EN 1998 Eurocódigo 8 Projecto de Estruturas Sismo-Resistentes Notas preparadas com base nas seguintes publicações: Anexo Nacional do Eurocódigo 8. Consequências para o dimensionamento sísmico em Portugal, Eduardo Cansado Carvalho, Actas do Sísmica 2007-7º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica, Setembro de 2007. EN 1998 Eurocódigo 8. Projecto de Estruturas Sismo-Resistentes. Aspectos gerais e aplicação em Portugal. Eduardo Cansado Carvalho e Ema Coelho, Ingenium II Série, Nº 101, Set./Out. 2007. Proposta de definição da acção sísmica para o projecto de estruturas. Anexo nacional do EC8. Grupo de Trabalho do EC8 (GT EC8), apresentação pública, LNEC, Outubro de 2006. Anexo Nacional do Eurocódigo 8-1. Acção sísmica. Influência das condições geotécnicas. Rui Correia, apresentação pública, LNEC, Outubro de 2006. Constituição (ENs): EN1998-1: Regras gerais, acções sísmicas e regras para edifícios; EN1998-2: Pontes; EN1998-3: Avaliação e reforço de edifícios; EN1998-4: Silos, reservatórios e condutas enterradas; EN1998-5: Fundações, estruturas de contenção e aspectos geotécnicos; EN1998-6: Torres, mastros e chaminés. Notas: mais carregado as Normas Europeias (EN) que serão mais brevemente convertidas em Normas Portuguesas (NP); a cinza escuro normas menos prioritárias que serão convertidas em Normas Portuguesas; e a cinza menos escuro normas que não deverão ser convertidas em Normas Portuguesas. Objectivos: na eventualidade da ocorrência de sismos, proteger as vidas humanas, limitar as perdas económicas e assegurar a manutenção em funcionamento das instalações de protecção civil importantes.
Exigências de desempenho: Exigência de não colapso (no-collapse requirement): sob a acção de um sismo raro as estruturas não deverão colapsar. Exigência de limitação de danos (damage limitation requirement): sob a acção de um sismo relativamente frequente os danos nas construções devem ser limitados. A acção sísmica para a qual a exigência de não-colapso deve ser verificada é designada por acção sísmica de projecto (design seismic action). A escolha desta acção, ou mais propriamente da sua probabilidade de excedência (P NCR ) num determinado período, cai no âmbito dos Parâmetros de Determinação Nacional. No caso português considerou-se, como recomendado na EN1998-1, uma acção com uma probabilidade de excedência de 10% em 50 anos (P NCR =10% em 50 anos, T R =475 anos), nos casos correntes. A acção sísmica correspondente à exigência de limitação de danos, recomendada na EN1998-1 e adoptada no caso português, apresenta uma probabilidade de excedência de 10% em 10 anos (P NCR =10% em 10 anos, T R =95 anos), nos casos correntes. 1ano ( exc ) n n anos 1 Pexc 1 1 P 1 = = 1 T R T R (anos) Anos (n) 1 ano n anos P exc P exc 475 50 0.21% 10% 95 10 1.05% 10% 95 50 1.05% 41% 950 100 0.11% 10% n A conversão da acção sísmica de projecto (T R =475 anos) para a acção sísmica correspondente à exigência de limitação de danos pode, simplificadamente, ser feita afectando a primeira por um coeficiente de redução v entre 0.4 e 0.5, dependente da classe de importância do edifício (mais à frente). Os efeitos da acção sísmica não são, contrariamente ao verificado no RSA, majorados posteriormente nas combinações de acções.
Diferenciação da fiabilidade: A acção sísmica de projecto vem ainda afectada de um coeficiente de importância γ I que traduz a importância da construção. EN1998-1: 2004 Para as classes de importância I a IV consideram-se coeficientes de importância γ I de 0.8; 1.0 (referência); 1.2 e 1.4, respectivamente. A afectação da acção sísmica de projecto por γ I pode ser interpretada como correspondendo a uma alteração do período de retorno (ou da probabilidade de excedência).
Zonamento sísmico: A NP EN 1998-1 deverá manter os dois cenários de sismogénese considerados no RSA: sismo afastado (interplacas) e sismo próximo (intraplacas). O zonamento proposto para estes dois cenários é diferente. O zonamento teve em conta estudos recentes de avaliação da perigosidade sísmica (hazard). Observem-se os mapas de perigosidade sísmica (rocha) correspondentes a T R =475 anos.
Apresentam-se de seguida os valores da aceleração máxima de referência a gr (cm/s 2 ) em rocha nas várias zonas sísmicas. Zonamento a considerar na NP EN 1998-1. Zonamento: sismo afastado (interplacas), à esquerda e sismo próximo (intraplacas), à direita.
Terrenos de fundação: A NP EN 1998-1 considera 5+2 tipos de terreno de fundação: Notas: (1) a ocorrência de solos do tipo S 1 e S 2 requer estudos específicos de definição da acção sísmica; (2) traduzindo a descrição dos solos A e E, tem-se: Tipo de Terreno de Fundação A Descrição do perfil estratigráfico Rocha ou outra formação geológica que inclua no máximo 5m de material mais fraco à superfície B C D E Depósitos rijos de areia, gravilha ou argila sobreconsolidada, com uma espessura de, pelo menos, várias dezenas de metros, caracterizados por um aumento gradual das propriedades mecânicas em profundidade Depósitos profundos de areia de densidade média, de gravilha ou de argila de consistência média com espessura entre várias dezenas e muitas centenas de metros Depósitos de solos não coesivos, entre soltos a de média consistência, com ou sem a ocorrência de algumas camadas coesivas brandas, ou de depósitos com solos predominantemente coesivos de fraca e média consistência Perfil de solo consistindo numa camada superficial com valores de v s característicos de solo tipo C ou D e espessura variando entre 5 e 20 metros, assente sobre uma camada mais rija com valores de v s superiores a 800 m/s
Definição da acção sísmica: A representação básica da acção sísmica consiste no espectro de resposta elástico de aceleração, horizontal, no formato Se versus T. Analiticamente: 0 T T B S ( T) = a S 1+ ( η2,5 1) T T T B C C e ( ) T T T D e g g T T S T = a Sη 2,5 ( ) C TD T 4s B T = η Se T ag S 2,5 T T T Se T = ag Sη2,5 2 T ( ) C D
Em que: SMEE - DECivil S e (T) é o espectro de resposta elástico; T é o período de vibração dum sistema de um grau de liberdade; a g é a aceleração de projecto em rocha (terreno tipo A) a =γ a g I gr T B é o limite inferior do ramo espectral de aceleração constante; T C é o limite superior do ramo espectral de aceleração constante; T D é o valor definidor do início do ramo de deslocamento constante; S é o factor do tipo de terreno de fundação; η é o factor de correcção do amortecimento (com um valor de referência η = 1 para 5% de amortecimento viscoso). Nos outros casos 10 η= 0,55 5 +ξ
Os valores das variáveis anteriores encontram-se no quadro seguinte: Notas: (1)T B =0.1s e T D =2s (todos os terrenos, todas as zonas) (2) entre parênteses valores recomendados pela EN 1998-1) A determinação dos efeitos da acção sísmica deverá, em geral, ser realizada de acordo com o espectro de dimensionamento para a análise elástica (Design spectrum for elastic analysis) S d (T). Em que: q coeficiente de comportamento; β limite inferior do espectro. Restantes variáveis definidas anteriormente.
Dimensionamento de Edifícios: Princípios básicos da concepção estrutural: simplicidade estrutural; uniformidade, simetria e redundância; resistência e rigidez bi-direccional; resistência e rigidez de torção; comportamento de diafragma nos pisos; fundações apropriadas. Critérios de regularidade estrutural: A regularidade estrutural, em planta (plan) e alçado (elevation) tem consequências nos métodos de análise e no valor do coeficiente de comportamento. Conclusões: a irregularidade em planta obriga à utilização de um modelo espacial e a irregularidade em alçado exclui o método das forças laterais (análise estática equivalente) e conduz a uma redução do coeficiente de comportamento.
A regularidade em planta manifesta-se na existência de pisos com formas simples em planta, com eventuais recuos (setbacks) proporcionados, assim como pela proximidade entre os centros de massa e de rigidez. A regularidade em alçado manifesta-se na continuidade dos elementos verticais, evitando variações bruscas de secções, assim como pela limitação dos recuos (setbacks).
Modelação estrutural: A rigidez dos elementos estruturais (de betão armado, mistos e de alvenaria) deverá ser determinada considerando o efeito da fendilhação. Na inexistência de cálculos específicos deverá considerar-se uma redução de 50% relativamente à rigidez não fendilhada. As paredes de alvenaria que contribuem significativamente para a rigidez e resistência lateral do edifício devem ser consideradas. A deformabilidade das fundações deve ser considerada, sempre que a sua consideração seja mais gravosa. Métodos de análise estrutural: O método de análise estrutural de referência consiste na análise modal considerando o espectro de dimensionamento para a análise elástica. Em determinadas situações de regularidade pode utilizar-se o método das forças laterais. Além dos métodos anteriores, poderão utilizar-se análises não lineares: análise estática não linear (pushover analysis) ou análise dinâmica não linear (time history analysis). O método das forças laterais pode ser aplicado a estruturas cujas respostas podem ser aproximadas pelos modos fundamentais nas duas direcções principais. Os respectivos períodos T 1 devem ser inferiores a: T { } min 2s,T 1 c A força de corte basal F b em qualquer das direcções principais é determinada por: Fb = S d(t 1) m λ
A distribuição das forças laterais em altura segue uma expressão análoga à do RSA. No método de análise modal considerando espectro de dimensionamento para a análise elástica, deverão ser considerados todos os modos que contribuem significativamente para a resposta estrutural. Na prática deverão observar-se as seguintes duas condições: O valor acumulado das massas modais efectivas deve ser superior a 90% da massa total da estrutura, e; Todos os modos com massas modais efectivas superiores a 5% da massa total da estrutura devem ser considerados. Ainda neste método de análise, a combinação das respostas modais poderá ser realizada de acordo com o SRSS se Tj 1 0,9 Ti 0,9 Caso contrário deverá utilizar-se o CQC. i,j Na combinação dos efeitos da acção sísmica nas duas direcções (horizontais) principais, poderá utilizar-se o SRRS, ou combinar 100% do efeito numa direcção com 30% do efeito na outra.
Regras Específicas para Edifícios de Betão Armado: Tipologias estruturais e coeficientes de comportamento: O Eurocódigo 8 distingue as seguintes tipologias estruturais: edifícios em pórtico; edifícios mistos pórtico-parede; edifícios de paredes resistentes dúcteis; edifícios de paredes resistentes grandes e pouco armadas; sistemas em pêndulo invertido; sistemas flexíveis à torção. O limite superior do coeficiente de comportamento q é determinado por: q= q0 kw 1,5 Em que q 0 é o valor básico do coeficiente de comportamento, considerando a tipologia estrutural e a regularidade em alçado, e k w é factor que reflecte o modo predominante de rotura em sistemas estruturais com paredes. O valor básico do coeficiente de comportamento q 0 depende essencialmente da tipologia estrutural, da classe de ductilidade e da reserva de resistência pós-cedência (α u /α 1 ).
Indicam-se de seguida os valores básicos do coeficiente de comportamento. Para além das classes de ductilidade indicadas DCM e DCH o Eurocódigo 8 prevê, mas desaconselha em zonas de maior sismicidade, a classe de ductilidade DCL (q=1,5). A reserva de resistência pós-cedência (α u /α 1 ) pode ser determinada de acordo com a figura seguinte: Figura: curva pushover genérica. Na ausência de cálculos detalhados o Eurocódigo 8 indica valores de (α u /α 1 ) entre 1,0 e 1,3, dependente da tipologia estrutural, número de pisos, etc.