Efeito da Torção na Análise Sísmica de Edifícios
A análise sísmica de edifícios é um processo essencial no dimensionamento de estruturas, especialmente em zonas com atividades sísmicas significativas. O comportamento estrutural, perante ações sísmicas, é fortemente condicionado por fatores como a regularidade em planta, rigidez lateral e o efeito da torção. Este artigo foca-se no impacto da torção nas estruturas e na forma com a ferramenta Towers pode auxiliar na avaliação precisa da regularidade em planta.
A Torção e Critérios de Regularidade
A regularidade em planta é uma característica essencial para garantir uma resposta estrutural adequada perante ações sísmicas, conforme definido no Eurocódigo 8. A torção, que surge devido a excentricidades entre o centro de rigidez e o centro de massa, é uma das causas mais frequentes de um comportamento estrutural insatisfatório durante a ocorrência de sismos. Estas excentricidades podem levar à concentração de esforços e deslocamentos em zonas específicas da estrutura, aumentando o risco de colapsos prematuros e pouco previsíveis.
Contudo, a avaliação prática dos critérios de regularidade nem sempre é fácil. Apesar de o Eurocódigo 8 fornecer diretrizes claras, como a relação entre o raio de torção (ri) e o raio de giração da massa do piso (Is), as limitações arquitetónicas e a complexidade dos cálculos frequentemente dificultam a identificação de soluções estruturalmente eficientes.
Desafios no Uso do Eurocódigo 8
O Eurocódigo 8 (EC8) pretende conferir objetividade e quantificação às exigências de regularidade estrutural. No entanto, a sua aplicação prática pode ser desafiante não tanto pela complexidade dos cálculos envolvidos, mas sim pela quantidade de parâmetros a considerar em cada verificação.
Estudos indicam que a maioria dos edifícios apresenta irregularidades em planta, parcialmente decorrentes de rigidez inadequada ou de excentricidade estrutural. O critério estabelecido na expressão 4.1b do EC8 é um dos mais rigorosos. Caso este critério não seja cumprido, a estrutura é automaticamente classificada como torsionalmente flexível.
Caso Prático no SAP2000 e Correções para Mitigar a Flexibilidade Torsional
No presente exemplo prático, apresentaremos, com recurso a um modelo estrutural desenvolvido no software SAP2000, como é simples e rápido determinar a relação (ri/ls) utilizando o Plugin Towers.
O modelo estrutural apresentado representa um edifício de betão armado com características arquitetónicas específicas, que influenciam diretamente a distribuição de rigidez e massa. Com recurso ao plugin Towers, vamos determinar os parâmetros ls e ri diretamente a partir das características de rigidez e massa do modelo estrutural.
Neste caso, após os cálculos efetuados, verificou-se que os rácios (ri/ls) em cada piso não cumprem a condição de serem superiores ou iguais a 1, indicando que o edifício apresenta comportamento torsionalmente flexível. Essa conclusão reforça que existem diferenças significativas na rigidez entre os elementos verticais em particular devido à presença de um núcleo excêntrico em planta.
Medidas Corretivas para Reduzir a Flexibilidade Torsional
Para eliminar a classificação de edifício torsionalmente flexível e melhorar a resposta estrutural, podemos optar por diferentes abordagens. Uma das soluções mais eficazes é a modificação da inércia dos elementos verticais, garantindo uma distribuição mais uniforme da rigidez ao longo da planta. As medidas corretivas incluem:
Ajuste das Secções dos Elementos Verticais:
- Aumentar as dimensões das paredes ou pilares menos rígidos para equilibrar melhor a distribuição de rigidez em planta.
Alterar a Geometria dos Elementos Centrais ou Laterais:
- Alinhar os valores das inércias na direção de análise modificando a geometria dos elementos centrais ou laterais.
Incorporar Novas Paredes Próximas às Fachadas:
- Aumentar a rigidez nessas zonas, compensando a rigidez conferida por outros elementos de maior rigidez.
Reduzir a Excentricidade entre o Centro de Massa e o Centro de Rigidez:
- Corrigir a posição das paredes para alinhar os centros de massa e rigidez.
Estas intervenções, quando implementadas, permitem alinhar o rácio (ri/ls) com os critérios estabelecidos pelo EC8, classificando a estrutura como não torsionalmente flexível. Além de reduzir os esforços torsionais, estas soluções promovem uma resposta mais uniforme da estrutura durante eventos sísmicos, aumentando significativamente a segurança.