DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE BETÃO DE ACORDO COM OS EUROCÓDIGOS. 14, 15 e 16 DE FEVEREIRO DE Módulo 7 Dimensionamento Sísmico

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1 DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE BETÃO DE ACORDO COM OS EUROCÓDIGOS 14, 15 e 16 DE FEVEREIRO DE 2007 Módulo 7 Dimensionamento Sísmico João Almeida Costa António

2 EN1998-1: EUROCÓDIGO 8 Projecto de Estruturas Sismo-resistentes Parte 1 - Regras gerais, acções sísmicas e regras para edifícios Parte 2 Pontes Parte 3 Avaliação e reforço de edifícios Parte 4 Silos, reservatórios e condutas enterradas Parte 5 Fundações, estruturas de contenção e aspectos geotécnicos Parte 6 Torres, mastros e chaminés

3 OBJECTIVO: Na eventualidade da ocorrência de sismos o projecto de estrutura deve assegurar que: as vidas humanas estão protegidas os danos são limitados as instalações de protecção civil importantes são mantidas operacionais

4 EXIGÊNCIAS DE DESEMPENHO EXIGÊNCIA DE NÃO COLAPSO No caso da ocorrência de um sismo raro (baixa probabilidade de ocorrência) as estruturas não devem colapsar (local ou globalmente) e deverão apresentar uma capacidade residual de resistência após o sismo. Objectivo: protecção de vidas humanas Acção a considerar acção sísmica de projecto Acção com probabilidade de ocorrência de 10% em 50 anos (equivalente a um período de retorno de 475 anos)

5 EXIGÊNCIAS DE DESEMPENHO EXIGÊNCIA DE LIMITAÇÃO DE DANOS No caso da actuação de um sismo com maior probabilidade de ocorrência que o sismo de projecto os danos na construção devem ser limitados. Embora se admitam danos, os custos relativos à sua reparação e à limitação do uso da construção não devem ser muito elevados (custos desproporcionalmente elevados face ao custo da estrutura) Objectivo: evitar danos estruturais e limitar os danos em elementos não estruturais Acção a considerar acção sísmica frequente ou de serviço Acção com probabilidade de ocorrência de 10% em 10 anos (equivalente a um período de retorno de 95 anos) Acção sísmica frequente = υ (acção sísmica de projecto); υ = 0.4 / 0.5

6 ACÇÃO SÍSMICA A definição da acção sísmica é remetida para as autoridades nacionais Portugal Grupo de Trabalho do Eurocódigo 8 GT-EC8 São definidas 2 acções sísmicas: Sismo próximo sismo de magnitude moderada e pequena distância focal (cenário de geração intraplacas) Sismo afastado sismo de maior magnitude a uma maior distância focal (cenário de geração interplacas) A estes dois tipos de sismo corresponde dois zonamentos distintos (definidos com base na avaliação da perigosidade sísmica)

7 ACÇÃO SÍSMICA Zonamento do território Sismo próximo Sismo afastado Zonamento sísmico RSA Proposta GT-EC8 (LNEC, 11/10/2006)

8 ACÇÃO SÍSMICA A acção sísmica é traduzida por espectros de resposta elásticos de aceleração que representam a componente horizontal do movimento do solo S e (T) espectro de resposta elástico a g valor de cálculo da aceleração no terreno tipo A T B limite inferior do troço de aceleração constante T C limite superior do troço de aceleração constante T D valor que define o troço de deslocamento constante aceleração constante velocidade constante deslocamento constante S factor do solo η factor de correcção do amortecimento

9 Valores recomendados no EC8 Sismo próximo Tipos de solo Sismo afastado A B;C;E D

10 ACÇÃO SÍSMICA Proposta GT-EC8 RSA Sismo próximo Zona a g [cm 2 /s] Sismo próximo Zona a g [cm 2 /s] A 177 B 124 C 89 D 53 Sismo afastado Zona a g [cm 2 /s] Sismo afastado Zona a g [cm 2 /s] A 107 B 75 C 54 D 32

11 ACÇÃO SÍSMICA Proposta GT-EC8 Sismo próximo SOLO S T B [s] T C [s] T D [s] A B C D E Sismo afastado SOLO S T B [s] T C [s] T D [s] A B C D E

12 Sismo afastado Zona 1 Sismo próximo Zona 1 Ref. Rui Correia GT-EC8 (LNEC, 11/10/2006)

13 EC8 - RSA Ref. Rui Correia GT-EC8 (LNEC, 11/10/2006)

14 EC8 - RSA Ref. Rui Correia GT-EC8 (LNEC, 11/10/2006)

15 ACÇÃO SÍSMICA Espectro de resposta de projecto q coeficiente de comportamento A acção sísmica deve ter em conta o nível de fiabilidade exigido para a estrutura multiplicar a acção sísmica por um factor de importância γ I : a g = γ I a gr

16 Classes de Importância γ I Esta metodologia permite:

17 PROJECTO DE ESTRUTURAS Princípios básicos de concepção Simplicidade estrutural transmissão de forças através de trajectórias claras e directas maior fiabilidade na previsão do comportamento sísmico Uniformidade, simetria e redundância distribuição regular dos elementos estruturais em planta transmissões curtas e directas das forças sísmicas uniformidade da estrutura em altura evitar zonas com elevada concentração de esforços e zonas com grandes exigências de ductilidade que possam provocar colapso prematuro Resistência e rigidez bi-direccionais dispor os elementos estruturais de forma a que a estrutura resista a acções horizontais em qualquer direcção (o movimento sísmico é um fenómeno bi-direccional) escolher a rigidez de forma a: - minimizar os efeitos da acção - limitar o desenvolvimento de deslocamentos excessivos (controlar danos e efeito P- )

18 PROJECTO DE ESTRUTURAS Princípios básicos de concepção Resistência e rigidez de torção limitar o desenvolvimento de movimentos de torção que conduzem a esforços não uniformes Acção de diafragma ao nível dos pisos assegurar a transmissão das forças sísmicas aos sistemas estruturais verticais e garantir que esses sistemas actuam em conjunto na resistência a essas forças Fundação adequada assegurar que o edifício seja excitado de forma uniforme pelo movimento do solo - fundar a estrutura no mesmo tipo de solo - utilizar o mesmo tipo de fundação - introduzir juntas para separar corpos com diferentes fundações

19 Regularidade Estrutural Estruturas regulares não regulares Consequências Método de análise Modelo estrutural comportamento Coeficiente de Regularidade Simplificações permitidas Planta Altura Modelo Análise Sim Sim Não Não Sim Não Sim Não Plano Plano Tridimensional Tridimensional Estática Dinâmica Estática Dinâmica Coeficiente de comportamento Valor de referência Valor reduzido de 20% Valor de referência Valor reduzido de 20%

20 Critérios de regularidade em planta Simetria em relação a dois eixos ortogonais no que se refere à rigidez e distribuição de massas Forma compacta cada piso deve ser delimitado por uma linha poligonal convexa (a área exterior a linha não pode exceder 5% da área do piso) Pisos com comportamento de diafragma Dimensões em planta satisfazendo a condição: λ = L máx /L min 4 Limitação dos efeitos de torção e r de massa e o centro de rigidez torção: (rigidez de torção/rigidez lateral) 1/2 r l s giração da massa do piso e 0 distância entre o centro r raio de l s raio de

21 Critérios de regularidade em altura Continuidade dos elementos verticais desde a fundação ao último piso Rigidez lateral e distribuição de massas sem descontinuidades significativas A relação entre a resistência real e a resistência necessária não deve variar desproporcionadamente entre pisos adjacentes No caso de existirem recuos:

22 Critérios de regularidade em altura No caso de existirem recuos:

23 Elementos estruturais primários e secundários É permitido escolher um determinado número de elementos estruturais (p.e. pilares e/ou vigas) como elementos sísmicos secundários. - elementos que não participam na resistência à acção sísmica - garantir apenas capacidade de carga para as acções gravíticas e resistência ao efeito P- A rigidez lateral de todos os elementos secundários não pode exceder 15% da rigidez dos elementos primários A escolha dos elementos secundários não pode alterar a classificação da estrutura quanto à regularidade estrutural

24 Análise estrutural. Na análise estrutural deve ser considerada a rigidez em estado fendilhado -rigidez relativa ao início da cedência das armaduras ( 50% da rigidez em estado não fendilhado) aumento dos deslocamentos aumento do efeito P- Devem ser consideradas na análise as paredes de preenchimento de pórticos que contribuam significativamente para a rigidez lateral da estrutura

25 Pórticos preenchidos com paredes de alvenaria No caso de existirem paredes de alvenaria com as seguintes características: - construídas após o endurecimento do betão dos elementos do pórtico - em contacto com os elementos do pórtico mas sem qualquer ligação especial - consideradas como elementos não estruturais Necessidade de considerar os seguintes aspectos: - efeitos no comportamento da estrutura induzidos por irregularidades importantes na disposição das paredes em planta (torção) analisar a estruturas recorrendo a modelos tridimensionais incorporando as paredes - efeitos das irregularidades em altura (p.e. quando ocorrem reduções significativas de paredes em um ou mais pisos) aumento do efeitos da acção sísmica nos elementos verticais - limitação de danos nas paredes (evitar a rotura frágil, a desintegração prematura e o colapso para fora do plano)

26 Elementos não estruturais Elementos acessórios tais como: parapeitos, guardas, divisórias, antenas, equipamentos mecânicos Dimensionar os elementos e as suas ligações para uma força horizontal: S a coeficiente sísmico W a peso do elemento γ a factor de importância (γ a = 1, em geral; γ a = 1.5 caso as consequências do colapso sejam gravosas) q a coeficiente de comportamento (q a = 1 ou 2 consoante o tipo de elemento) α = a g /g S factor do terreno Ta período de vibração fundamental do elemento não estrutural T1 período de vibração fundamental do edifício na direcção em causa z altura do elemento não estrutural acima da base do edifício H altura do edifício

27 Verificação da Segurança Estado limite último Garantir condições relativas à resistência, ductilidade, equilíbrio, estabilidade de fundações e juntas sísmicas Resistência E d R d Os esforços E d relativos à combinação de acções que envolve o sismo deve incluir os efeitos de 2ª ordem (P- ) Efeito P- P tot cargas verticais totais acima do piso em análise V tot esforço total de corte sísmico no piso em análise dr deslocamento relativo entre pisos d r = q (d ei - d ei-1 ) h altura entre pisos θ < 0.1 não é necessário considerar os efeitos de 2ª ordem 0.1 < θ < 0.2 consideração aproximada dos efeitos de 2ªordem x (1/1-θ) θ < 0.3 valor limite permitido

28 Verificação da Segurança Estado limite último Ductilidade Verificação dos requisitos de ductilidade relativos ao coeficiente de comportamento adoptado Verificação dos requisitos relativos aos materiais adoptados betão classe de resistência aço classe de ductilidade Dimensionamento por capacidade real estabelecer uma hierarquia de resistência dos diferentes elementos estruturais e evitar roturas frágeis

29 Verificação da Segurança Estado limite último Juntas sísmicas Protecção contra colisões com estruturas adjacentes = d d abertura da junta d i máximo deslocamento horizontal dos edifícios ou corpos de edifícios d i = q d e No caso dos pisos estarem ao mesmo nível = 0.70

30 Verificação da Segurança Limitação de Danos - Limitação da deriva entre pisos Elementos não estruturais construídos com materiais frágeis fixos à estrutura d r ν h Elementos não estruturais construídos com materiais dúcteis d r ν h Elementos não estruturais fixos de modo a não interferir com a deformação da estrutura d r ν 0.01 h d r = q (d ei - d ei-1 ) ν = 0.4 / 0.5