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dissertação tese técnico pontes com apoio sismicos 2008

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Text of dissertação tese técnico pontes com apoio sismicos 2008

Isolamento de Base em PontesAnlise do Efeito da Rigidez Ps-Cedncia dos Sistemas de Isolamento

Lus Alberto Bailo Pereira Mendes Loureiro

Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

JriPresidente: Professor Jos Manuel Matos Noronha da Cmara Orientador: Professor Lus Manuel Coelho Guerreiro Vogal: Professor Mrio Manuel Paisana dos Santos Lopes

Outubro de 2008

AGRADECIMENTOS

O desenvolvimento da presente dissertao no teria sido possvel sem o apoio do meu orientador, o Prof. Lus Guerreiro, a quem agradeo muito pela orientao prestada na elaborao do trabalho, onde demonstrou sempre grande disponibilidade e esprito crtico.

minha famlia e amigos, agradeo o constante apoio e incentivo que sempre me dedicaram.

Mariana por estar sempre presente.

i

RESUMONos ltimos anos, os sistemas de isolamento de base tm sido aplicados em pontes e viadutos com resultados bastante positivos no que respeita proteco ssmica. O presente estudo serve o propsito de analisar as propriedades dos dissipadores histerticos, aquando da sua aplicao em pontes, nomeadamente a fora de cedncia, a rigidez elstica e a rigidez pscedncia. O principal objectivo da dissertao prende-se com a relao entre a rigidez ps-cedncia do dispositivo e a capacidade de restituio lateral da estrutura, funo essencial de um sistema de isolamento de base, que permite estrutura recuperar a sua posio inicial aps um sismo.

Do estudo paramtrico realizado, conclui-se que a capacidade de restituio lateral, uma caracterstica de todo o sistema (elementos estruturais e sistema de isolamento) e no de cada um dos seus componentes, isto , no se pode avaliar esta funo capital do sistema de isolamento sem ter em conta a contribuio dos pilares na capacidade de recuperao da posio inicial da estrutura. Assim, constatase que para pontes em que os deslocamentos sejam controlados na sua grande maioria pelos pilares, esta capacidade est presente.

Com este estudo, demonstra-se ainda que os documentos normativos tm evoludo num sentido lgico, no que diz respeito ao requerimento da capacidade de restituio lateral. Desta evoluo, o melhor exemplo a excluso do factor Wd (peso da estrutura) das condies a verificar . O regulamento proposto (EN 1998-2:2005 - A) torna coerente o requerimento especial para estruturas isoladas sismicamente, relativamente sua capacidade de restituio lateral.

PALAVRAS-CHAVE

Isolamento Ssmico de Base; Pontes; Aco Ssmica; Dissipadores Histerticos Metlicos; Rigidez Ps-Cedncia; Capacidade de Restituio Lateral.

ii

ABSTRACTIn recent years, base isolation has been applied to bridges and viaducts with positive results in what respects to the seismic protection. The main goal of the present study is the analysis of the properties of the hysteretic dampers, when applied to bridges, namely the yield strength, the elastic stiffness and the post-yielding stiffness. The aim of this report is to describe the relationship between the post-yielding stiffness of the device, and the lateral restoring capability of the structure, an essential function of an isolated system, that allows the structure to recover its initial position after a seismic event.

From this parametric study, it can be concluded that the lateral restoring capability is a characteristic of the whole system (structural elements and isolator system) and not of each one of its components, i. e., it is impossible to evaluate this function of the isolator system without taking into account the contribution of the piers in the capability of recovering the initial position of the structure. Thus, it is evident that for bridges where the displacements are controlled in its great majority by the piers, this capability is present.

This study demonstrates that the normative documents have evolved in a logical direction, concerning the requirement of the capability of lateral restoring. An optimum example of this evolution is the exclusion of the Wd factor (weight of the structure) of the conditions to verify. The considered regulation (EN 1998-2: 2005 - A) becomes coherent with the special requirement for isolated structures, related to its capability of lateral restoring. KEYWORDS

Seismic Base Isolation; Bridges; Seismic Action; Steel Hysteretic Dampers; Post-Yielding Stiffness Ratio; Lateral Restoring Capability.

iii

NDICE

1

Introduo .............................................................................................................................................1 1.1 1.2 Generalidades ..............................................................................................................................1 Estrutura da Tese .........................................................................................................................2

2

Estado de Arte ......................................................................................................................................4 2.1 2.1.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 Isolamento Ssmico ......................................................................................................................4 Proteco por Isolamento de Base e Dissipao de Energia ...................................................6 Utilizao de Sistemas de Proteco Ssmica em Portugal .........................................................8 Sistemas de Proteco Ssmica ...................................................................................................8 Curiosidades ...........................................................................................................................10 Aparelhos de Isolamento Ssmico ..........................................................................................10 Apoios Elastomricos .....................................................................................................11 Apoios de Borracha de Baixo Amortecimento (LDRB) ...............................................12 Apoios de Borracha de Alto Amortecimento (HDRB) ..................................................12 Apoios de Borracha com Ncleo de Chumbo (LRB) ...................................................14 Apoios Deslizantes .........................................................................................................16 Apoios Pendulares com Atrito (FPS) ..........................................................................16 Dissipadores ...................................................................................................................18 Dissipadores Viscosos ................................................................................................20 Dissipadores Histerticos............................................................................................22

2.3.2.1 2.3.2.1.1 2.3.2.1.2 2.3.2.1.3 2.3.2.2 2.3.2.2.1 2.3.2.3 2.3.2.3.1 2.3.2.3.2 3

Modelo de Anlise ...............................................................................................................................29 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 Aco Ssmica de Dimensionamento para Pontes .....................................................................29 Requisitos Bsicos .................................................................................................................29 Definio da Aco Ssmica ...................................................................................................30 Representao da Aco Ssmica ..........................................................................................31 Sismicidade em Portugal e Zonamento Ssmico.............................................................31 Mtodos de Anlise Estrutural ........................................................................................32

3.1.3.1 3.1.3.2 3.1.4

Definio e Modelao da Aco Ssmica ..............................................................................33 Definio dos Acelerogramas .........................................................................................34 Modelao da Aco Ssmica Atravs de Acelerogramas ..............................................36

3.1.4.1 3.1.4.2

iv

3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 4

Modelo de Anlise da Ponte .......................................................................................................37 Descrio da Ponte ................................................................................................................37 Modelao da Ponte ...............................................................................................................38 Dimensionamento e Modelao dos Sistemas de Isolamento ...................................................42 Dimensionamento e Modelao de Aparelhos Elastomricos ................................................43 Dimensionamento e Modelao de Dissipadores Histerticos ...............................................46

Estudo Paramtrico .............................................................................................................................50 4.1 4.2 4.3 4.3.1 Introduo...................................................................................................................................50 Apresentao das Variveis .......................................................................................................52 Estudos.......................................................................................................................................57 Modelo sem Dissipador Histertico: Estudo 0 ........................................................................57 Frequncias e Modos de Vibrao .................................................................................57 Deslocamentos ..............................................................................................