses valores, verifica-se que as acelera��es nominais, ou seja, para as capacidades nominais de for�a dos actuadores em presen�a, e para a plataforma sem esp�cime de ensaio, s�o as seguintes: eixo transversal 15 m/s2, eixo longitudinal 25 m/s2 e eixo vertical 7,5 m/s2.

Tal como atr�s foi j� mencionado, o sistema actuador foi objecto, recentemente, de uma altera��o significativa (complexa e onerosa) com vista a melhorar as suas capacidades de velocidade segundo os tr�s eixos. Assim, na configura��o actual, as velocidades nominais e velocidades limites que podem ser atingidas segundo os tr�s eixos, e durante um determinado espa�o de tempo essencialmente dependente do tipo de solicita��o em causa, s�o, respectivamente: eixo transversal 0,70 a 1,21 m/s, eixo longitudinal 0,42 a 0,74 m/s e eixo vertical 0,42 a 0,73 m/s.

 

Figura 6 � Planta geral.

Figura 7 � Vista em perspectiva.

*investigador principal do LNEC

**Investigador-coordenador do LNEC

Excerto do artigo publicado no N.� 10 da revista Engenharia e Vida - Fevereiro de 2005