Dinâmica de Estruturas e Engenharia Sísmica

Código:

EC0050

Sigla:

DEES

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Estruturas

Ocorrência: 2011/2012 - 1S

Ativa?	Sim
Página e-learning:	http://moodle.fe.up.pt/
Unidade Responsável:	Secção de Estruturas
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEC	44	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	5	-	5	60	133

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

JUSTIFICAÇÃO:
A análise dinâmica de estruturas surge na sequência da análise sob ações estáticas lecionada nas unidades curriculares de Teoria de Estruturas 1 e 2, constituindo um desenvolvimento e aquisição de conhecimentos adicionais sobre o comportamento de estruturas. A necessidade regulamentar de utilização da análise dinâmica (sísmica em particular) na prática corrente de Engenharia Civil, conjugada com os poderosos meios computacionais já disponíveis, reforça a pertinência do ensino das matérias de Dinâmica de Estruturas e de Engenharia Sísmica que já conta cerca de 25 anos no curso de Engenharia Civil da FEUP.

OBJETIVOS:
1- Complementar a compreensão de formulações básicas de análise de sistemas lineares sob ações dinâmicas de carácter determinístico, em face de matéria já lecionada na unidade curricular de Teoria de Estruturas 2.
2- Introdução de alguns procedimentos básicos de análise dinâmica experimental.
3- Aplicação dos métodos da Dinâmica Estrutural à análise do comportamento de estruturas de Engenharia Civil sob ações dinâmicas, com especial ênfase para a resposta sísmica de estruturas de edifícios em face dos atuais preceitos regulamentares (RSA, REBAP e Eurocódigos 8 e 2).
4- Sensibilização para os princípios básicos de dimensionamento sísmico subjacentes à filosofia da regulamentação atual e compreensão da sua importância para uma boa conceção de estruturas sismo-resistentes.

COMPETÊNCIAS E RESULTADOS DE APRENDIZAGEM:
Conhecimento - Identificar os conceitos e as particularidades da formulação das equações de equilíbrio inerentes à dinâmica de estruturas. Descrever os principais métodos de análise dinâmica de sistemas estruturais solicitados por diversos tipos de ações dinâmicas. Identificar os principais aspetos da resposta sísmica de estruturas de Engenharia Civil, descrevendo aspetos básicos relativos ao comportamento não-linear de estruturas. Ilustrar e reforçar conceitos importantes como ductilidade, comportamento histerético, dissipação de energia e sua importância no desempenho sísmico de estruturas. Descrever métodos de distribuição de ações horizontais em estruturas de edifícios e consequente obtenção de efeitos nos elementos estruturais. Identificar os principais cuidados a adotar numa boa conceção sismo-resistente de estruturas.
Compreensão e aplicação - Interpretar e resolver um conjunto de problemas práticos de estruturas de engenharia civil solicitados por ações dinâmicas em geral e sísmica em particular, usando os métodos lecionados para o cálculo da resposta dinâmica. Aplicar conhecimentos transmitidos na avaliação experimental da resposta de pequenos modelos físicos, procurando realizar previsões de comportamento com base em simulações numéricas.
Análise - Analisar e distinguir as particularidades da resposta dinâmica de estruturas de engenharia civil em face do tipo de ações solicitantes (condições iniciais, ações harmónicas, impulsivas, quaisquer e sísmica).

Programa

PARTE I: Dinâmica Estrutural

Importância da Análise Dinâmica de Estruturas de Engenharia Civil.

Sistemas lineares (osciladores) de um grau de liberdade (g.l.).
- Breves revisões de matéria já lecionada em TE2 relativa a: modelos matemáticos; resposta a vibrações livres sem e com amortecimento; resposta a solicitações sinusoidais; identificação experimental da frequência natural e do coeficiente de amortecimento.
- Funções de forma e definição de sistemas de 1 g.l. generalizados.
- Resposta a formas especiais de excitação harmónica.
- Resposta a uma ação qualquer, no domínio do tempo (integral de Duhamel).
- Relação excitação-resposta no domínio da frequência (análise de Fourier) para uma ação qualquer.
- Revisões sobre resposta sísmica de um oscilador linear de um g.l. e espectros de resposta.
- Análise vibratória pelo método de Rayleigh.

Sistemas lineares com vários graus de liberdade.
- Breves revisões de matéria já lecionada em TE2 relativa a: modelos matemáticos; resposta a vibrações livres sem amortecimento; frequências e modos de vibração; condições de ortogonalidade; resposta a vibrações livres com amortecimento; método de sobreposição modal para análise a uma solicitação qualquer, em particular ações sinusoidais e ação sísmica por espectros de resposta (incluindo métodos de combinação modal).
- Método de Rayleigh para análise de resposta sísmica, como caso particular do método de sobreposição modal.
- Matriz de amortecimento de Rayleigh e sua obtenção; referência a outras formulações.
- Análise dinâmica por integração direta no domínio do tempo.


PARTE II: Engenharia Sísmica

Comportamento, modelação e análise de estruturas de Engenharia Civil sob ação sísmica.
- Caracterização da ação dos sismos e seu enquadramento regulamentar: RSA e EC8
- Aspetos básicos da resposta sísmica de estruturas. Particularidade da ação sísmica e a ductilidade estrutural. Diferentes tipos de sistemas estruturais em edifícios, no que respeita à resistência sísmica.
- Critérios de conceção sismo-resistente de edifícios, regularidades, irregularidades, etc. (breves referências de enquadramento no EC8 e ao RSA)
- Determinação dos efeitos da ação dos sismos. Enquadramento das diversas metodologias de modelação e análise, gerais exatas e simplificadas, baseadas em modelos estruturais planos e tridimensionais.

Noções gerais de métodos de dimensionamento sísmico.
- Dimensionamento direto (RSA e EC8)
- Dimensionamento por capacidade resistente. Aspetos básicos e referências ao EC8.
- Métodos de controlo ou verificação do desempenho sísmico. Análises pushover (EC8) e análises dinâmicas não-lineares no domínio do tempo.
- Projeto sísmico de acordo com o EC8. Princípios gerais, objetivos, conceitos e metodologias. Principais novidades relativamente ao RSA: classes de ductilidade, condições de regularidade estrutural, coeficientes de comportamento. Espectro de resposta elástico e espectro de resposta de projeto. Orientações de boa conceção de estruturas sismo-resistentes. Breves referências aos princípios básicos de dimensionamento e pormenorização, em função das classes de ductilidade.

DISTRIBUIÇÃO:
Conteúdo científico: 70%
Conteúdo tecnológico: 30%

DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DOS CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS COM OS OBJETIVOS DA UNIDADE CURRICULAR:

A análise dinâmica de estruturas surge na sequência da análise sob ações estáticas leccionada nas unidades curriculares de Teoria de Estruturas 1 e 2, constituindo um desenvolvimento e aquisição de conhecimentos adicionais sobre o comportamento de estruturas. A necessidade regulamentar de utilização da análise dinâmica (sísmica em particular) na prática corrente de Engenharia Civil, conjugada com os poderosos meios computacionais já disponíveis, reforça a pertinência do ensino das matérias de Dinâmica de Estruturas e de Engenharia Sísmica que já conta cerca de 25 anos no curso de Engenharia Civil da FEUP.

Bibliografia Obrigatória

Anil K. Chopra; Dynamics of Structures. ISBN: 0-13-521063-1

Bibliografia Complementar

Ray W. Clough and Joseph Penzien; Dynamics of structures. ISBN: 0-07-113241-4
Mario Paz; Structural dynamics. ISBN: 0-442-31894-4
Mário Lopes (Coordenador); Sismos e Edifícios, Orion, 2008. ISBN: 978-972-8620-11-0

Observações Bibliográficas

Digital versions of the theoretical classes' slides will be made available.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas de apresentação dos principais conceitos e metodologias de análise dinâmica, devidamente complementada com a apresentação de exemplos de aplicação, bem como de alguns ensaios experimentais sobre pequenos modelos físicos.
As aulas práticas servem essencialmente para o aprofundamento da discussão e resolução de problemas práticos lançados nas aulas teóricas.

DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DAS METODOLOGIAS DE ENSINO COM OS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM DA UNIDADE CURRICULAR:

Interpretar e resolver um conjunto de problemas práticos de estruturas de engenharia civil solicitados por ações dinâmicas em geral e sísmica em particular, usando os métodos lecionados para o cálculo da resposta dinâmica. Aplicar conhecimentos transmitidos na avaliação experimental da resposta de pequenos modelos físicos, procurando realizar previsões de comportamento com base em simulações numéricas. Analisar e distinguir as particularidades da resposta dinâmica de estruturas de engenharia civil em face do tipo de ações solicitantes (condições iniciais, ações harmónicas, impulsivas, quaisquer e sísmica).

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	56,00
	Total:	-	0,00

Obtenção de frequência

A avaliação na unidade curricular segue as Normas Gerais de Avaliação, complementadas com os pontos a seguir indicados.

A avaliação engloba duas componentes, das quais a primeira é facultativa:
(1) Avaliação durante período letivo com base na resolução de um trabalho prático e redação do respetivo relatório entregue ao docente das aulas práticas que o analisará. A resolução do trabalho será discutida oralmente no decurso do período letivo ou no final deste. Esta componente da avaliação é facultativa, configurando assim a avaliação distribuída.

(2) Prova escrita (mini-teste) de acordo com as Normas Gerais de Avaliação e na data indicada pela secretaria do DEC.

Consideram-se com avaliação distribuída os estudantes que no presente ano letivo resolvam o trabalho prático e não excedam o número máximo de faltas permitido (25% das aulas). A componente de avaliação distribuída obtida no presente ano letivo só é válida para ao ano letivo de 2011/2012.

O trabalho prático será apresentado o mais tardar até à aula teórica do dia 3 de Outubro, devendo o correspondente relatório/resolução ser entregue até às 18h do dia 19 de Outubro. A discussão oral do relatório terá lugar no dia 21 de Outubro a partir das 9h30m.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final resulta da seguinte fórmula de cálculo:

CF = max {0.75xMT + 0.25xAD; MT};

onde CF é a classificação final, MT é a classificação no mini-teste final e AD é a classificação da avaliação distribuída.

Provas e trabalhos especiais

Trabalho prático de síntese, facultativo, e mini-teste

Avaliação especial (TE, DA, ...)

REGRAS ESPECIAIS PARA ESTUDANTES EM MOBILIDADE:
Domínio da Língua Portuguesa e/ou Inglesa;
Frequência de unidades curriculares de graduação introdutórias à temática científica versada na presente unidade curricular;
Avaliação através de exame e/ou trabalho(s) especialmente definidos em face do perfil do estudante.
REGRAS ESPECIAIS PARA TRABALHADORES ESTUDANTES E SIMILARES:
Os estudantes com estatuto de trabalhador estudante ou similar, estão dispensados da realização do trabalho prático, devendo realizar o mini-teste no qual terão de obter um mínimo de 9.5 valores.
A classificação final poderá ser complementada com a realização de uma prova oral, se requerida pelo corpo docente.
O correspondente recurso será realizado com idênticas exigências do mini-teste, nas mesmas condições e data dos restantes estudantes.

Melhoria de classificação

O recurso para recuperação do mini-teste será realizado na semana de intervalo entre a época normal e a de recurso, mediante inscrição de acordo com as normas de avaliação MIEC 2011/12, nas mesmas condições do mini-teste e da acumulação com a classificação da avaliação distribuída.

Observações

CONHECIMENTOS PRÉVIOS: Matérias de análise e comportamento estrutural tratadas nas unidades curriculares de Mecânica, Resistência dos Materiais, Teoria das Estruturas e Estruturas de Betão.

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Tempo de trabalho estimado fora das aulas: 6 horas