Aplicação do EUROCÓDIGO 8 à concepção e projecto de ... · EUROCÓDIGO 8 (EN1998) >Projecto de estruturas sismo-resistente >Complementar dos restantes Eurocódigos >6 partes

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.



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


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


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



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



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)


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


Distribuição

de epicentros


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


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


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


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


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


20 0 20 Kilom etersKm

N


N


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


Sismo afastado

agR (m/s2)


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


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


EC8 Próx. - ZONA 1


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


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



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



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


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


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


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


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


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


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


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


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

Documents

Aplicação do EUROCÓDIGO 8 à concepção e projecto de ... · EUROCÓDIGO 8 (EN1998) >Projecto de estruturas sismo-resistente >Complementar dos restantes Eurocódigos >6 partes