aplicação do eurocÓdigo 8 à concepção e …...2011/11/18 · parte 3: avaliação e reforço...
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Aplicação do EUROCÓDIGO 8
à concepção e projecto de edifícios
Aspectos gerais e acção sísmica
E CANSADO CARVALHO, GAPRES SA
Chairman do CEN/TC250/SC8
Coordenador do GT EC8
Ordem dos Engenheiros – Novembro de 2011
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
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: Torres, mastros e chaminés (EN1998-6)
EN1998-1
>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
TOTAL 56
EN1998-1 - Objectivos
>Proteger as vidas humanas
>Limitar as perdas económicas
>Assegurar a manutenção em funcionamento das
instalações de protecção civil importantes
EN1998-1 - 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 LIMITAÇÃO 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)
EN1998-1 - Exigências de desempenho
Introdução do conceito de Classes de Importância das construções (coeficiente de importância – γI)
4 Classes de Importância
γI mais elevado – edifícios fundamentais para socorro pós-sismo (hospitais)
γI mais reduzido – edifícios de importância reduzida (edifícios agrícolas)
Edifícios correntes - γI = 1,0
Conceito semelhante no REBAP (diminuição dos coeficientes de comportamento)
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.
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
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
Critérios de conformidade
Estado de limitação de Dano
A Limitação de Dano pode condicionar o projecto em muitos casos
Limitação das deformações (Deslocamentos máximos entre pisos devidos ao sismo “frequente”):
Rigidez da estrutura suficiente para assegurar a funcionalidade das instalações e equipamentos vitais
• 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
Verificações de projecto
Critérios de conformidade
Tomar 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 1.500 a 2.000 anos).
Estado limite de pré-colapso (Near Collapse (NC) Limit State) na
EN1998-3 e muito próximo do colapso real da estrutura com exploração
total da capacidade de deformação dos elementos estruturais
Verificações de projecto
Critérios de conformidade
Disposições específicas
Em zonas de alta sismicidade é recomendada a utilização de
Planos de Qualidade para o Projecto, Construção e Utilização
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)
Critérios de conformidade
RSA vs NP EN1998-1
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
EN1998-1 – Zonamento Sísmico
>Definido pelas Autoridades Nacionais (Parâmetro de Determinação Nacional – Anexo Nacional)
>Estabelecido em termos da aceleração máxima de projecto de referência agR (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)
Atkinson et. al. (1998; 2002) – finite-fault modelling
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
North
P
R
Surface
W
O
r L
D= r / Vrup + R / b
y
h
OS
x
z
Geração e propagação
Perigosidade Sísmica
Ondas P (com variação de volume)
Ondas S (sem variação de volume)
Ondas de superfície
Perigosidade Sísmica
Distribuição
de epicentros
Perigosidade Sísmica
Sismicidade e zonas de geração sísmica
= 0,96
= 2,30
mu = 7,2
Taxa média de ocorrência
anual para m0>3,5 Magnitude Máxima mu
mu = 7,0
mu = 6,0
mu = 5,6
mu = 7,0
mu = 8,5
mu = 7,8
mu = 7,1 mu = 6,2
mu = 7,0
= 0,50
= 1,14
= 0,54
= 1,37
= 0,77
= 0,86 = 3,97
= 0,57
Atenuação – INTRAPLACA
Perigosidade Sísmica
0
40
80
120
160
200
240
280
320
10 100 1000
Distância [km]
PG
A [
cm
/s2]
Mag=5.0
Mag=6.0
Mag=6.5
Mag=7.0
agR -
re
fere
nc
e p
ea
k g
rou
nd
ac
ce
lera
tio
n
Resultados para 475 anos
Cenário próximo. Baixa magnitude
PGA [cm/s^2]
0 - 75
75 - 100
100 - 125
125 - 150
150 - 175
175 - 200
200 - 250
250 - 300
300 - 350
N
50 0 50 Kilometers
Perigosidade Sísmica
Cenário afastado. Alta magnitude
Zonamento Sísmico (NP EN1998-1)
Zonas1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
Zonas
2.3
2.4
2.5
Acção Sísmica Tipo 1
Cenário afastado
Acção Sísmica Tipo 2
Cenário próximo
Período de retorno: 475 anos (10% de probabilidade em 50 anos)
Zona AS Tipo 1
agR
(m/s2)
AS Tipo 2
agR
(m/s2)
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 -
Aceleração máxima de
referência
NP EN1998-1 – Zonamento Sísmico.
Arquipélago da Madeira
Acção Sísmica Tipo 1
N
10 0 10 Kilo me tersKm
Zonas1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
NP EN1998-1 – Zonamento Sísmico.
Arquipélago dos Açores
Acção Sísmica Tipo 2
20 0 20 Kilom etersKm
N
20 0 20 Kilom etersKm
N
20 0 20 Kilom etersKm
N
Zonas2.12.22.32.42.5
N
10 0 10 Kilo me te rsKm
NP EN1998-1 – Zonamento
Sísmico
Situações de Baixa Sismicidade: ag S ≤ 0,98 m/s2
Zona
Sísmica
Acção Sísmica Tipo 1
Sismo afastado
agR (m/s2)
Acção Sísmica Tipo 2
Sismo próximo
agR (m/s2)
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 -
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
Co
ef.
de I
mp
ortâ
ncia
gI
Período de retorno
EN1998-1
AS1 NP EN1998-1
AS2 NP EN1998-1
k = 1,5
k = 2,5
k = 3
Valores de gI calculados para a sismicidade de Portugal (reflectida nos valores do expoente k da relação gI ~ (TLR/TL)
-1/k ) considerando que os valores recomendados para gI na EN1998-1 são consistentes com o valor de k = 3 aí referido como valor habitual.
NP EN1998-1 – Coeficientes de
Importância gI
NP EN1998-1 – Coeficientes de
Importância gI
Classe de
Importância
Valor
EN1998-1
Período
de
retorno
(TL)
AS1
k = 1,5
AS2
Continente
k = 2,5
Açores
k = 3,6
I 0,8 243 0,65 0,75 0,85
II 1,0 475 1,00 1,00 1,00
III 1,2 821 1,45 1,25 1,15
IV 1,4 1.303 1,95 1,50 1,35
Valor de cálculo da aceleração à superfície em terreno Tipo A:
Iaa g gRg
EN1998-1 - Definição da Acção Sísmica
Espectro de Resposta Elástico
:0 BTT
11 0b
B
geT
TSaTS
:DC TTT
T
TSaTS C
ge 0b
:TTD
20T
TTSaTS DC
ge b
0b SaTS ge:CB TTT
b0 = 2,5
S, TB, TC e TD: Parâmetros de Determinação Nacional
EN1998-1 – Definição da Acção Sísmica Espectro de Resposta Elástico
S e/a g
T B T C T D T
S
2,5S
55,0)5/(10
- Amortecimento (%)
NP EN1998-1 – Definição da Acção Sísmica
Espectro de Resposta Elástico (Rocha)
TD [s] TB [s] TC [s]
Acção sísmica Tipo 2
2,00
(1,20)
0,10
(0,05)
0,25
(0,25)
TD [s] TB [s] TC [s]
Acção sísmica Tipo 1
2,00
(2,00)
0,10
(0,15)
0,60
(0,40)
NP EN1998-1 e RSA (majorado)
Comparação dos espectros de resposta
em rocha (2 acções)
Lagos Faro
LAGOS
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Período [s]
Acele
ração [
cm
/s^2
]
RS x1.5 Afast. - ZONA A
EC8 Afast. - ZONA 1
RSAx1.5 Próx. - ZONA A
EC8 Próx. - ZONA 1
FARO
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Período [s]
Acele
ração [
cm
/s^2
] RS x1.5 Afast. - ZONA A
EC8 Afast. - ZONA 2
RSAx1.5 Próx. - ZONA A
EC8 Próx. - ZONA 1
SANTARÉM
0
100
200
300
400
500
600
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Período [s]
Acele
ração [
cm
/s^2
]
EC8 Afast. - ZONA 4
RSAx1.5 Próx. - ZONA B
RSAx1.5 Afast. - ZONA B
EC8 Próx. - ZONA 1
COIMBRA
0
100
200
300
400
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Período [s]
Acele
ração [
cm
/s^2
]
EC8 Afast. - ZONA 5
RSAx1.5 Próx. - ZONA C
RSAx1.5 Afast. - ZONA C
EC8 Próx. - ZONA 2
PORTO
BRAGANÇA
0
100
200
300
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Período [s]
Acele
ração [
cm
/s^2
]
RSAx1.5 Próx. - ZONA D
EC8 Afast - ZONA 5
RSAx1.5 Afast. - ZONA D
EC8 Próx. - ZONA 3
VILA REAL STO ANTÒNIO
SINES
LISBOA
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Período [s]
Acele
ração
[cm
/s^
2] RS x1.5 Afast. - ZONA A
EC8 Afast. - ZONA 3
RSAx1.5 Próx. - ZONA A
EC8 Próx. - ZONA 1
NP EN1998-1 e RSA (majorado)
Comparação dos espectros de resposta
em rocha (2 acções)
V.R.S. António,
Sines, Lisboa
Santarém
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 A
cele
ração [
cm
/s^2
] Período [s]
SANTARÉM
EC8 Afast. - ZONA 1.5
RSAx1.5 Próx. - ZONA B RSAx1.5 Afast. - ZONA B EC8 Próx. - ZONA 2.3
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 1 2 3
Acele
raç
ão
[cm
/s^
2]
Período [s]
VILA REAL STO ANTÒNIO
SINES LISBOA
RS x1.5 Afast. - ZONA A EC8 Afast. - ZONA 1.3 RSAx1.5 Próx. - ZONA A EC8 Próx. - ZONA 2.3
NP EN1998-1 e RSA (majorado)
Comparação dos espectros de resposta em
rocha (2 acções)
Coimbra Porto, Bragança
0
100
200
300
400
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Acele
ração [
cm
/s^2
]
Período [s]
COIMBRA
EC8 Afast. - ZONA 1.6
RSAx1.5 Próx. - ZONA C
RSAx1.5 Afast. - ZONA C
EC8 Próx. - ZONA 2
0
100
200
300
0 1 2 3 A
cele
ração [
cm
/s^2
]
Período [s]
PORTO
BRAGANÇA RSAx1.5 Próx. - ZONA
D EC8 Afast - ZONA 1.6
RSAx1.5 Afast. - ZONA D EC8 Próx. - ZONA 2.5
NP EN1998-1 e RSA majorado
Razão entre envolventes dos espectros de
resposta em rocha
Lagos Faro
LAGOS
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
FARO
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
COIMBRA
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
PORTO
BRAGANÇA
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
ILA REAL STO ANTÓNIO
SINES
LISBOA
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
SANTARÉM
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
NP EN1998-1 e RSA majorado
Razão entre envolventes dos espectros de
resposta em rocha
V.R.S. António,
Sines, Lisboa
Santarém
LAGOS
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
FARO
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
COIMBRA
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
PORTO
BRAGANÇA
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
ILA REAL STO ANTÓNIO
SINES
LISBOA
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
SANTARÉM
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
envolvente EC8 /
envolvente RSAx1.5
NP EN1998-1 e RSA majorado
Razão entre envolventes dos espectros de
resposta em rocha
Coimbra Porto, Bragança
0
1
2
3
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
COIMBRA
envolvente EC8 / envolvente RSAx1.5
0
1
2
3
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
PORTO
BRAGANÇA
envolvente EC8 / envolvente RSAx1.5
EN 1998-1 – Efeito do terreno
5 tipos de condições de terreno
Rocha (terreno Tipo A)
Terrenos rijos (terreno Tipo B)
Solos médios e brandos (terrenos Tipo C e D)
Formações brandas de pequena espessura (5 a 20m) sobre
formações rochosas ou quase rochosas com grande
contraste de rigidez (terreno Tipo E).
Classificação dos terrenos não é um Parâmetro de Determinação
Nacional
Configuração espectral associada a cada terreno tem o carácter
de Parâmetro de Determinação Nacional
mas
Informação específica complementar fornecida para os terrenos
nos Açores
EN 1998-1 – Efeito do terreno
>
Espectros de resposta
elásticos do Tipo 1
(5% amortecimento)
Espectros de resposta
elásticos do Tipo 2
(5% amortecimento)
Acção sísmica Tipo 1 Acção sísmica Tipo 2
Tipo de
terreno Smax TB (s) TC (s) TD (s) Smax TB (s) TC (s) TD (s)
A 1,0 0,1
(0,15)
0,6
(0,4)
2,0 1,0 0,1
(0,05)
0,25 2,0
(1,2)
B 1,35
(1,2)
0,1
(0,15)
0,6
(0,5)
2,0 1,35
0,1
(0,05)
0,25 2,0
(1,2)
C 1,6
(1,15)
0,1
(0,2)
0,6 2,0 1,6
(1,5)
0,1 0,25 2,0
(1,2)
D 2,0
(1,35)
0,1
(0,2)
0,8 2,0 2,0
(1,8)
0,1 0,3
2,0
(1,2)
E 1,8
(1,4)
0,1
(0,2)
0,6
(0,5)
2,0 1,8
(1,6)
0,1
(0,05)
0,25 2,0
(1,2)
( ) valores recomendados da EN1998-1
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
S dependente da aceleração sísmica (situação específica do Anexo
Nacional português)
ag ≤ 1 m/s2 S = Smax
1 m/s2 < ag < 4 m/s2 13
1g
maxmax
aS
SS
ag ≥ 4 m/s2 S = 1,0
0
1
0 1 2 3 4 5
S
Aceleração ag (m/s2)
Smax
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 1 2 3
Lagos Elástico A1
B1
C1
D1
E1
A2
B2
C2
D2
E2
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 1 2 3
Faro Elástico A1
B1
C1
D1
E1
A2
B2
C2
D2
E2
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
V R S António Sines Lisboa
Elástico
A1
B1
C1
D1
E1
A2
B2
C2
D2
E2
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Santarém Elástico A1
B1
C1
D1
E1
A2
B2
C2
D2
E2
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Coimbra Elástico A1
B1
C1
D1
E1
A2
B2
C2
D2
E2
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 1 2 3
Porto Elástico A1
B1
C1
D1
E1
A2
B2
C2
D2
E2
NP EN1998-1 – Efeito do terreno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 1 2 3
Ponta Delgada Elástico
A2
B2
C2
D2
E2
EN1998-1 - Definição da Acção Sísmica
Espectro de Resposta Elástico Vertical
:0 BTT
10,31
B
vgveT
TaTS
:DC TTT
T
TaTS Cvgve 0,3
:4sTTD
20,3T
TTaTS DCvgve
0,3 vgve aTS:CB TTT
S = 1
Acção sísmica
avg/ag TB (s) TC (s)
TD (s)
Tipo 1 0,75 (0,90) 0,05 0,25 1,0
Tipo 2 0,95 (0,45) 0,05 0,15 1,0
EN1998-1 - Definição Acção Sísmica
Valor do deslocamento à superfície
Espectro de resposta elástico de deslocamento
(Informativo)
DCgg TTSad 025,0
Terreno TE (s)
TF (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
EN1998-1 - Definição da Acção Sísmica Espectro de cálculo para análise elástica
:0 BTT
3
25,2
3
2
qT
TSaTS
B
gd
:DC TTT
g
Cg
d
aT
T
qSa
TSb
5,2
:4sTTD
q
SaTS gd
5,2:CB TTT
Introdução do coeficiente de comportamento q
g
DCg
d
aT
TT
qSa
TSb
2
5,2
Introdução de limite inferior do espectro de cálculo b0,2
NP EN1998-1 - 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 gI ≤ 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