O colapso de uma estrutura dúctil, quando solicitada por um sismo, dá-se não pela capacidade resistente das secções aos esforços actuantes, mas pela falta de capacidade de comportar as cargas verticais em configuração deformada. O sistema estrutural que é adoptado é que controla como a estrutura se comporta. Os problemas estruturais devem-se à concepção e layout estrutural, ou seja, à disposição e tipo de elementos, à sua ligação e à pormenorização de secções. O sistema estrutural escolhido pode conduzir a deformações concentradas em alguns elementos podendo originar o seu colapso.
Alguns dos factores mais importantes no comportamento estrutural na ocorrência de um sismo são a disposição dos elementos em planta e em altura. Usando uma disposição em planta de elementos estruturais que conduza a um centro de rigidez afastado do centro de massa, propicia-se um movimento de rotação em torno do centro de rigidez. Este fenómeno tem origem no desfasamento das forças de inércia (apresentadas na equação (1) e na figura 1) aplicadas no centro de massa e o centro de rotação do piso que é o centro de rigidez (ver figura 3). Isto leva a um aumento de deformações dos elementos mais afastados.
Também uma rigidez muito concentrada cria um mecanismo semelhante ao anteriormente descrito, assim, deve-se conceber o sistema estrutural com os centros de massa e rigidez próximos e com os elementos de maior relevância para a rigidez afastados do mesmo, como é apresentado na figura 3.
A falta de regularidade em altura materializa-se na falta de continuidade de elementos do topo até à base do edifício, com particular relevância se a continuidade for interrompida antes da fundação ou do piso térreo. Este mecanismo concentra deformações em estruturas de transição e/ou nos elementos em que descarregam. Outro exemplo deste tipo de irregularidade são as variações bruscas da rigidez de elementos em altura, sendo particularmente gravoso quando o elemento mais rígido se encontra nos pisos acima dos elementos menos rígidos. As estruturas em que existem pisos com grandes variações de preenchimentos de panos de alvenaria nos vãos dos pórticos são um caso comum de materialização do mecanismo acima descrito.
Este fenómeno é comum nos pisos térreos, como é apresentado na figura 4, em que a maior rigidez dos pórticos com preenchimento de alvenarias cria o diferencial de rigidez que potencia a concentração da formação de rótulas plásticas. Quando este mecanismo se forma em grande parte do piso pode dar-se o mecanismo de piso flexível ou soft storey.
As variações das dimensões da planta em altura também são um factor a ter em consideração na concepção estrutural, no que concerne à regularidade estrutural. As estruturas que apresentam pisos que variam em área de cima para baixo apresentam um melhor comportamento. As variações de área em planta criam variações de massa entre pisos e podem condicionar a continuidade de elementos verticais relevantes até à fundação.
As lajes de pavimento devem funcionar como um diafragma rígido, ou seja, fazer com que os deslocamentos dos pisos apresentem um comportamento de corpo rígido não apresentando deslocamentos horizontais devidos à flexão do pavimento (como apresentado na figura 4). Para estruturas alongadas, ou com pisos com pouca rigidez, o referido comportamento de diafragma deixa de estar garantido levando a que alguns elementos estejam sujeitos a deformações maiores que os assumidos de acordo com um pavimento rígido. A ligação das lajes aos restantes elementos estruturais também deve ser executada de modo a garantir o referido efeito de diafragma. No caso de sistemas estruturais com poucos elementos de elevada rigidez a acções laterais (paredes ou núcleos de elevador, por exemplo) e usando lajes fungiformes maciças ou aligeiradas de espessuras correntes, os deslocamentos laterais serão superiores a um sistema semelhante mas com vigas [12], já que a falta de vigas diminui a rigidez do sistema estrutural a acções laterais. Este sistema sem vigas conduzirá a deslocamentos globais da estrutura superiores e consequentemente a uma maior solicitação nos pilares.
O dimensionamento estrutural dando prevalência às cargas verticais conduz a vigas muito resistentes em relação a pilares pouco armados, levando a que as rótulas plásticas se formem preferencialmente nos pilares (ver figura 4). Se a concentração das rótulas plásticas se der num só piso, como apresentado na figura 5, levará a um aumentam-se as solicitações nesses elementos, podendo originando o colapso do edifício pelo mecanismo de pisos flexível anteriormente referido.
A pormenorização de elementos estruturais, não considerando mecanismos que se geram localmente, pode levar a danos severos na estrutura. Um destes mecanismos é o de coluna “curta”, que é apresentado na figura seguinte, em que a limitação à deformação por parte das alvenarias reduz a altura livre do elemento.
Um potencial problema de concepção é o dimensionamento de secções sem que se considerem a aplicação de acções importantes. Um exemplo disto é o dimensionamento sem considerar a força concentrada aplicada pelos patins de escadas que descarregam na zona intermédia dos pilares. Normalmente estas secções num pilar apresentam menos armaduras transversais que as secções adjacentes aos pisos e onde se podem efectuar emendas. Outro mecanismo semelhante dá-se quando os pisos de edifícios adjacentes não são coincidentes em altura.
As estruturas pré-fabricadas podem apresentar um comportamento deficiente às acções sísmicas se as ligações entre elementos não forem projectadas para acomodar os esforços e deslocamentos ocorridos num sismo. Isto é de particular importância nos casos em que a ligação é realizada por apoios de reduzida dimensão, em que pode existir colapso se o deslocamento provocado pelo sismo for superior à dimensão da zona de apoio.
O colapso da estrutura materializa-se pela rotura ao nível das seções dos elementos, que se passam a descrever nos capítulos seguintes.
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