Estudo comparativo de metodologias de avaliação do comportamento sísmico de pontes

Abstract

A interpretação dos mecanismos associados aos danos sofridos em estruturas de pontes e viadutos devidos à ocorrência de sismos, num passado recente, veio a comprovar a vulnerabilidade à acção sísmica destas estruturas. Uma parte significativa destes danos aconteceu devido à incapacidade dos materiais dissiparem a energia transmitida pelo sismo, portanto reconhece-se que na avaliação do comportamento sísmico destas estruturas não pode deixar de considerar o comportamento não linear. Actualmente, entende-se que as análises não lineares dinâmicas são a metodologia mais adequada para a avaliação sísmica estrutural. Contudo, devido às dificuldades de realização destas análises, desenvolveram-se ao longo dos últimos anos, análises não lineares estáticas, também denominadas de análise pushover que constituem uma ferramenta de análise sísmica de pontes bastante simples mas, no entanto, uma alternativa válida, prática e eficiente pela comunidade científica. O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo comparativo da aplicação deste tipo de metodologias para avaliação do comportamento sísmico de pontes. Para atingir esse objectivo, é realizado um conjunto de análises pushover, convencional (considerando diferentes tipos de carga) e adaptativa a uma ponte de betão armado, recorrendo à modelação da não linearidade distribuída ao longo dos elementos estruturais por um modelo de fibras. Os pontos de desempenho estrutural obtiveram-se de acordo com o procedimento proposto no Eurocódigo 8, o método N2. Com o intuito de identificar a aplicabilidade da técnica de análise pushover, esta foi comparada com as análises não lineares incrementais dinâmicas. Por fim, são analisados alguns parâmetros de resposta sísmica, como deslocamentos do tabuleiro, momentos dos pilares e do tabuleiro, bem como esforços de corte nos pilares da ponte, obtidas pelas diferentes possibilidades de análise referidas, com o objectivo de avaliar o comportamento sísmico de pontes e comparar e validar as metodologias simplificadas de análise, identificando as suas potencialidades e eventuais limitações.

The judgment of structural failure mechanisms associated with the damage in structures of bridges due to the occurrence of earthquakes, in the recent past, came to demonstrate the seismic vulnerability of these structures. A significant portion of these damages occurred due to the inability of the material to dissipate energy imparted by the earthquake, so it is recognized that the evaluation of the seismic behavior of these structures can not but consider the nonlinear behavior. Currently, it is understood that nonlinear dynamic analyses are the most appropriate methodologies for assessing seismic structural behaviour. However, due to difficulties in performing these analyses, nonlinear static methods have been developed over the past few years, also called as pushover analysis and being fairly simple but nevertheless a valid, practical and efficient alternative analysis tool for the seismic assessment of bridges, by the scientific community. The present work has as main objective the comparative study of the application of such methodologies to evaluate the seismic performance of bridges. In order to achieve this goal, a series of pushover analyses have been conducted, conventional (considering different types of load patterns) and adaptive variants in a reinforced concrete bridge, considering the nonlinear distributed along the structural element’s length, also labeled as a fiber model. The seismic structural performance of the bridge is computed following the N2 method that is recommended in Eurocode 8. With the aim of identifying the applicability of the pushover techniques, were also included in the study, as reference values, the results of a performed set of incremental nonlinear dynamic analyses. Finally, some structural parameters are evaluated to assess the seismic response of the bridge, of which were included the moments in deck and piers, as well as the shear forces in piers, obtained by the already mentioned variants to the pushover analyses, with the aim to evaluate the seismic behaviour of bridges and to establish a comparison and limits of validity of these simplified nonlinear static methods, identifying its strengths and possible pitfalls.