10

SR EN 1998-1:2004SR EN 1998-1:2004

10 izolarea bazei10.1 Scop

(1)PAceast seciune cuprinde prevederile referitoare la proiectarea structurilor izolate seismic la care sistemul de izolare, amplasat sub masa principal a structurii, are rolul de a reducere rspunsul seismic al sistemului de rezisten la forele laterale.(2)

Reducerea rspunsului seismic al sistemului de rezisten la fore laterale poate fi obinut prin creterea perioadei fundamentale a structurii izolate seismic, prin modificarea formei modului fundamental i prin creterea amortizrii sau prin combinarea acestor efecte. Sistemul de izolare poate consta n resorturi i/sau amortizoare liniare i neliniare.(3)

In aceast seciune se dau reguli specifice pentru izolarea bazei cldirilor.

(4)

Aceast seciune nu cuprinde sistemele pasive de disipare a energiei care nu sunt aezate pe o singur interfa, dar sunt distribuite pe mai multe etaje sau nivele ale structurii.

10.2 Definiii(1)PIn aceast seciune sunt utilizai termeni cu urmtoarele semnificaii:

sistem de izolare

colecie de componente folosite pentru a realiza izolarea seismic i care sunt aezate pe interfaa de izolare.

NOT Acestea sunt aezate n mod obinuit sub masa principal a structurii.

interfaa izolrii

suprafaa care separ substructura de suprastructur i pe care este amplasat sistemul de izolare.

NOT Amplasarea interfeei izolrii la baza structurii este uzual pentru cldiri, rezervoare i silozuri. La poduri, sistemul de izolare este de obicei combinat cu sistemul de rezemare iar interfaa de izolare se gsete ntre tablier i pile sau palee.

uniti izolatoare

elementele care constituie sistemul de izolare.

Dispozitivele considerate n acest seciune sunt reazeme elastomerice laminate, dispozitive elasto-plastice, amortizoare vscoase sau cu frecare, penduli sau alte dispozitive a cror comportare este conform cu 10.1(2). Fiecare unitate asigur o funcie sau o combinaie a urmtoarelor funcii:

capacitatea de a prelua ncrcri verticale, combinat cu o flexibilitate lateral crescut i cu o rigiditate vertical nalt; disipare de energie, prin amortizare histeretic sau vscoas;

capacitatea de a reveni la poziia iniial;

limitarea deplasrii laterale (rigiditate elastic suficient) sub ncrcrile de serviciu laterale, neseismice.

Substructurpartea structurii amplasat sub interfaa de izolare, ncluznd i fundaia.NOT Flexibilitatea lateral a substructurii(lor) este n general neglijabil n comparaie cu cea a sistemului de izolare, dar sunt i cazuri cnd nu este neglijabil (de exemplu la poduri).

Suprastructur

partea structurii care este izolat i este amplasat deasupra interfeei de izolare.

Izolare total

suprastructura este total izolat dac n ipoteza seismic de proiectare, rmne n domeniul elastic. Altfel, suprastructura este parial izolat.

Centrul de rigiditate efectiv

centrul de rigiditate calculat la faa superioar a interfeei de izolare, adic incluznd i flexibilitatea unitilor izolatoare i a substructurii(lor).

NOT La cldiri, rezervoare sau structuri similare, flexibilitatea substructurii poate fi neglijat la determinarea acestui centru, care coincide astfel cu centrul de rigiditate al unitilor izolatoare.Deplasarea de proiectare (a sistemului de izolare pe direcia principal)

deplasarea orizontal maxim a centrului efectiv de rigiditate ntre vrful substructurii i baza suprastructurii, sub aciunea seismic de proiectare.Deplasarea de proiectare total (a unei uniti izolatoare pe direcia principal)

deplasarea orizontal maxim a unitii considerate, care include deplasarea de proiectare i deplasarea datorat rotirii de torsiune dup axa vertical.

Rigiditatea efectiv (a sistemului de izolare pe direcia principal)raportul dintre fora orizontal total transferat prin interfaa de izolare, cnd deplasarea de proiectare are loc n aceiai direcie, mprit la valoarea absolut a acestei deplasri (rigiditatea secant).

NOT Rigiditatea efectiv este n general obinut printr-un calcul dinamic iterativ.

Perioada efectivperioada fundamental, pe direcia considerat, a unui sistem cu un grad de libertate, avnd masa suprastructurii iar rigiditatea egal cu rigiditatea efectiv a sistemului izolator.

Amortizarea efectiv (a sistemului de izolare pe direcia principal)valoarea amortizrii vscoase efective care corespunde cu energia disipat de sistemul de izolare n timpul rspunsului ciclic corespunztor deplasrii de proiectare.

10.3 Cerine fundamentale

(1)PTrebuie satisfcute cerinele fundamentale din 2.1 i din prile relevante ale acestui Eurocod, corespunztoare tipului structurii considerate.(2)PPentru dispozitivele de izolare este necesar un grad de ncredere ridicat. Acesta se poate obine prin multiplicarea deplasrii fiecrei uniti cu un factor de majorare x.

NOT Valoarea care trebuie atribuit pentru x pentru utilizarea ntr-o ar poate fi gsit n Anexa Naional la acest document, n funcie de tipul dispozitivului de izolare folosit. Pentru cldiri se recomand x = 1,2.10.4 Criterii de conformare

(1)PPentru conformarea cu cerinele fundamentale, trebuie verificate strile limit definite n 2.2.1(1).

(2)PCorespunztor strii de limitare a avariilor, toate reelele vitale care traverseaz rosturile din jurul structurii izolate trebuie s rmn n domeniul elastic.(3)

Pentru cldiri, la starea limit ultim, deplasarea relativ de nivel trebuie limitat att n substructur ct i n suprastructur n concordan cu 4.4.3.2.

(4)PLa starea limit ultim, capacitatea ultim a dispozitivelor de izolare, n termeni de rezisten i deformabilitate nu trebuie s fie depit, considernd factorii de siguran relevani (vezi 10.10(6)P).(5)

In aceast seciune este luat n considerare numai izolarea total.

(6)

Dei n anumite cazuri se poate accepta c substructura are o comportare inelastic, n aceast seciune se consider c rmne n domeniul elastic.

(7)

La starea limit ultim dispozitivele de izolare pot atinge capacitatea lor ultim, n timp ce suprastructura i substructura rmn n domeniul elastic. Prin urmare, nu sunt necesare nici proiectarea la capacitate, nici detaliile de ductilizare att n suprastructur, ct i n substructur.(8)PLa starea limit ultim, reelele de gaz i alte reele periculoase care traverseaz rosturile ce separ suprastructura de terenul nconjurtor sau de alte construcii trebuie s fie proiectate astfel nct s se acomodeze n condiii de siguran la deplasrile relative dintre suprastructura izolat i terenul sau construciile nconjurtoare, lund n considerare factorul x definit n 10.3(2)P.

10.5 Prevederi generale de proiectare10.5.1 Prevederi generale referitoare la dispozitive(1)PIntre suprastructur i substructur se va prevedea un spaiu suficient, mpreun cu alte msuri necesare pentru a permite inspectarea, ntreinerea i nlocuirea dispozitivelor n timpul duratei de funcionare a structurii.

(2)

Dac este necesar, dispozitivele trebuie protejate de efectele periculoase cum ar fi focul i atacurile chimice sau biologice.

(3)

Materialele utilizate la proiectarea i construirea dispozitivelor trebuie s se conformeze normelor existente relevante.

10.5.2 Controlul micrilor defavorabile

(1)

Pentru a minimiza efectele torsiunii, centrele efective de rigiditate i de amortizare ale sistemului de izolare trebuie s fie ct mai apropiate de proiecia centrului maselor pe interfaa de izolare.(2)

Pentru a minimiza diferenele de comportare dintre dispozitivele de izolare, eforturile de compresiune induse n acestea de aciunile permanente trebuie s fie ct mai uniforme posibil.

(3)PDispozitivele trebuie s fie fixate att de suprastructur, ct i de substructur.(4)PSistemul de izolare trebuie s fie proiectat astfel nct ocurile i micrile poteniale de torsiune s fie inute sub control prin msuri adecvate acestui scop.

(5)

Cerinele de la (4)P referitoare ocuri se consider satisfcute dac efectele posibilelor ocuri sunt evitate prin dispozitive adecvate (de ex. amortizoare, dispozitive absorbante de oc etc).

10.5.3 Controlul diferenelor dintre micrile seismice ale terenului

(1)

Elementele structurale care se afl peste i sub interfaa de izolare, trebuie s fie suficient de rigide att pe direciile orizontale, ct i pe vertical, astfel nct efectele diferenelor dintre micrile seismice ale terenului s fie minimizate. Aceast prevedere nu se aplic podurilor sau structurilor situate la nlime la care pilele i culeele aflate sub interfaa de izolare pot fi deformabile.

(2)

La cldiri, punctul (1) se consider satisfcut dac condiiile enunate mai jos sunt ndeplinite:

a) Deasupra i sub sistemul de izolare se prevd diafragme rigide constnd n plci de beton armat sau reele de grinzi care au fost proiectate lund n considerare toate modurile locale i globale de flambaj. Diafragmele nu sunt necesare dac structura este alctuit din substructuri de tip cutie rigid;b) Dispozitivele care alctuiesc sistemul de izolare sunt fixate la ambele capete de diafragmele menionate mai sus fie direct, fie, dac nu este posibil, prin intermediul unor elemente verticale, a cror deplasare relativ orizontal este mai mic de 1/20 din deplasarea relativ a sistemului de izolare n ipoteza seismic de proiectare.

10.5.4 Controlul deplasrilor relative fa de terenul i construciile nconjurtoare(1)

Intre suprastructura izolat i terenul sau construciile nconjurtoare trebuie lsat un spaiu suficient pentru a permite deplasarea suprastructurii n orice direcie n ipoteza seismic de proiectare.

10.5.5 Proiectarea conceptual a cldirilor izolate la baz

(1)

Proiectarea conceptual a cldirilor izolate la baz trebuie s se conformeze att prevederilor din Seciunea 2 i din 4.2, ct i prevederilor suplimentare date n aceast seciune. 10.6 Aciunea seismic

(1)PTrebuie s se considere c cele dou componente ale aciunii seismice, orizontal i vertical, acioneaz simultan.(2)

Fiecare component a aciunii seismice este definit n 3.2, n termenii spectrului elastic, pentru condiiile locale de teren i pentru acceleraia terenului, de proiectare, ag.

(3)

La cldirile din clasa de importan IV, trebuie s se in cont de spectrele specifice amplasamentului, inclusiv de efectele apropierii de surs, dac construcia este amplasat la mai puin de 15 km de cea mai apropiat falie potenial activ cu o magnitudine Ms ( 6,5. Aceste spectre nu trebuie s fie luate n considerare dac sunt mai mici dect spectrul standard definit n (2) al acestui subparagraf.(4)

Pentru cldiri, combinaiile componentelor aciunii seismice sunt date n 4.3.3.5.

(5)

Dac este necesar un calcul dinamic neliniar, atunci trebuie luat un set de cel puin trei nregistrri ale micrii terenului iar calculul trebuie s se conformeze cerinelor din 3.2.3.1 i 3.2.3.2.10.7 Factorul de comportare(1)PCu excepia prevederilor din 10.10(5), valoarea factorului de comportare q trebuie s fie luat egal cu 1.10.8 Proprietile sistemului de izolare

(1)PValorile proprietilor mecanice i fizice ale sistemului de izolare, necesare pentru calcul, trebuie s fie cele mai defavorabile care pot fi atinse pe durata de funcionare a structurii. Ele trebuie s reflecte influena urmtorilor factori, n funcie de relevana lor: viteza de ncrcare;

mrimea ncrcrilor verticale simultane;

mrimea i simultaneitatea ncrcrilor orizontale pe direcie transversal; temperatura;

schimbarea proprietilor construciei pe durata de funcionare proiectat.

(2)

Acceleraiile i forele de inerie induse de cutremur trebuie s fie evaluate lund n considerare valoarea maxim a rigiditii i valoarea minim a coeficienilor de frecare i amortizare.(3)

Deplasrile trebuie s fie evaluate innd cont de valorile minime ale rigiditii i ale coeficienilor de frecare i amortizare.

(4)

La cldirile din clasele de importan I i II, pot fi utilizate valorile medii ale proprietilor fizice i mecanice, cu condiia ca valorile extreme (maxime sau minime) s nu difere cu mai mult de 15% de valorile medii.10.9 Calculul structural10.9.1 Generaliti

(1)PRspunsul dinamic al sistemului structural trebuie s fie calculat n termeni de acceleraii, fore de inerie i deplasri.

(2)PLa cldiri trebuie luate n considerare efectele torsionale, inclusiv efectele excentricitii accidentale definit n 4.3.2.

(3)

Modelul sistemului de izolare trebuie s reflecte cu suficient acuratee distribuia spaial a unitilor izolatoare, astfel nct s se in cont n mod corespunztor de translaia pe ambele direcii, de efectele corespunztoare rsturnrii i de rotirea n jurul unei axe verticale. Acest model trebuie s reflecte adecvat i caracteristicile diferitelor tipuri de uniti folosite n sistemul de izolare.10.9.2 Calculul liniar echivalent

(1)

Dac satisface condiiile de la punctul (5) al acestui subparagraf, sistemul izolator poate fi modelat pentru o comportare echivalent liniar vsco-elastic, dac este alctuit din dispozitive cum ar fi reazeme din elastomeri laminai sau cu comportare histeretic biliniar cnd sistemul const din tipuri de dispozitive elasto-plastice.

(2)

In cazul unui model liniar-echivalent, trebuie utilizat rigiditatea efectiv a fiecrei uniti izolatoare (adic valoarea rigiditii secante pentru deplasarea total de proiectare, ddb), respectnd n acela timp prevederile din 10.8(1)P. Rigiditatea efectiv Keff a sistemului izolator este suma rigiditilor efective ale unitilor izolatoare.

(3)

Dac se folosete un model liniar-echivalent, disiparea energiei de ctre sistemul de izolare trebuie exprimat n termenii unei amortizri echivalent-vscoase, ca amortizare efectiv(eff). Disiparea de energie n dispozitive trebuie s fie dedus prin msurarea energiei disipate n cicluri cu frecvena n domeniul frecvenelor naturale ale modurilor considerate. Pentru modurile superioare din afara acestui domeniu, factorul de amortizare modal a ntregii structuri trebuie s fie luat egal cu al suprastructurii cu baza fix.

(4)

Cnd rigiditatea efectiv sau amortizarea efectiv a unei anumite uniti izolatoare depinde de deplasarea de proiectare ddc, trebuie aplicat o procedur iterativ pn cnd diferena dintre valoarea ddc atribuit i cea calculat este sub 5% din valoarea atribuit.

(5)

Comportarea sistemului izolator poate fi considerat liniar-echivalent dac urmtoarele condiii sunt ndeplinite:

a) rigiditatea efectiv a sistemului de izolare, aa cum este definit n (2) al acestui subparagraf nu este mai mic de 50% din rigiditatea efectiv pentru deplasarea de 0,2ddc;

b) factorul amortizrii efective a sistemului de izolare, aa cum este definit n (3) al acestui subparagraf nu trebuie s depeasc 30%;

c) caracteristicile relaiei for deplasare ale sistemului izolator nu variaz cu mai mult de 10% n funcie de viteza de ncrcare i de mrimea ncrcrilor verticale;d) creterea forei de revenire a sistemului izolator pentru deplasri ntre 0,5ddc i ddc nu este mai mic dect 2,5% din fora gravitaional total de deasupra sistemului izolator.

(6)

Dac comportarea sistemului izolator este considerat liniar-echivalent i aciunea seismic este definit prin spectrul elastic, aa cum este prevzut n 10.6(2), trebuie efectuat o corecie a amortizrii n concordan cu 3.2.2.2(3).

10.9.3 Calculul liniar simplificat

(1)

Metoda de calcul liniar simplificat consider dou translaii dinamice orizontale la care suprapune efectele torsiunii statice. Metoda presupune c suprastructura este un solid rigid care se translateaz deasupra sistemului izolator, n condiiile din (2) i (3) ale acestui subparagaf. Astfel, perioada efectiv pentru translaie este:

undeM

este masa suprastructurii

Keff

este rigiditatea orizontal efectiv a sistemului izolator aa cum este definit n 10.9.2(2).

(2)

Micarea de torsiune n jurul axei verticale poate fi neglijat la evaluarea rigiditii orizontale efective i n calculul liniar simplificat dac, pe fiecare dintre cele dou direcii orizontale principale, excentricitatea total (inclusiv excentricitatea accidental) a centrului de rigiditate al sistemului izolator fa de proiecia centrului maselor suprastructurii nu depete 7,5% din lungimea perpendicular pe direcia orizontal considerat. Aceasta este o condiie pentru aplicarea metodei de calcul liniar simplificat.

(3)

Metoda simplificat poate fi aplicat sistemelor izolatoare cu o comportare liniar amortizat echivalent, dac acestea se conformeaz tuturor condiiilor urmtoare:

a) distana de la amplasament la cea mai apropiat falie potenial activ cu o magnitudine Ms ( 6,5 este mai mare de 15 km;

b) cea mai mare dimensiune a suprastructurii n plan nu este mai mare de 50 m;c) substructura este suficient de rigid pentru a minimiza efectele diferenelor de deplasare ale terenului;d) toate dispozitivele sunt amplasate deasupra elementelor substructurii care preiau ncrcrile verticale;

e) perioada efectiv Teff satisface urmtoarea condiie:

3Tf ( Teff ( 3s

(10.2)

unde Tf este perioada fundamental a suprastructurii n ipoteza c are o baz fix (estimat printr-o expresie simplificat),(4)

La cldiri, pentru ca metoda simplificat s poat fi aplicat sistemelor izolatoare cu comportare liniar amortizat echivalent, n afara prevederilor de la (3) al acestui subparagaf, mai trebuie s fie ndeplinite i urmtoarele condiii:a) sistemul suprastructurii care preia ncrcrile laterale trebuie s fie regulat i simetric fa de cele dou axe principale din plan;b) rotirea balansat la baza substructurii trebuie s fie neglijabil;

c) raportul dintre rigiditatea vertical i cea orizontal a sistemului izolator trebuie s satisfac urmtoarea condiie:

d) perioada fundamental pe direcie vertical, Tv trebuie s nu fie mai mare de 0,1 s, unde:

(5)

Deplasarea centrului de rigiditate, datorat aciunii seismice, trebuie s fie calculat pe fiecare direcie orizontal cu urmtoarea expresie:

unde Se(Teff,eff) este acceleraia spectral definit n 3.2.2.2, considernd valoarea corespunztoare a amortizrii efective eff n concordan cu 10.9.2(3).

(6)

Forele orizontale aplicate la fiecare nivel al suprastructurii trebuie s fie calculate, pe fiecare direcie orizontal, cu urmtoarea expresie:

unde mj este masa nivelului j(7)

Sistemul de fore considerat n (6) induce efecte torsionale datorate combinaiei dintre excentricitatea natural i cea accidental.(8)

Dac condiia din (2) al acestui subparagraf, referitoare la neglijarea micrii de torsiune dup axa vertical, este satisfcut, efectele torsionale n unitile izolatoare individuale pot fi calculate multiplicnd efectele aciunii de pe fiecare direcie, definite n (5) i (6) cu un factor (i dat (pentru aciunea de pe direcia x) de expresia:

unde

y

este direcia orizontal perpendicular pe direcia x considerat;

(xi,yi)sunt coordonatele unitii i izolatoare, relativ la centrul de rigiditate efectiv;

etot,y

este excentricitatea total pe directia y;ry

este raza de torsiune a sistemului izolator pe direcia y, dat de expresia:

Kxi i Kyi sunt rigiditile efective ale unitii i considerate, pe direciile x i respectiv y(9)

Efectele torsionale n suprastructur trebuie s fie estimate n concordan cu 4.3.3.2.4.

10.9.4 Calculul liniar modal simplificat(1)

Dac comportarea dispozitivelor poate fi considerat liniar-echivalent, dar nici una dintre condiiile din 10.9.3(2), (3) sau (4) (dac este aplicabil), nu este ndeplinit, calculul modal poate fi efectuat n concordan cu 4.3.3.3.

(2)

Dac toate condiiile 10.9.3(3) i (4) (dac este aplicabil) sunt ndeplinite, se poate efectua un calcul simplificat, innd cont de deplasrile orizontale i de micarea de torsiune dup axa vertical i considernd c substructurile i structurile au o comportare de solid rigid. In acest caz trebuie considerat n calcul excentricitatea total a masei suprastructurii (inclusiv excentricitatea accidental conform 4.3.2(1)P). Deplasrile n fiecare punct al structurii trebuie s fie calculate combinnd deplasrile de translaie cu cele de rotaie. Aceast prevedere se aplic n mod special la evaluarea rigiditii efective a fiecrei uniti izolatoare. Pentru verificarea unitilor izolatoare, a substructurilor i a suprastructurilor trebuie s se ia n considerare forele de inerie i momentele.

10.9.5 Calculul dinamic neliniar

(1)PDac un sistem izolator nu poate s fie reprezentat printr-un model liniar-echivalent (adic nu sunt ndeplinite condiiile din 10.9.2(5)), rspunsul seismic trebuie s fie evaluat printr-un calcul dinamic neliniar, folosind o lege constitutiv a dispozitivelor care poate s reproduc adecvat comportarea sistemului n domeniul de deformaii i viteze anticipat pentru situaia seismic de proiectare.

10.9.6 Elemente nestructurale

(1)PLa cldiri, elementele nestructurale trebuie s fie calculate n concordan cu 4.3.5, lund n considerare efectele dinamice ale izolrii (vezi 4.3.5.1(2) i (3)).

10.10 Verificrile siguranei la starea limit ultim

(1)PSubstructura trebuie s fie verificat la forele de inerie care i sunt aplicate direct, precum i la forele i momentele care i sunt transmise de sistemul izolator.(2)PStarea limit ultim a substructurii i suprastructurii trebuie s fie verificat folosind valorile M definite n seciunile relevante ale acestui Eurocod.(3)PLa cldiri, verificrile siguranei care privesc echilibrul i rezistena substructurii i suprastructurii trebuie s fie efectuate n concordan cu 4.4. Proiectarea capacitii i condiiile globale sau locale de ductilitate nu sunt necesare.

(4)

La cldiri, elementele structurale ale substructurii i suprastructurii pot fi proiectate ca nedisipative. Pentru cldirile din beton, oel sau compozite din oel i beton, se poate adopta clasa de ductilitate L i se pot aplica prevederile din 5.3, 6.1.2(2)P, (3) i (4) sau 7.1.2(2)P i (3).

(5)

La cldiri, condiiile de rezisten ale elementelor structurale ale suprastructurii pot fi satisfcute lund n considerare efectele aciunilor seismice mprite la un factor de comportare a crui valoare nu trebuie s fie mai mare de 1,5.

(6)Pinnd cont de cedarea posibil prin flambaj a dispozitivelor i folosind valorile naionale ale coeficientului M, rezistena sistemului izolator trebuie s fie evaluat lund n considerare factorul x definit n 10.3(2)P.

(7)

In funcie de tipul de dispozitiv considerat, rezistena unitilor izolatoare trebuie s fie evaluat la starea limit ultim prin unele dintre urmtoarele mrimi:

a) fore, lund n considerare valorile maxime posibile ale forelor verticale i orizontale n ipoteza de proiectare seismic, inclusiv efectele de rsturnare;

b) diferena dintre deplasarea total orizontal la faa inferioar i cea de la fa superioar a unitii. Deplasarea orizontal trebuie s includ deformaia datorat aciunii seismice de proiectare i efectele de contracie i curgere lent, temperatur i post-ntindere (dac suprastructura este precomprimat).(10.1)

(10.3)

(10.4)

(10.5)

(10.6)

(10.7)

(10.8)

174167