LESSLOSS Workshop - Lisboa, 24/Maio/2007

Apresentação em tema: "LESSLOSS Workshop - Lisboa, 24/Maio/2007"— Transcrição da apresentação:

1 (mlopes@civil.ist.ult.pt)
LESSLOSS Workshop - Lisboa, 24/Maio/2007 LESSLOSS SP7 – Técnicas e métodos para redução da vulnerabilidade sísmica IST – Metodologia de projecto de grandes estruturas subterrâneas de betão armado em solos brandos Mário Lopes

2 ANTECEDENTES Sismos recentes mostraram que as estruturas subterrâneas podem ser vulneráveis aos sismos.

3 COMPORTAMENTO DINÂMICO
Devido à grande massa de solo, o comportamento dinâmico do sistema solo+estrutura é controlado pela rigidez e amortecimento do solo. A estrutura acompanha o movimento do solo e as suas zonas mais flexíveis ficam sujeita a deslocamentos horizontais semelhantes aos do solo. A estrutura não precisa de resistir a forças de inércia horizontais, que são tansferidas directamente para o solo dos lados da estação.

4 superfície R F estrutura Solo brando solo rígido PLANO CORTE VERTICAL R – alinhamento rígido F – alinhamento flexível O colapso das estações de metropolitano durante o sismo de Kobe foi devido ao colapso dos pilares dos alinhamentos flexíveis, que não suportaram os deslocamentos transversais impostos pelo solo envolvente

5 DESADEQUAÇÃO DOS PROCEDIMENTOS REGULAMENTARES
As estruturas subterrâneas não têm de resistir a forças de inércia horizontais. No contexto regulamentar corrente isto é equivalente a considerar o qoeficiente de comportamento infinito (q=), o que mostra a a sua desadequação, EC8 incluido.

6 METODOLOGIA DE PROJECTO
Aplicação dos princípios de Capacity Design para maximizar a ductilidade  1 – Escolher o mecanismo de deformação plástica apropriado tendo em conta os potenciais perfis de deslocamento do solo. 2 – Dimensionar as rótulas plásticas com capacidade resistente à flexão necessária para resistir às restantes acções (os momentos flectores devidos à acção sísmica são nulos). 3 – Dimensionar as zonas que se pretende fiquem em regime elástico com excesso de resistência. Dimensionar as rótulas plásticas com armadura de confinamento.

7 CAPACITY DESIGN Projecto Directo du=4dy
3 2 1 F d dy Elo 2,3,4 Projecto Directo Capacity Design du1=20dy Elo 1 4 Projecto Directo du=4dy Capacity Design du=3dy+du1=3dy+20 dy=23dy

8 CONCEPÇÃO Objectivo: projectar estrutura com capacidade de deformação para deslocamentos horizontais relativos ao longo da altura. 1 – Contrafortes ou outros elementos rígidos, como vigas curtas, devem ser evitados. 2 – Deve usar-se aço e betão de resistência elevada. 3 – A espessura do recobrimento de solo sobre a estrutura deve ser minimizada (para reduzir os esforços axiais nos pilares). 4 – Elementos estruturais secundários (por exemplo escadas) e elementos não estruturais (por exemplo paredes de alvenaria) não devem restringir a deformação da estrutura principal.

9 ANÁLISE Cálculo da capacidade de deformação da estrutura  comportamento plástico pós-cedência  analise não linear  conhecimento prévio de quantidades e detalhes de armaduras

10 METODOLOGIA DE PROJECTO
Prática corrente Concepção da estrutura Análise estrutural global baseada em rigidez constante Verificação da segurança ao nível das secções ou dos materiais. Em estruturas de BA isto corresponde ao cálculo de armaduras. Metodologia proposta A terceira fase é uma fase real de verificação, pois as armaduras têm de ser conhecidas antes da análise não linear. Projectar a estrutura para as outras acções pelos procedimentos correntes Acrescentar armaduras para aumentar a ductilidade Verificação da segurança Resultado não aceitável  repetir (ii) e (iii)  procedimento iterativo

11 Estrutura exemplo COMPARAÇÃO EC8 – METODOLOGIA PROPOSTA d H =d/H
Acção sísmica  deslocamentos impostos d 5m =d/H H 6m Solo brando 5m 6.5m 9m 9m Solo rígido Laje de topo - espessura: 1.20m Laje de fundo – espessura: 2.00m Paredes periféricas – espessura: 1.20m Pilares: 0.7 x (1.4) m2 Vigas: 0.9 x (1.4) m2 Distância entre alinhamentos flexíveis: 7.0 m

12 EC8, Classe de Ductilidade Baixa, q=1.5
f25//0.20+f20//0.20 f32//0.20 f32//0.20+ f32//0.20 11f32 11f32+11f25 2xf25//0.20 f32//0.10 f10//0.20//0.30 f12//0.20//0.20 A B C D E f25//0.20 2xf32//0.10 6f32 f32//0.20+f25//0.20 f12//0.20 f32/0.20+f32//0.20 f10//0.30 16f32 f12//0.25 4f32 f10//0.20 2f20 Section A-A Section B-B Section C-C Section D-D Section E-E

13 1– escolha de mecanismo de deformação plástica
Metodologia proposta 1– escolha de mecanismo de deformação plástica É inevitável a formação de rótulas plásticas nas extremidades de vigas e pilares 1 2 3 3 1 2 d d Perfis de deslocamentos irregulares (devido a extractos de solo com rigidez diferentes)  rótulas plásticas nos pilares são inevitáveis (3)  escolher o mecanismo 2 Não há necessidade de evitar o mecanismo de soft-storey como em edifícios

14 Metodologia proposta Paredes periféricas: não há necessidade de conferir resistência adicional à flexão (q=  Msd=0). Adicionar armadura de confinamento. Lajes: aumentar a resistência à flexão junto às paredes para garantir que não plastificam (Msdslab = 0.MRdwall) Vigas: 1- extremidades: adicionar armadura de confinamento nas rótulas plásticas 2 – junto aos nós pilar/viga: aumentar resistência à flexão Pilares: adicionar armadura de confinamento junto aos nós

15 Metodologia proposta A Section A-A B Section B-B Section C-C C E D
Section D-D Section E-E 2xf25//0.20 f12//0.10 Section A-A f25//0.20+f32//0.20 f10//0.30 f25//0.20 f25//0.20+f20//0.20 8f32 8f32+8f32 f32//0.20 2.50 f12//0.20//0.10 f10//0.20//0.30 A B C D E f25//0.20+ f20//0.20 8f32+2f32 f10//0.20 2f20 f16//0.10 2f25

16 ANÁLISE Cálculo da capacidade de deformação → regime plástico (pós cedência) → análise não linear (considerando os efeitos do endurecimento das armaduras, do confinamento do betão, etc.) RESULTADOS EC8, análise linear, q=1.5 → max = 8.2x10-3 EC8, análise não linear → max = 5.0x10-3 Metodologia proposta, análise não linear → max = 14.6x10-3

17 CONCLUSÕES A análise de acordo com o EC8 é contra a segurança, pois sobrestima a capacidade de deformação da estrutura. A razão deve-se ao facto de que aumentar a resistência de secções de betão armado à flexão não aumenta a sua capacidade de deformação, como se assume nas metodologias regulamentares baseadas na divisão dos resultados das análises elásticas pelo coeficiente de comportamento. cy c M 1 2 2’ EIsec1 EIsec2

18 CONCLUSÕES A aplicação do EC8 pode induzir o projectista em erro se se usar um coeficiente de comportamento baixo, pois cria a ilusão de que a estrutura resiste em regime elástico. Na realidade há uma clara penetração na fase plástica, como se observa nos diagramas de curvaturas.

19 CONCLUSÕES 1 – A estrutura projectada de acordo com a metodologia proposta permite uma muito melhor exploração da ductilidade em toda a estrutura, como se constata pela comparação dos diagramas curvaturas na rotura.

20 CONCLUSÕES 2 – A ductilidade disponível em curvatura é muito superior na estrutura projectada de acordo com a metodologia proposta 1 + 2  a estrutura projectada de acordo com a metodologia proposta tem uma capacidade de deformação (max= 14.6x10-3) 3 vezes superior à da estrutura projectada de acordo com o EC8 (max = 5.0x10-3) Num projecto real a diferença tenderia a ser bastante superior, pois o projectista não conceberia e pormenorizaria a estrutura para ser flexível e dúctil, pois estaria na ilusão de que esta resistiria em regime elástico.

21 CONCLUSÕES A estrutura projectada de acordo com a metodologia proposta é ligeiramente mais barata do que a projectada de acordo com o EC8.

22 Aplicações a outros elementos e estruturas
Alguns dos conceitos descritos podem ser parcialmente aplicados ao projecto de pontes, estacas e alguns elementos de estruturas de edifícios, conduzindo a projectos mais uniformes e económicos.