CURS 2 INTRODUCERE

Constructiile sunt produse complexe imobile, legate direct de teren si in contact cu mediul

inconjurator. Ele au rolul de a crea conditii optime pentru adapostirea si desfasurarea activitatilor umane,

tinand cont de conditiile in care se desfasoara acestea si de conditiile de mediu exterior.

Odata cu dezvoltarea societatii au aparut si posibilitatile de realizare a unor constructii care sa

corespunda, in conditii din ce in ce mai bune, necesitatilor economice, sociale, de educatie, etc.

Asigurarea unui adapost este o nevoie umana de baza. O casa ofera protectie atat impotriva

intemperiilor naturale, cat si a altor pericole si are de asemenea un rol socio-cultural constituindu-se in

centru al vietii de familie si o manifestare a identitatii personale. O casa bine proiectata si bine construita

asigura un standard de viata celor ce o locuiesc si le ofera protectie.

Constructiile au fost mai intai conditionate de caracteristicile fizico-mecanice si de dimensiunile

materialelor puse la dispozitia omului de catre natura (piatra naturala, lemn, pamant etc.), alcatuirea lor

avand un caracter empiric.

Principiile de baza ale constructiei de locuinte s-au bazat pe valori perene: calitatea fundatiei si a

solului, structura de rezistenta care constituie pentru casa ceea ce reprezinta scheletul pentru corpul uman,

peretii si acoperisul care protejeaza ocupantii de intemperii si alte pericole si nu in ultimul rand imbinarile

dintre toate acestea.

Dezvoltarea societatii a facut posibila si dezvoltarea stiintelor care se ocupa de constructii, atat in

privinta conceptiei si dimensionarii pe baze stiintifice a acestora, cat si in ceea ce priveste producerea unor

materiale noi de constructie si a unor semifabricate cu caracteristici fizico-mecanice si chimice superioare

celor aflate in natura (metalul, aliajele, betonul si betonul armat, masele plastice, etc.). Aceasta a facut

posibila diversificarea si modernizarea constructiilor, alcatuirea lor in conformitate cu o conceptie stiintifica

evolutiva. Realizarea constructiilor cu un grad de eficienta cat mai ridicat impune masuri privind

perfectionarea conceptiei si calculului in scopul asigurarii unei mai bune functionalitati, ridicarea calitatii,

asigurarea unei sigurante sporite in exploatare, concomitent cu reducerea consumurilor de materiale,

energie, forta de munca si a costurilor de productie.

1. Rol. Obiective.

Un alt factor foarte important de ridicare a gradului de proiectare a locuintelor o reprezinta

cutremurele. Acesta a impus conditii din ce in ce mai restrictive din punctul de vedere al proiectarii, astfel

incat gradul de siguranta a spatiilor de locuire sa fie tot mai ridicat. Structura trebuie sa reziste la miscarile

telurice verticale si orizontale fara a-si pierde din rezistenta. De aceea, in acest context devine primordiala

calitatea proiectarii, a muncii depuse si a materialelor, pentru a asigura un raspuns satisfacator al cladirilor

la solicitarea seismica. Metoda cea mai moderna de prevenire a dezastrelor in urma aparitiei unui cutremur

este managementul riscurilor. Aceasta ofera un cadru de tratare preventiva a sigurantei cladirilor in

detrimentul vechilor solutii reactive (masuri adoptate post cutremur).

In majoritatea tarilor, in toate domeniile de activitate materialele reprezinta un procent cuprins in

intervalul 50-75% din valoarea constructiei, munca depusa intre 20-40%, in timp echipamentele folosite

ocupa ultima pozitie cu 5-20%. In cazul constructiilor civile, aceste proportii sunt inversate, gradul de

importanta al muncii depuse (proiectare si executie) si al echipamentelor devenind primordiale in

detrimentul calitatii materialelor.

- Omul, care indiferent de zona geografica, are nevoie de aceleasi conditii de confort (volume,

gabarite, temperatura, umiditate, lumina, nivel sonor, etc), in vederea asigurarii celor mai bune conditii de

sanatate, activitate, odihna si recreere.

- Activitatea omeneasca, prin cei doi factori principali pe care i presupune si anume omul si

obiectul muncii, care vor hotr asupra condiiilor de confort i asupra utilizrii spaiului (forme, dimensiuni,

legaturi pe orizontal i verticl) i vor determina aciuni mecanice, fizice, chimice si uneori biologice

exercitate asupra construciilor.

- Natura, care exercita asupra constructiilor actiuni mecanice, fizice,chimice, deosebit de variate,

ce depind de datele geografice ale amplasamentelor constructiilor, caracterizate prin teren (geologie, relief,

hidrografie, seismicitate), prin clim (vant, temperatur, precipitatii), fauna, zacaminte de materii prime,

materiale locale.

La realizarea constructiilor este necesar a se avea n vedere i elementele de ordin architectural si

urbanistic specifice zonei unde se amplaseaz construcia.

2. Factorii care influenteaza alcatuirea constructiilor

3. Factorii principali care determina conceptia, alcatuirea si executia constructiilor sunt

urmatorii:

2.

Factorii de mai sus trebuie analizati n detaliu, astfel incat constructiile sa corespunda din toate

punctele de vedere, inclusiv din punct de vedere estetic avand in vedere ca majoritatea constructiilor

reprezinta mesaje pentru generatiile urmatoare.

Constructiile sunt clasificate in functie de obiectivele urmarite si anume: criterii

functionale, de calitate, economice, etc.

A. Clasificarea functionala se refera la destinatia de baza a constructiilor si le grupeaza in doua

mari categorii: CLADIRI si CONSTRUCTII INGINERESTI.

CLADIRILE sunt grupate in urmatoarele mari categorii, in functie de destinatia lor:

Cladiri civile cuprind:

cladirile de locuit: locuinte unifamiliale sau colective (blocuri de locuinte)

turism: hoteluri, moteluri, cabane, refugii montane

pentru ocrotire sociala: camine, internate scolare, aziluri

socio-culturale:

sanatate: spitale, policlinici, dispensare, sanatorii, farmacii

sport: sali de sport, patinoare

arta si cultura: teatre, galerii de arta, biblioteci, muzee, edituri

culte: biserici, catedrale, temple

judiciare si administrative: banci, tribunale, administratia locala si

centrala

invatamant: gradinite, scoli, invatamant superior

comerciale: magazine, mall-uri

Cladiri industriale cuprind:

cladirile destinate productiei: uzine, fabrici, hale, ateliere, etc.;

cladiri necesare servirii procesului de productie si depozitarii:

depozite de materiale, magazii, rezervoare, posturi de transformare,

centrale termice etc;

Cladiri agro-zootehnice cuprind:

3. Clasificarea constructiilor

cladiri destinate productiei si depozitarii produselor agricole, viticole,

legumicole, zootehnice, avicole: grajduri si adaposturi de animale si

pasari, sere, depozite pentru produse agricole

cladiri destinate pentru adapostirea si intretinerea utilajelor folosite in

ramura agrozootehnica;

Cladiri militare :

adaposturi pentru oameni (combatanti, populatie civila)

adaposturi pentru tehnica de lupta: depozite de armament, de

carburanti etc.

CONSTRUCTIILE INGINERESTI grupeaza toate celelalte categorii care nu caracteristicile cladirilor:

cai de comunicatii: poduri, tuneluri, cai ferate, drumuri, porturi

retele edilitare: de alimentare cu apa, gaze, energie, retele de

canalizare,

linii de transport pentru fluide tehnologice, energie electrica

constructii speciale: turnuri de televiziune, silozuri, cosuri industriale,

rezervoare

CONSTRUCTII

CLADIRI

0

20

40

60

80

100

1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr

East

West

North

CONSTRUCTII INGINERESTI

CLADIRI CIVILE CLADIRI

INDUSTRIALE

CLADIRI DE

LOCUIT

CLADIRI SOCIO-

CULTURALE

CLADIRI PENTRU INVATAMANT

CLADIRI

ADMINISTRATIVE

CLADIRI

COMERCIALE

CLADIRI PENTRU

TRANSPORTURI

CLADIRI SPECIALE

CLADIRI AGRO -

ZOOTEHNICE

HALE

INDUSTRIALE

ATELIERE

CENTRALE

ENERGETICE

DEPOZITE

HAMBARE

MORI

GRAJDURI

ABATOARE

CRAME

PODURI

TUNELURI

CAI FERATE

DRUMURI

PORTURI

RETELE DE ALIMENTARE

CU APA, GAZE, ENERGIE,

RETELE DE CANALIZARE

COSURI

INDUSTRIALE

TURNURI DE

TELEVIZIUNE

B. Dupa pozitia constructiei fata de nivelul terenului:

a. Constructii subterane (tuneluri, canale etc.);

b. Constructii supraterane (cladiri, poduri, cai ferate, drumuri, baraje etc).

C. Dupa structura de rezistenta a cladirilor:

Structura de rezistenta a unei cladiri reprezinta ansamblul de elemente de constructie

destinat sa asigure preluarea si transmiterea pana la terenul de fundare a incarcarilor care actioneaza asupra

constructiei.

a. Structuri cu pereti de rezistenta (structurali)

Peretii sunt realizati:

1. prin zidire (elemente de caramizi sau blocuri ceramice sau b.c.a.)

Fig. 1. Cladire avand structura de

rezistenta din pereti din zidarie

Peretii realizati prin zidire se utilizeaza la cladiri avand cel mult P+4E si exista doua moduri de

dispunere a peretilor :

Pereti structurali dispusi la fiecare travee (pe directia transversala a cladirii) ; pe directie

longitudinala sunt prevazuti pereti cu rol de contravantuire (rigidizare). Se creaza in acest fel o structura de tip

fagure - compartimentare deasa.

Pereti structurali dispusi la fiecare deschidere (pe directia longitudinala a cladirii); pe directie

transversala sunt prevazuti pereti cu rol de rigidizare care delimiteaza o celula functionala de tip apartament,

sala de clasa etc. Se creaza in acest fel o structura de tip celular - compartimentare rara.

Fig. 2. Cladire avand structura de rezistenta de tip fagure cu pereti din zidarie

Fig. 3. Cladire avand structura de rezistenta de tip celular cu pereti din zidarie

2. Pereti realizati din beton armat solutie aplicata pentru cladiri multietajate

Pereti turnati la fata locului (monolit) dispusi pe directia transversala a cladirii (la fiecare travee) si

pe directie longitudinala. Se creaza in acest fel o structura de tip fagure - compartimentare deasa.

Fig. 4. Cladire avand structura de rezistenta

din pereti din beton armat compartimentare

deasa

Pereti turnati la fata locului (monolit) dispusi pe directia transversala a cladirii (la doua sau trei

travei) si pe directie longitudinala. Se creaza in acest fel o structura de tip celular - compartimentare rara.

Pereti realizati din elemente prefabricate structuri integral realizate din panouri mari. La noi a

fost aplicata structura de tip fagure.

a. b.

Fig. 5. Cladire avand structura de rezistenta

din pereti din beton armat compartimentare

celulara

Fig. 6. Cladire avand structura de rezistenta din panouri mari din beton armat prefabricat: a. compartimentare

fagure; b. compartimentare celulara

b. Structuri cu schelet / in cadre

Structura este alcatuita dintr-un ansamblu de bare verticale si orizontale (stalpi si grinzi) din beton

armat monolit (turnat la fata locului) sau din elemente prefabricate din beton armat, lemn sau din metal.

Cadrele se dispun in mod curent pe doua directii ortogonale (transversala si longitudinala).

Structurile in cadre realizeaza flexibilitate in organizarea functionala a spatiului.

Fig. 7. Cladire avand structura de rezistenta din cadre din beton armat

c. Structuri mixte

Sunt realizate din cadre si pereti structurali (din beton armat sau zidarie) in scopul realizarii unei

conlucrari structurale care sa asigure o comportare mai buna din punct de vedere mecanic, indeosebi sub

actiunea solicitarilor seismice.

Structurile mixte pot fi:

1. Structuri duale

Structura este realizata prin cuplarea a doua subsisteme cu caracteristici diferite: cadre si pereti

structurali. Raspunsul global al structurii sub actiuni seismice este modificat comparativ cu cel al structurilor

alcatuite fie numai din cadre, fie numai din pereti structurali.

Fig. 8. Cladire avand structura de rezistenta duala: cadre si pereti din beton armat

2. Structuri cu nucleu rigid

Peretii structurali sunt grupati intr-un nucleu rigid, de regula cu pozitia centrala in structura, sau in

mai multe nuclee, dispuse cat mai simetric. In spatiul delimitat de un nucleu se organizeaza circulatia

verticala a cladirii (casa scarii si ascensorul), camere tehnice si de serviciu.

a. b.

3. Structuri cu parter flexibil

Cladirea are cadre la parter si pereti structurali in sistem fagure sau celular la etaje. Structura

prezinta sensibilitate la solicitarea seismica.

4. Structuri tubulare

Un tub reprezinta un ansamblu de stalpi desi, dispusi in general pe conturul cladirii, legati intre ei

prin grinzi inalte (grinzi parapet) care alcatuiesc un tub exterior, cu peretii perforati.

Structura este avantajoasa la un numar mare de niveluri. Se pot realiza:

- Structuri cu un singur tub;

Fig. 9. Cladire avand structura de rezistenta cu nucleu rigid: a. structura cu nucleu central si cadre periferice ; b. structura cu doua nuclee de rigidizare si cadre

Fig. 10. Cladire avand structura de rezistenta cu parter flexibil

- Structuri care asociaza un tub cu un nucleu structura numita tub in tub.

- Structuri care asociaza un tub cu pereti structurali.

a. b.

5. Structuri speciale

Sunt realizate sub forma de arce, placi curbe subtiri, structuri suspendate pe cabluri, etc.

Fig. 12. Cladiri avand structura de rezistenta speciala: arce, panze curbe subtiri, cupole

Fig. 11. Cladire avand structura tubulara: a. cu un singur tub; b. cu tub dublu (tub in tub) 1 tub perforat exterior ; 2 tub interior (nucleu)

D. Dupa durata de utilizare a constructiilor:

a. Constructii provizorii (cu durata de utilizare limitata, mai putin de 10 ani)

b. Constructii definitive (cu durata de utilizare indelungata, mai mult de 10 ani)

Durata de viata proiectata, in ani

Exemple

100

Structuri monumentale, poduri si alte structuri pentru lucrari ingineresti importante

50 - 100 Cladiri si structuri obisnuite

10 - 30 Constructii agricole sau similare Parti de structura ce pot fi inlocuite(de exemplu reazeme)

10 Structuri tranzitorii

E. Dupa regimul de inaltime a constructiilor:

a. Cladiri cu regim de inaltime foarte redus cladiri parter (P) sau parter si etaj (P + 1E)

b. Cladiri cu regim de inaltime redus cladiri cu putine niveluri (P + 2...4E)

c. Cladiri cu regim de inaltime mediu cladiri cu mai multe niveluri (P + 5...10E)

d. Cladiri cu regim de inaltime inalt cladiri cu mai multe niveluri (P + 11E ... max. 45m inaltime a

cladirii fata de nivelul terenului)

e. Cladiri cu regim de inaltime foarte inalt cladiri cu foarte multe niveluri (cladiri cu inaltime peste

45m fata de nivelul terenului)

3. CATEGORII DE IMPORTANTA PENTRU CONSTRUCTII

(cf. HGR. 766 / 1997: Hotarare pentru aprobarea unor regulamente privind calitatea in constructii; anexa 2

Regulament privind stabilirea categoriei de importanta a constructiilor)

In scopul aplicarii diferentiate a sistemului calitatii, constructiile se incadreaza, dupa importanta lor, in:

a. Categorii de importanta (globala), care privesc intreaga constructie, sub toate aspectele;

b. Categorii de importanta (specifice) / clase de importanta care privesc intreaga constructie sau parti de

constructie, sub anumite aspecte.

Aceste categorii de importanta se aplica tuturor constructiilor, noi sau existente. Prin regulament se

legifereaza ca stabilirea categoriei de importanta sa se faca de catre proiectant, la cererea investitorului,

pentru cladirile noi sau la cererea proprietarului, pentru constructiile existente.

Clasele de importanta ale constructiilor se refera la cerintele esentiale, prin diferite acte normative.

- Pentru incadrarea in cerinta de Rezistenta si stabilitate , normativul de protectie antiseismica

stabileste 4 clase de importanta, in functie necesitatea ramanerii functionale dupa un seism major.

Clasele de importanta se coreleaza cu categoriile de importanta de catre proiectant, la constructiile noi, si/sau de

catre expertul tehnic atestat, la constructiile existente, n scopul stabilirii conditiilor de aplicare a componentelor

sistemului calitatii.

CATEGORII DE IMPORTANTA :

I. Categoria de importanta A - Constructii de importanta exceptionala

1. Constructii cu functiuni deosebit de importante, a caror neindeplinire implica riscuri majore pentru

societate si natura, pe zone foarte extinse.

Exemple : reactoare nucleare, baraje inalte sau amplasate pe terenuri dificile, cu zone intens populate in

aval.

2. Constructii cu caracter de unicat, cu valoare deosebita de patrimoniu.

Exemple: ansambluri si cladiri de cult sau alte monumente de arhitectura propuse pentru a fi inscrise in

patrimoniul cultural mondial.

II. Categoria de importanta B - Constructii de importanta deosebita

1. Constructii cu functii importante, a caror neindeplinire implica riscuri majore pentru societate si

natura, pe zone limitate.

Exemple: constructii din industria chimica; cai ferate, sosele, poduri, porturi si aeroporturi de interes national;

baraje pentru acumulari mari de apa ; constructii social - culturale cu aglomerari mari de oameni ; statii de

emisie de radio si televiziune.

2. Constructii de valoare deosebita de patrimoniu sau care adapostesc asemenea valori.

Exemple: monumente de arhitectura, situri istorice, muzee, arhive si biblioteci de importanta nationala.

III. Categoria de importanta C - Constructii de importanta normala

1. Constructii cu functii obisnuite, a caror neindeplinire nu implica riscuri majore pentru societate si

natura.

Exemple: cladiri de locuinte cu mai mult de doua niveluri; constructii industriale si agrozootehnice curente ;

constructii social-culturale care nu intra in categoriile de importanta A si B.

2. Constructii cu caracteristici si functiuni obisnuite, dar cu valori de patrimoniu.

Exemple: cladiri de cult ; muzee de importanta locala.

IV. Categoria de importanta D - Cladiri de importanta redusa

Constructii cu functii obisnuite, a caror neindeplinire afecteaza un numar redus de oameni.

Exemple: cladiri de locuinte parter si un etaj; dependinte gospodaresti; constructii provizorii.

CLASE DE IMPORTANTA :

Clasa I. Cladiri cu functiuni esentiale, a caror integritate pe durata cutremurelor este vitala pentru

protectia civila:

Exemple: statiile de pompieri s.i sediile politiei; spitale si alte constructii aferente serviciilor sanitare care

sunt dotate cu sectii de chirurgie si de urgenta; cladirile institutiilor cu responsabilitate in gestionarea

situajiilor de urgenta, in apararea si securitatea nationala; statiile de producere si distribute a energiei

si/sau care asigura servicii esentiale pentru celelalte categorii de cladiri mentionate aici; garajele de

vehicule ale serviciilor de urgenta de diferite categorii; rezervoare de apa si statii de pompare

esentiale pentru situatii de urgenta; cladiri care contin gaze toxice, explozivi si alte substante periculoase.

I = 1.4

Clasa II. Cladiri a caror rezistenta seismica este importanta sub aspectul consecintelor asociate

cu prabusirea sau avarierea grava

Exemple: cladiri de locuit si publice avand peste 400 persoane in aria totala expusa spitale, altele decat cele

din clasa I, si institutii medicale cu o capacitate de peste 150 persoane in aria totala expusa; penitenciare;

aziluri de batrani, crese; scoli cu diferite grade, cu o capacitate de peste 200 de persoane in aria totala

expusa; auditorii, sali de conferinte, de spectacole cu capacitati de peste 200 de persoane; cladirile din

patrimoniul national, muzee etc.

I = 1.2

Clasa III. Cladiri de tip curent, care nu apartin celorlalte categorii

I = 1.0

Clasa IV. Cladiri de mica importanta pentru siguranta publica, cu grad redus de ocupare si/sau de

mica importanta economica

Exemple: constructii agricole, locuinte unifamiliale.

I = 0.8

1

CURS 3 ACTIUNI IN CONSTRUCTII. METODA STARILOR LIMITA. INCARCARI

A. ACTIUNI IN CONSTRUCTII

Directiva European DE 89/106-93 exprim notiunea de aciune printr-o definitie largita,

pentru a se avea in vedere toate cerintele esentiale ale utilizatorului:

O actiune este orice cauza susceptibila de a afecta conformitatea unei constructii sau a unei

diviziuni fizice a acesteia in raport cu una sau mai multe cerinte exigentiale ale utilizatiorului.

Aciunile exprim influena exercitata asupra unei constructii sau asupra elementelor

componente de catre diferii factori de mediu externi sau interni. Aceti factori se numesc generic

AGENTI.

Actiunile asupra constructiilor se pot exprima prin:

a) Forte / incarcari aplicate asupra structurii (actiuni directe): greutate proprie, incarcari

climatice, etc.

b) Acceleratii provocate de cutremure sau alte surse (actiuni indirecte);

c) Deformatii impuse cauzate de variatii de temperatura, umiditate sau tasari

In conformitate cu natura lor, agentii se pot clasifica in:

a) Ageni mecanici: incarcari permanente i incarcari temporare, incarcare dat de zpad,

incarcarile date de presiunea vntului, ocuri mecanice, presiunea hidrostatic, presiunea pamantului,

seisme, etc..

b) Ageni electromagnetici: radiaiile solare, radiatii din procesul de exploatare, cmpuri

magnetice, trasnete, curenti vagabonzi,etc.

c) Ageni termici: variaii ale temperaturii aerului exterior si interiori, ocuri termice, cicluri

inghet-dezghet

d) Ageni chimici: umiditatea aerului, apa de condens, apa subteran, etc.

e) Agenii biologici: bacterii, mucegaiuri, rdcini, insecte, rozatoare

n sens traditional, pentru domeniul constructiilor, definiia unei aciuni este:

Orice cauza capabila s genereze stari de solicitare mecanica intr-una sau mai

multe diviziuni fizice ale unei structuri se numete ACTIUNE.

2

In domeniul proiectarii structurale a cladirilor, sunt de interes major agentii care produc actiuni

cu efect de solicitare mecanica.

Cea mai reprezentativa clasificare actuala a actiunilor este aceea care are in vedere durata de

manifestare cu intensitati semnificative si frecventa de aparitie a acestei manifestari.

Tipuri de actiuni:

1. ACTIUNE PERMANENTA (G)

Actiune pentru care variatia in timp este nula sau neglijabila, se aplica pe toata durata de viata

a unei constructii.

Cele mai reprezentative actiuni permanente sunt cele datorate greutatii proprii a elementelor

de constructii, structural sau nestructurale, echipamente fixate pe constructie, tasari differentiate,

efectul precomprimarii.

2. ACTIUNE VARIABILA (Q)

Actiune pentru care variatia in timp a parametrilor ce caracterizeaza actiunea nu este nici

monotona nici neglijabila. Ea poate varia in raport cu timpul sau, uneori, poate lipsi.

Actiuni care nu se exercita in mod continuu (adica in anumite perioade de timp pot lipsi in

totalitate) si a caror intensitate sufera modificari majore in timp.

In cazul unor astfel de incarcari, de interes sunt valorile maxime probabile in timp ale

intensitatii, care se pot manifesta pe durate mai lungi sau mai scurte de timp.

Aceste valori pot aciona pe o perioada mai scurta sau mai lung de timp. Valorile de scurt

durat aciune sunt importante n cazul n care actioneaza frecvent, i sunt numite "valori frecvente".

Valorile pe termen lung care acioneaz sunt numite "valori quasipermanente". Unele aciuni

variabile pot avea valori att frecvente cat i quasipermanente.

Aciunile variabile cele mai reprezentative sunt:

- greutatea oamenilor

- pereii despritori ce descarca pe placi sau grinzi

- greutatea echipamentelor, mobilierului sau greutatea materialelor depozitate

- ageni climatici

3. ACTIUNE ACCIDENTALA (A)

Actiune de durata scurta, dar de intensitate semnificativa, ce se exercita cu probabilitate

redusa asupra structurii in timpul duratei sale de viata proiectate.

Acestea sunt n general incarcari excepionale, avand efecte catastrofale, pentru Romnia

principala preocupare este legat de cutremure, dar trebuiesc luate in considerare in aceasta

3

categorie si exploziile produse in interiorul sau exteriorul constructiei.

Exemplu: cutremurul, exploziile, impactul vehiculelor

Nota De obicei cutremurul si impactul reprezinta actiuni accidentale, iar zapada si vantul reprezinta

actiuni variabile.

Reprezentarea efectului unei actiuni pe o constructie in vederea unui calcul structural se numeste incarcare.

ACIUNILE devin INCARCARI

In proiectarea structural, aciunile reale produse de ctre ageni sunt modelate prin intermediul sistemelor de fore, deplasri sau deformaii impuse.

Fiecare incarcare este asociata unei reprezentari grafice, particularizata, care o definete operaional. Incarcarilor li se asociaza o directie, un sens, un punct de aplicatie si o unitate de masura.

Efectul unei incarcari care acioneaz asupra unui element structural este n principal exprimat prin eforturi secionale sau eforturi unitare n seciune. Acesta poate fi, de asemenea, exprimat prin deplasari sau rotiri.

B. PRINCIPIILE PROIECTARII LA STARI LIMITA

Pentru o functiune data, proiectarea structurilor trebuie efectuata in functie de destinatia,

importanta si valoarea constructiei.

Verificarea starilor limita care se refera la efecte dependente de timp trebuie asociata cu

durata de viata proiectata a structurii.

Trebuie facuta distinctia intre starile limita ultime si starile limita de serviciu (exploatare).

Stari limita ultime

Starile limita ce implica protectia vietii oamenilor si a sigurantei structurii sunt clasificate

ca stari limita ultime.

Starile limita ce implica protectia unor bunuri de valoare deosebita trebuie de asemenea

clasificate ca stari limita ultime. Asemenea cazuri sunt stabilite de catre client si autoritatea relevanta.

Trebuie verificate urmatoarele stari limita ultime, acolo unde pot fi relevante pentru siguranta

structurii:

pierderea echilibrului structurii sau a unei parti a acesteia, considerate ca un corp rigid;

cedarea prin deformatii excesive, transformarea structurii sau a oricarei parti a acesteia

intr-un mecanism;

pierderea stabilitatii structurii sau a oricarei parti a acesteia, incluzand reazemele si

fundatiile;

cedarea cauzata de alte efecte dependente de timp.

4

Nota Se noteaza ca cedarea datorita deformatiei excesive este o cedare structurala datorata

instabilitatii mecanice.

Stari limita de serviciu

Starile limita ce iau in considerare functionarea structurii sau a elementelor structurale in

conditii normale de exploatare, confortul oamenilor/ocupantilor constructiei si limitarea vibratiilor,

deplasarilor si deformatiilor structurii sunt clasificate ca stari limita de serviciu.

Verificarea strilor limit de serviciu se va baza pe criterii privind urmatoarele aspecte:

a) deformatii ce afecteaz aspectul structurii, confortul utilizatorilor si functionarea constructiei

sau ce cauzeaz degradarea finisajelor si elementelor nestructurale;

b) vibratii ce provoac disconfortul ocupantilor sau care limiteaz functionarea efectiv a

structurii si/sau a aparatelor, utilajelor si echipamentelor din cldire/structur;

c) Alte degradri ce afecteaza defavorabil aspectul, durabilitatea si functionalitatea

cldirii/structurii.

Proiectarea prin metoda coeficientilor partiali de siguranta

Metoda coeficientilor partiali de siguranta consta in verificarea tuturor situatiilor de proiectare

astfel incat nici o stare limita sa nu fie depasita atunci cand sunt utilizate valorile de calcul pentru

actiuni sau efectele lor pe structura si valorile de calcul pentru rezistente.

Pentru situatiile de proiectare selectate si starile limita considerate, actiunile individuale trebuie

grupate conform regulilor de grupare stabilite de normativul CR0 2012 Cod de proiectare.

Bazele proiectarii structurilor in constructii.

Evident, actiunile care nu pot exista fizic simultan nu se iau in considerare impreuna in grupari

de actiuni / efecte structurale ale actiunilor.

Valorile de calcul sunt obtinute din valorile caracteristice utilizandu-se coeficientii partiali de

siguranta.

Metoda se refera la verificarile la starea limita ultima si la starea limita de serviciu a structurilor

supuse la incarcari statice, precum si la cazurile in care efectele dinamice pe structura sunt

determinate folosind incarcari statice echivalente (de exemplu efectele dinamice produse de vant sau

induse de trafic).

Valori de proiectare ale actiunilor

Valoarea de proiectare, Fd a unei actiuni F se exprima astfel:

Fd = f Fk

unde:

Fk este valoarea caracteristica a actiunii.

Factorii care produc aciuni depind de un numr mare de cauze i condiii de variaie mai mult

sau mai puin aleatorii.

Toate aciunile sunt variabile aleatoare n timp i spaiu, ceea ce le face foarte greu de

modelat.

5

Lund n considerare doar variaia n timp, aciunile pot fi modelate ca procese aleatoare, dar,

pentru simplitatea calculelor, ele sunt modelate ca variabile aleatoare.

Oricum, un numr mare de date statistice i proceduri matematice sunt necesare pentru a

ajunge la rezultatul final.

Rezultatul concret al tuturor acestor proceduri matematice este o valoare de referin a unei

anumite aciuni numita VALOAREA CARACTERISTICA.

Aceast valoare se caracterizeaz prin faptul c exist o probabilitate foarte mica de a fi

depita ntr-un sens defavorabil siguranei structurii.

Valoarea caracteristic a unei incarcari poate fi determinata pe:

baze probabilistice, printr-un fractil superior al funciei de repartiie (F 0,98), folosind relaia

general

F k =m F (1+k 0,98 V F)

baze deterministe, atunci cnd variabilitatea sa statistica este foarte mic

f - coeficient partial de siguranta pentru actiune ce tine seama de posibilitatea unor abateri

nefavorabile si nealeatoare a valorii actiunii de la valoarea sa caracteristica.

- Valori de proiectare ale efectelor actiunilor

Valoarea de calcul a efectului pe structura al actiunii, Ed se calculeaza ca fiind efectul pe

structura al actiunii, E(Fd) inmultit cu coeficientul partial de siguranta Sd:

dSdd FEE Coeficient partial de siguranta, Sd evalueaza incertitudinile privind modelul de calcul al

efectului in sectiune al actiunii Fd

- Valori de proiectare ale rezistentelor materialelor

Valoarea de calcul a rezistentei unui material structural, Xd se exprima astfel:

m

k

d

XX

unde:

Xk - este valoarea caracteristica a rezistentei materialului;

m - coeficientul partial de siguranta pentru rezistenta materialului ce tine seama de posibilitatea unor

abateri nefavorabile si nealeatoare a rezistentei materialului de la valoarea sa caracteristica,

precum si de efectele de conversie (de volum, scara, umiditate, temperatura, timp) asupra

rezistentei materialului.

- valoarea medie a factorului de conversie a rezultatelor incercarilor experimentale in rezultate

pentru proiectare, ce tine seama de efectele de volum, scara, umiditate, temperatura, etc.

6

- Valori de calcul ale rezistentelor elementelor structurale

Valoarea de proiectare a rezistentei sectionale, Rd se calculeaza ca fiind valoarea rezistentei

sectionale calculata cu valoarea de calcul a rezistentei materialului,

m

kXR

inmultita cu

coeficientul partial de siguranta Rd

1 :

m

k

m

k

Rd

d

RXRR

1

Coeficientul partial de siguranta, Rd

1 evalueaza incertitudinile privind modelul de calcul al rezistentei

sectionale, inclusiv abaterile geometrice.

- Verificari de rezistenta

Verificarea la starea limita de cedare structurala a unei sectiuni/element sau imbinare se face

cu relatia:

Ed Rd

Ed este valoarea de proiectare a efectelor actiunilor in sectiune pentru starea limita ultima

considerata.

Rd este valoarea de proiectare a rezistentei sectionale de aceeasi natura cu efectul actiunii in

sectiune.

- Verificari de echilibru static

Verificarea la starea limita de echilibru static a structurii se face cu relatia:

Ed,dst Ed,stb

Ed,dst este valoarea de proiectare a efectului actiunilor ce conduc la pierderea echilibrului static.

Ed,stb este valoarea de proiectare a efectului actiunilor ce se opun pierderii echilibrului static.

Gruparea efectelor structurale ale actiunilor, pentru verificarea structurilor la

S.L.U.

Pentru fiecare caz de ncrcare, valorile de proiectare ale efectelor actiunilor (Ed) vor fi

determinate combinnd valorile provenind din actiuni ce sunt considerate c pot exista simultan.

Deoarece orice constructie este in permanenta acionata de o serie de agenti, aceasta va fi

supusa simultan la diferite tipuri de actiuni, unele permanente unele variabile, sau chiar accidentale.

Aceste incarcari se combina aleatoriu, greu de prezis in ce modalitate, prin urmare, n

proiectarea structural, sunt considerate unele "scenarii" de simultaneitate de ncrcare. Aceste

scenarii sunt combinatii logice de incarcari ce se pot realiza cu o anumita probabilitate de aparitie.

7

Aceste combinaii sunt numite grupari de incarcari (grupari de aciuni).

Efectul rezultant al efectelor distincte pentru fiecare incarcare ntr-o combinaie de ncrcari

este considerat la nivelul sectiunilor caracteristice ale structurii analizate.

Structura, infrastructura si terenul de fundare vor fi proiectate la stari limita ultime, astfel incat

efectele actiunilor de calcul in sectiune, luate conform urmatoarelor combinatii factorizate, fara

considerarea actiunii seismice Gruparea Fundamentala:

1,35

n

j 1

Gk,j + 1,5 Qk,1 +

m

i 2

1,5 0,i Qk,i

sa fie mai mici decat rezistentele de calcul in sectiune.

unde:

Gk,i este efectul pe structura al actiunii permanente i, luata cu valoarea sa caracteristica.

Qk,i - efectul pe structura al actiunii variabile i, luata cu valoarea sa caracteristica;

Qk,1 - efectul pe structura al actiunii variabile, ce are ponderea predominanta intre actiunile variabile,

luata cu valoarea sa caracteristica;

0,i este un factor de simultaneitate al efectelor pe structura ale actiunilor variabile i (i=2,3...m)

luate cu valorile lor caracteristice, avand valoarea:

0,i = 0,7

cu exceptia incarcarilor din depozite si a actiunilor provenind din impingerea pamantului, a

materialelor pulverulente si a fluidelor/apei unde:

0,i = 1,0.

De exemplu, in cazul unei structuri actionata predominant de efectele actiunii vantului, relatia

se scrie:

1,35

n

j 1

Gk,j + 1,5 Vk + 1,05(Zk sau Uk)

iar in cazul unui acoperis actionat predominant de efectele zapezii:

1,35

n

j 1

Gk,j + 1,5 Zk + 1,05(Vk sau Uk),

unde

Gk este valoarea efectului actiunilor permanente pe structura, calculata cu valoarea caracteristica a

actiunilor permanente;

Zk - valoarea efectului actiunii din zapada pe structura, calculata cu valoarea caracteristica a

incarcarii din zapada;

8

Vk - valoarea efectului actiunii vantului pe structura, calculat cu valoarea caracteristica a actiunilor

vantului;

Uk - valoarea efectului actiunilor datorate exploatarii constructiei (actiunile utile) calculata cu

valoarea caracteristica a actiunilor datorate exploatarii.

In cazul actiunii seismice, relatia de verificare la stari limita ultime se scrie dupa cum urmeaza

Grupare speciala:

n

j 1

Gk,j + AEk +

m

i 1

2,i Qk,i

unde:

AEk este valoarea caracteristica a actiunii seismice ce corespunde intervalului mediu de recurenta,

IMR adoptat de cod (IMR = 225 ani in P100-2013);

2,i - coeficient pentru determinarea valorii cvasipermanente a actiunii variabile Qi, avand valorile

recomandate in tabel;

I - coeficient de importanta a constructiei/structurii avand valorile in functie de clasa de importanta a

constructiei

Coeficient pentru determinarea valorii cvasipermanente a actiunii variabile ca fractiune din valoarea

caracteristica a actiunii

Tipul actiunii 2,i

Actiuni din vant si Actiuni din variatii de temperatura 0

Actiuni din zapada si Actiuni datorate exploatarii 0,4

Incarcari in depozite 0,8

- Gruparea efectelor structurale ale actiunilor, pentru verificarea structurilor la stari

limita de serviciu

Structura, infrastructura si terenul de fundare vor fi proiectate la stari limita de serviciu astfel

incat efectele actiunilor de calcul pe structura/element/sectiune, luate conform urmatoarelor

combinatii factorizate:

a) Gruparea caracteristica de efecte structurale ale actiunilor:

n

j 1

Gk,j + Qk,1 +

m

i 2

0,i Qk,i

b) Gruparea frecventa de efecte structurale ale actiunilor:

n

j 1

Gk,j + 1,1 Qk,1 +

m

i 2

2,i Qk,i

c) Gruparea cvasipermanenta de efecte structurale ale actiunilor:

n

j 1

Gk,j +

m

i 1

2,i Qk,i

9

n

j 1

Gk,j + 0,6 I AEk +

m

i 1

2,i Qk,i

sa fie mai mici decat valorile limita ale criteriilor de serviciu considerate.

1,1 este coeficientul pentru determinarea valorii frecvente a actiunii variabile Q1, avand valorile

recomandate in tabelul de mai jos.

Coeficient pentru determinarea valorii frecvente a actiunii variabile Q

Tipul actiunii 1,1

Actiuni din vant 0,2

Actiuni din zapada si actiuni din variatii de temperatura

Actiuni datorate exploatarii cu valoarea 3kN/m2

0,5

Actiuni datorate exploatarii cu valoarea > 3kN/m2 0,7

Incarcari in depozite 0,9

10

INCARCARI PERMANENTE. INCARCARI DE EXPLOATARE

A. INCARCARI PERMANENTE

Principalele aciuni cu caracter permanent sunt datorate greutatilor proprii ale elementelor de

constructie, cu excepia pereti despartitori care au in plan trasee complicate si care pot fi modificate in

timp.

Fiind in esenta vorba de greutati ale unor volume de materiale, pentru evaluarea lor este

necesara cunoasterea dimensiunilor volumului de material si a greutatii specifice a acestuia.

Aceti parametrii pot varia la ntmplare, dar studiile au relevat faptul c de fapt, coeficienii de

variaie statistica sunt foarte mici, sub 0,05. n aceast situaie, evaluarea de greutatea proprie se face

n mod determinist, prin dimensiunile de proiectare a elementelor i greutatea lor specifica:

Greutatile tehnice sunt valori conventionale ale unor volume de materiale si reprezinta :

- Greutati specifice (greutati ale unitatilor de volum) pentru materiale omogene si compacte

(ex. metale, lichide) ;

- Greutati specifice aparente pentru materiale neomogene, poroase sau cu goluri (ex. lemn,

beton, caramida)

- Greutati specifice in vrac sau in gramada (ex. nisip, pietris, ciment, zgura, carbune,

cereale)

- Greutati specifice in stiva (ex. cherestea, hartie, caramizi)

- Greutati specifice in ambalaj (ex. conserve, fructe)

Categoria cea mai importanta a incarcarilor permanente o constituie incarcarile din greutatea

proprie a elementelor de constructie (elemente structurale sau nestructurale de compartimentare,

de inchidere, de protectie si finisaj, etc.). Fac exceptie peretii nestructurali de compartimentare, cu

dispunere pasibil a fi modificati in timp, pe perioada de exploatare a constructiei.

Evaluarea greutatilor elementelor de constructie se face prin insumarea greutatii tuturor

componentelor ce le alcatuiesc.

11

Greutatea fiecarui component este produsul dintre greutatea tehnica a materialului din care

acesta este alcatuit si volumul sau (corespunzator dimensiunilor de proiect ale componentului si

scazand eventualele goluri, semnificative ca dimensiuni, existente in structura lui).

Evaluarea acestor greutati se poate face concentrat sau distribuit (pe unitatea de suprafata a

elementului sau pe unitatea sa de lungime).

Pentru o evaluare a greutatii unui elemente, distribuita pe unitatea sa de suprafata, incarcarile

permanenta se calculeaza cu expresia :

q = di x i [daN / m2]

in care :

di dimensiunea (grosimea) stratului component ;

i greutatea tehnica a materialului din care este alcatuit componentul

g = di x i [daN / m2]

[daN / m2] [daN / m] [daN]

Evaluarea incarcarilor permanente este afectata de incertitudini, atat in ceea ce priveste

caracteristicile geometrice stabilite prin proiect (abateri dimensionale la executie), cat si in ceea ce

12

priveste greutatile specifice ale materialelor (ex. efectul umiditatii si al gradului de indesare in conditii

specifice de executie si de exploatare, eventualele modificari de solutii constructive, procese de

productie mai putin controlate sau influentate de mediu).

Greutatea este o incarcare generata de acceleratia gravitationala si poate fi stabilita relativ

usor, daca se dispune de planurile de detaliu. Evaluarea incarcarii permanante a unei structuri nu

poate fi insa calculata pana ce structura nu a fost proiectata, iar structura nu poate fi proiectata pana

ce incarcarea ei permanenta nu este calculata si adaugata celorlalte incarcari care o solicita.

De aceea, se face o prima evaluare a dimensiunilor elementelor de rezistenta printr-un calcul

de predimensionare .

B. INCARCARI ASOCIATE ACTIUNILOR PROVENITE DIN EXPLOATAREA

CLADIRILOR (INCARCARI UTILE)

Aceste aciuni au un caracter variabil i se manifesta prin incarcari verticale care acioneaz

asupra elementelor structurale sau ca incarcari orizontale care acioneaz pe perei, balustrade,

parapeti etc.

Incarcarile utile care acioneaz pe placi de planseu pot proveni din:

greutatea oamenilor

greutatea mobilierului functional si sanitar

greutatea peretilor nestructurali usori

greutatea materialelor sau produselor stocate

greutatea echipamentelor usoare

Aceste incarcari sunt sensibil variabile n timp, astfel nct este imposibil s fie descrise n

urma un model riguros, astfel, n calculul practic, ele sunt exprimate printr-un sistem de fore verticale

care acioneaz pe ntreaga suprafa a elementului structural (sau doar pe o parte a acestuia, atunci

cnd este cazul).

Incarcarile utile ce simuleaza impingeri date de oameni sau materiale asupra peretilor sau

parapetilor sunt modelate ca sisteme de fore orizontale, distribuite liniar sau pe suprafa.

Principalele tipuri de incarcari variabile sunt prezentate n codurile romanesti (SR EN 1991-1-

1:2004) cu valorile lor caracteristice, dup cum urmeaz:

13

a) incarcari utile verticale, uniform distribuite pe metru ptrat de suprafa orizontal, care

modeleaza greutatile oamenilor, mobilier, greutatea materialelor stocate.

Dac nu exist alte specificaii tehnice, cteva exemple pentru valorile specificate prin coduri

sunt:

cladiri de locuinte, spitale, grdinie sau similare

- pentru spaiile principale si pentru spatiile comune 1.50 - 2.00 kN / mp

- scara 3.00 - 4.00 kN / mp

cldiri de birouri, scoli, restaurante, magazine mici 2.00 4.00 KN / mp

b) Incarcari orizontale uniform distribuite pe metru liniar, care modeleaza impingerile ce pot

aparea din activitatea utilizatorilor la nivelul parapetilor sau pe peretii nestructurali.

Valorile caracteristice ale acestor incarcari sunt difereniate funcie de tipul de construcie i n

funcie de posibilitatea de solicitare a balustradelor sau pereilor despritori.

c) Incarcari verticale concentrate care modeleaza greutatea unei persoane incarcata cu

scule si materiale

Acesta este un tip specific de ncrcare utila la o serie de elemente structurale liniare care

trebuie s fie n msur s suporte o astfel de incarcare: elemente de acoperi sau trepte de scari

independente.

n ambele cazuri, elementele structurale lucreaza ca grinzi simplu rezemate i incarcarile utile

concentrate se considera aplicata n poziia cea mai defavorabila.

d) Incarcari verticale uniform distribuite pe mp de placa orizontal, care modeleaza

greutatea pereilor despritori, cu forma complexa n plan i avnd poziia modificabila n timp.

Cel mai rapid mod de estimare n cazul acestor incarcari este de a evalua o ncrcare uniform

distribuit, exprimat pe mp de placa, pentru peretii a caror greutate este mai mica de 3 kN/m.

Codurile dau un echivalent n KN / mp funcie de ncrcare din greutatea peretelui n kN/m:

- pentru perei despritori cu greutatea proprie 1,0 kN/m din lungimea peretelui: qk = 0,5

kN/m2;

- pentru perei despritori cu greutatea proprie 2,0 kN/m din lungimea peretelui: qk = 0,8

kN/m2;

14

- pentru perei despritori cu greutatea proprie 3,0 kN/m din lungimea peretelui: qk = 1,2

kN/m2.

Tinand cont de rezultatele studiilor statistice, prescriptiile din diferite tari prevad reducerea

incarcarii utile distribuita pe plansee in functie de aria aferenta elementului structural (grinda, stalp,

perete, fundatie) ce se calculeaza. Reducerea acestor incarcari se intemeieaza pe probabilitatea

extrem de redusa ca valorile prescrise in norme sa se realizeze integral pe suprafete foarte mari, fie la

un nivel, in cazul grinzilor principale ale planseului respectiv, fie la mai multe niveluri, in cazul

elementelor portante verticale.

Conform standardului SR EN 1991-1-1:2004, pentru calculul grinzilor, coeficientul de reducere

A poate fi aplicat valorilor qk pentru incarcarile utile pentru plansee si se determina dupa cum

urmeaza :

aA = 5 / 7 0 + A0 / A 1.0

unde : 0 coeficient cu valori intre 0. 7 1.0

A0 10.00 mp

A suprafata incarcata

Pentru stlpi i perei, ncrcarea util total din mai multe etaje poate fi nmulit cu un

coeficient de reducere n.

n = [2 + (n - 2) 0 ] / n

unde : 0 coeficient cu valori intre 0. 7 1.0

n numarul de etaje (n > 2) deasupra elementului structural incarcat.

15

INCARCARI ASOCIATE ACTIUNII ZAPEZII

Zapada este un agent climatic natural specific zonelor cu clima temperata rece.

Actiunea zapezii este semnificativa si periculoasa in special in cazul acoperisurilor usoare si

foarte usoare in multe cazuri ea conducand la prabusiri spectaculoase.

Pe suprafete orizontale si in absenta vantului zapada se depune intr-un strat de grosime

uniforma, variabila in timp.

16

Straturile succesive de zapada sufera fenomene de topire, umezire inghetare, de aceea

in grosimea stratului de zapada exista zone cu structuri diferile, cele mai dense fiind cele de la

baza. In cazul straturilor de zapada, exprimarea riguroasa a greutatii specifice ar trebui sa se

faca printr-o functie de grosime h, de tip z(h).

Pentru lucrarile de proiectare curenta reglementarile de specialitate permit exprimarea

greutatii specifice a zapezii printr-o valoare medie conventionala, in Romania fiind:

z = 2.5kN/m3

Pe suprafete orizontale si in absenta

vantului zapada se depune intr-un strat

de grosime uniforma, variabila in timp.

Pe suprafetele inclinate, cand unghiul cu

orizontala are valori mici situatia este

similara suprafetelor orizontale, daca

suprafetele sunt inclinate cu peste 60

grade zapada aluneca practic in

totalitate, deci nu exista depunere si

incarcare.

17

Geometria stratului de zapada depus, in mod real, pe acoperisul unei cladiri este, de

regula, diferita de cea a stratului de zapada depus la nivelul solului in conditiile absentei

vantului.

La nivelul acoperisurilor, zapada se poate depozita in functie de geometrie, de

rugozitatea invelitorii, de proprietatile termice, de influenta cladirilor vecine, de caracteristicile

meteo, de aceea in mod concret se realizeaza doua situatii fundamentale:

- Zapada se depune aproape uniform, este cazul in care nu intervine nici actiunea

vantului si nici vreun fenomen de topire fapt pentru care sunt date doar configuratiile

geometrice ale acoperisurilor

- Zapada se depune neuniform, cu aglomerari in unele zone si diminuari in altele, au

loc fenomene de redistribuire spatiala a zapezii.

Greutatea pe mp a unui strat de zapada depus pe sol, orizontal, in grosime uniforma

hz, se evalueaza cu relatia:

Gz = hz x z [kN/mp]

In concluzie, intrucat densitatea are o valoare conventionala, ramane o singura marime

cu caracter aleator, grosimea stratului de zapada (hz).

In toate prescriptiile tehnice, variabila aleatoare (hz) asociata marimii aleatoare

reprezinta grosimea maxima anuala a stratului de zapada depus linistit pe sol orizontal de

unde Gz = valoarea maxima anuala a greutatii stratului de zapada depus linistit pe sol

orizontal.

In reglementarile actuale romanesti (CR1-1-3/2012) este precizata direct, pentru fiecare

localitate in parte, valoarea marimii caracteristice Gz sub notatia europeana sk si sub

denumirea de valoare caracteristica a incarcarii din zapada pe sol.

Valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe sol este definita cu 2% probabilitate

de depasire intr-un an sau, echivalent, cu un interval mediu de recurenta IMR=50 ani. Aceasta

valoare caracteristica are o probabilitate de realizare mai mare de 50% pe durata existentei

unei constructii.

In calculele de proiectare trebuie avute in vedere ambele situatii.

Modelarea actiunii zapezii la nivelul acoperisurilor cladirilor

se face, in prezent, pornindu-se de la greutatea stratului depus la

nivelul solului pe suprafata orizontala si in absenta vantului.

18

Figura 3.1 Romania - zonarea valorii caracteristice a incarcarii din zapada pe sol sk, kN/m2 pentru altitudini mai mici de 1000m

ROMANIA.

Zonarea valorii

caracteristice a incarcarii

din zapada pe sol

avand IMR=50ani

km

Lungu, Demetriu, 1994

19

Conform CR1-1-3/2012, incarcarea din zapada asociata unui acoperis este o incarcare

statica, notata cu sk,distribuita pe metru patrat de proiectie orizontala a acoperisului si a carei valoare

caracteristica se exprima functie de incarcarea din zapada la nivelul solului cu expresia:

s= x Ce x Ct x x sk [kN / m2]

Trecerea de la incarcarea din zapada la nivelul solului si in absenta vantului la cea de la nivelul

acoperisului unei cladiri situate pe un amplasament supus actiunii vantului se face, in prezent, cu

ajutorul unor factori deterministi care introduc in model aspecte concrete legate de:

- gradul de importanta al cladirii - este factorul de importanta-expunere pentru

actiunea zapezii; Sunt 4 clase de importanta ; = 1,00 ... 1,15

- expunerea la vant a amplasamentului cladirii - Ce, denumit coeficient de expunere al

amplasamentului.

In mod practic se au in vedere urmatoarele tipuri de expunere:

- expunere completa= amplasament deschis, plat, fara adapostiri in raport cu vantul, in

care sunt foarte posibile fenomenele de spulberare a zapezii (0.8)

- expunere partiala = amplasament cu denivelari si/sau copaci sau constructii pe care

sunt posibile spulberari nesemnificative ale zapezii (1.0)

- expunere redusa = amplasament intr-o vale sau adapostit datorita prezentei in jur a

copacilor si/sau constructiilor inalte , un amplasament pe care sunt foarte posibile si probabile

fenomenele de aglomerare a zapezii (1.2)

Tabelul 3.1 Valorile coeficientului de expunere Ce

Tipul expunerii Ce

Completa 0.8

Partiala 1.0

Redusa 1.2

- gradul de termoizolare al acoperisului: coeficientul Ct este denumit coeficient termic al

acoperisului.

20

Acesta ia in considerare posibilitatea ca, datorita unor pierderi excesive de caldura prin

elementele de acoperis o parte a zapezii asternute pe acestea sa se topeasca.

Pentru acoperisurile cu pod, cu buna izolatie termica Ct = 1, in cazuri speciale se poate avea in

vedere incalzirea artificiala a acoperisurilor si deci diminuarea lui Ct.

- geometria acoperisului: coeficientul = coeficientul de forma pentru incarcarea pe

acoperis

Acest coeficient tine cont de posibilitatea distribuirii neuniforme a zapezii pe versantii unui

acoperis datorita altor cauze decat cele legate de conditiile de expunere ale amplasamentului, adica

de configuratia geometrica a acoperisului, pante, prezenta unor denivelari bruste, etc..

Coeficientul se stabileste pentru fiecare zona distincta de acoperis, functie de panta

acesteia si de pozitia in cadrul configuratiei generale a acoperisului.

Acoperisuri cu o singura panta

Distributia coeficientului de forma 1, al incarcarii din zapada pe acoperisurile cu o singura

panta, pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe acoperis, este indicata in

Figura 3.3. Valoarea coeficientului 1 este indicata in Tabelul 3.2 si Figura 3.2, functie de panta

acoperisului, [].

21

Daca la marginea mai joasa a acoperisului este plasat un parapet sau alt obstacol ce

impiedica alunecarea zapezii, atunci coeficientii de forma ai incarcarii din zapada nu trebuie sa fie mai

mici de 0,8. Caz

Figura 3.1 Distributia coeficientului de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cu o singura panta

Figura 3.2 Coeficientii de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cu o singura panta, cu doua

pante si pe acoperisuri cu mai multe deschideri

Tabelul 3.2 Valorile coeficientilor de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri

cu o singura panta, cu doua pante si pe acoperisuri cu mai multe deschideri

Panta acoperisului,

0

00 300 300 < < 600 600

1 0,8 0,8 (60 - )/30 0,0

2 0,8 + 0,8 /30 1,6 -

22

Acoperisuri cu doua pante

Distributiile coeficientilor de forma 1 si 2, pentru incarcarea din zapada pe acoperisurile cu

doua pante, pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe acoperis, sunt

indicate in Figura 3.3. Valorile coeficientilor 1 si 2 sunt indicate in Tabelul 3.2 si Figura 3.2, in functie

de panta acoperisului, [].

0.51()

2() 0.51()

2()

1()

Figura 3.3 Distributia coeficientilor de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cu doua pante

Pentru incarcarea din zapada neaglomerata, distributia recomandata este indicata in Figura 3.3,

cazul (i). Pentru incarcarea din zapada aglomerata, distributia recomandata este indicata in Figura

3.3, cazul (ii) si cazul (iii).

Acoperisuri cu mai multe deschideri

(1) Distributiile coeficientilor de forma 1 si 2, pentru incarcarea din zapada pe acoperisurile

cu mai multe deschideri/pante, pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe

acoperis, sunt indicate in Figura 3.4. Valorile coeficientilor 1 si 2 sunt indicate in in Tabelul 3.1 si

Figura 3.2, in functie de panta acoperisului, [].

1

1

23

Figura 3.4 Distributia coeficientilor de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cu mai multe

deschideri

Pentru incarcarea din zapada neaglomerata, distributia recomandata este indicata in Figura 3.4,

cazul (i). Pentru incarcarea din zapada aglomerata, distributia recomandata este indicata in Figura

3.4, cazul (ii).

(2) In cazul acoperisurilor cu mai multe deschideri, la proiectarea doliilor se utilizeaza

distributia coeficientilor de forma pentru incarcarea din zapada aglomerata indicata in Figura 3.5.

Figura 3.5 Distributia coeficientului de forma pentru incarcarea din zapada aglomerata pe acoperisurile cu mai

multe deschideri (zona doliilor)

Valoarea coeficientului de forma 1 pentru incarcarea din zapada din Fig. 3.5 este valoarea

minima dintre: 1 = h / s0,k / 1 = 2b3 / (ls1+ls2); ls1 = b1, ls2 = b2 / 1 = 5.

24

Acoperisuri cilindrice

Distributia coeficientului de forma 3 pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cilindrice,

pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe acoperis, este prezentata in

Figura 3.6, unde coeficientul 3 este determinat din Figura 3.7.

3

ls

0,53

0,8

ls/4 ls/4 ls/4 ls/4

h

b

Cazul (i)

Cazul (ii)

Figura 3.6 Distributia coeficientului de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cilindrice

Coeficientii de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisurile cilindrice sunt recomandati

in Figura 3.7 pentru valori ale unghiului dintre orizontala si tangenta la curba directoare a acoperisului

mai mici sau egale cu 600 si pentru diferite rapoarte inaltime/latime (h/b).

Figura 3.7 Coeficientul de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cilindrice

Valorile coeficientului de forma 3 pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cilindrice sunt:

3 = 0,2 + 10 h/b 0,2 3 2 pentru 600.

Pentru valori ale unghiului dintre orizontala si tangenta la curba directoare a acoperisului mai

mari de 600, coeficientul de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisurile cilindrice este zero.

1

CURS 4

INCARCARI DIN VANT. INCARCARI DIN SEISM

A. INCARCARI DIN VANT (COD DE PROIECTARE EVALUAREA ACTIUNII

VNTULUI ASUPRA CONSTRUCTIILOR CR-1-1-4 / 2012)

Vantul este un agent climatic dat de miscarea unor mari mase de aer in raport cu suprafata

pamantului. Miscarea este datorata incalzirii neuniforme a atmosferei si scoartei terestre de catre soare.

H = inaltime de gradient

In zona de interes pentru domeniul cladirilor, viteza vantului poate fi exprimata ca suma de 2

componente:

componenta statica constanta in timp vm(z) = viteza medie a vantului in intervalul de timp considerat

la inaltimea z deasupra terenului

componenta dinamica dependenta de timp, provocata de rafalele cu frecventa mare

v(z,t) = viteza de rafala, introduce variatia in timp a vitezei vantului, in raport cu viteza medie

V (z,t)= vm(z) + v(z,t)

z (m)

v(z,t) constant in timp

Miscare turbulenta

Miscare laminara

vm(z) constant

vm(z) variaza logaritmic cu inaltimea

ea v(z,t) variaza in timp

H

Stratul limit atmosferic este zona, msurat pe

vertical de la suprafaa terenului, n care

curgerea aerului este afectat de frecarea cu

terenul. La apropierea de suprafaa terenului,

fora de frecare a aerului creste, viteza medie a

vntului scade, iar turbulena acestuia creste.

2

Viteza de referin a vntului, vb este viteza vntului mediat pe o durat de 10 minute, determinat la

o nlime de 10 m deasupra terenului, n cmp deschis (avnd lungimea de rugozitate z0 = 0.05 m) i

exprimat cu o probabilitate de depire de 2% intr-un an (respectiv cu un intervalul mediu de recuren

IMR=50 de ani).

Valoarea vitezei medii si cea a vitezei de rafala la o inaltime z, depind de rugozitatea mediului natural

si construit pe zona de inaltime z. In cazul zonelor cu rugozitate mica, vm(z) la o inaltime data z are valoarea

mai mare decat in cazul zonelor cu rugozitate mare la aceeasi inaltime z. Amplitudinea de variatie a vitezei

de rafala este mai mica in zonele cu rugozitate mica.

Vntul cu viteza V genereaz un sistem de fore aerodinamice, Fw ce acioneaz asupra

unei construcii (considerat fix i indeformabil) i asupra elementelor sale componente. Rspunsul este

static, pentru construcii rigide i puternic amortizate, i este dinamic pentru construcii flexibile i / sau slab

amortizate.

3

Aciunea static echivalent a vntului se defineste ca fiind aciunea care, aplicat static pe

construcie sau pe elementele sale, produce valorile maxime ale deplasrilor i eforturilor sectionale cauzate

de aciunea real dinamic a vntului.

La construciile uoare, flexibile i slab amortizate, caracterizate de o form aerodinamic sensibil la

aciunea vntului, apar fenomene aeroelastice de interaciune vnt-structur care modific viteza vntului

incident V, fora aerodinamic Fw i rspunsul structural R. n acest caz vntul produce asupra construciei o

for total F=Fw+Fa, n care Fw este fora exercitat de vnt pe structura fix i Fa este fora aeroelastic

generat de micarea structurii.

Pentru majoritatea cldirilor / structurilor avnd frecvena fundamental de vibraie peste 1 Hz

(perioada fundamental de vibraie sub 1 s), componenta rezonant (dinamica) este neglijabil i rspunsul

la vnt poate fi, in mod simplificat, considerat static.

Energia cinetica de miscare a maselor de aer se transforma in energie potentiala la contactul cu

anvelopa rigida a constructiei, si se materializeaza intr-o presiune exercitata pe respectiva suprafata.

Aciunea vntului asupra cldirilor i structurilor poate fi reprezentat de:

a. presiunile exercitate de vnt pe fiecare fa a suprafeelor construciei sau a elementelor sale (de

exemplu, n cazul cldirilor);

b. presiunile totale (rezultante) exercitate de vnt pe ambele suprafee ale construciei sau ale

elementelor acesteia; acestea sunt date de rezultanta presiunilor care acioneaz pe ambele fee ale

suprafeelor fiind utilizate, de exemplu, n cazul pereilor izolai i a parapetelor;

c. forele i momentele rezultante din aciunea vntului exercitate pe cldiri n ansamblu sau pe

elemente (copertine, panouri);

4

d. forele i momentele pe unitatea de lungime exercitate de vnt de-a lungul axei construciei sau a

elementelor zvelte (de exemplu, cosuri de fum, turnuri i poduri);

e. forele tangeniale exercitate de vnt pe suprafeele paralele cu direcia vntului (n cazul cldirilor

sau a unor elemente cu suprafee expuse mari, cum ar fi cldiri industriale mari, pereti sau parapete lungi).

Cele mai multe dintre construcii i componentele acestora au o rigiditate i o amortizare suficient de

mari pentru a limita efectele dinamice i pentru a nu se produce fenomenele aeroelastice periculoase. n

aceste cazuri, aciunea vntului poate fi reprezentat printr-o distribuie echivalent de presiuni sau de fore

care, aplicate static pe construcie sau pe componentele sale, produc valorile maxime ale deplasrilor i

eforturilor secionale cauzate de aciunea dinamic a vntului.

Relatia de legatura dintre valoarea de referinta a vitezei vantului vb si presiunea de referinta

a vntului qb exercitata de acesta pe o suprafata normala directiei sale este determinata cu relatia:

n care r este densitatea aerului ce variaza n functie de altitudine, temperatura, latitudine si anotimp. Pentru

aerul standard (r = 1,25 kg/m3), presiunea de referinta (exprimata n Pascali).

In proiectarea cladirilor, modelarea actiunii vantului se face pornindu-se de la o presiune de referinta

qb, asociata unei macrozone teritoriale.

Ea este stabilita pe baza unei viteze medii determinate in urmatoarele conditii:

medierea este facuta cu valori instantanee masurate in interiorul unor intervale de timp de 10 min

masuratorile sunt facute in camp deschis la o inaltime conventionala de 10 metri

probabilitatea anuala de depasire in sens nedorit pentru siguranta cladirii este de 2%

Valorile lui qb, pe langa faptul ca se refera la o inaltime conventionala de 10 m, se refera si numai la

suprafete de constructie plane, dispuse perpendicular pe directia vantului si situate in camp deschis.

Pentru trecerea la situatia concreta a unei suprafete de constructie data, reglementarile romanesti in

vigoare folosesc mai multi coeficienti de corectie.

In cazul constructiilor de cladiri de tip uzual, presiunea / succtiunea vantului pe suprafata exterioara

sau interioara a unei zone de anvelopa este o functie de inaltime z fata de suprafata terenului.

5

6

Expresia acestei functii este, conform normativului:

Presiunea / suctiunea vntului ce actioneaza pe suprafetele rigide exterioare ale cladirii /

structurii se determina cu relatia:

[KN/m2]

unde:

qp(ze) este valoarea de vrf a presiunii dinamice a vntului evaluata la cota ze;

ze este naltimea de referinta pentru presiunea exterioara;

cpe este coeficientul aerodinamic de presiune / suctiune pentru suprafete exterioare;

Iw este factorul de importanta expunere.

Presiunea / suctiunea vntului ce actioneaza pe suprafetele rigide interioare ale cladirii / structurii se

determina cu relatia:

[KN/m2]

zi este naltimea de referinta pentru presiunea interioara;

cpi este coeficientul aerodinamic de presiune / suctiune pentru suprafete interioare;

7

Valoarea de vrf a presiunii dinamice a vntului la o naltime deasupra terenului, qp(z) se

poate exprima sintetic n functie de factorul de expunere, ce(z) si de valoarea de referinta a presiunii dinamice

a vntului, qb:

Pentru determinarea valorii factorului de expunere ce(z) normativul indica relatia se defineste ca

produsul intre factorul de rafala, cpq(z) si factorul de rugozitate, cr2(z) :

ce(z)=cr2(z) x cpq(z)

Rugozitatea terenului este descris de lungimea de rugozitate, z0; aceasta este o

msur a mrimii

vrtejurilor vntului turbulent la suprafaa terenului i are valori cuprinse ntre 0,003 m i 1,0 m, n funcie de

categoria de teren. Pentru evaluarea lungimii de rugozitate a terenului din amplasamentul unei construcii

este necesar determinarea categoriei de teren corespunztoare amplasamentului.

Determinarea categoriei de teren i a lungimii de rugozitate corespunztoare acestuia se poate face

prin inspectie vizual (documentare fotografic), relevee cartografice i/sau imagini din satelit.

8

Categoria de teren 0 - Mare sau zone costiere expuse vnturilor venind dinspre mare (z0=0,003m)

Categoria II - Terenuri cu iarb i/sau cu obstacole izolate (copaci, cldiri) aflate la distane de cel

puin 20 de ori nlimea obstacolului (z0 = 0.05 m)

Categoria III - Zone acoperite uniform cu vegetatie, sau cu cldiri, sau cu obstacole izolate aflate la

distane de cel mult de 20 de ori nltimea obstacolului (de ex., sate, terenuri suburbane, pduri) (z0=0,3 m)

9

Categoria IV - Zone n care cel putin 15% din suprafa este acoperit cu construcii avnd mai mult

de 15 m nlime (z0 = 1,0 m)

Factorul de rugozitate pentru presiunea dinamic a vntului, cr2(z) descrie variaia presiunii medii a

vntului cu nlimea z deasupra terenului pentru diferite categorii de teren (caracterizate prin lungimea de

rugozitate z0), n funcie de valoarea de referin a presiunii dinamice a vntului.

Variaia factorului de rugozitate aplicat presiunii dinamice a vntului cu nlimea i cu categoria de

teren este prezentat n figura de mai jos.

10

Valoarea lui cr2(z) este calculabila cu relatia:

unde z0 = caracteristica de rugozitate a terenului (in metri cu semnificatia unei lungimi de rugozitate)

kr(z0) = factor de teren (de rugozitate)

Valorile celor doua marimi sunt exprimate in normativ in functie de tipul terenului sub aspectul

rugozitatii suprafetei sale.

Valorile maxime ale celor doua marimi se intalnesc in cazul amplasamentelor neexpuse actiunii

vantului, iar cele minime in cazul amplasamentelor foarte expuse actiunii acestuia. Valorile lui cr2(z) pentru o

inaltime data sunt cu atat mai mari cu cat amplasamentul e mai deschis.

Factorul de rafal pentru presiunea dinamic medie a vntului, cpq(z) la nlimea z

deasupra terenului se defineste ca raportul dintre valoarea de vrf a presiunii dinamice a vntului (produs de

rafalele vntului) i valoarea medie a presiunii dinamice a vntului (produs de viteza medie a vntului),

ambele la nlimea z. Factorul de rafala introduce in modelul de calcul efectul turbulentei vantului:

11

In cod se consider, simplificat, c turbulena caracterizeaz doar fluctuaiile vitezei instantanee pe

direcia vntului (turbulena longitudinal). Astfel, raportul ntre abaterea standard a fluctuaiilor rafalelor

vntului pe direcie longitudinal i viteza medie a vntului este denumit intensitatea turbulenei longitudinale

i are semnificaia coeficientului de variaie al fluctuaiilor rafalelor fa de viteza medie:

Iv(z)= / [2,5 x ln (z / z0)]

- este o marime ce depinde de rugozitatea z0 a amplasamentului si a carui valori sunt

independente de inaltimea z:

Coeficienti de presiune exterioara cpe / interioara pe suprafete cpi

Aciunea vntului pe suprafaa unei construcii sau a unui element component produce presiuni i

suciuni orientate normal, att pe suprafeele exterioare, ct i pe cele interioare. Presiunile sunt considerate,

convenional, pozitive; suciunile sunt considerate, convenional, negative.

Presiunile ce acioneaz pe feele exterioare ale cldirii se consider presiuni externe, cpe; presiunile

ce acioneaz pe feele interioare ale cldirii se consider presiuni interne, cpi.

Coeficientul aerodinamic de presiune / suctiune exterioara caracterizeaza efectul vntului pe

suprafetele exterioare ale cladirilor; coeficientul aerodinamic de presiune /suctiune interioara caracterizeaza

efectul vntului pe suprafetele interioare ale cladirilor.

12

Presiuni exterioare pe peretii exteriori

Coeficientii aerodinamici de presiune / suctiune exterioara se mpart n coeficienti globali si coeficienti

locali:

- Coeficientii locali sunt coeficienti aerodinamici de presiune / suctiune pentru suprafete expuse

vntului mai mici sau cel mult egale cu 1 m2, folositi, de exemplu, pentru proiectarea elementelor si a

prinderilor de dimensiuni reduse.

- Coeficientii globali sunt coeficienti aerodinamici de presiune / suctiune pentru suprafete expuse

vntului mai mari de 10 m2. Coeficientii aerodinamici de presiune rezultanta (totala) caracterizeaza efectul

rezultant al vntului pe o structura, un element structural sau o componenta, exprimat pe unitatea de

suprafata.

13

Presiuni exterioare pe acoperis

14

Coeficienii aerodinamici de presiune / suciune pot lua valori pozitive (pentru presiuni) sau negative

(pentru suciuni), n funcie de geometria cldirii. Coeficienii de presiune / suciune exterioar au valori

pozitive n toate punctele expuse direct vntului i au valori negative pe suprafee laterale sau neexpuse

direct vntului. Valorile pozitive ale coeficientului aerodinamic de presiune pot fi inferioare valorilor negative

(considerate n modul) ale coeficientului aerodinamic de suciune.

Presiuni interioare

Coeficientul aerodinamic de presiune / suctiune interioara, cpi, depinde de marimea si distributia

golurilor n anvelopa cladirii. Daca nu este posibila, sau nu se considera justificata estimarea valorii pentru

cazuri particulare, atunci cpi se va lua +0,2 sau 0,3 (se va considera valoarea care produce cele mai

defavorabile efecte).

Presiunile interioare si cele exterioare sunt considerate ca actionnd n acelasi timp (simultan). Pentru

fiecare combinatie posibila de goluri si cai de curgere a aerului, se va considera cea mai defavorabila

combinatie de presiuni interioare si exterioare.

Aciunea vntului pe un element individual este determinat pe baza celei mai defavorabile combinaii

de presiuni care acioneaz asupra elementului.

15

INCARCARI PROVENITE DIN SEISM. NCARCARI SEISMICE.

Cutremurele de pmnt sunt fenomene fizice deosebit de complexe care se caracterizeaz prin

micri violente sau haotice ale scoarei terestre.

CAUZELE PRODUCERII CUTREMURELOR

Cauzele producerii cutremurelor pot fi:

deformatii si deplasari n interiorul scoartei (cutremure tectonice);

eruptii vulcanice (cutremure vulcanice);

prabusiri si alunecari de teren (cutremure de prabusire);

explozii subterane antropice (de exemplu un test nuclear subteran)

Cele mai rspndite, (90% din totalitatea cutremurelor), mai puternice i importante din punct de

vedere al inginerei seismice sunt cutremurele tectonice.

Globul pmntesc este un corp de forma unei sfere, turtit la cei doi poli, avnd raza de 6370 km.

Pmntul este alctuit din nveliuri concentrice cu compoziie i proprieti diferite i anume:

- scoara terestr (litosfera);

- mantaua;

- nucleul exterior;

- nucleul interior.

16

Scoara terestr sau litosfera se gsete n stare solid i este alctuit din roci sedimentare, eruptive

i cristaline. Are o grosime de circa 70 km, susinnd continentele i bazinele hidrografice i are o rigiditate

mare.

Mantaua este alctuit din nichel, fier, siliciu i magneziu aflate n stare vscoas i are grosimea de

2900 km.

Nucleul se presupune c este alctuit din nichel i fier cu consistena solid-pstoas, fr a avea

rigiditatea proprie corpurilor solide i fluiditatea lichidelor. Marea sa temperatur (circa 4000-5000oC) i

confer unele proprieti ale lichidelor, iar marea sa presiune asigur caracteristici de rigiditate similare

solidelor.

Suprafata de exterior a Pamantului este sparta in placi imense de scoarta terestra, care sunt mobile si

se misca pe o manta elastica si fierbinte care imprejmuieste nucleul Pamantului.

Miscarea acestor placi este treptata si neuniforma. Uneori aceste placi se blocheaza la limita dintre

ele, aceste zone purtand numele de falii.

Faliile geologice reprezinta planurile de contact ntre placile sau sub-placile adiacente pe care se produc

miscarile. In zona faliilor se acumuleaza presiuni uriase care se elibereaza sub forma unui cutremur.

17

La contactul dintre plcile tectonice se concentreaz focarelele cutremurelor cunoscute sub

denumirea de centuri seismice. La nivel global se cunosc 3 astfel de centuri, reprezentnd zonele principale

cu activitate seismic de pe suprafaa Pmntului i anume:

- centura circumpacific (centura de foc) - nconjoar bazinul Oceanului Pacific, Noua Zeeland,

India, China, America de Nord (Alaska i California), Arhipeleagul Nipon. Este locul de origine a 75% din

cutremurele puternice produse pe Pmnt.

- centura medio-atlantic - urmeaz traseul unei falii situat cu aproximaie pe axa mijlocie a

Oceanului Atlantic;

- centura euroasiatic - se ntinde din zona Muniilor Himalaya, spre Vest prin Iran, Turcia, Munii

Carpai, Alpii Meditareeni i Alpii Dinarici.

In zonele de convergenta ale deplasarilor, placile pot patrunde una sub alta (fenomenul de

subductie) sau pot aluneca lateral una n raport cu cealalta, nsoite de eliberarea unei energii

imense.

Cutremurele tectonice au la origine fie fenomenul de faliere, fie cel de subducie a plcilor tectonice.

Cea mai mare falie

activ este falia San Andreas,

California, avnd lungimea de

960 km. Cutremurul din San

Francisco, din 1906 a fost

determinat de o alunecare

relativ a acestei falii de

aproape 65 cm.

18

ocul seismic se produce n urma fracturrii rocilor care vin n contact ntr-un plan mai slab n care s-

au acumulat n decursul timpului deformaii elastice mari. Eliberarea brusc a energiei de deformaie

transformat instantaneu n energie cinetic genereaz undele elastice care se propag radial n toate

direciile, iar prin procese de reflexie sau refracie ajung la suprafaa pmntului.

Micarea relativ a plcilor tectonice face ca marginile inferioare s manifeste tendina de coborre pe

planuri nclinate spre interiorul pmntului. Acest fenomen poart denumirea de subducie. Atunci cnd

lunecare este mpiedicat de acumularea energiei poteniale n plcile tectonice prin comprimarea reciproc

puternic dintre placa continental i cea oceanic (placa oceanic alunec sub placa continental), plcile

tectonice continu s se deformeze pn la atingerea rezistenei lor de limit de cedare, cnd are loc ruperea

rocilor.

Producerea cutremurelor

Energia eliberat la producerea unui cutremur se propag n toate direciile sub form de unde

seismice care cauzeaz micarea dezordonat a scoarei terestre.

n momentul n care se declaneaz cutremurul, din epicentru, adic din punctul situat deasupra

vatrei cutremurului, vor porni unde de oc. Primele valuri care vor porni se numesc unde primare sau unde P.

Acestea sunt valuri longitudinale, care se propag asemntor cu undele sonore: produc micri n sens

nainte napoi, n direcia de propagare. Undele primare sunt urmate de undele secundare, sau undele S.

Sub efectul acestora, rocile se vor zgudui perpendicular pe direcia de mers. Al treilea tip de unde, undele de

suprafa, provoac unduirea solului i accentueaz efectul distrugator al undelor secundare.

1. Unda P :

- este o und longitudinal, de compresie

- determin micarea particulelor solului paralel cu direcia de

propagare

- micarea este caracterizata printr-o succesiune de dilatri i

comprimri n sensul direciei de propagare, asemenea compresiei i

destinderii unui resort

- amplitudinea acestei unde este direct proporional cu

magnitudinea (energia cutremurului)

- au viteza cea mai mare i sunt primele care ajung ntr-un

amplasament dat si este perceput la suprafa de ctre oameni ca pe

o sltare, un mic oc n plan vertical

19

- nu este periculoas pentru cldiri deoarece conine

(transport) aproximativ 20% din energia total a cutremurului

2. Unda S :

- este o und de forfecare

- nu se propag prin medii fluide, ea putnd exista doar in medii solide

- deplasarea acestei unde este similar cu naintarea unui arpe (micri ondulatorii stnga-dreapta

fa de direcia de naintare), pulsaia se produce perpendicular pe direcia de propagare

- este resimit la suprafa sub forma unei micri de forfecare, de balans n plan orizontal

- este periculoas, deoarece transport aproximativ 80% din energia total a cutremurului

- determin distrugeri proporionale cu magnitudinea cutremurului i cu durata de oscilaie

Elemente caracteristice ale producerii cutremurului:

Punctul de pe falie n care se declanseaza ruperea este definit ca "focarul" sau "hipocentrul"

cutremurului - locul din interiorul pmntului n care se produce ruptura iniial i de unde se dirijeaz i se

propag energia seismic spre suprafaa pmntului;

Proiectia focarului pe suprafata pamntului se numeste "epicentru";

Distanta de la epicentru la focar reprezina "adncimea focarului";

Distanta dintre un amplasament oarecare si focar este denumita "distanta focala" iar distanta

dintre un amplasament oarecare si epicentru (masurata la suprafata globului terestru) este denumita

"distanta epicentrala";

20

Locul de pe glob diametral opus epicentrului este denumid antipod sau anticentru.

Aria afectata de cutremur creste odata cu cresterea adncimii focarului.

Distana de la epicentru pn la focar se numete adncimea sau profunzimea cutremurului. n

funcie de aceast adncime se deosebesc:

cutremure crustale (normale)

- avnd focarul situat pn la 70 km (aceste cutremure reprezint 90% din cutremurele care se

produc n lume),

- au o durat semnificativ relativ redus, iar perioadele dominante specifice mecanismului de focar

sunt n general scurte,

- sunt extrem de violente i afecteaz zone destul de limitate de la suprafaa pmntului.

Exemple de zone afectate de cutremure normale sunt: California, Turcia, Romnia (Banat).

cutremure subcrustale (intermediare)

- avnd focarul situat ntre 70-300 km,

- au durat moderat, perioadele predominante lungi, iar aria de de manifestare este mult mai mare.

cutremure de adncime (de profunzime)

- focarul ntre 300-700 km,

- au o durat mai mare i perioadele predominate lungi.

Regiunile afectate de cutremure intermediare sau de adncime includ Romnia (Vrancea), Marea

Egee, Spania, Anzii din America de Sud, Marea Japoniei, Indonezia, insulele Caraibe.

Mediul de propagare a energiei seismice din focar influeneaz intensitatea undelor seismice n

amplasament prin urmtorii factori principali:

- rocile i straturile geologice identificate prin caracteristicile lor geologice, mecanice i seismice,

distana lor focal.

- condiiile geotehnice locale ale amplasamentului precizate prin configuraia geologic, proprietile

geotehnice, mecanice i seismice ale terenului de fundaie, distana epicentral.

nregistrarea micrii seismice

nregistrarea parametrilor unui cutremur se face n staii seismice. nregistrarea vizeaz deplasarea,

viteza sau acceleraia locului unde se face operaia.

Micarea terenului produs de aciunea cutremurului ntr-un anumit punct de pe suprafaa unui

amplasament dat se determin cu aparatele de nregistrare numite seismometre sau accelerometre. Acestea

21

permit nregistrarea simultan a trei componente ale micrii: dou situate n plan orizontal i a treia pe

vertical.

nregistrarea deplasrilor unui punct de pe pmnt pe o anumit direcie se numete seismogram

sau deplasogram. Primul seismometru modern a fost realizat n anul 1931, iar prima nregistrare

instrumental a unei micri puternice a fost obinut n timpul cutremurului Long Beach, California (10 martie

1933). nregistrrile seismometrice ne dau informaii importante legate de mecanismul de producere a

cutremurelor, a localizrii focarului i epicentrului. Prezint interes valoarea maxim a deplasrii pentru

definirea intensitii seismice pe scara Richter.

Accelerogramele redau variaia acceleraiilor n timp i se obin cu ajutorul accelerometrelor calibrate

la un anumit nivel de intensitate seismic. Acestea definesc rspunsul structural i comportarea construciilor

pe timpul cutremurelor de mare intensitate.

Prima accelerogram semnificativ din istoria ingineriei seismice a fost nregistrat n staia seismic

El Centro-California (18 mai 1940) n timpul cutremurului din zona Imperial Valley.

22

EVALUAREA SEVERITATII CUTREMURELOR

Cuantificarea severitii unui cutremur sau triei unui cutremur se poate face pe baza magnitudinii sau

intensitii. Aceste modaliti sunt diferite deoarece mrimile care stau la baza evalurii triei cutremurelor

sunt complet diferite.

Criterii obiective: masurarea caracteristicilor miscarii terenului n timpul cutremurului;

Criterii subiective: efectele produse de cutremur asupra mediului natural, asupra constructiilor si

asupra oamenilor;

Criterii mixte: combina rezultatele nregistrarilor cu aprecierea efectului cutremurului asupra

mediului natural si asupra mediului construit.

APRECIEREA OBIECTIVA A SEVERITATII CUTREMURELOR:

Magnitudinea unui cutremur reprezint o msur obiectiv a energiei eliberate n focar n momentul

declanrii seismului. Ea se determin pe baza nregistrrii instrumentale a micrii seismice i nu depinde

de efectele produse la suprafaa liber a terenului.

Magnitudinea se determina prin masurarea amplitudinii maxime a oscilatiilor, n timpul cutremurului,

a unui pendul standard situat la distanta conventionala de 100 km de epicentru;

Pe baza mai multor nregistrri ale micrii seismice s-a putut stabili o relaie de legtur ntre

magnitudine i energia radiat n focar n timpul unui cutremur avnd urmtoarea form:

log E = 11.8 + 1.5M (erg)

Pentru compararea magnitudinilor se foloseste scara logaritmica RICHTER definita prin numere

ntregi si zecimale. Pe aceasta scara o crestere de 0.2 unitati reprezinta dublarea energiei eliberate n focar

(cutremurul din Vrancea-1940 cu magnitudinea M = 7.4 a eliberat o cantitate de energie dubla n raport cu

cutremurul din 1977 care a avut M = 7.2). Scara magnitudinilor nu este limitata superior (cel mai puternic

cutremur nu poate depasi M = 9.0);

Cea mai mare magnitudine a unui cutremur produs n zona Vrancea n ultimul mileniu este atribuita

cutremurului din 1802 : M = 7.5;

n ultimii 100 ani s-au produs n Romnia 100 cutremure cu M> 5;

o ANUL o MAGNITUDINEA

o 1903 o 6.3

o 1908 o 6.75

o 1912 o 6.0

23

o 1916 o 6.5