Estudo comparativo de metodologias de avaliação do comportamento sísmico de edifícios

Abstract

A vulnerabilidade dos edifícios face à acção sísmica tem sido cada vez mais referenciada. No entanto para o dimensionamento e avaliação da segurança devem ser tidos em conta todos os efeitos significativos do comportamento estrutural, através da utilização de análises e modelos capazes de caracterizar a resposta das estruturas da forma mais realista possível. A realização de análises não lineares dinâmicas assim como a modelação da não linearidade material através de modelos de fibras são conhecidas como as abordagens mais rigorosas para estimar o desempenho estrutural, contudo implicam elevados conhecimentos do comportamento estrutural e está associado um tempo de cálculo que por vezes condiciona a sua utilização. Por este facto, têm sido procuradas metodologias de análise alternativas e mais simples mas que garantam resultados igualmente fiáveis. Já a simplificação que muitas vezes é considerada na interacção solo-estrutura carece de atenção pois a deformabilidade do solo pode ter implicações significativas na distribuição de esforços na estrutura, e assim condicionar o seu comportamento local e global. Assim, enquadrada nesta problemática, surge a presente dissertação que foi elaborada com o intuito de comparar modelos distintos para a avaliação do comportamento estrutural de edifícios à acção dos sismos. Inicialmente, é avaliada a viabilidade da utilização de análises não lineares estáticas (pushover), utilizando os métodos convencional e adaptativo, para diferentes situações de carregamento, relativamente à análise não linear dinâmica incremental. Em seguida, são comparados diferentes modelos de não linearidade material, admitindo a plasticidade distribuída ao longo de toda a extensão dos elementos estruturais (modelo de fibras) e a plasticidade concentrada nas suas extremidades (modelo de rótulas). Por fim, o estudo debruça-se sobre a influência da consideração da interacção solo-estrutura através da aplicação de molas elásticas nos apoios, simulando diferentes tipos de solos e considerando três abordagens presentes na bibliografia. Os estudos comparativos são realizados através da análise da capacidade e desempenho estruturais, sendo utilizados os procedimentos propostos na norma europeia – Eurocódigo 8. Avaliam-se diversos parâmetros da resposta estrutural de modo a compreender a influência de cada proposta a um nível global e local, e onde eventualmente existirão lacunas a serem superadas.

The vulnerability of buildings due to the seismic action has been increasingly referenced. However, for the design and safety assessment all significant effects of structural behaviour should be taken into account through the use of analyses and models able to characterize the response of structures as realistically as possible. The use of nonlinear dynamic analyses with a fibre-based nonlinear material modelling is known as the most accurate strategy to estimate the structural performance, yet it requires substantial knowledge of the structural behaviour and is associated high demanded computation time which sometimes discards their use. For this reason, but also to ensure reliable results, alternative and simpler methodologies of analysis have been researched. On contrary, the simplification that is often considered in the soil-structure interaction lacks attention because of the fact that the deformability of the soil may have significant implications on stress distribution in the structure, and thus constraining their local and global behaviour. Thus, framed in this problem, the present dissertation was developed with the purpose of comparing different models for the evaluation of the structural behaviour of buildings subjected to the action of earthquakes. Initially, the feasibility of using nonlinear static analysis (pushover) is evaluated, using conventional and adaptive methods for different load pattern situations, and compared to the incremental dynamic analysis. Then, different models of the nonlinear material are compared, admitting the plasticity distributed along the entire length of the structural elements (fibre model), and the plasticity concentrated at their ends (plastic hinges model). Finally, the study focuses on the influence of considering the soil-structure interaction by applying elastic springs at the supports, simulating different types of soils and using three approaches purposed in the literature. Through the analysis of the structural capacity and performance, using the procedures proposed in European standard - Eurocode 8, comparative studies are performed. Several parameters of structural response are evaluated in order to understand the influence of each proposal at a global and local level, and where eventually gaps exist and how can be overcome.