As acções variáveis dinâmicas consistem em acções que ocorrem devido a qualquer tipo de aceleração que provoque solicitações nos elementos da estrutura, como é o caso do sismo ou quando a estrutura se encontra sujeita a choques ou vibrações. Apesar de o vento ser uma das acções variáveis dinâmicas, esta não foi estudada devido ao facto de a acção sísmica considerada ser mais condicionante.
3.2.2.1 Acção Sísmica
De acordo com o EC0, a acção sísmica é uma acção que ocorre devida aos movimentos do terreno provocados pelos sismos. Recorrendo à norma que engloba os vários aspectos relativos a esta acção, o EC8, o movimento sísmico à superfície do terreno pode ser representado por um espectro de resposta elástica de aceleração à superfície do terreno, designado de “espectro de resposta elástica”. Devido à complexidade do processo de definição da acção sísmica, quando comparado com a definição das outras acções, é importante referir primeiramente quais os requisitos que uma estrutura deve cumprir.
3.2.2.1.1 Requisitos Fundamentais de Desempenho de uma Estrutura
Quando dimensionada pelo EC8 e em caso de ocorrência de um sismo, uma estrutura tem por finalidade assegurar a protecção das vidas humanas dos utentes do edifício, limitar os seus danos e também, nas estruturas consideradas importantes para a protecção civil, garantir a sua operacionalidade.
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Assim, para assegurar estes objectivos, é necessário que os seguintes requisitos sejam cumpridos:
Requisito de não ocorrência de colapso;
Requisito de Limitação de danos.
O requisito de não ocorrência de colapso da estrutura associa-se ao Estado Limite Último, que tem por objectivo assegurar que o sistema estrutural tenha a resistência e capacidade de dissipação de energia necessária para a verificação da segurança segundo o EC8.
O requisito de limitação de danos, por sua vez, está associado ao Estado Limite de Serviço, que proporciona um adequado grau de fiabilidade em relação a danos inaceitáveis numa estrutura.
3.2.2.1.2 Zoneamento e Tipos de Acções Sísmicas
Em Portugal, a sismicidade está associada à falha que separa a Placa Euro-Asiática da Placa Africana. Foi devido à sua “constante colisão” que estas placas produziram várias ramificações desta fractura até ao interior do continente. Vários estudos assumem que o território nacional se encontra numa zona de sismicidade moderada e que existem duas zonas de geração de sismos capazes de produzir sismos de características distintas:
Acção sísmica Tipo I;
Acção sísmica Tipo II.
A acção sísmica do Tipo I corresponde a sismos com epicentros localizados na zona do banco do Gorringe, de elevada magnitude, caracterizados pela concentração de energia nas bandas das baixas e médias frequências e com durações elevadas, enquanto que a acção sísmica do Tipo II corresponde a sismos com distâncias epicentrais baixas, de média magnitude, pequena duração e com concentração de energia nas bandas das altas frequências. Assim, o território nacional foi delimitado geograficamente em função da natureza e intensidade sísmica de cada região. Apresenta-se em seguida a delimitação de Portugal Continental, definida no art.º NA-3.2.1(2) do Anexo Nacional do EC8, para os dois tipos de acção considerados:
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Através da figura acima exposta podemos verificar que o edifício em estudo se encontra, para a acção sísmica tipo 1, na zona 1.3 e na zona 2.3 para a acção sísmica do tipo 2.
3.2.2.1.3 Tipos de Terreno
Uma vez definido o zoneamento sísmico de um edifício, a classificação do tipo de terreno onde irá ser construída a estrutura é definida de acordo com o valor da velocidade média das ondas de corte, 𝑣𝑠,30, se disponível ou, caso contrário, segundo o valor de 𝑁𝑆𝑃𝑇. Não possuindo o relatório geotécnico do tipo de terreno onde a estrutura vai ser implantada, foi admitido que o terreno se assemelha à descrição do perfil estratigráfico do tipo C do quadro 3.1 do art.º 3.1.2 do EC8. Foi assim considerado que o terreno se equipara a “depósitos profundos de areia compacta ou medianamente compacta de seixo (cascalho)
ou de argila rija com uma espessura entre várias dezenas e muitas centenas de metros”.
3.2.2.1.4 Espectro de Resposta Elástica Horizontal
Segundo o art.º 4.3.3.1(2)P do EC8, o método de referência para determinar os efeitos sísmicos deve ser o da análise modal por espectro de resposta, utilizando um modelo elástico linear para simular a estrutura e o espectro de cálculo exposto no art.º 3.2.2.5 do mesmo regulamento.
Genericamente e quando solicitado por uma acção sísmica, este espectro de resposta caracteriza-se como uma representação gráfica que fornece o valor máximo da resposta de vários osciladores com um grau de liberdade, sendo que cada oscilador possui uma determinada frequência natural distinta dos outros. Estes gráficos são elaborados para um dado coeficiente de amortecimento1 fixo e podem ser definidos em termos de, por exemplo, deslocamento, velocidades ou aceleração.
É apresentado de seguida o espectro de cálculo horizontal para estruturas com coeficiente de amortecimento de 5% e respectivas expressões associadas ao seu cálculo:
Figura 3 - Forma do espectro de cálculo horizontal para estruturas com ξ=5%.
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0 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐵 ∶ 𝑆𝑑(𝑇) = 𝑎𝑔∙ 𝑆 ∙ [23+ 𝑇 𝑇𝐵∙ ( 2,5 𝑞 − 2 3)] (3.1) 𝑇𝐵≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐶 ∶ 𝑆𝑑(𝑇) = 𝑎𝑔∙ 𝑆 ∙ 2,5 𝑞 (3.2) 𝑇𝐶 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐷∶ 𝑆𝑑(𝑇) = {= 𝑎𝑔∙ 𝑆 ∙ 2,5 𝑞 ∙ [ 𝑇𝐶 𝑇] ≥ 𝛽 ∙ 𝑎𝑔 (3.3) 𝑇𝐷≤ 𝑇 ∶ 𝑆𝑑(𝑇) = {= 𝑎𝑔∙ 𝑆 ∙ 2,5 𝑞 ∙ [ 𝑇𝐶∙ 𝑇𝐷 𝑇2 ] ≥ 𝛽 ∙ 𝑎𝑔 (3.4) Sendo: 𝑆𝑑(𝑇) − Espectro de cálculo; 𝑇 − Período de vibração de um sistema linear com um grau de liberdade;
𝑎𝑔− Valor de cálculo de aceleração à superfície para um terreno do tipo A (𝑎𝑔 = 𝛾𝐼∙ 𝑎𝑔𝑅);
ϒ𝐼− Coeficiente de importância (NA-4.2.5(5)P do EC8);
𝑎𝑔𝑅− Valor de referência da aceleração máxima à superfície de um terreno do tipo A (NA- 4.2.5(5)P do EC8);
𝑇𝐵− Limite inferior do período no patamar de aceleração espectral constante (NA-3.2.2.2(2)P);
𝑇𝐶− Limite superior do período no patamar de aceleração espectral constante (NA-3.2.2.2(2)P);
𝑇𝐷− Valor que define o início do ramo de deslocamento constante (NA-3.2.2.2(2)P);
𝑆 − Coeficiente de solo (NA-3.2.2.2(2)P);
𝛽 − Coeficiente correspondente ao limite inferior do espectro de cálculo horizontal (o valor recomendado é de 0.2);
𝑞 − Coeficiente de comportamento.
3.2.2.1.5 Espectro de Resposta Elástica Vertical
O comportamento de uma estrutura quando solicitada pela aceleração de um sismo, não é apenas influenciada pela componente horizontal dessa acção. Em estruturas que apresentam grandes vãos horizontais, elementos com comprimentos consideráveis em consola ou elementos verticais descontínuos, a componente vertical pode revelar-se influenciadora na resposta de uma estrutura. Uma vez que o edifício em estudo não possui nenhuma das condições acima referidas, a influência da acção sísmica vertical na resposta da estrutura não foi considerada.
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3.2.2.1.6 Classes e Coeficientes de Importância
É introduzido no EC8 o conceito de classe de importância, que pretende classificar os edifícios em função da sua importância para a segurança pública e protecção civil, no caso da ocorrência de um sismo. Definidas no art.º 4.2.5(4) do EC8, são quatro classes de importância existentes:
Tabela 7 - Classes de importância para os edifícios. Classe de
importância Edifícios
I Edifícios de importância menor para a segurança pública, como por exemplo edifícios agrícolas, etc.
II Edifícios correntes, não pertencentes às outras categorias.
III
Edifícios cuja resistência sísmica é importante tendo em vista as
consequências associadas ao seu colapso, como por exemplo escolas, salas de reunião, instituições culturais, etc.
IV
Edifícios cuja integridade em caso de sismo é de importância vital para a protecção civil, como por exemplo hospitais, quartéis de bombeiros, centrais elétricas, etc.
Através da tabela atrás apresentada, podemos concluir que o edifício em estudo é da classe de importância II, uma vez que se trata de um edifício de escritórios.
Os valores atribuídos ao coeficiente de importância encontram-se definidos no Anexo Nacional, art.º NA-4.2.5(5)P do EC8. Apresenta-se de seguida uma tabela com os respectivos valores dos coeficientes a adoptar em Portugal Continental.
Tabela 8 - Coeficientes de importância 𝜸𝑰. Classe de importância Acção Sísmica Tipo 1 Acção Sísmica Tipo 2 I 0,65 0,75 II 1,00 1,00 III 1,45 1,25 IV 1,95 1,50
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É possível comprovar que o coeficiente de importância para a classe atrás definida é de 1,00, para ambos os tipos de acção sísmica.
Sintetizam-se então, através das tabelas enunciadas anteriormente e do Anexo Nacional presente no EC8, os parâmetros mais relevantes para a definição do espectro de resposta de dimensionamento na seguinte tabela:
Tabela 9 - Resumo dos valores que definem o espectro de resposta horizontal. Acção Sísmica agR [m/s 2] a g [m/s2] S TB [s] TC [s] TD [s] Tipo 1.3 1,50 1,50 1,50 0,10 0,60 2,00 Tipo 2.3 1,70 1,70 1,46 0,10 0,25 2,00
A fim de evitar uma análise estrutural não elástica explícita, deve ser tida em consideração a capacidade de dissipação de energia da estrutura obtida pelo comportamento dúctil dos seus elementos, efectuando- -se assim, uma análise elástica baseada num espectro de resposta reduzido em relação ao de resposta elástica, denominado este último de “espectro de cálculo”. Esta redução é feita utilizando o coeficiente de comportamento 𝑞.
O valor de 𝑞 para acções sísmicas horizontais, é determinado de forma aproximada com base nos valores definidos no EC8, os quais dependem do tipo de sistema estrutural, da classe de ductilidade da estrutura e da sua regularidade em altura. Estes critérios encontram-se, assim como o coeficiente de comportamento, definidos no capítulo “4 – Princípios de Dimensionamento segundo o EC8”, uma vez que este coeficiente implica um estudo mais cuidadoso em termos sísmicos.