Resposta sísmica de edifícios e de estratos de solo não-lineares através do método das caracteristicas

Abstract

Partindo do fato de que em um grande número de sistemas hiperbólicos a solução pode ser obtida de uma maneira simples através do método das características, o presente trabalho concentra-se na sua aplicação a problemas de propagação vertical de ondas de corte em estratos de solo e em edifícios. Inicialmente, apresentam-se as equações de Rarroerg-Osgood, utilizadas na representação do comportamento físico não linear dos solos e de edifícios de concreto armado . Após serem estabelecidos os fundamentos matemáticos do método das características, passa-se a sua aplicação a um modelo unidimensional representativo do comportamento de mantos flexíveis de solo excitados dinamicamente pela propagação vertical de ondas de corte. Discute-se a aplicabilidade de modelos baseados na hipótese de propagação vertical de ondas de corte em depósitos flexíveis de solo, em relação ao problema de determinação de espectros de resposta sísmica válidos para a superfície do estrato. Mostra-se que o modelo não é confiável se o módulo de corte do solo e a espessura total do estrato excedem valores limites dados. Empregando um modelo simplificado, se realizou um estudo para o caso de uma área densamente edificada assentada sobre um depósito de 21,5 m de espessura de solo granular. Os efeitos da interação solo-estrutura foram perceptíveis para uma altura média dos edifícios de 9m e significativos para uma altura média de 18m. Finalmente, através da aplicação do método das características a um modelo contínuo, representativo do comportamento de edifícios convencionais de concreto armado, chega-se à obtenção da resposta de um edifício submetido a uma excitação sísmica. A partir da aplicação do modelo formulam-se, então, conclusões sobre sua utilização.

Considering the fact that the solution of many sistems of hyperbolic equations may be obtained in a simple manner by the method of characteristics, this work concentrates on the aplication of the method to problems of vertical propagation of shear stress waves in soil stratum and in buildings. The equations of Ramberg-Osgood used in the representation of the physical nonlinear behaviour of soils and of reinforced concrete buildings, are presented first. After establishing the mathematical fo undations of the method of characteristics it is applied to a one-dimensional model representing the behaviour of flexible layers of soil dynamically excited by the vertical propagation of shear stress waves. The range pf applicabilit of models based on the hipothesis of vertical shear ware propagation through soft soil deposits is discussed in connection with the determination of surface seismic response spectra. lt is shown that the model is not reliable if the soil stiffness or the ove rall thickness of the deposits exceed given limiting values. By means of a simplified model, case studies were condu cted for a den sely, uniformly built area located on top of a 21,5 m thick sand layer. Soil-structure in te raction effects became perceptible for three and sign ifi cant for six-story high buildings. Finally by the application of the method of characteristics to a continuous model, representing the behaviour of conventional reinforced concrete buildings, the response of a building submitted to a seismic excitation is obtained. Conclusions on the practical application of the model used on the tests are drawn.