De acordo com a percentagem de forças absorvidas e com a rigidez de torção apresentada pelos diversos elementos estruturais, o EC8 estabelece uma classificação distinta para os vários sistemas estruturais no art.º 5.1.2 do EC8.
O EC8 define ainda que uma estrutura deve possuir elementos suficientes capazes de permitir uma dissipação de energia por toda a estrutura, sem a ocorrência de perdas relativamente à capacidade resistente. Sendo assim a estrutura deve ser dúctil e não permitir situações de fragilidade.
O EC8 distingue no art.º 5.2.1 três classes de ductilidade, ou seja:
Classe de Ductilidade Baixa (DCL) – Caracteriza estruturas que respondem em regime elástico, onde a resistência à acção sísmica é condicionada pela capacidade resistente dos elementos estruturais e não pela sua ductilidade. Estas estruturas podem ser dimensionadas apenas tendo em conta as exigências estabelecidas no EC2 (art.º 5.2.1 (2)P do EC8);
Classe de Ductilidade Média (DCM) – Caracteriza estruturas com altos níveis de plasticidade e para as quais o dimensionamento e pormenorização dos elementos é efectuado para disposições especificas, que possibilitam uma resposta em regime não elástico da estrutura, sem a ocorrência de roturas frágeis;
Classe de Ductilidade Alta (DCH) – Corresponde a estruturas para as quais os critérios de projecto, dimensionamento e as disposições construtivas são extremamente complexos e garantem elevados níveis de plasticidade.
4.2.1 Regras de Dimensionamento DCM
Uma vez que o edifício em estudo irá ser dimensionado adoptando uma estrutura da classe DCM devem-se estudar os diferentes processos de dimensionamento para este tipo de estruturas. Analisando o EC8 podem-se verificar um conjunto de regras de
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dimensionamento a considerar para as estruturas de ductilidade média, relativamente a materiais e restrições geométricas.
4.2.1.1 Dimensionamento
Para que uma estrutura da classe DCM possua um bom comportamento sísmico no decorrer de um sismo intenso, é necessário o desenvolvimento de um mecanismo que dissipe eficientemente a energia absorvida. Esta energia é maioritariamente dissipada nas chamadas “zonas críticas”, onde se localizam as deformações inelásticas. Sendo assim estas zonas devem possuir uma determinada pormenorização de modo garantir a ductilidade necessária considerada nos processos de dimensionamento e modelos de análise.
O dimensionamento dos elementos primários da estrutura (vigas, pilares e paredes) consiste em adoptar um dimensionamento em capacidade, “capacity design”, como alternativa ao dimensionamento directo. Este processo de “capacity design” define-se pela necessidade de garantir que nas zonas críticas as roturas serão sempre por flexão (rotura do tipo dúctil) e não por esforço transverso (rotura frágil).
Para que este efeito seja possível será então necessário que o maior número de rótulas plásticas possível se forme nas vigas junto aos nós, que constituem as zonas de momentos máximos devido à acção sísmica.
Dado que estes elementos estruturais possuem um comportamento frágil relativamente ao corte, é ainda necessário que o esforço transverso actuante seja inferior ao esforço transverso resistente antes do desenvolvimento das respectivas rótulas plásticas. Este princípio de dimensionamento é abordado pelo EC8 no art.º 5.4.2.1 para as estruturas de classe DCM, definindo os vários processos de cálculo para os elementos estruturais primários (pilares, vigas e paredes).
Deve-se realçar que a versão do programa de cálculo automático utilizado (“sap2000
ver.14.2.4”) efectua automaticamente, para vigas e pilares, o processo de cálculo descrito
anteriormente como “Capacity Design”. Ou seja, o programa obtém as armaduras (transversais e longitudinais) tendo em conta os princípios referidos. Por outro lado o programa não especifica os critérios relacionados com os espaçamentos máximos de armaduras transversais nas respectivas zonas críticas, sendo necessário ter em conta este factor.
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Sendo assim efectua-se apenas o dimensionamento para uma viga e para um pilar nos respectivos capítulos, em termos exemplificativos, dado que a armadura necessária pode ser obtida directamente pelo programa de cálculo.
4.2.1.2 Materiais
Relativamente aos materiais, o EC8 estabelece um conjunto de condições necessárias para garantir as características adequadas de ductilidade dos vários elementos estruturais que constituem a estrutura. Estes critérios dizem respeito principalmente ao tipo de betão e de aço a utilizar na execução de um projecto de estruturas de betão armado, e são os seguintes:
Betão com classe superior a C16/20;
Aços das classes de ductilidade B e C;
Adopção de varões de alta aderência para as zonas críticas.
4.2.1.3 Restrições geométricas
Os critérios referidos no EC8, em termos de restrições geométricas, têm como principal função reduzir os fenómenos de instabilidade na estrutura. Uma das condições iniciais impostas pelo EC8 (art.º 5.4.1.2.1(1)P e art.º 5.4.1.2.1(2)) para estruturas de ductilidade média, consiste em garantir uma adequada transmissão de momentos flectores entre vigas e pilares, através da limitação da distância em planta entre os eixos destes elementos a ¼ de
bc (maior dimensão em planta da secção da coluna perpendicular ao eixo da viga).
De um modo mais concreto, o EC8 define um conjunto de expressões que devem ser respeitadas no processo de dimensionamento para estruturas DCM:
Vigas (art.º 5.4.1.2.1(3)P do EC8):
(4.1)
Sendo:
o bw – Largura das vigas; o bc – Largura dos pilares; o hw – Altura da viga.
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A condição anterior é estabelecida para uma adequada transmissão de esforços de compressão nos nós dos pilares e das vigas, permitindo assim uma melhor aderência dos varões horizontais das vigas que atravessam o pilar.
Pilares (art.º 5.4.1.2.2 do EC8):
(4.2)
Sendo:
o bv – Largura do pilar;
o hv – distância máxima da extremidade do pilar ao ponto de inflexão da deformada paralela ao plano da dimensão bv considerada.
Nos pilares se o Índice de Sensibilidade de Deslocamentos entre Pisos (θ) for superior a 0,1, a dimensão do plano de flexão deve ser superior a 1/10 da máxima distância entre pontos de inflexão e as extremidades do pilar.
O Índice de Sensibilidade de Deslocamentos entre Pisos (θ) é explicado mais detalhadamente no capítulo “6 – Efeitos da Acção Sísmica” do presente documento.
Paredes (art.º 5.4.1.2.3 (1) do EC8):
(4.3)
Sendo:
o bwo – Espessura da alma das paredes; o hs – distância entre pisos.
Nas zonas críticas onde se obtêm as maiores extensões é necessário confinar o betão, e a espessura dos elementos de extremidade das secções transversais (bw) deve ser igual ou superior a 0,20 m.
De um modo geral todos os critérios anteriores são respeitados por parte da arquitectura do edifício, com excepção da limitação da distância em planta entre eixos de vigas e pilares. Segundo o EC8 esta limitação deve ser no máximo ¼ de bc (maior dimensão em planta da secção da coluna perpendicular ao eixo da viga). Este caso não é verificado ao nível do
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piso 0 e 1 na ligação das vigas aos pilares de 1,5X0,5 m (pilares a Sul do edifício) como se pode verificar na seguinte figura:
Esta situação não está em conformidade, uma vez que a distância de 0,6 m entre o eixo das vigas e do pilar (distância a vermelho) é superior a bc que é igual a 0,4 m:
Neste caso seria necessário deslocar as vigas (horizontais na figura) para junto do eixo do pilar, mas como se irá verificar com a análise da estrutura tal não se considera necessário, dado que a maior parte destas vigas irão ser condicionadas principalmente pelas acções verticais, o que era expectável, uma vez que a estrutura se encontra parcialmente enterrada.