LESSLOSS SP7

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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 (mlopes_at_civil.ist.ult.pt)
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ANTECEDENTES Sismos recentes mostraram que as
estruturas subterrâneas podem ser vulneráveis aos
sismos.
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COMPORTAMENTO DINÂMICO Devido à grande
massa de solo, o comportamento dinâmico do
sistema soloestrutura 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.
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superfície

• 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

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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.
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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.
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CAPACITY DESIGN
Projecto Directo du4dy Capacity Design
du3dydu13dy20 dy23dy
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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.
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ANÁLISE Cálculo da capacidade de deformação da
estrutura ? comportamento plástico pós-cedência ?
analise não linear ? conhecimento prévio de
quantidades e detalhes de armaduras
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• 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

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COMPARAÇÃO EC8 METODOLOGIA PROPOSTA
Acção sísmica ?? deslocamentos impostos
Estrutura exemplo
d
5m
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
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EC8, Classe de Ductilidade Baixa, q1.5
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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
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
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Metodologia proposta Paredes periféricas não há
necessidade de conferir resistência adicional à
flexão (q? ? Msd0). 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
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Metodologia proposta
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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, q1.5 ?
?max 8.2x10-3 EC8, análise não linear ?
?max 5.0x10-3 Metodologia proposta, análise não
linear ? ?max 14.6x10-3
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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.
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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.
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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.
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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.
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CONCLUSÕES A estrutura projectada de acordo
com a metodologia proposta é ligeiramente mais
barata do que a projectada de acordo com o EC8.
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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.