DECivil WORKSHOP ON TECHNIQUES AND METHODS FOR VULNERABILITY REDUCTION LESSLOSS – SP7 Protecção...
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DECivil
WORKSHOP ON TECHNIQUES AND METHODS FOR VULNERABILITY REDUCTION
LESSLOSS – SP7
Protecção de Estruturas com Isolamento de Base
Modelo de dimensionamento com base em deslocamentos aplicados a estruturas antigas com isolamento de base
Luís Guerreiro
24 de Maio, 2007
LNEC, Lisboa
DECivil
Isolamento de Base - Introdução
De acordo com o conceito de Isolamento de Base o edifício (ou estrutura) é “separado” das componentes horizontais do movimento do solo através da interposição de uma camada com baixa rigidez horizontal entre a estrutura e a fundação.
Camada deformável
estrutura
solo
A consequência imediata da interposição de uma camada deformável é a redução da frequência própria de vibração.
Outra consequência é o aumento dos deslocamentos.
Mas os deslocamentos concentram-se ao nível dos dispositivos para isolamento.
DECivil
Isolamento de Base - Introdução
Um sistema de isolamento de base deve apresentar:
Capacidade de suporte para cargas verticais Baixa rigidez horizontal Capacidade de dissipar energia Força restituição
Exemplos de dispositivos para isolamento de base
HDRB High Damping Rubber Bearing
Bloco de Borracha de Alto Amortecimento
LRB Lead Rubber Bearing
Bloco de Borracha com Núcleo de Chumbo
FPS Friction Pendulum System
Sistema Pendular com Atrito
DECivil
Isolamento de Base – Protecção de Edifícios Existentes
Oakland City Hall
S. Francisco City Hall
Los Angeles City Hall
Salt Lake City and County Hall
Mackay School of Mines
Adaptado de www.1906eqconf.org
DECivil
1º Modo 2º Modo 3º Modo 4º Modo
Base Fixa
Isolada
Deformação no Isolamento de
Base
Deformação na Estrutura
Comparação entre os modos de vibração para estruturas de Base Fixa e com Isolamento de Base.
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
Displacement (m)
Acc
ele
ratio
n (
m/s
2 )
Base fixa
Isolada = 5%
= 15%
“Capacity spectrum” com estrutura isolada
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
Deformação Global
I = )(
)(
1
1
2
n
iTii
n
iTii
Dm
Dm
)(
I
1
n
iTiiDm
mI =
Deformação da Estrutura
DS = DT - DI
S = )(
)(
1
1
2
n
iSii
n
iSii
Dm
Dm
mS = )(
S
1
n
iSiiDm
(deslocamento efectivo)
(massa efectiva)
(deslocamento efectivo)
(massa efectiva)
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
Displacement (m)
Acc
ele
ratio
n (
m/s
2 )
Base Fixa
Isolada = 5%
= 15%
“Capacity spectrum” com estrutura isolada
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 1: (Sd, Sa)
Ponto 2: (Sd,eq, Sa,eq)
Sa,eq = Sa S
I
m
m
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
Farol dos Capelinhos
O Farol dos Capelinhos é uma estrutura emblemática da Ilha do Faial, Açores.
A Torre do Farol tem cerca de 30m de altura e apresenta secção octogonal com 2.32m de largura de face na base e 2.00m no topo.
As janelas e as portas estão dispostas segundo duas faces opostas do octógono.
A estrutura é composta por alvenaria de pedra aparelhada e tem um reforço interior constituído por um anel de betão com 0.20m de espessura.
Modo Frequencia (Hz)
Observações
1 2.148 1o modo na direcção X
2 2.243 1o modo na direcção Y
3 9.970 2o modo na direcção X
4 10.121 2o modo na direcção Y
5 10.823 1o modo de torção
Frequências Modais para a solução de base Fixa
Modo Frequencia (Hz)
Observações
1 0.475 1o modo de torção
2 0.486 1o modo na direcção Y
3 0.487 1o modo na direcção X
4 2.879 2o modo na direcção Y
5 2.938 2o modo na direcção X
Frequências Modais para a solução com Isolamento
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
Modelo de Fibras
(Corte)
0
2500
5000
7500
10000
12500
15000
17500
0.0E+00 5.0E-04 1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03
CurvatureM
om
en
t (k
Nm
)
Modelo Não Linear SimplificadoDefinição das curvas Momento-curvatura
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
0
5
10
15
20
25
0 0.005 0.01 0.015 0.02
Displacement (m)
He
igh
t (m
)
0
5
10
15
20
25
0 0.001 0.002 0.003
Displacement (m)H
eig
ht (
m)
Deformação com Base Fixa
Deformação da Estrutura com Isolamento de Base
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
Resposta Não Linear do modelo com Base Fixa
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 0.04 0.08 0.12
Displacement (m)
Acc
ele
ratio
n (
m/s
2 ) 5%
10%
12.5%
15%
Fixed Base
Freq. = 2.3 Hz
Deslocamento Efectivo DEFF = ∑ mi Di
2
∑ mi Di DEFF = 0.56 Dmax
Massa Efectiva MEFF = ∑ mi Di
DEFF MEFF = 0.65 Mtot
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 0.04 0.08 0.12
Displacement (m)
Acc
ele
ratio
n (
m/s
2 )
Deslocamento Efectivo DEFF = ∑ mi Di
2
∑ mi Di DEFF = 0.95 Dmax
Massa Efectiva MEFF = ∑ mi Di
DEFF MEFF = 1.00 Mtot
Base Isolada
Resposta Não Linear do modelo com Isolamento de Base
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 0.04 0.08 0.12
Displacement (m)
Acc
ele
ratio
n (
m/s
2 )
Solução Frequencia (Hz) Coeficiente de Amortecimento (%)
1 0.50 12.5
2 0.40 15.0
3 0.60 10.0
Características das soluções de isolamento de base
Solução 1Solução 3
Solução 2
Isolamento de Base – Dimensionamento com Base em Deslocamentos
DECivil
Isolamento de Base – Procedimento
Passos a executar:
1 – Definição da Curva de Capacidade para o edifício com base fixa.
2 – Definição da capacidade máxima da estrutura em função da força de corte basal.
3 – Cálculo da massa e do deslocamento efectivo para as estruturas com base fixa e com isolamento.
4 – Converter o esforço de corte basal obtido na estrutura de base fixa para o valor equivalente na estrutura isolada.
5 – Escolha das características do isolamento de base.
DECivil
Isolamento de Base – Conclusões
• A metodologia proposta pode ser uma ferramenta útil no dimensionamento do isolamento de base para a protecção de estruturas existentes.
• A curva de capacidade calculada para a estrutura de base fixa pode ser utilizada para caracterizar o comportamento sísmico da estrutura isolada acima da camada de isolamento.
• O isolamento de base é uma solução eficaz na protecção sísmica de estruturas de baixa ductilidade.