É muito importante para um engenheiro civil conhecer os princípios da segurança contra terremotos. Durante o processo de design, o designer deve considerar algumas coisas básicas.
Planejar e detalhar estruturas para eventos sísmicos é comum na construção hoje. Em alguns países que não estão próximos de um limite de placa e não têm um terremoto, são utilizadas técnicas de detalhamento de mitigação de terremotos.
No entanto, ao projetar estruturas críticas, como barragens, edifícios altos, etc., é importante considerar que uma certa magnitude da aceleração máxima do solo (PGA) é levada em consideração.
Neste artigo, focamos nos fatores que precisam ser considerados no projeto resistente a terremotos, desde o planejamento preliminar até a conclusão do projeto estrutural.
Converta irregular em regular para melhor desempenho sísmico
Recomenda-se converter a estrutura irregular em estruturas regulares sempre que possível.
Esta transformação poderia levar a um comportamento simples das estruturas e evitar que as vibrações torcionais se tornassem vibrações de saída.
Além disso, estes tipos de separação podem ser realizados de acordo com as orientações dos códigos de prática relevantes. Em particular, a distância entre as estruturas durante a separação deve ser mantida dentro dos limites permitidos para evitar colisão das peças.
Distância suficiente entre estruturas
Os movimentos do solo movem o edifício na direção das ondas sísmicas. Isso cria um reflexo do edifício no topo.
A deflexão máxima poderá ser limitada durante a construção de acordo com os requisitos de utilização especificados nas directrizes mencionadas.
Mesmo que estejamos dentro dos limites, se dois edifícios estiverem próximos um do outro, deve-se verificar se um terremoto pode causar a colisão das duas estruturas.
Poderíamos calcular a deflexão máxima provável e a distância necessária deve ser mantida de acordo.
Evite pisos macios – térreo
A rigidez lateral da estrutura resiste às cargas sísmicas que atuam sobre uma estrutura.
A rigidez lateral é garantida pela estrutura de concreto armado, paredes de cisalhamento, paredes preenchidas, etc.
Variações na rigidez da estrutura ao longo da altura (diferentes rigidezes no terreno) influenciam a cargas laterais resiliência do edifício.
Ocorre um efeito de história suave que leva à falha da estrutura.
Um piso térreo macio é particularmente importante em edifícios com estrutura. Se existirem paredes preenchidas acima do piso térreo, esta parte da estrutura apresenta uma rigidez transversal muito elevada.
Porém, no piso térreo existem apenas os apoios que suportam as cargas laterais. Daí o Sistema de resistência de carga transversal é muito fraco.
Se houver Paredes de cisalhamento Como a estrutura possui capacidade suficiente para suportar as cargas, não se observa a formação de um efeito de piso suave.
O piso macio também pode se formar no piso acima do térreo. No entanto, o piso macio no piso térreo é muito crítico num edifício com uma estrutura de pórtico resistente, uma vez que a força de corte máxima é exercida no piso térreo.
Fornece suportes laterais simétricos
O projeto ou planejamento geométrico é um dos fatores mais importantes a serem considerados nos princípios de projeto resistente a terremotos.
O contraventamento assimétrico resulta em torções excessivas na estrutura porque o centro de rigidez e o centro de gravidade não coincidem ou não estão próximos um do outro.
Tais desvios levam à falha estrutural e podem até causar o colapso da estrutura num terremoto.
A figura a seguir mostra o sistema assimétrico de suporte de cargas laterais, que não coincide com o centro da estrutura e rigidez.
Quanto maior a distância entre dois centros, maior será o movimento de torção da estrutura. Forças de cisalhamento adicionais aparecem nos elementos verticais, as quais eles podem não ser capazes de suportar. Isso pode levar à falha estrutural.
Portanto, organizaremos os suportes laterais ou os sistemas de suporte de carga lateral de modo que o centro de gravidade e a rigidez correspondam para evitar/minimizar o movimento de torção.
Evite estruturas de suporte com paredes preenchidas
Precisamos de estruturas apoiadas para acomodar a carga lateral durante um terremoto, quando não há elementos como paredes de cisalhamento no edifício.
No entanto, utilizar paredes de tijolo ou paredes de enchimento não é uma boa opção, pois podem danificar a estrutura resistente ao momento. A falha da estrutura pode causar o colapso da estrutura.
Portanto, o projeto deve utilizar detalhes construtivos adequados que permitam a movimentação da moldura e não resultem em falhas das paredes de preenchimento que afetem a moldura de concreto.
Uma separação poderia ser feita entre as estruturas de concreto conforme mostrado no desenho abaixo.
O preenchimento entre tijolo e concreto pode ser feito de diversas formas dependendo do projeto. Podemos preencher a lacuna com um material com a resistência ao fogo necessária. A imagem a seguir mostra um detalhe típico que pode ser adotado.
A utilização de poliestireno em vez de lã de rocha não é permitida, pois podemos não conseguir atingir a resistência ao fogo necessária. Porém, em locais onde não existam tais exigências, podemos utilizar poliestireno.
Evite colunas curtas
O suporte curto atua como um elemento rígido que não falha quando dobrado. No entanto, existe uma grande probabilidade de que colunas curtas falhem por cisalhamento.
Por definição, a altura de uma coluna curta é relativamente pequena em comparação com a sua secção transversal.
Mesmo uma coluna esbelta pode se tornar uma coluna curta se houver paredes curtas de tijolos em ambos os lados da coluna.
Portanto, é aconselhável evitar quadros parcialmente preenchidos.
Evitar dobradiças em suportes de aço em estruturas de aço (o princípio de projeto mais importante para resistência a terremotos)
O aço é um material que está predominantemente sujeito à ruptura local. Sua falha se deve principalmente à flambagem de seus componentes.
Além disso, o aço costuma ser utilizado em todo o seu limite plástico devido ao seu desempenho no canteiro de obras. No entanto, existe uma margem razoável para mais deformações por fluxo.
Fora isso, preferimos a ruptura de uma viga à ruptura de um pilar. A falha de uma viga pode ser localizada, mas se uma coluna falhar, toda a estrutura pode entrar em colapso.
Por esta razão preferimos formar os dedos nas vigas antes dos apoios. Uma ligação rígida nas ligações viga-pilar poderia, portanto, reduzir a possibilidade de formação de rótulas nas vigas.
Portanto, devem ser utilizadas práticas de detalhamento adequadas ao projetar edifícios de aço para cargas sísmicas.
Atualmente, utilizamos o conceito de pilar forte e viga fraca no projeto.
Minimiza Erro de coluna e, portanto, a estrutura é segura.
Detalhamento de reforço de vigas e pilares
A maioria das rupturas de vigas e pilares ocorre perto da ligação viga-pilar, onde altas tensões se desenvolvem devido ao carregamento cíclico.
Para manter o confinamento do concreto, são utilizados métodos especiais de detalhamento da armadura.
O artigo Detalhamento sísmico de vigas e pilares Poderiam ser obtidas mais informações sobre as medidas de execução a adoptar para estes elementos.
O artigo continua: design baseado em desempenho também pode ser útil para aprender mais sobre o projeto baseado na capacidade, que também é considerado no projeto resistente a terremotos.
Além disso, devemos ter uma boa compreensão Métodos de falha de coluna ao projetar e detalhar esses tipos de estruturas.
Detalhamento da armadura da ligação viga-pilar
Além das falhas próximas à ligação viga-pilar, as falhas dentro da ligação causaram o colapso da estrutura. Isto não foi originalmente considerado nos princípios de projeto de terremotos.
No passado, os engenheiros não estavam tão conscientes disso e não prestavam tanta atenção a estas áreas como fazem hoje.
No entanto, mais tarde fica claro como a ligação viga-pilar deve ser projetada detalhadamente.
A falha foi causada principalmente pela falta de reforço de confinamento na conexão.
Precisamos continuar as ligações de cisalhamento do pilar apesar da ligação viga-pilar.
Com todos os reforços da viga e do pilar, este é um trabalho bastante desafiador. Porém, com um planejamento adequado isso não é impossível.
Mesmo que haja tal sobrecarga da armadura, as barras de cisalhamento do pilar são colocadas onde são necessárias.
Contudo, tal detalhamento de armadura não é permitido. Isso cria uma conexão fraca que pode até ter favos de mel internos (cavidades). O concreto não pode fluir.
Portanto, atenção especial deve ser dada às armaduras quando se trata de uma estrutura dúctil. O detalhamento inadequado pode levar à perda de ductilidade da estrutura.
ductilidade de estruturas
Independentemente de o edifício ser de aço ou concreto, a ductilidade da estrutura deve ser mantida. Este é um dos fatores mais importantes a considerar juntamente com outros princípios de projeto de terremotos.
Estruturas rígidas são propensas a falhas durante terremotos porque são menos capazes de dissipar a energia dos eventos sísmicos. Porém, se a estrutura for dúctil, ela absorve a energia e pode resistir às forças de um terremoto.
Uma estrutura dúctil pode absorver energia e deformar-se quando carregada. O tipo de tensão aplicada à estrutura é cíclico e a absorção desta energia através da deformação também é ductilidade.
Além disso, o comportamento de ductilidade da estrutura permite deformações plásticas. A estrutura poderia atingir estados limites como ocupação imediata, segurança de vida e prevenção de colapso dependendo da magnitude da carga. Dependendo da categoria de ocupação para a qual a estrutura deve se comportar, o projeto é criado. Isso é chamado de design baseado em desempenho.
A ductilidade de uma estrutura pode ser aumentada pelos seguintes métodos – Fonte – Artigo técnico
- Aumentar os ganhos de compressão
- Aumentando a resistência à compressão do concreto
- Aumentar o alongamento na ruptura do concreto
A ductilidade de uma estrutura pode diminuir pelos seguintes motivos.
- Aumentar os ganhos de tensão
- Aumentar a resistência ao escoamento do aço
- Aumento da carga axial
Os fatores acima afetam diretamente a ductilidade da estrutura. Estes são princípios básicos de projeto resistente a terremotos que devem ser levados em consideração durante o planejamento da construção.
Esperamos que a estrutura se deforme e absorva a energia sem que ocorra fratura frágil. Ao projetar, deve-se prestar atenção aos fatores mencionados acima.
Não linearidade material
Ao projetar uma estrutura de concreto, assumimos que seu comportamento está na região linear e as propriedades do material na região não linear não são levadas em consideração.
No entanto, em construções resistentes a terremotos, tentamos utilizar a resistência do material tanto quanto possível, de acordo com os princípios de construção resistentes a terremotos.
Conforme explicado no artigo Performance-Based Design, existem níveis de ocupação que podemos alcançar na região não linear.
Vamos ver o que é a não linearidade material usando o concreto como exemplo.
A figura acima mostra o comportamento do material e como ele atinge diferentes zonas como endurecimento linear, estado final, etc.
Por simplicidade, este comportamento do material é idealizado durante a análise. Além disso, este comportamento do material é representado na análise pela dobradiça. Representa toda a seção, que inclui tanto o concreto quanto a armadura.
Se considerarmos apenas o concreto, seu comportamento é mostrado na curva a seguir. A variação de tensão e deformação é fornecida abaixo.
A combinação do concreto, do aço e das propriedades da seção transversal representa a dobradiça que representa o respectivo comportamento do elemento.
Podemos determinar a condição do material com base no comportamento da dobradiça. A curva a seguir mostra a força de deformação da dobradiça que representa o elemento.
Além disso, é importante notar que projetamos a estrutura para se comportar na faixa linear sob cargas comuns, como peso morto, cargas de vento, etc. A mesma estrutura é então testada para cargas sísmicas. Os ajustes são feitos nos elementos com base nos níveis de ocupação esperados aos quais a estrutura irá responder.
Usando a aceleração máxima correta do solo (PGA)
A aceleração máxima do solo é o fator mais importante a ser considerado no projeto resistente a terremotos.
Além disso, a previsão de PGA representa um dos maiores desafios na engenharia sísmica.
Em geral, existem normas que especificam a aceleração máxima do solo ou os coeficientes de aceleração que podem ser usados no projeto.
Em países onde não há limites de placa ou que não estão próximos de um limite de placa, podem ser utilizados valores mínimos especificados na norma relevante.
Além disso, deve-se atentar para o período de devolução, que afeta o nível do PGA.
Sistemas para absorção de cargas laterais durante terremotos
Para resistir às cargas laterais aplicadas a uma estrutura, podem ser utilizados sistemas tradicionais como pórticos de momento, paredes de cisalhamento, etc.
O artigo Sistema de resistência de carga transversal Para mais informações, consulte esta página.
Existem outras técnicas específicas usadas dentro dos princípios de projeto resistente a terremotos para minimizar o impacto de um terremoto na estrutura.
Estes são os chamados amortecedores. Eles absorvem as vibrações da estrutura e assim levam à dissipação da energia que atua na estrutura.
Os seguintes tipos de amortecedores podem ser observados.
- Amortecedor de viscose
- Amortecedores viscoelásticos
- Amortecedor de fricção
- Amortecedor de vibração (amortecedor de vibração)
- Amortecedores compatíveis
- Amortecedores magnéticos
