Processo de dimensionamento sísmico de edifícios segundo o EC8

Conheça as verificações obrigatórias do Eurocódigo 8 e as ferramentas CSI a que pode recorrer

Como é amplamente reconhecido, os programas CSI, nomeadamente o SAP2000 e o ETABS, possuem características de análise e pós-processamento de resultados muito úteis para a análise sísmica de estruturas.

No entanto, no caso específico do dimensionamento sísmico de edifícios de betão armado segundo o Eurocódigo 8, há múltiplas verificações de ductilidade que dependem de detalhes específicos de armadura de pilares, vigas e paredes que não se encontram definidos em modelos SAP2000 ou ETABS.

Tendo em conta que a análise e o detalhe das estruturas são fases distintas do processo de dimensionamento, que requerem diferentes interfaces e ferramentas, incorporar todas estas características num único software resultaria numa má experiência do utilizador e numa produtividade mais baixa.

O software VIS foi concebido precisamente com a intenção de expandir as capacidades de dimensionamento de betão armado, sem interferir negativamente na experiência de utilização do programa de análise. Após importação de modelos SAP2000 ou ETABS, o VIS permite que o processo de detalhe de armaduras seja realizado de forma independente numa interface dedicada, onde se poderão realizar todas as verificações dos Eurocódigos 2 e 8 relativas a armaduras de pilares, vigas e paredes.

Esta metodologia de trabalho tem também a vantagem de exigir menos licenças de SAP2000 e ETABS para uma dada equipa de projetistas, já que enquanto um utilizador está a trabalhar com o VIS, após importação inicial do modelo, não necessita de ocupar a licença do programa de análise.

Com este artigo, pretendemos ajudar o projetista a escolher as ferramentas mais produtivas e adequadas dos programas CSI para cada uma das seguintes etapas do dimensionamento sísmico de edifícios de betão armado:

• Processo iterativo de análise e pré-dimensionamento;
• Dimensionamento detalhado de armaduras e verificações de ductilidade local.

 

Processo iterativo de análise e pré-dimensionamento

Este processo de dimensionamento sísmico segundo o Eurocódigo 8 pode ser dividido em 8 fases:

1. Pré-dimensionamento do Edifício para cargas gravíticas e de vento
2. Estudo Sísmico Preliminar
3. Cálculo do Coeficiente de Comportamento
4. Controlo da contribuição dos elementos secundários para a rigidez lateral do edifício
5. Definição da ação sísmica
6. Pré-dimensionamento de estrutura sísmica primária
7. Pré-dimensionamento da estrutura sísmica secundária
8. Validação da solução

Estas 8 fases podem ser realizadas integralmente com recurso ao programa de análise (SAP2000 ou ETABS) e a algum pós-processamento simples em folhas de cálculo.

 

1 - Pré-dimensionamento do Edifício para cargas gravíticas e de vento

• SAP2000
  • Pilares e Vigas – Concrete Frame Design
  • Lajes – Shell Reinforcement Design
  • Paredes – Section Cuts + pós-processamento ou Shell Reinforcement Design

 

• ETABS
  • Pilares e Vigas – Concrete Frame Design
  • Lajes – Concrete Slab Design
  • Paredes – Shear Wall Design

 

2 - Estudo Sísmico Preliminar

• SAP2000 e ETABS
  • Verificar se é um pêndulo invertido – Usar output de massas assembladas
  • Verificar se é torsionalmente flexível – Consultar modos de vibração

 

3 - Cálculo do Coeficiente de Comportamento (ver fluxograma em anexo)

• SAP2000 e ETABS
  • Classificar sistema estrutural em ambas as direções – Usar Section Cuts para extrair a informação relevante
  • Calcular o coeficiente kw para ambas direções em sistemas estruturais de paredes – Cálculo baseado apenas em dados geométricos do modelo
  • Verificar se é regular em planta, em altura e fator αu/α1 – Consultar rigidez e massa de cada piso e em alguns casos usar análise pushover para justificar um αu/α1 superior a 1.3 

 

4 - Controlo da contribuição dos elementos secundários para a rigidez lateral do edifício

• SAP2000
  • Comparar drifts obtidos com modelo global sísmico e modelo sísmico primário – Utilizar sub-modelos e Generalized Displacements

 

• ETABS
  • Comparar drifts obtidos com modelo global sísmico e modelo sísmico primário – Utilizar sub-modelos e output de Drifts ou Story Stiffness

 

5 - Definição da ação sísmica

• SAP2000
  • Análise por forças laterais equivalentes – Usar Seismic Load Pattern para introdução automática das cargas com distribuição em altura de acordo com o artigo 4.3.3.2.3 (3) do EC8, incluindo excentricidade acidental das massas automaticamente calculada em função das dimensões dos diafragmas
  • Análise modal por espectro de resposta – Usar Load Case do tipo Response Spectrum, recorrendo aos espectros do EC8 disponíveis, com combinação modal, direcional e excentricidade acidental das massas de acordo com o recomendado pelo EC8. Existe também a possibilidade de incluir diferentes amortecimentos para cada tipo de material do modelo, com correção automática do espectro para cada modo.
  • Verificar se é necessário considerar os efeitos P-Delta – Usar Section Cuts e Generalized Displacements

 

• ETABS
  • Análise por forças laterais equivalentes – Usar Seismic Load Pattern para introdução automática das cargas com distribuição em altura de acordo com o artigo 4.3.3.2.3 (3) do EC8, incluindo excentricidade acidental das massas automaticamente calculada em função das dimensões dos diafragmas
  • Análise modal por espectro de resposta – Usar Load Case do tipo Response Spectrum, recorrendo aos espectros do EC8 disponíveis, com combinação modal, direcional e excentricidade acidental das massas de acordo com o recomendado pelo EC8. Existe também a possibilidade de incluir diferentes amortecimentos para cada tipo de material do modelo, com correção automática do espectro para cada modo.
  • Verificar se é necessário considerar os efeitos P-Delta – Usar output de Story Forces e Drifts para verificação imediata

 

6 - Pré-dimensionamento de estrutura sísmica primária

• SAP2000
  • Pilares e Vigas – Concrete Frame Design
    • Atribuir Framing Type = DCM ou DCH a todos os elementos primários
    • Usar End-Length Offsets para cálculo correto dos comprimentos livres de pilares e vigas
    • Introduzir armadura real nos pilares (Reinforcement to be Checked) e nos extremos das vigas (Overrides for Ductile Beams)
  • Paredes – Section Cuts + pós-processamento

 

• ETABS
  • Pilares e Vigas – Concrete Frame Design
    • Atribuir Framing Type = DCM ou DCH a todos os elementos primários
    • Usar End-Length Offsets para cálculo correto dos comprimentos livres de pilares e vigas
    • Introduzir armadura real nos pilares (Reinforcement to be Checked) e nos extremos das vigas (Overrides for Ductile Beams)
  • Paredes – Shear Wall Design
    • Introduzir fator de ductilidade em curvatura para cálculo dos comprimentos das zonas confinadas
    • Introdução do coeficiente para majoração do esforço transverso

 

7 - Pré-dimensionamento de estrutura sísmica secundária

• SAP2000
  • Pilares e Vigas – Concrete Frame Design
    • Atribuir Framing Type = Secondary
    • Incluir Combinações Sísmicas específicas para dimensionamento dos elementos secundários nas Design Load Combinations (recurso a sub-modelos)

 

• ETABS
  • Pilares e Vigas – Concrete Frame Design
    • Atribuir Framing Type = Secondary
    • Incluir Combinações Sísmicas específicas para dimensionamento dos elementos secundários nas Design Load Combinations (recurso a sub-modelos)
  • Lajes – Concrete Slab Design
    • Incluir Combinações Sísmicas específicas para dimensionamento dos elementos secundários nas Design Load Combinations (recurso a sub-modelos)
    • Verificar Punçoamento Excêntrico

 

8 – Validação da solução

Nesta fase, será importante perceber se as eventuais alterações de secções transversais dos elementos estruturais introduzidas nas fases 6 e 7 terão impacto na classificação sísmica. Em caso afirmativo, ou se houver dúvidas, repetir os passos 2 a 4, prolongando-se até ao passo 8 caso se confirme a alteração da classificação sísmica do edifício.

Além disso, poderá ser necessário verificar o requisito de limitação de danos para elementos não estruturais:

• SAP2000
  • Usar Generalized Displacements
• ETABS
  • Usar output de Drifts ou de Drifts máximos por piso

 

Dimensionamento detalhado de armaduras e verificações de ductilidade local

Nesta etapa, conseguimos um ganho significativo de produtividade se exportarmos o modelo para o VIS, pois evitamos a necessidade de verificação manual de múltiplos requisitos de ductilidade impostos pelo Eurocódigo 8.

Será de salientar que o pré-dimensionamento sísmico realizado na etapa anterior com o SAP2000 ou ETABS foi suficiente para estabilizar as dimensões de todos os elementos estruturais, pois inclui as seguintes verificações fundamentais:

Estrutura sísmica primária

• Verificações de ductilidade global
  • Evitar formação de um mecanismo plástico de piso flexível
• Verificações de ductilidade local
  • Cálculo do esforço transverso pela capacidade real em pilares e vigas
  • Limitação das taxas de armadura em vigas e pilares
  • Limitação do esforço normal reduzido em pilares
  • Limitação do esforço normal reduzido em paredes (só no ETABS)
  • Cálculo do comprimento das zonas confinadas em paredes (só no ETABS)
  • Cálculo de armadura diagonal em vigas de acoplamento de paredes (só no ETABS)

Estrutura sísmica secundária

• Cálculo de esforços nos elementos secundários
• Verificação de VRD e MRD de elementos secundários
• Verificação de punçoamento (só no ETABS)

 

Como se pode ver na tabela abaixo, com o VIS será possível efetuar bastantes mais verificações relativas a armaduras. Ao permitir a definição detalhada e completa das armaduras dos pilares, vigas e paredes, o VIS reúne informação suficiente para fazer todas as verificações de ductilidade necessárias para um dimensionamento sísmico completo de acordo com o Eurcódigo 8:

 

 

Nota - existem mais regras específicas que deverão ser verificadas e que não forem incluídas nesta tabela, por saírem do âmbito deste artigo.