SISTEMAS DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA EM ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO Ricardo ...

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Departamento de Engenharia Civil (DEC)

SISTEMAS DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA EM ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO

Ricardo Jorge Caldas Cardoso
(Licenciado em Engenharia Civil)

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil – Estruturas e Geotecnia
pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa

Orientador: Doutor Carlos Manuel Chastre Rodrigues
Júri:
Presidente: Doutor Válter José da Guia Lúcio
Vogais: Doutor Luís Manuel Coelho Guerreiro
Doutor Carlos Manuel Chastre Rodrigues

Monte da Caparica
Outubro de 2010

RESUMO
No presente trabalho descrevem-se os principais sistemas passivos de protecção sísmica e
analisam-se em pormenor dois possíveis dispositivos dissipadores de energia a aplicar em
estruturas de betão armado. O primeiro dissipador de energia corresponde a um dispositivo
que é enroscado a varões de aço roscados e cujo seu funcionamento é essencialmente
condicionado pela resistência da rosca quando o varão é tracionado. O segundo dissipador de
energia é um dispositivo que apenas funciona à compressão e que se aplica a qualquer tipo de
varão.
Na parte experimental são tratados e descritos dois modelos de ensaio que testam o
comportamento de dois dispositivos diferentes, um que funciona enroscado a um varão de aço
tracionado e outro que funciona por compressão. São também executados e descritos ensaios
de caracterização dos materiais constituintes dos diferentes modelos.
Desenvolveu-se um modelo de fibras para secções de betão armado com comportamento não
linear dos materiais, nomeadamente, do aço, do betão e do dissipador desenvolvido.
Tendo por base o comportamento não linear de algumas das secções analisadas, estuda-se
ainda a aplicação do dissipador de energia em estruturas de betão armado através de um
programa de cálculo automático. Onde são inseridas as características de uma secção com o
dissipador aplicado e é feita uma análise não-linear do desempenho da estrutura quando
sujeita a acelerações sísmicas na fundação.

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ABSTRACT
The present work describes the main passive system for seismic protection and studies in detail
two possible energy dissipation devices for concrete structures. The first energy dissipater is a
device that twists in steel screw bars, the operating is conditioned by the strength of the screw
when the bar is on tension. The second energy dissipater is a device that only works in
compression and it can be applied at all kind of steel bars.
In the experimental section are described and analyzed two models that tested the behaviour of
the two different devices, one that works twisted in a steel bar under tension and the other
works in compression. Are also described and realized tests of material characterization of the
different models.
A fiber model for concrete sections with non linear behaviour of the materials, namely, steel,
concrete and the energy dissipation device was carried out.
Based on the non linear behaviour of some analyzed sections, is made a studied of the
application of the energy dissipater in reinforced concrete structures in a computer program.
The characteristics of a section with the energy dissipater applied are inserted in the program
and is made a non linear analyze of the structure performance under seismic accelerations in
the foundation.

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AGRADECIMENTOS
O desenvolvimento da presente dissertação não teria sido possível sem o apoio do meu
orientador, o Professor Carlos Chastre Rodrigues, a quem agradeço muito pela orientação,
disponibilidade, incentivo e esforço dispendido.
A todos aqueles que me acompanharam e me apoiaram ao longo da realização deste trabalho.
Aos meus pais, Jorge e Amélia, por sempre me ensinarem que com esforço e dedicação tudo é
possível, por todo o amor, dedicação, sacrifícios e educação que me permitiram atingir esta
fase da vida académica.
Ao meu tios e prima Paulo, Rosa e Rita por todo o carinho, amor e ajuda.
Ao Beto e ao David por toda a amizade, apoio e espírito crítico durante o desenvolvimento
deste trabalho.

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ÍNDICE
Capítulo 1 - Introdução ............................................................................................................... 1
1.1 Objectivos e Motivações ................................................................................................... 2
1.2 Estruturação da Dissertação ............................................................................................. 2
Capítulo 2 – Sistemas Passivos de Protecção Sísmica .............................................................. 5
2.1 Isolamento de Base .......................................................................................................... 7
2.2 TMD – “Tuned Mass Damper”......................................................................................... 12
2.3 Ligas Com Memória de Forma (SMA) ............................................................................. 15
2.4.1 Dissipadores de Energia Histeréticos ........................................................................... 20
2.4.2 Dissipadores de Energia Viscosos ............................................................................... 23
2.4.3 Dissipadores de Energia Visco-Elásticos ..................................................................... 26
2.4.4 Dissipadores de Energia Electro- Indutivos .................................................................. 28
2.4.5 Dissipadores de Energia por Atrito ............................................................................... 30
2.5 Análise Dinâmica de estruturas ....................................................................................... 32
2.5.1 Isolamento de Base .................................................................................................. 35
2.5.2 Dissipadores Histeréticos ......................................................................................... 37
2.5.5 Dissipadores Viscosos ............................................................................................. 38
2.5.6 Dissipadores Visco-Elásticos .................................................................................... 39
2.5.7 Dissipadores Electro-Indutivo ................................................................................... 40
2.5.8 Dissipadores por Atrito ............................................................................................. 41
2.6 Comparação entre sistemas ........................................................................................ 42
Capítulo 3 - Caracterização Experimental de dissipadores de energia para aplicação em
estruturas de betão armado ..................................................................................................... 43
3.1 Dissipadores de Energia ................................................................................................. 44
3.2 Metodologia do Estudo Experimental .............................................................................. 44
3.3 Caracterização dos Materiais .......................................................................................... 45
3.3.1 Varões de Aço roscado ............................................................................................ 45
3.3.2 Resinas .................................................................................................................... 46
3.3.3 Caracterização dos Compósitos de Resina e Agregados Leves ............................... 46
3.4 Dissipador Roscado para Instalação em Varões de Betão Armado (DIVR)..................... 55
3.4.1 Concepção do Modelo dos dissipadores de energia DIVR ....................................... 57
3.4.2 – Mecanismo de ensaio dos dissipadores de energia DIVR ..................................... 58
3.4.3– Instrumentação e equipamento de ensaio e de aquisição de dados ....................... 59
3.4.4 Ensaios do dissipador de energia DIVR ................................................................... 62
3.5. Dissipador de energia para instalação em varões de Betão Armado – (DIV) ................. 74
3.5.1 Concepção do Modelo de Ensaio dos Dissipadores de energia DIV ........................ 76
3.5.2 Ensaio dos dissipadores de energia DIV .................................................................. 80
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Capítulo 4 – Simulação do Comportamento de Estruturas de betão Armado com o Dissipador
de Energia DIV ......................................................................................................................... 89
4.1 - Modelo de Fibras da Secção de Betão Armado ............................................................ 90
4.1.1 Modelo numérico ...................................................................................................... 90
4.1.2 Modelo dos Materiais ............................................................................................... 91
4.1.3 Critério de Paragem ................................................................................................. 98
4.1.4 Modelação numérica da secção de betão armado com o dissipador de energia DIV 99
4.1.5 Resultados da análise numérica ............................................................................. 100
4.2 Comportamento de estruturas de betão armado com dissipadores DIV – análise
paramétrica ......................................................................................................................... 116
4.2.1 Parâmetros da Análise ........................................................................................... 117
4.2.2 Software de cálculo automático .............................................................................. 124
4.2.3 Análise de Resultados ............................................................................................ 131
4.2.4 Análise global dos resultados obtidos com o estudo paramétrico ........................... 152
Capítulo 5 - Conclusões e desenvolvimentos futuros ............................................................. 155
5.1 Síntese ......................................................................................................................... 155
5.2 Conclusões ................................................................................................................... 156
5.3 Desenvolvimentos Futuros ............................................................................................ 157
Referências Bibliográficas ...................................................................................................... 159
Anexos A ................................................................................................................................ 163

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