‘The Argument of the Ordinary’
II. Rule-internalism:
Os sismos são fenómenos causados por uma súbita libertação de energia na crosta terrestre, que dá origem a ondas sísmicas. Estes fenómenos podem ser naturais, ou provocados por ação humana. Os sismos naturais podem ocorrer devido ao colapso de massas rochosas ou abatimento de grutas (Sismos de Colapso), ter origem vulcânica (Sismos Vulcânicos), ou mais frequentemente, devido a movimentos tectónicos (Sismos Tectónicos). As ações humanas que podem originar um sismo são por exemplo a prospeção de recursos naturais (fluídos ou minerais), a concentração de grandes massas de água em albufeiras ou barragens, a detonação de explosivos, entre outros.
Os sismos podem ter consequências socioeconómicas elevadas pelo que é necessário estudar os seus efeitos nas estruturas, podendo estes ser determinados, quer por análises experimentais, quer por análises numéricas.
As análises sísmicas experimentais são habitualmente realizadas através de modelos reduzidos ou modelos à escala real que podem representar: apenas elementos da estrutura, partes da estrutura ou a estrutura completa. Estas análises podem ser feitas por ensaios em mesa sísmica (dinâmicos), ensaios pseudo-dinâmicos ou ensaios cíclicos (quase-estáticos), sendo os ensaios em mesa sísmica os mais completos para a avaliação da resposta de uma estrutura sujeita a sismos [44]. Devido aos seus custos, os ensaios experimentais são realizados com o objetivo de estudar o comportamento sísmico das estruturas, de verificar métodos de análise e validar e/ou calibrar modelos analíticos/computacionais.
Atualmente o dimensionamento de estruturas sujeitas a sismos, na União Europeu, é feito segundo as normas europeias e portuguesas, “NP EN 1998: Eurocódigo 8 – Projecto de estruturas para resistência aos sismos” [33], em conjunto com as normas: “NP EN 1990: Eurocódigo – Bases para o projeto de estruturas” [30]; “NP EN 1997: Eurocódigo 7 – Projecto geotécnico”; “NP EN 1993: Eurocódigo 3 – Projecto de estruturas de aço” [32]; “NP EN 1992: Eurocódigo 2 – Projecto de estruturas de betão” [34] e também “NP EN 1999: Eurocódigo 9 – Projecto de estruturas de alumínio”; de forma a dimensionar e projetar estruturas seguras a sismos.
A avaliação do desempenho de estruturas a sismos difere do dimensionamento, pois o seu objetivo é estudar e compreender o desempenho das estruturas durante um sismo, para posteriormente se aplicar os conhecimentos adquiridos, no dimensionamento de estruturas seguras.
Uma das problemáticas da avaliação do desempenho de estruturas a sismos reside na implementação de modelos capazes de reproduzir fielmente o comportamento das estruturas, nomeadamente, o seu comportamento não-linear. Estes modelos, aplicados a estruturas em aço, têm sido estudados experimentalmente e desenvolvidos analiticamente e numericamente ao longo dos últimos anos, o que permitiram uma evolução da modelação de estruturas, principalmente em programas de elementos finitos.
O Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), nos Estados Unidos da América, tem desenvolvido uma plataforma computacional de investigação em engenharia sísmica, designado de Open System for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees). O OpenSees é um programa de simulação da resposta sísmica de estruturas de código aberto permitindo o seu desenvolvimento por investigadores e outros utilizadores. Para além do desenvolvimento do OpenSees, o PEER criou também uma base de dados disponível ao público, descrevendo os principais sismos fortes registados mundialmente [57]. Os acelerogramas usados neste trabalho foram obtidos a partir desta base de dados.
1.2. Objetivos
O objetivo deste trabalho é o estudo, aplicação e avaliação de várias técnicas de modelação não-linear de estruturas em aço sujeitas a sismos, nomeadamente: diferentes tipos de transformação geométrica para a consideração ou não dos efeitos de segunda ordem, vários tipos de elementos finitos, vários modelos de comportamento de materiais, um modelo de comportamento das zonas de ligação entre os pilares e vigas soldadas, designada de zona de painel, e um modelo que simula o comportamento de paredes de alvenaria de enchimento.
A avaliação das técnicas de modelação é feita através da análise do desempenho sísmico de duas estruturas, em dois casos de estudo, sendo o primeiro, definido pela análise da estrutura de betão armado com uma parede de alvenaria de enchimento, designada de estrutura de teste, estudada por Hashemi e Mosalam em 2007 [28], e, o segundo caso, pela análise do edifício de quatro pisos com estrutura em aço, testado no E-Defense em 2007 [17].
Nos casos de estudo, as estruturas são modeladas tridimensionalmente e analisadas no programa de elementos finitos OpenSees, sendo os resultados obtidos comparados com os resultados experimentais.
1.3. Conteúdo e Organização da Dissertação
O trabalho desenvolve-se em seis capítulos, sendo o primeiro capítulo a Introdução onde se apresenta a motivação, que indica as razões pela qual foi iniciada esta dissertação, os objetivos deste trabalho, e a descrição do conteúdo e organização desta.
1. Introdução
No segundo capítulo, intitulado de Métodos de Analise Sísmica, são referidos os principais métodos de análise sísmica existentes, sendo abordadas a análise estática não-linear ou análise pushover, a análise dinâmica linear por espectro de resposta e a análise dinâmica não-linear.
O terceiro capítulo trata da Modelação de Estruturas em OpenSees, onde são abordados as transformações geométricas, os modelos de comportamento dos materiais, de elementos finitos, o comportamento das zonas de ligação entre vigas e pilares, e o comportamento de paredes de alvenaria de enchimento. Ao longo desse capítulo são apresentados vários exemplos, sendo feita uma comparação global dos resultados obtidos e apresentadas as conclusões no final.
O quarto capítulo trata do primeiro caso do estudo, onde é estudada uma estrutura de betão armado com parede de alvenaria de enchimento, designada de estrutura de teste, descrita em Hashemi e Mosalam em 2007 [28]. Neste capítulo é definido um modelo computacional da estrutura em estudo e apresentada a análise dinâmica não-linear realizada. Por fim, são apresentados e discutidos os resultados deste capítulo comparativamente aos resultados experimentais. Para além disso, realizou-se uma análise paramétrica de forma a melhorar os resultados obtidos.
O quinto capítulo trata do segundo caso de estudo, onde é estudado o edifício de quatro pisos, com estrutura em aço, testado no E-Defense em 2007 [17]. O edifício é modelado aplicando os princípios de modelação referidos neste trabalho, sendo de seguida definidas as análises, e apresentados os resultados de cada uma delas comparativamente aos resultados experimentais.
O sexto capítulo é o capítulo final deste trabalho, onde são apresentadas as conclusões finais e os desenvolvimentos futuros.