Sem. I 2006. Aceste note de curs sunt disponibile la http://cemsig.ct.upt.ro/astratan/didactic/seism/

5.5.1.

Calculul structurilor la aciunea seismicIntroducere

Metodele specifice de analiz a rspunsului structurilor la aciunea seismic i comportarea structurilor n domeniul inelastic n timpul unor cutremure majore impun cerine de proiectare specifice n cazul aciunii seismice. ncepnd cu 1 ianuarie 2007, n Romnia va intra n vigoare normativul P100-1/2006 "Cod de proiectare seismic P100 Partea I - Prevederi de proiectare pentru cldiri". P100-1/2006 se bazeaz n mare parte pe norma european de proiectare antiseismic Eurocode 8. Acest capitol cuprinde aspecte privind calculul structurilor inginereti la aciunea seismic, bazate n mare msur pe prevederile P100-1/2006. Prevederile P100-1/2006 conin declarativ dou cerine fundamentale (sau nivele de performan): De siguran a vieii. Nivelul aciunii seismice asociat acestui nivel de performan corespunde unui cutremur cu intervalul mediu de recuren (IMR) de100 ani. Este de remarcat c n prezent majoritatea normelor antiseismice folosesc un cutremur cu IMR=475 ani pentru nivelul de performan de siguran a vieii. Este de ateptat ca urmtoarea ediie a normativului antiseismic romnesc s adopte aceiai valoare a intervalului mediu de recuren. De limitare a degradrilor. Nivelul aciunii seismice asociat acestui nivel de performan corespunde unui cutremur cu IMR=30 ani. Pentru comparaie, Eurocode 8 (2003) prevede un cutremur cu IMR=95 ani pentru nivelul de performan de limitare a degradrilor. Se remarc faptul c obiectivul principal al acestui normativ este normativ este protejarea vieii. Cu toate c printre obiectivele normei se numr i limitarea pagubelor materiale, este de menionat faptul c prevederile acesteia nu elimin complet degradarea structurilor n cazul unor evenimente seismice majore. Construciile cu risc nalt pentru populaie, cum sunt centralele nucleare, nu intr n domeniul de aplicare al normativului P100-1/2006. ndeplinirea prin calcul a celor dou cerine fundamentale (de siguran a vieii i de limitare a degradrilor) se realizeaz verificnd structurile la dou stri limit: Stri limit ultime (SLU), asociate colapsului structural i a altor forme de degradare structural care pot punea viaa oamenilor n pericol. Verificarea la SLU implic asigurarea de ctre proiectant a unui echilibru ntre rezistena i ductilitatea structurii. Stri limit de serviciu (SLS), asociate cu apariia unor degradri, dincolo de care nu mai sunt ndeplinite cerine specifice de exploatare. Poate fi necesar limitarea att a degradrilor structurale, ct i a celor nestructurale. n general verificarea la SLS implic limitarea deplasrilor relative de nivel, pentru asigurarea proteciei elementelor nestructurale, echipamentelor, etc.

5.2.5.2.1.

Aciunea seismicSpectrul elastic

Teritoriul Romniei este mprit n zone seismice funcie de hazardul seismic local, care este considerat n mod simplificat a fi constant n fiecare zon seismic. Hazardul seismic pentru proiectare este descris de valoarea de vrf a acceleraiei orizontale a terenului ag determinat pentru intervalul mediu de recuren de referin (IMR) corespunztor strii limit ultime. Pentru centre urbane importante i pentru construcii de importana special se recomand evaluarea local a hazardului seismic pe baza datelor seismice instrumentale i a studiilor specifice pentru amplasamentul considerat. Zonarea acceleraiei de vrf a terenului pentru proiectare ag n Romnia, pentru evenimente seismice avnd intervalul mediu de recuren IMR = 100 ani, este prezentat n Figura 5.1. Aceste valori ale ag se folosesc pentru proiectarea construciilor la starea limit ultim.

101

Sem. I 2006. Aceste note de curs sunt disponibile la http://cemsig.ct.upt.ro/astratan/didactic/seism/

Figura 5.1. Zonarea teritoriului Romniei n termeni de valori de vrf ale acceleraiei terenului pentru proiectare ag pentru cutremure avnd IMR = 100 ani (P100-1/2006).

Figura 5.2. Zonarea teritoriului Romniei n termeni de perioad de control TC a spectrului de rspuns (P100-1/2006). Micarea seismic ntr-un punct pe suprafaa terenului este descris prin spectre de rspuns elastic ale pseudo-acceleraiei: dou componente orizontale i una vertical. Componentele orizontale ale micrii seismice sunt considerate independente, fiind descrise de acelai spectru.102

Sem. I 2006. Aceste note de curs sunt disponibile la http://cemsig.ct.upt.ro/astratan/didactic/seism/

Condiiile locale de teren afecteaz forma spectrelor elastice de rspuns (vezi capitolul 3.7.3) i modific att amplificarea acceleraiei de vrf a terenului, ct i coninutul de frecvene al micrii seismice (prin perioadele de control TB, TC i TD). Normativul P100-1/2006 reflect doar cel de-al doilea aspect, specificnd trei valori ale perioadei de control TC pe o hart de zonare macroseismic (vezi Figura 5.2). Unei valori ale perioadei de control TC i corespund o pereche de valori TB i TD conform cu Tabelul 5.1. Perioada de control TC a spectrului de rspuns reprezint limita dintre zona de pseudo-acceleraie constant i zona de pseudo-vitez constant. n mod similar, perioada de control TD reprezint limita dintre zona de pseudo-vitez constant i zona de deplasare constant. Tabelul 5.1. Perioadele de control TB, TC i TD ale spectrului de rspuns pentru componentele orizontale ale micrii seismice (P100-1/2006). Interval mediu de recuren a magnitudinii cutremurului IMR = 100ani, pentru SLU Valori ale perioadelor de control TB, s 0.07 0.10 0.16 TC, s 0.7 1.0 1.6 TD, s 3.0 3.0 2.0

Spectrul de rspuns elastic pentru componentele orizontale ale pseudo-acceleraiei terenului n amplasament Se(T), exprimat in m/s2, este definit astfel:

S e ( T ) = a g (T )

(5.1)

unde valoarea ag este acceleraia de vrf a terenului, exprimat n m/s2, iar (T) este spectrul de rspuns elastic normalizat la valoarea de vrf a acceleraiei terenului. Forma normalizat a spectrelor de rspuns elastic pentru componentele orizontale ale acceleraiei terenului, (T), pentru fraciunea din amortizarea critic =0.05 este dat de relaiile (vezi Figura 5.3): 0T TB:

(T) = 1 +

( 0 1)TB

T

(5.2) (5.3) (5.4) (5.5)

TB800 m/s Depozite alctuite din argile/aluviuni moi cu un indice plastic ridicat (PI>40) i coninut ridicat de ap Depuneri de terenuri lichefiabile, de argile susceptibile la lichefiere sau orice alt teren care nu este inclus n categoriile de mai sus

vs,30, m/s>800 360-800 180-360 TB:

S d (T ) = ag

(T )q

(5.14)

Conform prevederilor P100-1/2006, valorile factorul de comportare q difer funcie de tipul materialului, sistemul structural i regularitatea structurii.P100-1/2006, TC=0.7, a g=0.24gSe Sd, q=6

0.8 pseudo-acceleratie, g

0.6

0.4

0.2

0

0

1

2 T, s

3

4

Figura 5.7. Comparaie ntre un spectru elastic al pseudo-acceleraiei i un spectru de proiectare (q=6), P100-1/2006.107

Sem. I 2006. Aceste note de curs sunt disponibile la http://cemsig.ct.upt.ro/astratan/didactic/seism/

Dup cum se poate observa din Figura 5.7 i relaiile (5.13) i (5.14), spectrul de calcul se obine din spectrul elastic prin reducerea acestuia cu factorul de comportare q, pentru valori ale perioadei T>TB. Pentru perioade T