DECivil WORKSHOP ON TECHNIQUES AND METHODS FOR VULNERABILITY REDUCTION LESSLOSS – SP7 Protecção de Estruturas com Isolamento de Base Modelo de dimensionamento

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WORKSHOP ON TECHNIQUES AND METHODS FOR VULNERABILITY REDUCTION

LESSLOSS – SP7

Protecção de Estruturas com Isolamento de Base

Modelo de dimensionamento com base em deslocamentos aplicados a estruturas antigas com isolamento de base

Luís Guerreiro

24 de Maio, 2007

LNEC, Lisboa

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Isolamento de Base - Introdução

De acordo com o conceito de Isolamento de Base o edifício (ou estrutura) é “separado” das componentes horizontais do movimento do solo através da interposição de uma camada com baixa rigidez horizontal entre a estrutura e a fundação.

Camada deformável

estrutura

solo

A consequência imediata da interposição de uma camada deformável é a redução da frequência própria de vibração.

Outra consequência é o aumento dos deslocamentos.

Mas os deslocamentos concentram-se ao nível dos dispositivos para isolamento.

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Isolamento de Base - Introdução

Um sistema de isolamento de base deve apresentar:

Capacidade de suporte para cargas verticais Baixa rigidez horizontal Capacidade de dissipar energia Força restituição

Exemplos de dispositivos para isolamento de base

HDRB High Damping Rubber Bearing

Bloco de Borracha de Alto Amortecimento

LRB Lead Rubber Bearing

Bloco de Borracha com Núcleo de Chumbo

FPS Friction Pendulum System

Sistema Pendular com Atrito

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Isolamento de Base – Protecção de Edifícios Existentes

Oakland City Hall

S. Francisco City Hall

Los Angeles City Hall

Salt Lake City and County Hall

Mackay School of Mines

Adaptado de www.1906eqconf.org

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1º Modo 2º Modo 3º Modo 4º Modo

Base Fixa

Isolada

Deformação no Isolamento de

Base

Deformação na Estrutura

Comparação entre os modos de vibração para estruturas de Base Fixa e com Isolamento de Base.

Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos

DECivil

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Displacement (m)

Acc

ele

ratio

n (

m/s

2 )

Base fixa

Isolada = 5%

= 15%

“Capacity spectrum” com estrutura isolada


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Deformação Global

I = )(

)(

1

1

2

n

iTii

n

iTii

Dm

Dm

)(

I

1

n

iTiiDm

mI =

Deformação da Estrutura

DS = DT - DI

S = )(

)(

1

1

2

n

iSii

n

iSii

Dm

Dm

mS = )(

S

1

n

iSiiDm

(deslocamento efectivo)

(massa efectiva)

(deslocamento efectivo)

(massa efectiva)


DECivil

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Displacement (m)

Acc

ele

ratio

n (

m/s

2 )

Base Fixa

Isolada = 5%

= 15%

“Capacity spectrum” com estrutura isolada

Ponto 1

Ponto 2

Ponto 1: (Sd, Sa)

Ponto 2: (Sd,eq, Sa,eq)

Sa,eq = Sa S

I

m

m


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Farol dos Capelinhos

O Farol dos Capelinhos é uma estrutura emblemática da Ilha do Faial, Açores.

A Torre do Farol tem cerca de 30m de altura e apresenta secção octogonal com 2.32m de largura de face na base e 2.00m no topo.

As janelas e as portas estão dispostas segundo duas faces opostas do octógono.

A estrutura é composta por alvenaria de pedra aparelhada e tem um reforço interior constituído por um anel de betão com 0.20m de espessura.

Modo Frequencia (Hz)

Observações

1 2.148 1o modo na direcção X

2 2.243 1o modo na direcção Y



5 10.823 1o modo de torção

Frequências Modais para a solução de base Fixa

Modo Frequencia (Hz)

Observações

1 0.475 1o modo de torção





Frequências Modais para a solução com Isolamento


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Modelo de Fibras

(Corte)

0

2500

5000

7500

10000

12500

15000

17500

0.0E+00 5.0E-04 1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03

CurvatureM

om

en

t (k

Nm

)

Modelo Não Linear SimplificadoDefinição das curvas Momento-curvatura


DECivil

0

5

10

15

20

25

0 0.005 0.01 0.015 0.02

Displacement (m)

He

igh

t (m

)

0

5

10

15

20

25

0 0.001 0.002 0.003

Displacement (m)H

eig

ht (

m)

Deformação com Base Fixa

Deformação da Estrutura com Isolamento de Base


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Resposta Não Linear do modelo com Base Fixa

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0 0.04 0.08 0.12

Displacement (m)

Acc

ele

ratio

n (

m/s

2 ) 5%

10%

12.5%

15%

Fixed Base

Freq. = 2.3 Hz

Deslocamento Efectivo DEFF = ∑ mi Di

2

∑ mi Di DEFF = 0.56 Dmax

Massa Efectiva MEFF = ∑ mi Di

DEFF MEFF = 0.65 Mtot


DECivil

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0 0.04 0.08 0.12

Displacement (m)

Acc

ele

ratio

n (

m/s

2 )

Deslocamento Efectivo DEFF = ∑ mi Di

2

∑ mi Di DEFF = 0.95 Dmax

Massa Efectiva MEFF = ∑ mi Di

DEFF MEFF = 1.00 Mtot

Base Isolada

Resposta Não Linear do modelo com Isolamento de Base


DECivil

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0 0.04 0.08 0.12

Displacement (m)

Acc

ele

ratio

n (

m/s

2 )

Solução Frequencia (Hz) Coeficiente de Amortecimento (%)

1 0.50 12.5

2 0.40 15.0

3 0.60 10.0

Características das soluções de isolamento de base

Solução 1Solução 3

Solução 2


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Isolamento de Base – Procedimento

Passos a executar:

1 – Definição da Curva de Capacidade para o edifício com base fixa.

2 – Definição da capacidade máxima da estrutura em função da força de corte basal.

3 – Cálculo da massa e do deslocamento efectivo para as estruturas com base fixa e com isolamento.

4 – Converter o esforço de corte basal obtido na estrutura de base fixa para o valor equivalente na estrutura isolada.

5 – Escolha das características do isolamento de base.

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Isolamento de Base – Conclusões

• A metodologia proposta pode ser uma ferramenta útil no dimensionamento do isolamento de base para a protecção de estruturas existentes.

• A curva de capacidade calculada para a estrutura de base fixa pode ser utilizada para caracterizar o comportamento sísmico da estrutura isolada acima da camada de isolamento.

• O isolamento de base é uma solução eficaz na protecção sísmica de estruturas de baixa ductilidade.

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