Dinâmica de Estruturas e Engenharia Sísmica

Código:

EC0050

Sigla:

DEES

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Estruturas

Ocorrência: 2019/2020 - 1S

Ativa?	Sim
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	32	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	5	-	5	60	133

Língua de trabalho

Português e inglês

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; Apresentação de alguns procedimentos básicos de análise dinâmica experimental.
2- 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).
3- 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.

Resultados de aprendizagem e competências

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 alguns conhecimentos relativos à 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).

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

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

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. 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 alguns conhecimentos relativos à 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 com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	75,00
Trabalho escrito	25,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	60,00
Frequência das aulas	60,00
Total:	120,00

Obtenção de frequência

A obtenção de classificação final exige o cumprimento de assiduidade à unidade curricular. Considera‐se que um estudante cumpre a assiduidade a uma unidade curricular se, tendo estado regularmente inscrito, não exceder o número limite de faltas correspondente a 25% de cada um dos tipos de aulas previstos.

Estão dispensados da verificação das condições de assiduidade: i) os casos previstos na lei, nomeadamente os trabalhadores estudantes; ii) os estudantes que foram admitidos a exame no ano letivo anterior.

À obtenção de frequência está associada uma classificação que resulta da realização facultativa de 2 trabalhos práticos de aplicação da matéria dada, reportados em relatórios de resolução escritos e entregues aos docentes para apreciação e avaliação.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final é definida com base numa avaliação distribuída, que consiste em dois trabalhos práticos a realizar fora do período de aulas, e num exame final. A avaliação distribuída tem carácter opcional. Todas as componentes de avaliação são expressas na escala de 0 a 20 valores.

A classificação final, CF, resulta da seguinte fórmula de cálculo:

CF = max {CT ; EF}

Onde,

CT = PA / 2 x CAD1 + PA / 2 x CAD2 + PF x EF

CAD1 – classificação do trabalho prático 1 a realizar fora do período de aulas;
CAD2 – classificação da trabalho prático 2 a realizar fora do período de aulas;
EF – classificação do exame final a realizar nas Épocas Normal e/ou de Recurso.

Às classificações CAD1, CAD2 e EF estão associados os seguintes pesos:

PA = 25%
PF = 75%

NOTA 1: Os trabalhos práticos, associados às classificações CAD1 e CAD2, são opcionais. Caso o estudante não realize alguma dessas provas, os respetivos pesos serão adicionados a PF.

NOTA 2: Todos os estudantes inscritos na unidade curricular são classificados de acordo com este método.

NOTA 3: Os estudantes que frequentaram a unidade curricular no ano letivo anterior poderão usufruir da assiduidade já obtida no ano anterior, mas a classificação da componente distribuída de avaliação deverá ser obtida no ano letivo corrente.

NOTA 4: Os estudantes que pretendam obter classificação final superior a 17 valores devem atingir classificação no exame superior a 17,5 e realizar uma prova oral.

Provas e trabalhos especiais

Exame final e trabalhos práticos de síntese e aplicação de conhecimentos e métodos

Avaliação especial (TE, DA, ...)

REGRAS ESPECIAIS PARA ESTUDANTES EM MOBILIDADE: Domínio da Língua Portuguesa e/ou Inglesa; Frequência de disciplinas de graduação introdutórias à temática científica versada na presente disciplina; Avaliação através de exame e/ou trabalho(s) especialmente definidos em face do perfil do estudante.

REGRAS ESPECIAIS PARA TRABALHADORES ESTUDANTES E SIMILARES: Os alunos com estatuto de trabalhador estudante ou similar, estão dispensados da realização dos trabalhos práticos, devendo realizar apenas o exame final (0 a 20val) 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 nas mesmas condições e data dos restantes alunos.

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação pode ser efetuada nas mesmas condições do exame final 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: 4 horas por semana