Aplicação do EUROCÓDIGO 8 à concepção e projecto de edifícios. Aspectos gerais e acção sísmica

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1 Ordem dos Engenheiros Novembro de 2011 Aplicação do EUROCÓDIGO 8 à concepção e projecto de edifícios Aspectos gerais e acção sísmica E CANSADO CARVALHO, GAPRES SA Chairman do CEN/C250/SC8 Coordenador do G EC8

2 SUMÁRIO >Aspectos gerais do Eurocódigo 8 Exigências fundamentais Definição da acção sísmica >Anexo Nacional (NP EN1998-1) Zonamento sísmico Período de retorno da acção sísmica de projecto Configuração dos espectros de resposta e efeito dos solos >Comparação entre actual regulamentação (RSA e REBAP) e a NP EN1998-1

3 EUROCÓDIGO 8 (EN1998) >Projecto de estruturas sismo-resistente >Complementar dos restantes Eurocódigos >6 partes (publicadas pelo CEN 2004/2006): Parte 1: Regras gerais, acções sísmicas e regras para edifícios (EN1998-1) Parte 2: Pontes (EN1998-2) Parte 3: Avaliação e reforço de edifícios (EN1998-3) Parte 4: Silos, reservatórios e condutas enterradas (EN1998-4) Parte 5: Fundações, estruturas de contenção e aspectos geotécnicos (EN1998-5) Parte 6: orres, mastros e chaminés (EN1998-6)

4 EN >Inclui 56 parâmetros de Determinação Nacional (NDPs) Aspectos gerais e definição da acção sísmica: 11 Modelação, análise e dimensionamento de edifícios: 7 Edifícios de Betão: 11 Edifícios de Aço: 6 Edifícios mistos Aço-Betão: 4 Edifícios de Madeira: 1 Edifícios de Alvenaria: 15 Isolamento de Base: 1 OAL 56

5 EN Objectivos >Proteger as vidas humanas >Limitar as perdas económicas >Assegurar a manutenção em funcionamento das instalações de protecção civil importantes

6 EN Exigências de desempenho EXIGÊNCIA DE NÃO COLAPSO Acção sísmica de projecto ( design seismic action ) Definida nos Anexos Nacionais de cada País (Parâmetros de Determinação Nacional) Valor recomendado (e adoptado em Portugal) para casos correntes: 10% de probabilidade em 50 anos (período de retorno de 475 anos) EXIGÊNCIA DE LIMIAÇÃO DE DANOS Acção sísmica de serviço Valor recomendado (e adoptado em Portugal) para casos correntes: 10% de probabilidade em 10 anos (período de retorno de 95 anos)

7 EN Exigências de desempenho Introdução do conceito de Classes de Importância das construções (coeficiente de importância γ I ) 4 Classes de Importância γ I mais elevado edifícios fundamentais para socorro pós-sismo (hospitais) γ I mais reduzido edifícios de importância reduzida (edifícios agrícolas) Edifícios correntes - γ I = 1,0 Conceito semelhante no REBAP (diminuição dos coeficientes de comportamento)

8 Critérios de conformidade Estado limite último A resistência e capacidade de dissipação de energia a conferir à estrutura dependem da extensão em que se recorre ao seu comportamento não linear. Na prática essa relação entre a resistência e a capacidade de dissipação de energia é caracterizada pelos valores do coeficiente de comportamento q e a respectiva classe de ductilidade.

9 Critérios de conformidade Estado limite último No caso limite do cálculo de estruturas classificadas como de baixa dissipação, não se considera a dissipação de energia histerética e o coeficiente de comportamento não poderá, em geral, ser superior a 1,5, valor que se considera ter em conta as sobrerresistências. Para as estruturas dissipativas, considera-se que o coeficiente de comportamento é superior a esse valor tendo em conta a dissipação histerética de energia que ocorre principalmente em zonas especificamente projectadas para o efeito, designadas por zonas dissipativas ou zonas críticas

10 Critérios de conformidade Verificações de projecto Estado limite último Resistência e capacidade de dissipação de energia Classes de Ductilidade e valores dos coeficientes de comportamento Verificação da estabilidade ao derrubamento e deslizamento Resistência dos elementos e do solo de fundação Efeitos de segunda ordem Inexistência de efeitos desfavoráveis devidos aos elementos não estruturais

11 Critérios de conformidade Verificações de projecto Estado de limitação de Dano Limitação das deformações (Deslocamentos máximos entre pisos devidos ao sismo frequente ): 0,5 % edifícios com elementos não estruturais frágeis fixos à estrutura 0,75 % edifícios com elementos não estruturais dúcteis 1,0 % edifícios com elementos não estruturais fixos de forma a não interferir com a estrutura ou sem elementos não estruturais Rigidez da estrutura suficiente para assegurar a funcionalidade das instalações e equipamentos vitais A Limitação de Dano pode condicionar o projecto em muitos casos

12 Critérios de conformidade Verificações de projecto omar Disposições específicas destinadas a reduzir a incerteza da resposta e promover um bom comportamento da estrutura mesmo no caso de ocorrência de uma acção sísmica mais severa que a de projecto Implicitamente equivalente à satisfação de uma 3ª exigências de desempenho: Prevenção do colapso global sob a acção de um evento muito raro (com período de retorno de a anos). Estado limite de pré-colapso (Near Collapse (NC) Limit State) na EN e muito próximo do colapso real da estrutura com exploração total da capacidade de deformação dos elementos estruturais

13 Critérios de conformidade Disposições específicas Soluções simples e regulares (em planta e altura) Controlo da hierarquia das resistências e da sequência dos modos de rotura (cálculo pela capacidade real «capacity design») Evitar roturas frágeis Controle do comportamento das zonas críticas (pormenorização) Utilização de modelos estruturais adequados (incluindo deformabilidade do solo e elementos não estruturais quando relevante) Em zonas de alta sismicidade é recomendada a utilização de Planos de Qualidade para o Projecto, Construção e Utilização

14 RSA vs NP EN Acção sísmica considerada acção variável Probabilidade de excedência de 5% em 50 anos Acção sísmica de referência correspondente a um período de retorno de 975 anos Acção é majorada (coeficiente parcial = 1,5) na combinação com outras acções Não é explicitada qualquer verificação sísmica a efectuar para um estado limite de serviço Diferença conceptual importante entre os dois documentos

15 EN Zonamento Sísmico >Definido pelas Autoridades Nacionais (Parâmetro de Determinação Nacional Anexo Nacional) >Estabelecido em termos da aceleração máxima de projecto de referência a gr (compatível com a definição da acção sísmica) Divisão do território em zonas sísmicas NP EN1998-1: Duplo cenário de acção sísmica em Portugal Continental (sismo afastado e próximo). Dois zonamentos do território (diferente do RSA)

16 Perigosidade Sísmica Geração e propagação Atkinson et. al. (1998; 2002) finite-fault modelling h O S North R P Surface In depth inclination Orientation of the fault plan h depth of the origin of the fault plan W width of the sub fault L length of the sub fault R distance from the centre of the sub fault to the site r distance of the hypocenter to centre of the sub fault O x y r L W z D= r / V rup + R / b

17 Ondas P (com variação de volume)

18 Ondas S (sem variação de volume)

19 Ondas de superfície

20 Perigosidade Sísmica Distribuição de epicentros

21 Perigosidade Sísmica Sismicidade e zonas de geração sísmica Magnitude Máxima m u axa média de ocorrência anual para m 0 >3,5 mu = 6,0 = 1,14 mu = 7,0 mu = 5,6 = 0,50 = 0,54 mu = 7,0 = 1,37 mu = 7,2 = 0,96 mu = 7,0 = 0,57 mu = 7,8 = 0,77 mu = 8,5 mu = 7,1 mu = 6,2 = 2,30 = 0,86 = 3,97

22 PGA [cm/s 2 ] Perigosidade Sísmica Atenuação INRAPLACA agr - reference peak ground acceleration Mag=5.0 Mag=6.0 Mag=6.5 Mag= Distância [km]

23 Perigosidade Sísmica Resultados para 475 anos PGA [cm/s^2] N Kilometers Cenário próximo. Baixa magnitude Cenário afastado. Alta magnitude

24 Zonamento Sísmico (NP EN1998-1) Período de retorno: 475 anos (10% de probabilidade em 50 anos) Aceleração máxima de referência Zona AS ipo 1 a gr (m/s 2 ) AS ipo 2 a gr (m/s 2 ) x.1 2,50 2,50 x.2 2,00 2,00 x.3 1,50 1,70 Zonas Zonas x.4 1,00 1,10 x.5 0,60 0,80 x.6 0,35 - Acção Sísmica ipo 1 Cenário afastado Acção Sísmica ipo 2 Cenário próximo

25 NP EN Zonamento Sísmico. Arquipélago da Madeira N Kilo Km me ters Zonas Acção Sísmica ipo 1

26 NP EN Zonamento Sísmico. Arquipélago dos Açores N Kilo Kmme te rs Km Kilom eters Zonas Acção Sísmica ipo 2 N Km Kilom eters

27 NP EN Zonamento Sísmico Zona Sísmica Acção Sísmica ipo 1 Sismo afastado a gr (m/s 2 ) Acção Sísmica ipo 2 Sismo próximo a gr (m/s 2 ) x.1 2,50 2,50 x.2 2,00 2,00 x.3 1,50 1,70 x.4 1,00 1,10 x.5 0,60 0,80 x.6 0,35 - Situações de Baixa Sismicidade: a g S 0,98 m/s 2

28 NP EN Coeficientes de Importância g I Coef. de Importância g I 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 k = 1,5 k = 2,5 k = EN AS1 NP EN AS2 NP EN Período de retorno Valores de g I calculados para a sismicidade de Portugal (reflectida nos valores do expoente k da relação g I ~ ( LR / L ) -1/k ) considerando que os valores recomendados para g I na EN são consistentes com o valor de k = 3 aí referido como valor habitual.

29 NP EN Coeficientes de Importância g I Classe de Importância Valor EN Período de retorno ( L ) AS1 k = 1,5 Continente k = 2,5 AS2 Açores k = 3,6 I 0, ,65 0,75 0,85 II 1, ,00 1,00 1,00 III 1, ,45 1,25 1,15 IV 1, ,95 1,50 1,35 Valor de cálculo da aceleração à superfície em terreno ipo A: a g a gr g I

30 EN Definição da Acção Sísmica Espectro de Resposta Elástico 0 B : b B g e S a S C D : S a S C g e 0 b : D 2 0 S a S D C g e b 0 b S a S g e : B C b 0 = 2,5 S, B, C e D : Parâmetros de Determinação Nacional

31 EN Definição da Acção Sísmica Espectro de Resposta Elástico S e /a g 2,5S 10/(5 ) 0, 55 - Amortecimento (%) S B C D

32 NP EN Definição da Acção Sísmica Espectro de Resposta Elástico (Rocha) Acção sísmica ipo 1 B [s] C [s] D [s] 0,10 (0,15) 0,60 (0,40) 2,00 (2,00) B [s] Acção sísmica ipo 2 C [s] D [s] 0,10 (0,05) 0,25 (0,25) 2,00 (1,20)

33 Aceleração [cm/s^2] Aceleração [cm/s^2] NP EN e RSA (majorado) Comparação dos espectros de resposta em rocha (2 acções) LAGOS FARO 600 RS x1.5 Afast. - ZONA A EC8 Afast. - ZONA RS x1.5 Afast. - ZONA A 500 RSAx1.5 Próx. - ZONA A 500 EC8 Afast. - ZONA EC8 Próx. - ZONA RSAx1.5 Próx. - ZONA A EC8 Próx. - ZONA Período [s] Período [s] Lagos VILA REAL SO ANÒNIO SINES LISBOA Faro SANARÉM 600 EC8 Afast. - ZONA 4

34 Aceleração [cm/s^2] Aceleração [cm/s^2] NP EN e RSA (majorado) Comparação dos espectros de resposta em rocha (2 acções) VILA REAL SO ANÒNIO SINES LISBOA RS x1.5 Afast. - ZONA A EC8 Afast. - ZONA 1.3 RSAx1.5 Próx. - ZONA A EC8 Próx. - ZONA SANARÉM EC8 Afast. - ZONA 1.5 RSAx1.5 Próx. - ZONA B RSAx1.5 Afast. - ZONA B EC8 Próx. - ZONA Período [s] Período [s] V.R.S. António, Sines, Lisboa Santarém

35 Aceleração [cm/s^2] Aceleração [cm/s^2] NP EN e RSA (majorado) Comparação dos espectros de resposta em rocha (2 acções) COIMBRA EC8 Afast. - ZONA 1.6 RSAx1.5 Próx. - ZONA C RSAx1.5 Afast. - ZONA C EC8 Próx. - ZONA PORO BRAGANÇA RSAx1.5 Próx. - ZONA D EC8 Afast - ZONA 1.6 RSAx1.5 Afast. - ZONA D EC8 Próx. - ZONA ,5 1 1,5 2 2,5 3 Período [s] Período [s] Coimbra Porto, Bragança

36 NP EN e RSA majorado Razão entre envolventes dos espectros de resposta em rocha 3 3 LAGOS FARO 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx1.5 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx Lagos ILA REAL SO ANÓNIO SINES LISBOA 3 SANARÉM Faro 2 envolvente EC8 /

37 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx1.5 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx1.5 NP 1 EN e RSA majorado 1 Razão entre envolventes dos espectros de 0 0 resposta em 1.5 rocha ILA REAL SO ANÓNIO SINES LISBOA 3 SANARÉM 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx1.5 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx V.R.S. António, COIMBRA Sines, Lisboa Santarém PORO BRAGANÇA

38 NP EN e RSA majorado Razão entre envolventes dos espectros de resposta em rocha 3 COIMBRA 3 PORO BRAGANÇA 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx1.5 2 envolvente EC8 / envolvente RSAx ,5 1 1,5 2 2, ,5 1 1,5 2 2,5 3 Coimbra Porto, Bragança

39 EN Efeito do terreno 5 tipos de condições de terreno Rocha (terreno ipo A) errenos rijos (terreno ipo B) Solos médios e brandos (terrenos ipo C e D) Formações brandas de pequena espessura (5 a 20m) sobre formações rochosas ou quase rochosas com grande contraste de rigidez (terreno ipo E). Classificação dos terrenos não é um Parâmetro de Determinação Nacional mas Configuração espectral associada a cada terreno tem o carácter de Parâmetro de Determinação Nacional Informação específica complementar fornecida para os terrenos nos Açores

40 EN Efeito do terreno > Espectros de resposta elásticos do ipo 1 (5% amortecimento) Espectros de resposta elásticos do ipo 2 (5% amortecimento)

41 NP EN Efeito do terreno ipo de terreno Acção sísmica ipo 1 Acção sísmica ipo 2 S max B (s) C (s) D (s) S max B (s) C (s) D (s) A 1,0 0,1 (0,15) B 1,35 (1,2) C 1,6 (1,15) D 2,0 (1,35) E 1,8 (1,4) 0,1 (0,15) 0,1 (0,2) 0,1 (0,2) 0,1 (0,2) 0,6 (0,4) 0,6 (0,5) 2,0 1,0 0,1 (0,05) 2,0 1,35 0,1 (0,05) 0,6 2,0 1,6 (1,5) 0,8 2,0 2,0 (1,8) 0,6 (0,5) ( ) valores recomendados da EN ,0 1,8 (1,6) 0,25 2,0 (1,2) 0,25 2,0 (1,2) 0,1 0,25 2,0 (1,2) 0,1 0,3 2,0 (1,2) 0,1 (0,05) 0,25 2,0 (1,2)

42 NP EN Efeito do terreno S dependente da aceleração sísmica (situação específica do Anexo Nacional português) a g 1 m/s 2 S = S max 1 m/s 2 < a g < 4 m/s 2 max S S a 1 max a g 4 m/s 2 S = 1,0 S S S max 3 1 g Aceleração a g (m/s 2 )

43 NP EN Efeito do terreno Lagos Elástico A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E2

44 NP EN Efeito do terreno Faro Elástico A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E2

45 NP EN Efeito do terreno V R S António Sines Lisboa Elástico A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E ,5 1 1,5 2 2,5 3

46 NP EN Efeito do terreno Santarém Elástico A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E ,5 1 1,5 2 2,5 3

47 NP EN Efeito do terreno Coimbra Elástico A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E ,5 1 1,5 2 2,5 3

48 NP EN Efeito do terreno Porto Elástico A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E

49 NP EN Efeito do terreno Ponta Delgada Elástico A2 B2 C2 D2 E

50 EN Definição da Acção Sísmica Espectro de Resposta Elástico Vertical 0 B : Sve avg 1 3,0 1 B D B C : C Sve avg 3, 0 C D : S 3, 0 ve a vg 4s: C D Sve avg 3,0 2 Acção sísmica a vg /a g B (s) C (s) D (s) ipo 1 0,75 (0,90) 0,05 0,25 1,0 ipo 2 0,95 (0,45) 0,05 0,15 1,0 S = 1

51 EN Definição Acção Sísmica Valor do deslocamento à superfície d g 0, 025a g S Espectro de resposta elástico de deslocamento (Informativo) C D erreno E (s) F (s) A 4,5 10,0 B 5,0 10,0 C 6,0 10,0 D 6,0 10,0 E 6,0 10,0

52 EN Definição da Acção Sísmica Espectro de cálculo para análise elástica : 0 B 3 2 2,5 3 2 q S a S B g d : C D g C g d a q S a S b 2,5 4s: D q S a S g d 2,5 : B C Introdução do coeficiente de comportamento q g D C g d a q S a S b 2 2,5 Introdução de limite inferior do espectro de cálculo b0,2

53 NP EN Definição da Acção Sísmica Espectro de cálculo para análise elástica Coeficientes de comportamento q associados às Classes de Ductilidade (DCL; DCM e DCH) Valores de q incluem a influência de amortecimentos diferentes de 5% Coeficiente de comportamento para acção sísmica vertical: q 1,5 Equivalência das classes de ductilidade (Anexo Nacional) DCL recomendada apenas para situações de baixa sismicidade mas com tolerância para extensão a outras situações (para edifícios regulares e g I 1). Recomenda-se a adopção de disposições construtivas das outras classes. Utilização de DCH não limitada mas recomendação de adopção de medidas de controlo de execução para rigoroso cumprimento do projecto