Dimensionamento sísmico por capacidade real – Eurocódigo 8
Conforme amplamente reconhecido, o Eurocódigo 8 estabelece critérios rigorosos para assegurar a ductilidade dos elementos sísmicos primários em estruturas sujeitas a requisitos de Ductilidade Média (DCM) ou Elevada (DCH).
O presente artigo incide, em particular, sobre a necessidade de prevenir a ocorrência de roturas frágeis nas zonas de plastificação. Para tal, será analisada uma questão específica: a correta consideração do parâmetro lcl (vão livre efetivo) no âmbito do Dimensionamento por Capacidade Real, aplicado às vigas.
Evitar Modos de Rotura Frágeis
Para garantir o comportamento adequado das vigas, é imperativo assegurar que a dissipação de energia sísmica ocorra por flexão e não por corte, tal como exigido pelo EC8.
- Plastificação por Flexão: Este comportamento é caracterizado como um modo de rotura gradual e dúctil, no qual a estrutura pode suportar deformações significativas antes do colapso.
- Rotura por Corte: Em contrapartida, a rotura por corte representa um modo de falha frágil e súbito, que deve ser evitado a qualquer custo, pois compromete a capacidade de dissipação de energia e a previsibilidade do comportamento estrutural.
Dimensionamento por Capacidade Real - Exigências do EC8
No caso das vigas sísmicas primárias, o Eurocódigo 8 impõe que os esforços transversos sejam dimensionados segundo o critério de capacidade. Para isso:
- O esforço transverso de dimensionamento (VEd) é calculado com base na soma dos momentos de plastificação das seções das vigas (Mrd), dividido pela distância efetiva entre apoios (lcl), somando-se ainda o esforço transverso correspondente à combinação quase permanente.
Essa relação é apresentada pela fórmula:
Em que Ved representa o esforço transverso de dimensionamento conforme mostrado na imagem (424.706 kN) contrastado com o valor de cálculo efetivamente instalado (145.754 kN).
Relevância do Parâmetro lcl (Vão Livre Efetivo)
O parâmetro lcl, definido como o vão livre efetivo entre as faces dos pilares, desempenha um papel determinante no dimensionamento sísmico.
Um vão menor (lcl) resulta em maiores esforços de corte para a mesma capacidade à flexão (Mrd), enquanto um vão maior reduz os esforços de corte.
Correção de lcl na Modelação com SAP2000
Na modelação estrutural com software, como o SAP2000, os elementos de barra (vigas e pilares) são geralmente representados pelos seus eixos geométricos. Se não for devidamente acautelada, esta simplificação geométrica pode provocar discrepâncias no cálculo, uma vez que o vão real lcl corresponde à distância entre as faces dos pilares, e não entre os seus eixos.
Solução com End Length Offsets
O SAP2000 disponibiliza o recurso End Length Offsets, que ajusta automaticamente as extremidades das vigas e pilares, permitindo alinhar os eixos modelados com as posições reais das faces dos pilares. Este ajuste é crucial para obter resultados precisos no dimensionamento sísmico. No caso do ETABS esta propriedade encontra-se atribuída por defeito a todos os pilares e vigas.
Controlo das Armaduras de Flexão – cálculo do Mrd
No cálculo dos momentos resistentes das vigas, as quantidades de armadura longitudinal nas extremidades podem ser obtidas da seguinte forma, tanto no SAP2000, como no ETABS:
- Dimensionamento Automático: O software calcula automaticamente as armaduras longitudinais com base nos esforços obtidos da análise estrutural, garantindo o cumprimento dos requisitos de segurança e ductilidade.
- Definição Manual pelo Utilizador: Em caso de potencial sobredimensionamento, o utilizador deve passar essa informação ao programa através dos "Reinforcement Overrides for Ductile Beams". Neste caso, o valor do momento resistente será o máximo entre o calculado para a armadura especificada e para a armadura obtida através do dimensionamento automático. Deste modo, o valor do corte por capacidade será calculado para a situação mais desfavorável, ou seja, a máxima resistência à flexão.
Em seguida apresenta-se um resumo de alguns dos requisitos de ductilidade impostos para pilares e vigas respetivamente.
Pilares
Vigas
Sugerimos a consulta do seguinte artigo da CSI Portugal para saber todas as verificações de ductilidade do Eurocódigo 8 que são verificadas automaticamente pelos programas SAP2000, ETABS e VIS.