Analysis of the effects caused by earthquake in irregular structures

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Civi e Ambiental, 2012.onais habitarem grandes centros urbanos, provocando, desta forma, escassez dos espaços e tornando os edifícios altos uma característica das cidades modernas. Este tipo de edificações, pelas suas características de altura e concentração de massa resulta muito vulnerável ao colapso quando se apresenta um dos fenômenos mais destrutivos da natureza, os terremotos. Neste ano houve uma grande quantidade de terremotos em todo o mundo causando perdas humanas e econômicas devido à má concepção de estruturas ou a não consideração deste tipo de força no projeto. O Brasil ocupa grande parte da estável plataforma sul-americana, mas a ideia de que o Brasil é um país assísmico não é correta e os registros recentes de movimentos sísmicos em algumas regiões brasileiras indicam que seria prudente considerar, nesses lugares, esta força na hora de projetar uma estrutura. Considerando que a principal função das estruturas é suportar todas as solicitações às quais possam estar expostas, é apresentado neste trabalho um estudo que visa avaliar a importância de um projeto adequado para regiões sísmicas. Nesse sentido, estuda-se a variação dos esforços e da rigidez da estrutura quando se introduz a força sísmica no projeto. Um estudo paramétrico é realizado também para avaliar a concentração de esforços nas estruturas quando não se seguem os princípios do projeto sismo-resistente ou quando a estrutura considerada apresenta grandes irregularidades ou danos. Para a análise proposta foi escolhida uma estrutura de oito andares e com um sistema estrutural de pórticos de concreto e com varias irregularidades em sua forma. Inicialmente, a estrutura foi considerada sem irregularidades na sua planta e altura e foi submetida às cargas de serviço e às cargas devidas a um sismo. Posteriormente, foram introduzidas em diferentes etapas as irregularidades do projeto até chegar à estrutura tal como ela é e, em cada etapa, foram analisadas as distribuições de esforços, a rigidez do sistema segundo sua curva de capacidade e, consequentemente, a possível formação de rótulas plásticas. Como carregamento horizontal foi escolhido o histórico de acelerações do sismo de El Centro (1940) e como carregamento vertical as cargas permanentes e variáveis. As simulações foram feitas no programa CSI ETABS® v9.7.2 e os resultados obtidos com as diversas simulações foram trabalhados por meio de um programa computacional concebido no ambiente MATLAB, com o qual é possível detectar zonas com concentrações significativas de esforços que podem ocasionar efeitos na estrutura ou a formação de possíveis rótulas plásticas. Apresenta-se neste trabalho uma análise crítica dos resultados obtidos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTWith the development of the cities there is a tendency of population increase in large urban centers, causing thus a shortage of spaces and making tall buildings a characteristic of modern cities. These types of buildings because of their height and high mass concentration characteristics are very vulnerable to collapse in the presence of one of the most destructive phenomena of nature: the earthquake. This year there was a lot of earthquakes around the world, causing human and economic losses because of poor conception of structures and not to consider this force in the design. Brazil occupies the most stable platform in South America, but the idea that Brazil is a country with little seismic activity is not correct because the records of recent earthquakes in some regions of Brazil indicated that it would be prudent to consider in these places this force in the design of the structure. Considering that the main function of a structure is to support all types of solicitations to which they may be exposed, is presented in this dissertation a test to evaluate the importance of design in seismic regions well founded and the consequences of not following recommendations provided by earthquake-resistant standards in each country. Therefore, study the variation of stress and stiffness in a structure when considering seismic force in the design. It is also made a parametric study to evaluate stress concentrations in structures when not fully compliant with the principles of earthquake-resistant design or the structure has large irregularities in plan or height. The model chosen for analysis was proposed for an eight-story structure with reinforced concrete frames as structural system and presents various types of irregularities in form. Initially, the structure was considered without any irregularity and service and seismic loads were applied. Irregularities were then introduced in different stages to the original structure. At each stage the distribution of effort between the structural elements and the rigidity of the curve by capacity were analyzed in addition to the possible formation of plastic hinges. The acceleration record of the earthquake El Centro (1940) was chosen as the horizontal load, as vertical loads the dead loads and live loads were considered. The simulations were made in the program CSI ETABS® v9.7.2 and the results were examined in a program made in MATLAB, which can help identify areas where there were large stress concentrations that can cause possible plastic mechanisms. This dissertation presents a critical analysis of the results