TÉCNICAS DE ANÁLISE NÃO LINEAR PUSHOVER
3.2 CONCEITO DE PERFORMANCE BASED SEISMIC ENGINEERING
A visão mais recente da engenharia sísmica no que concerne à concepção e avaliação de estruturas compreende os pressupostos presentes no conceito da designada Performance-
based Seismic Engineering (PBSE). Esta definição vem abandonando os ensinamentos
clássicos, que admitiam como agente avaliador da performance estrutural a comparação entre as forças actuantes/exigentes e as forças resistentes. Em oposição vem-se firmando um procedimento de aplicação baseado em estados limite definidos de acordo com as deformações das estruturas.
Este conceito é particularmente sensível e importante nas incursões em regime não linear da resposta das estruturas, motivado pelo facto de ser no campo inelástico que os deslocamentos se revelam como os melhor indicadores do dano estrutural, ao contrário do que se passa com as forças, não existindo inversão significativa do sentido da sua distribuição quando ultrapassado o limite elástico.
O PBSE está presente na definição de critérios de dimensionamento, do sistema estrutural mais apropriado, na proporção e pormenorização da estrutura e dos elementos não estruturais, na garantia do controlo da qualidade de construção e na manutenção a longo prazo. Com estes critérios pretende-se que as estruturas se comportem e reajam de acordo com níveis especificados e esperados para os diferentes eventos sísmicos e graus de severidade, não ultrapassando esses limites de dano (ATC40, 1996, SEAOC, 1995). Deste modo este conceito é também visto como um conjunto de estados limites (Fajfar, P., 1998), surgindo na concepção inicial do projecto e perdurando durante a vida da estrutura (Bertero, R.D. & Bertero, V.V., 2002).
3.6 Capítulo 3
Para o caso de edifícios são estabelecidos pelo comité Vision 2000 quatro limites de dano (SEAOC, 1995), definidos a partir da conjugação entre os níveis esperados de comportamento estrutural e os níveis de intensidade sísmica esperados, presentes na quadro 3.1.
Quadro 3.1 – Limites de performance estrutural, recomendados para o dimensionamento de edifícios (SEAOC, 1995).
Níveis de Performance Estrutural
Totalmente Operacional Operacional Limite de Utilização Colapso Iminente N ív ei s de D im en si on am en to Sí sm ic o Frequente (45 anos) Ocasional (72 anos) Raro (475 anos) Muito Raro (970 anos)
A visão estratégica existente no PBSE orienta o processo para que o comportamento das estruturas seja direccionado para o estudo da exigência local e global, à semelhança da ideia presente nos procedimentos de análise estática não linear, que fazem uso de análises pushover.
É com o crescente ganho de importância do dimensionamento com base nos princípios do
performance-based que se têm destacado os procedimentos de análise não linear pushover.
Existe de facto um compromisso entre ambos na medida em que o PBSE procura integrar num procedimento de dimensionamento a identificação e avaliação da capacidade das estruturas, que é conseguida a partir das análises pushover.
Ao longo dos últimos anos têm surgido diversas propostas de procedimentos não lineares estáticos, onde a filosofia de definição de um ponto de desempenho estrutural é evidente. Refere-se como primordiais abordagens o caso do método dos Coeficientes de Deslocamentos (FEMA273, 1997, FEMA356, 2000, FEMA440, 2005) – Displacement
Coefficient Method – que utiliza uma análise pushover em conjugação com uma versão
modificada da igualdade de deslocamentos (onde o deslocamento inelástico é admitido igual ao deslocamento que ocorreria caso a estrutura permanecesse em regime perfeitamente elástico), aplicando um conjunto de coeficientes para corrigir o deslocamento linear elástico ou a aceleração espectral para o período fundamental e
Performance inaceitável (para novas construções) Objec tivo E ssencial Objectivo B ásico Objectivo C rítico de Segurança
Técnicas de Análise Não Linear Pushover 3.7
amortecimento equivalente de um sistema de um grau de liberdade (Single Degree of
Freedom – SDOF); o método N2 desenvolvido em meados de 1980 na Universidade de
Ljubljana (Fajfar, P. & Fischinger, M., 1988), modificado do seu modelo original (Fajfar, P., 1998) e incluído no regulamento sísmico europeu (CEN, 2004), assim como o método
Capacity Spectrum Method (CSM) proposto inicialmente por Freeman, S. et al. (1975).
Estes procedimentos compreendem uma fase inicial onde é definida a curva de capacidade, que corresponde à evolução do comportamento estrutural em resposta a uma solicitação que pretende simular a acção sísmica. Esta curva é definida a partir de uma análise pushover com um carregamento horizontal incremental aplicado a toda a altura da estrutural, até atingido o limite da capacidade – colapso estrutural. A segunda fase consiste na definição do ponto de performance, que traduz a resposta inelástica da estrutura à acção sísmica definida. Para a caracterização desse ponto a curva de capacidade de um sistema de múltiplos graus de liberdade (Multi Degree of Freedom – MDOF) é modificada de modo a ser transformada numa curva associada a um sistema de um grau de liberdade. Na qualidade de técnicas simplificadas para a avaliação do desempenho das estruturas procuram atingir o reconhecido grau de precisão inerente às análises não lineares dinâmicas. Contudo os procedimentos referidos nos seus fundamentos iniciais revelaram algumas e importantes falhas, como não serem capazes de se direccionar para um ambiente de projecto, assim como também não estenderem a sua aplicação à diversidade de sistemas estruturais existentes.
Estas lacunas estão presentes nos procedimentos que utilizam análises pushover convencionais, onde os perfis de forças constantes aplicados em altura podem não ser capazes de traduzir a evolução da redistribuição de forças em regime inelástico, particularmente presente em estruturas irregulares.
É na sequência destas preocupações que surgem novas abordagens como a metodologia proposta por Chopra, A.K. e Goel, R.K. designada de Modal Pushover Analysis (Chopra, A.K. & Goel, R.K., 2002), com o objectivo de incluir o contributo de modos de vibração superiores na análise da resposta estrutural; ou o procedimento Adaptive Modal
Combination Procedure (AMC) sugerido por Kalkan, E. & Kunnath, S.K. (2006) com a
finalidade de melhorar as metodologias CSM e MPA com a introdução de um processo adaptativo; ou ainda o método igualmente adaptativo desenvolvido por Casarotti, C. & Pinho, R. (2007) denominado por Adaptive Capacity Spectrum Method (ACSM).
3.8 Capítulo 3
Seguidamente será feita referência às diferentes modalidades de métodos e procedimentos pushover, expondo as suas particularidades e direcção de aplicação de acordo com o problema em análise, debruçando-se em especial sobre a problemática da representação da resposta de um sistema estrutural em regime inelástico, assim como a resposta de um sistema MDOF a partir de um sistema equivalente SDOF.
3.3 METODOLOGIAS DE ANÁLISE NÃO LINEAR PUSHOVER PARA A