Estruturas especiais, tais como, centrais nucleares, estruturas em alto mar e grandes barragens não são abrangidas por estes regulamentos [1] . O objetivo destes regulamentos é assegurar que, em caso de um sismo,
- a vida humana é protegida,
- os danos sejam limitados e
- as estruturas importantes permaneçam funcionais para a proteção da população.
Um sismo representa uma ação na estrutura induzida pelo solo. A ação corresponde portanto a um grupo de deformações ou acelerações impostas. Para combinar esta ação com outras ações (carga imposta, neve, etc) em situações de dimensionamento definidas de acordo com a norma de combinação DIN EN 1990, a ação resultante da atividade sísmica é classificada como ação sísmica.
Requisitos de funcionalidade
As estruturas em zonas sísmicas tem de cumprir determinados requisitos relativamente à estabilidade e à limitação de danos.
No que diz respeito à estabilidade estrutural, é necessário assegurar que o sistema estrutural suporta o sismo de cálculo definido sem falhas locais e globais, mantendo assim a sua coesão interna e capacidade resistente após as ações sísmicas. Neste caso, o sismo de de cálculo de referência tem de ser determinado com um período de recorrência de TNCR = 475 anos [2]. Isto corresponde a uma probabilidade de ocorrência ou excedência de 10% num prazo de 50 anos.
Além do mais, no que diz respeito à mitigação de danos, é necessário assegurar que a estrutura é dimensionada e construída para aguentar um sismo mais forte do que o sismo com uma probabilidade de ocorrência mais elevada do que o sismo de cálculo sem danos ou restrições de utilização associadas, cujos custos seriam desproporcionados em comparação com os custos de construção em si [1]. No entanto, esta verificação é negligenciada no anexo nacional alemão para ações sísmicas.
A fiabilidade exigida para os requisitos de estabilidade da estrutura e limitação dos danos é implementada classificando as estruturas em categorias de importância diferentes. Um fator importante γI é atribuído a cada classe, o qual serve como valor multiplicador da ação sísmica de referência para determinar o sismo de cálculo [1]. A categoria de importância II corresponde ao TNCR do sismo de referência.
| Categoria de importância | Edifício | Fator de importância γI |
|---|---|---|
| I | Estruturas sem importância reduzida para a proteção da sociedade (e.g.edifícios para agricultura etc.) | 0,8 |
| II | Estruturas comuns, que não pertencem às outras categorias (edifícios residenciais e escritórios menores, oficinas etc.) | 1,0 |
| III | Estruturas cuja capacidade resistente a ações sísmicas é importante em relação às consequências associadas com um colapso (grandes conjuntos habitacionais, escolas, salas de reuniões, edifícios comerciais etc.) | 1,2 |
| IV | Estruturas cuja integridade sísmica é de grande importânciapara a proteção do público em geral (hospitais, organizações importantes de proteção civil, casernas de bombeiros, forças de segurança etc.) | 1,4 |
Critérios de correspondência - estado limite último
Para satisfazer os requisitos funcionais definidos de um edifício sobre uma ação sísmica, os estados limites último e de utilização têm de ser verificados.
Os estados limites últimos descrevem possíveis cenários de colapso ou outras falhas do sistema estrutural do edifício considerado [1] . Para garantir o cumprimento, tem de ser garantida a ductilidade em relação aos requisitos e a estabilidade estrutural de todo o edifício, incluindo todos os componentes da fundação e o solo.
No entanto, os estados limites de utilização referem-se a danos que limitam a capacidade de utilização [1] . Para garantir uma segurança suficiente contra danos, têm de ser garantidos os respetivos limites de deformação. Além disso, os edifícios importantes têm de ser dimensionados com a correspondente rigidez para proteger a população, com resistência suficiente para manter os serviços mais importantes.
Ductilidade
Em geral, um sismo leva à geração de energia num edifício e induz vibrações [2] . A correspondente oscilação do edifício, bem como a carga sísmica dependem das propriedades do edifício. No que diz respeito aos sismos, é possível dimensionar edifícios de tal forma que estes suportam forças atuantes relativamente elevadas com pequenas deformações elásticas ou pequenas forças atuantes com grandes deformações elásticas. A segunda solução leva a uma dissipação de energia significativamente maior, o que requer um cálculo fisicamente não linear do sistema estrutural. Na prática, o fator de comportamento q depende da classificação de ductilidade que é utilizada para atingir o equilíbrio entre o carregamento e a dissipação de energia [1]. Quanto maior a classe de ductilidade, menor é a tensão equivalente sísmica. No entanto, quanto maior a classe de ductilidade, maiores são os requisitos de dimensionamento para garantir a ductilidade.
| Classe de ductilidade da estrutura | Fatores de comportamento q | |
|---|---|---|
| Comportamento estrutural de baixa dissipação | DCL (baixo) | ≤ 1.5 |
| Comportamento estrutural dissipativo | DCM (média) | Componentes de betão de acordo com a norma DIN EN 1998-1, Capítulo 5 Estruturas em aço de acordo com a norma DIN EN 1998-1, Capítulo 6 Estruturas mistas, feitas de aço e betão de acordo com a norma DIN EN 1998-1, Capítulo 7 Estruturas em madeira de acordo com a norma DIN EN 1998-1, Capítulo 8 Estruturas em alvenaria de acordo com a norma DIN EN 1998-1, Capítulo 9 |
| DCH (alta) |
ação sísmica
A norma para sismos descreve os movimentos de terra ocorrendo em um determinado ponto na superfície da Terra com um espectro de resposta de aceleração de solo elástico (também conhecido como espectro de resposta elástico). O espectro de resposta elástico é idêntico em relação aos requisitos definidos para a estabilidade estrutural e limitação de danos.
Uma vez que a ação sísmica é reduzida através da reação não linear para a maioria das estruturas, é necessário um cálculo não linear para a determinação [1] . Por razões de simplificação, é possível determinar o comportamento dúctil dos edifícios através de um cálculo linear com base num espectro de resposta elástico modificado pelo coeficiente de comportamento q. O espectro de resposta modificado com q é designado de espectro de cálculo [1] . O factor de comportamento q está relacionado com um amortecimento viscoso de 5% da estrutura.
| Intervalo | Função do espectro de cálculo S d (T) |
|---|---|
| 0 ≤ T ≤ TB | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2,5/q - 1)] |
| TB ≤ T ≤ TC | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q |
| TC ≤ T ≤ TD | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ TC/T |
| TD ≤ T | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ (TC ⋅ TD)/T2 |
Sd(T) = ordenada do espectro de cálculo
T = período de vibração de uma oscilação linear de uma única massa
γI = coeficiente de importância
q = fator de comportamento
agR = valor de pico de referência da aceleração de solo
TB, TC, TD = períodos de controlo do espectro de resposta
S = fator do solo
O valor de referência máximo da aceleração de solo agR é um valor específico do local. O valor resulta de uma avaliação de risco sísmico da República Federal da Alemanha. Dependendo do perigo local, o país está subdividido em correspondentes zonas sísmicas de 0 a 3. Em cada zona, assume-se que o risco é constante e armazenado com o correspondente valor de pico de referência da aceleração de solo agR [1] .
| Zona sísmica | Valor da aceleração de pico do solo de pico de referência agR em m/s2 |
|---|---|
| 0 | sem especificação |
| 1 | 0,4 |
| 2 | 0,6 |
| 3 | 0,8 |
| N/D | sem especificação |
Os períodos de controlo TB, TC, TD e o coeficiente de solo S definido para o espectro de dimensionamento são também valores específicos do local e baseiam-se numa combinação de classe de dados do solo e classe de substrato geológico [1] apresentados no local de construção.
| condições do solo | [SCHOOL.NOTES] | TB em s | TC em s | TD em s |
|---|---|---|---|---|
| A-R | 1,00 | 0,01 | 0,20 | 2,0 |
| B-R | 1,25 | 0,01 | 0,25 | 2,0 |
| C-R | 1.50 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| B-T | 1,00 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| C-T | 1,25 | 0,01 | 0,40 | 2,0 |
| C-S | 0,75 | 0,01 | 0,50 | 2,0 |
O solo, que é dependente da velocidade da onda de corte, está subdividido nas classes A, B e C [1] :
- Classe de solo A
- Rochas sólidas (frescas) não intemperizadas com alta resistência
- As velocidades da onda de corte dominantes são superiores a 800 m/s
- Classe de solo B
- Maciço rochoso sujeito a erosão moderada ou maciço rochoso com baixa resistência
- Solo não consolidado (não coeso) ou solo de grão misto não consolidado com propriedades de fricção elevadas numa consistência densa ou sólida (por exemplo: rocha solta)
- As velocidades dominantes da onda de corte situam-se entre aproximadamente 350 m/s e 800 m/s
- Classe de solo C
- Maciço rochoso fortemente ou completamente desgastado
- Solo não consolidado (granular) ou solo de grão misto não consolidado com densidade média ou com pelo menos uma consistência rígida
- Solo de grão fino (coesivo) com pelo menos uma consistência rígida
- As velocidades da onda de corte dominante situam-se entre aproximadamente 150 m/s e 350 m/s
A alteração da sub-solo entre rochas e sedimentos estão subdivididas nas classes R, T e S [1] :
- Classe de sub-solo R
- Zonas onde predominam as rochas
- Classe de sub-solo T
- Zonas de transição entre o sub-solo de classe R e de classe S, bem como áreas de bacias sedimentares relativamente pouco profundas
- Classe de sub-solo S
- Áreas com estruturas de bacias profundas preenchidas com sedimentos espessos
Determinação do valor de pico de referência local da aceleração do solo e da classe do sub-solo
A ferramenta de geo-localização para determinação das cargas de neve, vento e sismos na página da Dlubal inclui os requisitos das normas bem como a tecnologia digital da Internet. Dependendo do tipo de carga selecionado (neve, vento, ação sísmica) e da norma específica do país, a ferramenta determina as cargas através do respetivo mapa digital do Google Maps. Introduza a localização, coordenadas geográficas ou as condições locais na funcionalidade de pesquisa para obter os dados relevantes para o local da estrutura. De seguida, a ferramenta determina a carga ou aceleração característica nessa posição através da altitude exacta acima do nível médio do mar e da zona de dados introduzida. Se o novo local de construção ainda não puder ser definido com um endereço específico, pode ampliar o mapa e selecionar a localização exata. Quando seleciona a posição correta no mapa, o cálculo será adaptado para a nova altitude e apresentará as cargas atualizadas.
O serviço online está disponível no website da Dlubal em Soluções → Serviços online.
Definindo os parâmetros...
1. tipo de carga = sismo
2. norma = EN 1998-1
3. nível do mapa = zona sísmica ou classe do sub-solo
4. anexo = Alemanha | DIN EN 1998-1
5. endereço = Domkloster 4, Colónia
... obtém-se os seguintes resultados para a localização selecionada:
6. zona sísmica
7. classe do subsolo
8. informação adicional, caso necessário
9. o valor de pico de referência da aceleração de solo agR
