Comportamento de Edifícios Altos Construídos com Estrutura Parede Pré-Fabricada Rui Marreiros Válter Lúcio Edifício Het Strijkizer Haia, Holanda Edifício ANZ Auckland, Nova Zelândia Edifício The Paramount São Francisco, EUA Edifícios altos pré-fabricados frequentes noutros países 1
Índice da apresentação: 1. Introdução 2. Dissipação de Energia/Ligações 3. Regulamentação 4. Exemplo de aplicação a um Edifício Alto 5. Conclusões 2
1. Introdução Sistemas estruturais de betão armado para resistir à acção sísmica Sistemas estruturais Estrutura em pórtico Estrutura em parede Estrutura mista pórtico-parede Sistema em estudo Estrutura em parede 3
1. Introdução Edifícios com painéis de parede na Holanda Edifício Het Strijkizer Haia, Holanda Edifício Waterstadtoren Roterdão, Holanda 4
2. Dissipação de Energia/Ligações Numa estrutura de parede pode dissipar-se energia: - Por plastificação das armaduras longitudinais; - Pelo efeito de Rocking ; - Nas ligações entre painéis de parede. - Juntas horizontais; - Juntas verticais. Ligações entre painéis de parede: 5
2. Dissipação de Energia/Ligações Rocking Rocking dissipação de energia desprezável Sistema dissipação de energia nos híbrido dissipadores, que podem ser armadura ordinária e recentramento pós sismo Figura apresentada por Restrepo (2006) 6
2. Dissipação de Energia/Ligações Ligação dissipadora de energia apresentada por Bora et al. (2007) Dissipação de energia por atrito entre aço e cobre em juntas horizontais 7
2. Dissipação de Energia/Ligações Dissipar energia nas juntas verticais Paredes híbridas, com dissipação de energia na ligação da junta vertical Ligação em U para dissipar energia por corte Figuras apresentadas por Pampanin (2002), na sequência do programa PRESSS 8
2. Dissipação de Energia/Ligações Dissipar energia nas juntas verticais Investigação a decorrer na Grécia para estudar formas de dissipar energia nas juntas verticais com neoprene. 9
3. Regulamentação Estruturas de betão armado Eurocódigos, que entram em vigor até 2010: Eurocódigo 2 (EN1992.1.1) projecto de betão armado Eurocódigo 8 (EN1998.1) projecto sismo-resistente Regulamentação portuguesa ainda em vigor: RSA Regulamento de Segurança e Acções REBAP Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado 10
3. Regulamentação Colapso progressivo -O EC2, no ponto 9.10, define um sistema de cintagem para evitar o colapso progressivo de estruturas que não foram calculadas especialmente para situações de acidente. As cintas poderão ser periféricas, interiores, horizontaisde travamento para pilares ou paredes e verticais. Manchester, 1960 Fotografia apresentada por Dr. Kim Elliott 11
3. Regulamentação Ligações referidas no EC8 (5.11.1.2), com diferentes influências na capacidade de dissipar energia da estrutura: - Ligações localizadas fora das regiões críticas (a); - Ligações sobredimensionadas (b); - Ligações dissipativas de energia (c e d). 12
3. Regulamentação Ligações dissipativas de energia EC8 -A ligação deve ser dimensionada e pormenorizada para o aparecimento de uma rótula plástica e para tal são impostas exigências de ductilidade(5.2.3.4) M Mu 0.85Mu My = χ 0. 85u µ φ χ y µ φ 2q0 1 µ φ 1+ 2 ( q 1) 0 (Factor de ductilidade em curvatura) T C / T 1 se se T T 1 1 T < T C C y u 0.85u 13
3. Regulamentação Coeficiente de comportamento EC8 Coeficiente de comportamento, q P para estruturas pré-fabricadas: q P = k. q 1,5 P k P = 1,00 0,5 para estruturas com ligações de acordo com o EC8 para estruturas com outros tipos de ligações Coeficiente de comportamento, q para estruturas betonadas no local: q = w q0k 1,5 As estruturas pré-fabricadas poderão, quanto muito, não ser prejudicadas no coeficiente de comportamento, se cumpridas as exigências do EC8. No ponto 5.11.1.3.2 do EC8, é referida a possibilidade de dissipar energia nas juntas de corte, referindo a possibilidade de influenciar a escolha de q, não quantificando. 14
4. Exemplo de edifícios altos Características gerais dos edifícios Modelaram-se dois edifícios idênticos em planta, tendo um 10 pisos e outro 20 pisos: -pé-direito do piso 0 com 3.8 m e os restantes com 2.85 m; -estrutura com grandes painéis de parede de 15 cm de espessura; -lajes maciças com 20 cm de espessura; -dimensões em planta de 28x15 m 2 ; -betão C25/30 e aço A500NR. Planta de dimensionamento do piso 0 Planta de dimensionamento dos pisos 1 a 10/20 15
4. Exemplo de edifícios altos Modelação: - Ligações entre painéis de parede rotuladas na menor inércia; - Ligações entre painéis de parede e lajes rotuladas; - Fundações com apoios fixos. Vista 3D do modelo Edifício de 10 pisos Edifício de 20 pisos 16
4. Exemplo de edifícios altos Acções -Acções consideradas: - carga permanente total de 7.5kN/m 2 ; - sobrecarga de 2kN/m 2 ; - acção sísmica. - A acção sísmica foi aplicada através de espectros de resposta. RSA/REBAP EC8 Zona A 1.3 e 2.3 Terreno II C Majoração da acção 1.5 1.0 Coeficiente de comportamento: q 1.5 3.0 17
4. Exemplo de edifícios altos Comparação entre os espectros de resposta Comparação entre sismos próximos Comparação entre sismos afastados 450,0 300,0 a [cm /s ^2 ] 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 EC8-S2_TC_Z1 RSA-S1_TII_ZA a [cm /s^2] 250,0 200,0 150,0 100,0 EC8-S1_TC_Z3 RSA-S2_TII_ZA 100,0 50,0 50,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 T [s] 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 T [s] Nota: Nestas comparações já estão incluídos os diferentes coeficientes de comportamento e os respectivos coeficientes de majoração 18
4. Exemplo de edifícios altos Comparação da acção sísmica no edifício de 10 pisos Comparação da acção sísmica no edifício de 20 pisos Destaca-se a diferença EC8/RSA no 1º modo para o edifício de 20 pisos 19
4. Exemplo de edifícios altos Limitação de dano -O EC8 apresenta uma limitação de dano para um sismo com maior probabilidade de ocorrência que para o sismo de dimensionamento. A limitação de dano é efectuada através do controlo dos deslocamentos relativos entre pisos. -Considerando a situação de elementos não estruturais frágeis, os deslocamentos relativos entre pisos são limitados a: Sendo: d r υ 0, 005h -d r, o deslocamento relativo de cálculo entre pisos, calculado como a diferença entre os deslocamentos médios dos pisos; - ν, o factor de redução dependendo da classe de importância do edifício; -h, a altura do piso. 20
4. Exemplo de edifícios altos Deslocamentos relativos médios no piso 0 do edifício de 10 pisos Deslocamentos relativos médios no piso 0 do edifício de 20 pisos d r 0.005h = 0.005 x 3.8 = 0.019m 0.00059m < 0.019m => cumpre a limitação de dano 21
4. Exemplo de edifícios altos Análise dos Esforços RSA EC8 RSA EC8 Comparação de esforços axiais no edifício de 10 pisos Comparação de esforços axiais no edifício de 20 pisos Destaca-se a diferença no edifício de 20 pisos, onde o RSA apresenta esforços de tracção numa zona significativamente maior devido à diferença já registada na acção para os respectivos modos de vibração (sismo afastado) 22
5. Conclusões Conclusões - Existe um elevado nível de conhecimento sobre o comportamento das estruturas préfabricadas para as acções sísmicas, nomeadamente noutros países, como a Nova Zelândia e os EUA (onde se desenvolveu por 10 anos o PRESSS); -As estruturas pré-fabricadas possuem diversas possibilidades de dissipação de energia, designadamente nas ligações; - Edifícios altos com estruturas de painéis de parede pré-fabricados são perfeitamente exequíveis em zonas onde a acção sísmica condicione o dimensionamento das estruturas; -O EC8 permite que o coeficiente de comportamento para estruturas pré-fabricadas seja, na melhor das hipóteses, igual ao de uma estrutura idêntica betonada no local; -Existem diferenças no tratamento da acção sísmica entre o RSA/REBAP e o EC8, que nalguns casos podem ser significativas. 23