procedee de consolidare a unor cl diri de...
TRANSCRIPT
-
1
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI
Departamentul de Rezistenţa Materialelor, Poduri si Tuneluri
PROCEDEE DE CONSOLIDARE A UNOR CLĂDIRI DE
LOCUIT MULTIETAJATE VULNERABILE SEISMIC
Autor:
Drd. ing Adrian Manolache
Conducator ştiinţific:
Prof. dr. ing. Mircea Ieremia
BUCUREŞTI 2012
-
2
CONŢINUTUL TEZEI DE DOCTORAT
Lucrarea de faţa prezintă contribuţiile autorului in domeniul conceperii
judicioase şi proiectării bazate pe performanţa a consolidărilor acelor clădiri
existente care nu au avut prevazute prin proiectare o protecţie seismică
corespunzatoare.
Capitolul intâi este unul introductiv si se refera atat la istoricul cercetarii si
proiectarii seismice din ţara noastră cât si la necesitatea evaluării
vulnerabilitaţii seismice a construcţiilor existente.
Aceasta evaluare este necesara pentru a se stabili consecinţele producerii
unui seism într-o anumită zonă şi a se identifica clădirile cu cea mai mare
sensibilitate la cutremur in perspectiva consolidării structurii de rezistenţa.
In acest sens, vulnerabilitatea trebuie sa fie exprimată sub o forma
compatibila cu noţiunea de alee seismică, astfel incât să se poata estima
impactul asupra unei intregi zone construite.
Capitolul al doilea din lucrare face o prezentare exhaustivă a stadiului
actual a cercetărilor privind acţiunea seismică, conform cărora acţiunea
seismică a fost considerată o forţă cu actiune dinamica, iar raspunsul calculat
a unei structuri s-a determinat pe baza principiului fundamental al Dinamicii.
Pe cale de consecinta , calculul eforturilor si dimensionarea structurii de
rezistenţa la seism se baza pe echilibrarea forţelor de acţiune si reacţiune
dintre teren si structură.
Capitolul al treilea al lucrării dezvoltă un concept modern si mult mai
complex de abordare al proiectării seismice si anume proiectarea bazata pe
performanţă. Aceasta proiectare se bazează pe faptul ca forţele seismice
sunt de fapt consecinţe ale deplasarilor produse de cutremur la baza
construcţiei. Atata timp cat intre forţe si deplasări există o relaţie liniara,
analiza dinamică considerand aproximarea prin forţe a fenomenului seismic
este echivalentă cu o analiză a deplasărilor.
Această echivalenţă incetează insă a mai fi valabilă in momentul in care
comportarea materialului nu mai este liniar-elastică. Pe cale de consecinţă,
proiectarea bazată pe performantă urmareste sa controleze deplasarile si nu
sa echilibreze forţele provocate de seism. Proiectantul trebuie sa ia masuri
prin care sa asigure structurii in primul rand o rigiditate si o ductilitate
corespunzătoare care sa determine anumite nivele de performantă
prestabilite cum ar fi : Siguranta vietii, Protejarea vietii, Evitarea colapsului.
Aceste niveluri de performantă se obţin in relaţie directă cu anumite limitări
ale deplasărilor laterale ale construcţiei
-
3
Răspunsul materialului la acţiunile exterioare este in mod semnificativ
neliniar, deci influenţa modificărilor acţiunii seismice in geometria structurii nu
poate fi neglijată. Ca urmare comportarea sub sarcină a structurii este guvernată
de efecte neliniare. Se impune deci, efectuarea unei analize statice si dinamice
neliniare (din punct de vedere fizic si geometric), care constituie un fundament
fără de care, in prezent nu se poate concepe proiectarea, optimizarea soluţiei de
consolidare, sau supravegherea in exploatare a unor constructii civile,
industriale sau de patrimoniu cultural la actiunea seismica.
Capitolul al patrulea din lucrare este dedicat modelării explicite a comportării
şi răspunsului structural in raport cu acţiunea seismică. De asemeni se prezintă
metode de calcul pentru determinarea răspunsului seismic al structurilor cât si
pentru evaluarea deplasărilor acestora in cursul seismului. In acest capitol se
face şi o clasificare a structurilor in funcţie de capacitatea acestora de disipare a
energiei seismice care se incadreaza in clase de ductilitate. Alegerea
principiului de proiectare (slab-disipativa sau disipativa), cât si a clasei de
ductilitate este la latitudinea proiectantului şi ţine seama de caracteristicile de
amplasament şi concepţie a structurii existente.
In Capitolul al cincilea se face o sinteza a soluţiilor si metodologiilor utilizate
in practica actuală pentru ridicarea nivelului de asigurare antiseismică a
construcţiilor existente.
Examinarea unei construcţii existente si luarea unei decizii prin care sa se
ridice gradul de asigurare seismică a unei construcţii existente este cu atat mai
dificilă cu cat sistemele constructive si tehnicile adoptate in trecut nu luau in
consideraţie absolut de loc masuri de protectie antiseismica.
Aceasta stare de fapt a fost in mod grav pusa in evidenta cu ocazia
cutremurului din 4 martie 1977, cand 90% din cladirile prabusite in Bucuresti
au fost cladiri construite inainte de razboi si care nu au avut prevazute prin
proiectare un minim de protectie antiseismică.
In acest capitol se studiază si fenomenul de interacţiune dinamică dintre sol si
structura, care este una dintre cele mai importante cerinţe in proiectarea
seismică, deoarece incarcările structurale trebuie transmise şi preluate de teren
in condiţii de deplină siguranţă.
In acest sens este necesar ca traseul de transmitere a eforturilor de la structură
la teren sa se faca pe calea cea mai directa si simpla, fara deformatii plastice in
infrastructură.
-
4
Dimensionarea fundaţiilor este deseori foarte sensibilă in raport cu distribuţia
admisă a presiunilor pe teren, fenomen care influenţeaza direct marimea
eforturilor secţionale. Din acest motiv trebuie oglindită in calcule imprăstierea
proprietaţilor terenului de fundare, mai ales daca se ţine seama de solicitările
dinamice repetate in ambele direcţii, acceptandu-se valori convenabile pentru
rigiditatea dinamica a terenului. Forţele orizontale maxime ce trebuie transmise
la fundaţii corespund fortelor capabile ale suprastructurii, astfel se considera
fundatiile ca lucrand in stadiul elastic.
In Capitolul al şaselea se face o sinteză a tezei si se prezintă contribuţiile
personale ale autorului in ceea ce priveşte optimizarea solutiilor de consolidare
a clădirilor multietajate vulnerabile seismic.
In Anexe se prezintă doua cazuri reale din situaţia fondului locativ existent si
măsurile care s-au luat şi se iau in prezent pentru consolidarea clădirilor.
Cade in sarcina experţilor si specialistilor structurişti de a face eforturi
susţinute in vederea adoptării unor soluţii de consolidare si remediere a
deficienţelor construcţiilor vechi si avariate care sa fie ieftine si sigure şi care să
inlocuiască soluţiile clasice si uneori oneroase de consolidare care s-au adoptat
in mod tradiţional pana in prezent.
Această problemă prezintă un grad de complexitate deosebit, având in vedere
faptul ca necesită luarea in consideraţie a multor factori precum :
siguranţa,economicitatea, cât şi performanţa in timpul exploatării.
Intre criteriile decisive care trebuie avute in vedere , cele mai importante sunt
siguranţa vietii şi evitarea colapsului.
Problema este dificilă pentru cei care decid soluţiile de intervenţie individuale
pentru fiecare caz in parte, deoarece in procesul decizional participă mai multe
părţi interesate:
- Investitorul care acordă creditele şi care impune o serie de constrângeri
referitoare la costurile lucrărilor;
- Beneficiarul direct al lucrării care introduce constrângeri generate de
aspectul tehnic, arhitectural si utilizare;
- Proiectantul construcţiei care trebuie sa fie preocupat atât de aspectul
tehnic si de siguranţă cât si de probleme de execuţie şi avizare de la
autorităţile locale.
De asemeni proiectarea trebuie să ţină seama şi de problema alegerii soluţiei
optime, care să fie intocmită cu respectarea strictă a prevederilor din
eurocoduri, standarde, normative si instrucţiuni de proiectare.
-
5
KEYWORDS
Cutremur, deformare postelastică, alee seismică, rigiditate, disipare de
energie, comportare ductilă, actiune seismică, expertiză tehnică, grad de
asigurare antiseismică, intervenţie structurală, evaluare calitativă, evaluare
analitică, clase de risc seismic, consolidare .
-
6
MULŢUMIRI
Doresc sa aduc mulţumiri conducatorului ştiintific, domnul prof. univ. dr.ing.
Mircea Ieremia, pentru indrumarea sa competenta si plină de generozitate pe tot
parcursul elaborarii tezei de doctorat, fără de care nu s-ar fi realizat această
lucrare.
Doresc sa adresez multumiri onoratei Comisii ; presedintelui prof. univ. dr.ing.
Ion Bica si membrilor prof. univ. dr. ing. Gheorghe Oprea, conf. univ.dr. ing.
Daniel Stoica, conf. univ. dr. ing. Mihai Vrabie , Catedrei de Rezistenta
Materialelor si prof. univ.dr. ing. Dan Creţu, pentru sugestiile si aprecierile
făcute pe marginea lucrarii.
Mulţumesc colegului si colaboratorului meu, ing. Eugen Cernica, pentru
ajutorul dat in redactarea materialului de fata, domnului dr. ing. Emil
Voiculescu pentru ajutorul stiintific ca sa pot duce la bun sfarsit o intreprindere
atat de dificila .
Multumesc tatălui meu, conf. dr. ing. Manolache Marin, al cărui exemplu m-a
stimulat tot timpul sa nu fiu mai prejos, dar ale cărui performante nu am reusit
să le ating niciodată.
Un cuvant de mulţumiri ţin sa aduc şi copiilor mei, care am vrut sa aibe
sentimente de apreciere si de admiraţie pentru tatal lor.
-
7
CUPRINS
CAPITOL 1. INTRODUCERE………………………………………………...9
1.1. Istoric al cercetării si proiectării seismice din tara noastră.............................9
1.2. Stabilirea criteriilor de alegere a intervenţiilor structurale............................10
CAPITOL 2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR EFECTUATE
PRIVIND ACTIUNEA SEISMICĂ…………………………………………...12
2.1. Aspecte privind problematica modelării recurenţei acţiunii seismice...........12
2.2.Modele probabilistice pentru analiza siguranţei elementelor structurale.......12
2.3. Apecte generale privind masurarea si calculul acţiunii seismice...................14
2.4. Aspecte privind evoluţia normelor de calcul in decursul timpului................26
2.5. Cutremure de proiectare.................................................................................29
2.6. Metode de calcul la acţiuni seismice..............................................................31
2.7. Date privind condiţiile seismice ale ţarii noastre...........................................41
CAPITOL 3. PROIECTAREA BAZATA PE PERFORMANTA....................45
3.1. Introducere.....................................................................................................45
3.2. Aspecte privind asigurarea structurală...........................................................46
3.3.Definirea nivelurilor de performanţă in functie de frecventa
cutremurelor..........................................................................................................47
3.4. Introducerea proiectarii bazate pe performantă in normele actuale de calcul
seismic...................................................................................................................47
3.5. Determinarea deplasărilor de nivel................................................................50
3.6. Definirea intensităţilor seismice asociate nivelurilor de
performanţă..........................................................................................................52
3.7. Capacitatea de disipare a structurii – Factorul de reducere q........................53
3.8. Calculul solicitărilor seismice........................................................................55
3.9. Consideraţii asupra imbinărilor......................................................................56
CAPITOL 4. RĂSPUNSUL STRUCTURILOR LA ACŢIUNEA
SEISMICĂ............................................................................................................58
4.1. Modelarea comportării structurale.................................................................58
4.2. Analiza dinamică modală. Prevenirea fenomenului de rezonantă................62
4.3. Calculul structurilor la actiunea seismică......................................................63
4.4. Modelarea comportării structurale la actiunea seismică printr-o analiză
numerică neliniară in deplasări.............................................................................64
4.5. Metode de calcul pentru determinarea răspunsului seismic..........................67
4.6. Evaluarea deplasării structurii in cursul seismului.......................................68
-
8
4.7. Modul de asigurare a rezistentei construcţiilor la acţiunea seismică...83
4.8. Tipuri de structuri-răspunsul seismic...........................................................85
4.9. Efectele inerţiale si diferenţiale ale unui seism asupra constructiei şi
echipamentelor.....................................................................................................93
CAPITOL 5. TIPURI ŞI VARIANTE DE INTERVENŢIE PENTRU
RIDICAREA NIVELULUI DE ASIGURARE ANTISEISMICĂ A
CONSTRUCŢIILOR EXISTENTE....................................................................96
5.1. Soluţii utilizate in practica actuala in domeniul consolidărilor si reparaţiilor
construcţiilor existente.........................................................................................96
5.2. Stabilirea criteriilor de intervenţie pentru protecţia antiseismică.................97
5.3. Forţele seismice reale.................................................................................101
5.4. Aspecte specifice ale verificării de rezistenţă in cazul clădirilor
existente............................................................................................................103
5.5. Variante de intervenţie pentru ridicarea nivelului de asigurare antiseismica a
unei construcţii existente...................................................................................113
5.6. Tipuri de consolidare pentru structuri din beton armat..............................115
5.7. Caracteristicile de deformare ale terenului de fundare..............................127
5.8.Stabilirea principiilor si soluţiilor de consolidare pentru construcţiile din
fondul construit existent...................................................................................129
CAPITOL 6. CONCLUZII FINALE...........................................................135
6.1 Rezumatul tezei...........................................................................................135
6.2 Contribuţii personale...................................................................................135
BIBLIOGRAFIE ..............................................................................................141
ANEXE. STUDII DE CAZ.............................................................................144
1. STUDIU DE CAZ NR. 1..............................................................................145
Consolidarea unei cladiri din strada Louis Calderon nr. 61, Bucureşti............145
2. STUDIU DE CAZ NR. 2..............................................................................196
Consolidarea unei cladiri din strada Ion Nistor nr.42 Bucureşti.....................196
-
9
CAPITOL 1. INTRODUCERE
1.1. Istoric al cercetărilor şi proiectării seismice în ţara noastră
Având in vedere poziţia geografică a Romaniei şi faptul că periodic in
această arie s-au produs cutremure de pămant importante , pe alocuri
devastatoare, care s-au soldat cu pierderi de vieţi omeneşti şi pagube
materiale importante, in decursul timpului s-au stabilit procedee si norme
care să asigure protecţia antiseismică a constructiilor in zone susceptibile de
producere a cutremurelor.
In perioada antebelică nu a existat o preocupare explicită pentru protecţia la
seism a clădirilor de locuit, acestea proiectându-se exclusiv la incarcări
gravitaţionale.
Această stare de fapt a fost in mod grav pusă in evidentă cu ocazia
cutremurului din 4 martie 1977 cand 90% din clădirile prăbuşite in
Bucureşti au fost clădiri construite inainte de război si care nu au avut
prevăzute prin proiectare un minim de protecţie antiseismică.
In schimb cladirile care au fost concepute pentru a rezista la acţiuni
seismice s-au comportat satisfacător si doar două dintre ele au suferit
prabuşiri parţiale.
Acest fapt poate fi semnalat ca un lucru de apreciat pentru breasla
inginerilor structurişti din Romania, fapt care a fost remarcat si de marele
specialist neozeelandez Thomas Paulay care a afirmat ca inginerii structurişti
din Romania sunt cei mai buni din lume.
Cutremurul din 1977 a avut printre altele si rolul de a perfecţiona breasla
inginerilor constructori din Romania prin proiectarea « hands on job » prin
experienţa directă.
Astfel , datorită cercetărilor specialiştilor de la INCERC Bucureşti care au
evidenţiat diferenţe mari din punct de vedere spectral intre cutremurul in
sine şi prevederile vechilor normative, s-au putut aduce ajustari acestor
prevederi preluate din documentaţii străine şi neînsuşite in mod critic de
normativele autohtone in conformitate cu realitatea din ţara noastră.
Un alt element important pentru imbunătăţirea normativului de cutremur a
fost şi luarea in consideraţie a aportului comportării ductile a structurilor de
rezistenţă , in special a structurilor de beton armat care erau proiectate la
incărcări statice.
-
10
In prezent, şcoala noastră de constructii a trecut cu succes peste stadiul de
invătare a problematicii de asigurare la acţiunea seismica a construcţiilor si
Ingineria seismica a ajuns in stadiul de maturitate, permiţând să se inveţe din
experienta directă a cutremurelor.
Privind in perspectiva a ceia ce trebuie făcut referitor la proiectarea
construcţiilor noi, situaţia este mulţumitoare, normativul actual răspunzând
foarte bine cerinţelor de asigurare antiseismică moderne.
In schimb, in ceia ce priveste situaţia fondului locativ existent, autoritaţile din
Romania se confruntă cu o situaţie dificilă , deoarece măsurile care s-au luat şi
se iau in prezent pentru consolidarea clădirilor existente sunt foarte modeste.
Cade in sarcina experţilor si specialiştilor structurişti de a face eforturi susţinute
in vederea adoptării unor soluţii de consolidare şi remediere a deficienţelor
construcţiilor vechi si avariate, care sa fie ieftine si sigure şi să inlocuiască
unele dintre soluţiile clasice şi oneroase de consolidare care s-au adoptat in mod
tradiţional până in prezent.
1.2. Stabilirea criteriilor de alegere a intervenţiilor structurale
Stabilirea criteriilor de alegere a unei soluţii de intervenţie cat mai sigure si
economice trebuie sa fie responsabilitatea şi preocuparea de bază a
specialistului structurist chemat să rezolve problema consolidării unei clădiri
vulnerabile din punct de vedere seismic.
Aceasta problema prezinta un grad de complexitate deosebit, având in vedere
faptul că necesită luarea in consideraţie a multor factori precum : siguranţa,
economicitatea, cât si performanţa in timpul exploatării.
Intre criteriile decisive care trebuie avute in vedere , cele mai importante sunt
siguranţa vieţii şi evitarea colapsului.
Problema este dificilă, atât pentru cei care decid soluţiile de intervenţie
individuale pentru fiecare caz in parte, cat si pentru cei care redacteaza
normative tehnice , sau recomandari pentru soluţii de consolidare.
In cele ce urmeaza se face o trecere in revista a diferitelor abordari privind
evaluarea prin calcul a construcţiilor existente şi stabilirea principiilor şi
soluţiilor de intervenţie structurală, aşa cum apar ele in diferite normative din
domeniu, sau in cadrul unor lucrări de sinteză intocmite in acest scop.
-
11
Consolidarea structurilor trebuie realizată pe baza unor principii clar si
coerent exprimate, care să ducă la realizarea unor construcţii sigure cu o
vulnerabilitate seismică predictibilă la incidenţa unui cutremur de intensitate
maximă probabilă (specifica pentru zona seismica respectiva).
In stadiul actual este recunoscută necesitatea verificării prin calcul a
măsurilor de protecţie antiseismică adoptate pentru consolidarea structurală a
construcţiei respective.
Inginerul expert este in ultimă instantă răspunzător de intreaga desfăsurare a
procesului de evaluare, expertizare, alegerea soluţiei de intervenţie şi in ultimă
instantă de elaborarea proiectului de intervenţie si de punerea in siguranţă a
construcţiei până la nivelul de detaliu de execuţie.
Nivelul de asigurare antiseismică al unei construcţii existente, din clasa de
importantă normală, corespunde vulnerabilitaţii seismice determinate prin
expertizare tehnică, ca urmare a parcurgerii etapelor specifice de analiză si
evaluare.
Examinarea unei construcţii si luarea unor decizii cu privire la intervenţiile
necesare pentru ridicarea gradului de asigurare este mult inlesnită dacă expertul
tehnic, cunoscând perioada in care construcţia a fost realizată, se familiarizează
cu sistemul constructiv al timpului şi este capabil să ia masurile care să ţina
cont de corelarea cu evoluţia prescripţiilor de proiectare antiseismică.
-
12
CAPITOL2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR EFECTUATE
PRIVIND ACŢIUNEA SEISMICĂ
2.1. Aspecte privind problematica modelării recurenţei acţiunii seismice
Cutremurele (considerate la nivel de sursă) şi miscările seismice ale
terenului (considerate la nivel de amplasament) se produc în mod repetat, cu
cote de severitate variabile de la un caz la altul, în condiţii în care, la nivelul
cunoştinţelor actuale, momentele de timp de incidenţa si nivelurile de
severitate nu sunt previzibile într-o concepţie deterministă. Din acest motiv,
caracterizarea succesiunii evenimentelor seismice se face în prezent apeland
la o conceptie probabilistică , modelul de baza larg acceptat fiind cel de
proces stochastic. [19]
Examinarea cataloagelor de cutremure existente, de-a lungul timpului ,
pentru o durată de un mileniu (începând cu anul 984 d.Ch.), evidenţiază o
staţionaritate a activitaţii seismice, în special daca ne referim la activitatea
zonei seismogene vrâncene. În aceste condiţii, considerandu-se intervalele
mari de timp, apare drept întemeiată adoptarea modelului de proces
stochastic poissonian pentru modelarea recurenţei evenimentelor
seismice. Pe de alta parte, studiile de natură seismologică au evidenţiat o
tendinţa marcată de ciclicitate privind activitatea zonei seismogene
vrâncene. Pe această bază au fost elaborate prognoze pe termen mai scurt
privind incidenţa unui nou cutremur puternic. Daca pentru concepţia
lucrărilor noi, prevazute pentru exploatare pe intervale lungi de timp, este
satisfacatoare utilizarea procesului stochastic poissonian drept model de
bază, în cazul considerării problematicii construcţiilor existente (care au
o perspectivă de exploatare ulterioară pe intervale de timp mai limitate), se
justifică interesul pentru depăsirea modelului poissonian şi considerarea
implicaţiilor tendinţelor de ciclicitate.
2.2. Modele probabiliste pentru analiza siguranţei elementelor
structurale
Calculul structurilor de rezistenţă constituie o parte importantă a
procesului de proiectare a construcţiilor şi are consecinţă asupra consumului
de material şi asupra costului lucrărilor realizate.
Obiectivul esential al acestui proces este ca structurile şi elementele de
construcţii să aibe rezistenţe cel puţin egale cu tensiunile cauzate de sarcini.
-
13
Calculul structurilor cuprinde patru etape esenţiale :
- Determinarea acţiunior exterioare – calculul incărcărilor.
- Determinarea efectelor secţionale ale incarcarilor (eforturi, deplasari)-
calculul static.
- Determinarea capacităţii portante a elementelor structurale pe baza
mecanismului de rupere a secţiunii şi proprietaţilor fizico-mecanice ale
materialelor. – calculul de rezistenţă.
- Cercetarea siguranţei structurii, respectiv răspunsul in secţiuni critice sub
efectul incărcărilor , capacitatea portantă şi cerinţele in exploatare normală-
calculul siguranţei.
Exprimaţi pe baze deterministe coeficienţii de siguranţa nu ne pot asigura
riguros asupra incertitudinilor privind incarcările.
Natura este in esenţă probabilistică şi ca urmare o proiectare raţională se
bazează pe corelaţia optimă dintre: siguranţă, economie, serviciabilitate .
Din punct de vedere al ingineriei, in proiectarea structurii de rezistenţa
„siguranţa construcţiei” este cea mai importantă trăsatură a activităţii de
proiectare.
In modelarea probabilistică a siguranţei structurii, măsura
siguranţei este dată de probabilitatea componentei sigure notată cu Ps sau
probabilitatea de pierdere a capacitatii portante Pf şi ca urmare :
-siguranţa construcţiilor este integral o problemă de natură
probabilistică.
-standardizarea calculului probabilistic este deosebit de dificilă.
Postulate ale calculului probabilist al siguranţei structurilor :
-Postulatul incarcării: efectul incarcării se obţine prin suma efectelor
separate ale componentelor incărcării . Fiecare efect separat, corespunzător
unui anumit tip de incărcare, este o variabila aleatoare.
-Postulatul rezistenţei: rezistenţa unei secţiuni R este o variabilă aleatoare.
-Forma generală a condiţiei de sigurantă structurilor şi a elementelor
structurale trebuie să respecte condiţia:
SR (efortul produs de incărcare să fie mai mic sau cel puţin egal cu
capacitatea portantă a sectiunii).
Modelarea probabilistă a răspunsului structurilor ţine seama de relaţia de
calcul dintre rezistenţa materialului şi incărcări şi schema statică este
deterministă – legatura de tipul “cauză-efect” .
Probabilitatea de apariţie a unui efect (efort sectional sau unitar) in
funcţie de probabilitatea de manifestare a unei «cauze»(incărcări şi
-
14
caracteristicile variaţiei aleatoare a dimensiunilor şi proprietaţilor mecanice
ale materialelor), nu este cunoscută.
Rezolvarea acestei probleme ţine de domeniul Teoriei
probabilistice a structurilor.
2.3. Aspecte generale privind măsurarea şi calculul acţiunii seismice
2.3.1. Definirea Spectrelor Seismice de răspuns
Conceptul de spectru seismic de raspuns a fost formulat şi propus pentru a fi
utilizat in calculul şi proiectarea sistemelor structurale la acţiuni seismice, prima
oară in anul 1932 de către inginerul, fizicianul şi matematicianul francez
Maurice Biot. Metoda spectrului seismic de răspuns, dezvoltată de Biot in teza
sa de doctorat intitulată “ Vibrations of buildings during earthquakes “ a rămas
din păcate doar in sfera de cercetare academică mai mult de 40 de ani. Abia in
anii ‟70, această metodă a inceput să fie larg acceptată in mediile ingineresti din
intreaga lume.
Aceasta intărziere a fost generată de o serie de factori cum ar fi :
- Dificultăţi formidabile intâlnite in calculul răspunsului sistemului structural la
miscările dezordonate ale pământului in timpul cutremurelor.
-Numărul redus de accelerograme bune care puteau fi utilizate pentru studiul
răspunsului la acţiuni seismice.
Aceste două dificultăţi au putut fi inlăturate după anul 1965, odată cu apariţia
computerelor digitale.
Astăzi spectrul seismic de răspuns este un instrument practic utilizat pentru
caracterizarea mişcărilor seismice şi a efectului acestora asupra construcţiilor.
Răspunsul unui sistem dinamic SD cu 1 GLD poate fi exprimat in acceleraţii
absolute,viteze relative si deplasari relative.
Valorile maxime ale fiecăreia dintre aceste mărimi schematice fundamentale
mai sunt denumite Valori Spectrale (acceleratia spectrală SA şi viteza
spectrala SV, deplasarea spectrala SD) şi depind doar de perioada proprie de
vibraţie si fracţiunea de amortizare critica a SD cu 1 GLD. (pentru o anumita
mişcare seismică a pamântului ,cunoscută unică). [18]
Prin spectre seismice de răspuns se inţelege reprezentarea grafică a
valorilor maxime (a valorilor spectrale) ale răspunsului (exprimat in DR,
VR, AA) a unui număr de «n» sisteme dinamice cu 1 GLD, cu caracteristici
proprii diferite (Ti , i) supuse unui cutremur de pământ unic. Această
reprezentare grafică se face in funcţie de perioada proprie neamortizată a
fiecăruia dintre SD cu 1 GLD :
-
15
2i
i
T
...........................(2.1)
şi pentru anumite valori ale fracţiunii din amortizarea critică :
cr
iC
C
............................(2.2)
Dealtfel, pentru un cutremur de pământ unic caracterizat de accelerograma
uo(t), este redată definirea spectrului seismic de răspuns. in fig.1.
Pentru a analiza acest lucru, s-au considerat 4 SD cu 1 GLD având
perioade proprii diferite (T1,T2,T3,T4) si considerând o singură valoare a
fracţiunii din amortizarea critică 1.
T1
1
T2
T3
T4
1 1 1
SD1SV1SA1
SD2SV2SA2
SD3SV3SA3
SD4SV4SA4
uo(t)..
S
SA1
(A)
SA2
SA3
SA4 ( )1
T1 T2 T3 T4 T(i) Spectrul seismic de răspuns al acceleraţiilor
Fig.1.1(a,b)
-
16
Această curbă a fost obţinută pentru o fracţiune din amortizarea critică
notată 1 .
După cum se constată din fig.1.b., răspunsul seismic al SD cu 1 GLD este
diferit şi depinde de relaţia dintre caracteristicile mişcării sesmice si perioadele
proprii de vibratie ale acestora. Acceleraţiile spectrale SA1,SA2,SA3,SA4, sunt
valorile acceleraţiilor maxime ale răspunsului fiecăruia dintre cele 4SD cu 1
GLD, supuse cutremurului unic 0(t).
Spectrul seismic de răspuns este obtinut reprezentand grafic acceleratiile
spectrale in functie de perioadele proprii de vibratie ale celor 4SD cu
1 GLD considerate .
Dacă se consideră un numar nelimitat de SD cu 1 GLD, ale căror perioade
proprii de vibraţie ar realiza o variaţie « continuă » (ar fi unul langa altul) de la
SD foarte rigid caracterizat de o perioadă de vibraţie foarte scurta , până la SD
foarte flexibil, caracterizat de perioade proprii foarte lungi, atunci se obţine
reprezentarea grafică a valorilor de răspuns maxime sau spectrul seismic de
răspuns pentru fracţiunea de amortizare critică considerată. Pentru fiecare
reprezentare grafică a unei valori spectrale corespunde o anumită fracţiune din
amortizarea critică .
Reprezentarea grafică a unei valori spectrale pentru mişcări seismice
diferă şi pentru valori diferite ale fracţiunii din amortizarea critică, va conduce
la o multitudine de spectre seismice de răspuns, aşa cum se arata in figura
urmatoare :
S(SD, SV, SA)
Si
Ti Tn
1
2
i
n
1= 0
2 = 0,01 ÷ 0,02 metal
i= 0,05 beton armat
n= 0,20 sistem cu amortizoare
sau baza izolata seismic
..
....
.
.
.
.
.
.
Spectre seismice de răspuns in funcţie de amortizarea critică
Fig. 1.2
-
17
Întotdeauna ing.proiectant preferă să aleagă perioada Tn(in loc de fn sau n),
deoarece perioada proprie de vibraţie este un concept mai familiar si mai
intuitiv.
Spectrul seismic al deplasarilor relative.
SD(Tr,)=DRM(Tn,) ; unde DRM=deplasari relative maxime.
Spectrul seismic al vitezelor relative.
SV(Tn, )=VRM(Tn, )=nSD=PSV ; unde VRM=viteza relativa maxima
Spectrul seismic al acceleratiilor absolute.
SA(Tn,)=AAM(Tn, )=n2 SD = nPSV=PSA ; unde AAM=acceleratia
absoluta maxima.
=faza detransport
faza de deplasare
u(t) x(t)
Fazele de transport si deplasare a unui SD real
Fig. 1.3
Pentru un SD cu 1 GLD perfect rigid (nedeformabil) EI=, perioada proprie
de vibraţie Tn=0, sau deplasare relativă, viteza relativă şi acceleratia absolută a
masei « m » sunt egale cu zero.
In comparaţie cu această situaţie, daca Tn0, rezulta x(t), (t), (t)0.
-
18
u(t)
t
uomax
Cazul flexibil
u(t) x(t)
Tn=0
..
..
Deplasarea unei structuri flexibile
Fig. 1.4a
u(t)
t
uomaxx(t)=0
x(t)=0
x(t)=0
.
. .
Structura perfect rigida
(cazul in care masa nu oscileaza doar se transfera cu uomax)
..
..
..
Fig. 1.4b
In aceste sisteme, valoarea spectrală a acceleraţiei (maximă), este egala
cu valoarea acceleratiei de vârf a miscarii seismice a pamântului omax.
-
19
Obţinerea spectrelor seismice de răspuns
Spectrele seismice de răspuns se obţin direct prin discretizarea
accelerogramelor inregistrate in timpul cutremurelor de pământ. Exactitatea
rezultatelor va depinde de intervalele de timp cu care a fost discretizată
inregistrarea seismică.
Erorile pe care le introduc metodele numerice de calcul din cadrul
programului de calcul automat sunt acceptabile in condiţiile in care intervalul
de timp ales pentru digitizare este corespunzator.
Spectre seismice medii de răspuns
Mai sunt cunoscute şi ca spectre seismice de proiectare sau standard.
Aceste spectre seismice pot descrie o mişcare seismică medie care se poate
produce intr-o anumită zonă a unui teritoriu.
Spectrele seismice medii de răspuns au un caracter convenţional intrucat se
obţin prin medierea spectrelor seismice de răspuns corespunzatoare mai multor
cutremure de pământ inregistrate, măsurate la un nivel unic de intensitate.
SD(Tn, ) = DRM(Tn, )
SD(Ti,5%)
Ti Tn(s)
SD(Ti,1%)
= 0,01(1%)
= 0,02(2%)
= 0,05(5%)
= 0,10(10%)
= 0,20(20%)
1 2 3
Spectrul seismic neted al deplasării relative
Fig.1.5a
-
20
Observaţii:
Cu cat fracţiunea de amortizare critica este mai redusa, cu atat deplasarile
relative maxime sunt mai mari ;
Cu cat un SD e mai flexibil, cu atat perioada proprie de vibratie e mai lunga.
Pentru o aceiasi perioada proprie de vibratie Tn=Tn1=Tn2=Tn3=Tn4 si 5
fractiuni din amortizarea critica 1SD5
Pentru aceiasi fractie de amortizare critica si perioada Tn1
-
21
SA
Ti Tn
= 0,01(1%)
= 0,02(2%)
= 0,05(5%)
= 0,2(20%)
1 2 3
uomax..
Spectrul seismic neted al acceleraţiilor absolute
Fig.1.5.c.
Conceptul de forţa seismică
Se consideră un SD cu 1 GLD cu comportare in domeniul liniar.
m
c,K
G= m·g
n= Km ; = CCcrCcr= 2mK (0
-
22
Răspunsul seismic al SD cu 1GLD exprimat prin acceleraţii absolute
instantanee, pe durata mişcării (0
-
23
Forţa seismică este o forţa de inerţie corecţională generată de
acceleraţiile care se manifesta pe direcţia GLD şi reprezintă consecinta
miscării seismice care acţioneaza indirect SD la nivelul bazei de fixare.
Astfel forţa seismică instantanee generată de AAI rezulta din relatie :
F(t)=ma(t)=m (AAI)=m[ (t)+ (t)] ............................. (2.3)
Pe timpul istoric al desfasurarii evenimentului seismic, din totalitatea
valorilor AAI care se manifesta in directia GLD,valoarea maxima se numeste
acceleratia absoluta maxima AAM, sau acceleratia absoluta spectrala (SA).
Daca se cunoaste răspunsul spectral se poate determina forta seismică
maximă notata :
F(t)max = m· a(t)max = m·PSA = m·SA .....................(2.4)
Daca in relatia (2) se inlocuieste masa cu greutatea
→ F= ·SA= · G ( )
Deci , F= c·G ............................(2.5)
Dacă se ţine seama de prevederile codurilor de proiectare, calculul SS la
acţiuni seismice se efectuează exclusiv in domeniul elastic (acţiunile seismice
se codifică doar pentru domeniul elastic de comportare al SS).
Ţinand seama de comportarea postelastică a SD (deformaţii ductile
in secţiunile critice) şi de faptul că o parte din energia indusă de mişcarea
seismică este consumabilă ca urmare a proprietăţii histeretice a materialelor,
forţa seismică va fi inferioară celei maxime efective.
Fcalcul=Ccalc· G ............................(2.6)
Ccalc
-
24
Prin Cr s-a notat factorul de reducere a coeficientului seismic maxim.
Expresia coeficientului de calcul este:
Ccalc=Co·C(T)·Cr ............................(2.10)
Unde : g
uCo max0
, .............................(2.11)
C(T) = coeficientul spectral normalizat care pune in evidenţa influenta perioadei
proprii asupra răspunsului seismic si depinde de condiţiile seismice de
amplasare.
Comentarii asupra spectrelor seismice de răspuns :
1. Spectrele seismice de răspuns (medii /netezite) se obţin prin analiza statistică
a unui pachet de spectre seismice obţinute pentru cutremure de pământ şi
amplasamente diferite.
a. Un singur amplasament şi evenimente seismice diferite.
b. Acelaşi eveniment şi amplasamente diferite.
c. Amplasamente diferite şi evenimente seismice diferite.
2. Configuratia spectrală seismică de răspuns şi fenomenele de amplificare
depind decisiv de proprietătile mediului geologic superficial.
- Medii de fundare « slabe » caracterizate prin componente cu perioade joase
sunt rapid atenuate, raman componentele cu perioade lungi (To>1,4s) si in
consecinta sunt afectate constructiile zvelte, flexibile.
- Medii de fundare « tari ». Sunt caracterizate de perioade predominante To
inferioare valorii de 0,6s (To0,6 s). Deci vor fi influentate sistemele structurale
rigide, deoarece perioadele proprii fundamentale ale acestora sunt situate in
domeniul de amplificare seismica.
- Medii de fundare cu caracteristici intermediare. Acestor medii le corespund
perioade predominante cu valori cuprinse intre 0,6s
-
25
SA(n)
T1 2 3
1
2
3
4
5
6
2,51,70,8
EL CENTRO
(California)
Bucuresti
(4 Martie '77)
Mexico City
Spectre seismice de raspuns pentru diferite amplasamente pe glob
Fig.1. 9
Până in 1977 s-a folosit spectrul cu T=0,8 s., deoarece era singura
accelerogramă analizată. In consecinţă s-au proiectat structuri cu perioada
proprie de vibraţie de 0,8 s. pâna la 1,7s.. [12]
Ordonatele spectrale seismice de răspuns mediu sunt numere
adimensionale şi pun direct in evidenţa factorii de amplificare seismică a
răspunsului in raport cu acceleraţia maximă.
SA (comp N-S)
T(sec)1,710,8
Varf
= 1
SA (comp. E-V)
T(sec)0,9SA ( vertical)
T(sec)0,2
Spectre seismice de răspuns la cutremurul din 4 martie 1977
Fig. 1.10
-
26
In fig.1.10 s-au reprezentat spectrele sesmice de răspuns ale cutremurului de
pământ de la 4 martie 1977.
Daca proiectez o construcţie cu T=0,8 s. si in realitate To=1s.,construcţia este
foarte rigidă.
Dacă proiectez o construcţie cu perioada fundamentală T=1s. şi in
realitate cutremurul are To=0,8s., construcţia este foarte elastică si trebuie să o
redimensionez catre T=0,6s.
Spectrele seismice ale acceleraţiilor absolute caracterizează direct intensităţile
forţelor seismice maxime şi permit identificarea domeniilor de amplificare
notabilă a răspunsului pe cele 3 direcţii de inregistrare.
Aspectul configuraţiilor spectrale SA, SV, si SD a fost influenţat şi
de direcţiile Nord- Est, Sud-Vest a energiei eliberate de focar.
2.4. Aspecte privind evoluţia normelor de calcul in decursul timpului.
In stadiul actual este larg recunoscută necesitatea verificării prin calcul a
măsurilor de protecţie antiseismică adoptate în concepţia structurală a
construcţiilor. Deşi se recunoaşte pe scara largă importanţa hotăritoare a alegerii
unei soluţii calitativ corecte, care sa permită realizarea in condiţii avantajoase a
unei protecţii antiseismice eficiente, verificările prin calcul sunt indispensabile
şi in activitatile de proiectare a lucrarilor de consolidare.
Practica ultimilor ani in domeniul proiectarii structurilor la actiunea seismică a
consacrat tranzitia de la “ Structuri rezistente la cutremur “ la “Performanţă
structurală la mişcari seismice”, prin acceptarea faptului că un sistem structural
va avea o comportare mai bună printr-un control mai bun al distribuţiei de
rigiditate decât prin simpla creştere a capacitaţii de rezistenţă.
Nivelul de avariere structurală poarte fi mai bine controlat prin estimarea cu
acurateţe imbunătaţită a nivelului de deformare postelastică a elementelor
structurale (analiza controlată prin deplasari) decât prin controlul exclusiv al
nivelului eforturilor unitare/ secţionale(analiza controlului prin forţe). [Priestley
1992].[25]
Primele metode de calcul antiseismic ale construcţiilor, cunoscute sub
denumirea de metode statice, considerau structurile absolut rigide şi apreciau
incărcarea seismică, ca fiind o forţa orizontala uniform repartizată pe inălţimea lor.
Mărimea acestei forţe se aprecia ca fiind 2-5% din incarcarea gravitatională. In
consecinţă, toate punctele suportau aceiaşi acceleraţie gravitatională egală cu a
-
27
bazei de rezemare. Neglijarea proprietăţilor dinamice ale structurii poate conduce
la o evaluare greşită şi subiectivă in afara realitatii a forţelor seismice. Constatările
in situ au evidentiat faptul că mărimea acţiunii seismice variază odată cu
flexibilitatea (rigiditatea) laterală a construcţiei.
Actualele metode stabilesc acţiunea seismică asupra construcţiilor pe baza
calculului dinamic. Cea mai populara metodă consideră forţele de inerţie
deduse din calculul dinamic ca acţionând static. Proiectarea antiseismică a
costrucţiilor, cu ajutorul forţelor seismice aplicate static se considera satisfacatoare,
metoda FSE – Forţele Seismice Echivalente.
2.4.1. Aspecte privind problematica asigurării structurale
In proiectarea curentă a construcţiilor se acceptă ipoteze simple , privind
modelarea structurală (pentru care se admite formal stadiul de comportare elastică)
şi acţiunea seismică ( pentru care se admite formal o modelare corespunzatoare
stadiului de comportare structurală elastică şi o prescriere deterministă,
convenţională a nivelului de severitate). Intrucât o dimensionare a construcţiilor de
aşa natură, incât acestea sa aibe comportare elastică in cazul incidenţei unui
cutremur puternic este nerealizabilă in condiţii acceptabile din punct de vedere
economic, se admite explicit intrarea construcţiilor in stadiul de comportare post-
elastică, ceea ce implica o avariere aparentă sau ascunsă, mai mult , sau mai puţin
severă. In acest cadru se admite utilizarea unui coeficient de reducere a incărcărilor
seismice de calcul, notat cu 1 (factor de comportare) conform Eurocodului EC-8 si P100/1-2006.
Incidenţa acţiunii seismice puternice poate conduce la producerea a diferite grade
de avariere. Din acest punct de vedere, pot fi ridicate două semne de intrebare :
- Ce risc de avariere putem admite ?
- Cum se justifică acceptarea reducerii fortelor seismice prin intermediul
utilizarii coeficientului de reducere de tip sau q ? [21]
Analistul trebuie sa identifice resursele suplimentare de rezistenţă a căror
prezenţă justifică adoptarea unor anumite valori (de tipul celor prescrise in
documente normative) pentru acesti coeficienţi. Pentru construcţiile existente
poate fi periculoasă acceptarea automată a valorilor coeficienţilor de
reducere prescrise pentru proiectarea lucrărilor noi, intrucât rezervele pot lipsi la
lucrările vechi la care nu s-au luat in considerare regulile de proiectare impuse de
baza normativă actuală.
-
28
Studiul comportării structurilor in timpul cutremurului din 4 martie 1977 au
evidentiat diferente mari de compozitie spectrală intre inregistrarile obtinute de
INCERC Bucuresti şi prevederile vechiului normativ.
Valorificarea acestor inregistrări a dus la modificarea radicală in specificarea
forţelor seismice de calcul.
Un alt element important care a dus la imbunatăţirea normativului l-a
constituit introducerea de criterii de apreciere a comportarii ductile a
elementelor de construcţii.
In general forţele cu care se incarcă o structură in timpul unui cutremur sunt
forţe de inerţie rezultate din vibraţia constructiei sub impulsul deplasărilor
aplicate la baza , la contactul cu terenul. In consecinţa forţele cu care se incarcă
structura şi energia indusă de cutremur depind nu numai de caracteristicile
mişcării terenului , dar şi de caracteristicile dinamice ale structurii.
Deşi reprezentarea forţelor laterale aplicate static structurii, nu este
reprezentativă pentru solicitarea reală alternantă generată de seism, totuşi ea
permite o utilitate practică in inţelegerea determinării forţelor seismice de calcul,
denumite si forţe seismice de cod.
Corelarea între stabilirea forţelor seismice de calcul şi a capacitaţii de
deformare postelastică necesare pentru o structura reprezintă o problema
nedeterminată, cu o infinitate de solutii. Cu cat valoarea Scap se ia mai ridicata,
deci gradul de asigurare in domeniul elastic este mai mare, construcţia devine
mai costisitoare, dar in schimb incursiunile din domeniul postelastic vor fi mai
reduse şi prin consecintă şi avariile produse vor fi mai mici si in consecinţă si
costul reparaţiilor după cutremur vor fi mai modeste.
Rezultă deci ca forţele de cod au un caracter conventional , rezultând
dintr-o negociere pe criterii economice, intensitatea lor poate varia de la o ţara la
alta si de la o epoca la alta.
Deci un sistem structural poate prelua acţiunile seismice in două moduri :
1) Prin capacitate mare de deformare postelastică, necesitând
capacitati de rezistentă relativ mici ale elementelor structurale, care
limiteaza fortele dinamice cu care se poate incărca sistemul structural.
2) Prin capacitate mare de rezistenţa necesitand capacitaţi reduse de
deformare postelastică, deoarece sistemul structural poate prelua forţe
seismice mari.
Pentru a se menţine costuri scăzute ale clădirilor, in cazul zonelor cu
seismicitate ridicată, se preferă de obicei sistemele cu capacitate mare de
deformare postelasică.
-
29
2.5. Cutremure de proiectare
2.5.1. Cerinte impuse structurilor
La proiectarea unei structuri amplasate intr-o zona seismica prezinta interes
urmatoarele cutremure :
1) Cutremurul de securitate : Construcţiile inalte supuse acţiunilor seismice se
proiectează in general la seismul de securitate, adică la cutremurul cu
intensitatea cea mai mare ce trebuie suportat de sistemul structural fără a se
prăbusi. In general in zonele cu seismicitate ridicată sunt preferate structurile
disipative care accepta aparitia de deformatii plastice in anumite zone, denumite
zone potential plastice.[20]
Mărimea deformatiilor postelasice din zonele potential plastice impune anumite
cerinte de ductilitate (capacitate de deformare plastică).
2) Cutremurul de funcţionare : In cazul clădirilor cu destinaţii de mare
importantă, se ia in considerare acest tip de cutremur, care poate sa fie preluat
de sistemul structural fără plastificari mari, adica qvasielatic.
Aceasta impune ca sistemul structural sa aibe o capacitate de rezistentă
suficient de mare la incărcările laterale.
3) Cutremurul de iniţiere a avariilor : Pornind de la sistemul
structural, dimensionat la cutremurul de securitate sau de funcţionare, se poate
stabili si cutremurul de iniţiere a avariilor. Intensitatea acestui cutremur depinde
de deformabilitatea sau mobilitatea elementelor nestructurale şi de rigiditatea
sistemului structural in domeniul elastic.
- Daca se utilizează pereţi de compartimentare si elemente de faţadă cu
comportare rigidă, casantă, fără a se prevedea rosturi, pot surveni avarii şi
pentru deformaţii mici.
Principalele proprietaţi ce trebuie examinate la proiectarea unui sistem
structural supus la acţiuni seismice sunt :
-rigiditatea (dictată de cutremurul de iniţiere a avariilor) ;
-rezistenţa (dictata de cutremurul de funcţionare) ;
-ductilitatea (dictata de cutremurul de securitate).
In acest caz este necesar ca deformaţiile postelastice care se produc in cazul
unor cutremure puternice sa poată fi remediate in condiţii acceptabile din punct
de vedere economic, iar colapsul sa fie exclus, chiar in cazul cutremurului celui
mai puternic.
-
30
2.5.2. Impunerea unui mecanism favorabil de disipare a energiei
Pentru construcţii obişnuite nu este posibil, in condiţii economice rezonabile,
o dimensionare de aşa natură , incât structura să se menţină in domeniul elastic in
timpul cutremurelor severe, ci sunt inevitabile incursiuni in domeniul postelastic.
Fenomenul nu are caracter punctual, ci se intinde pe o anumită lungime a
unui element, astfel că in locul denumirii tradiţionale de « articulatie plastica »,
este mai adecvată denumirea de « zonă potential plastică ».
La proiectarea raţionala a unei construcţii este necesar ca zonele potenţial
plastice sa se dirijeze catre zonele care se manifestă cel mai favorabil pentru
comportarea structurii. [11]
Unul dintre principiile fundamentale de proiectare constă in impunerea
unui mecanism structural de disipare a energiei (mecanism de plastificare)
sub acţiuni seismice de intensitate ridicată.
Dirijarea zonelor potential plastice trebuie să se facă exclusiv in elemente
care au o capacitate de deformare postelastica substantială, a căror avariere nu
pune in pericol stabilitatea generală a constructiei si la care avariile produse de
cutremur pot fi reparate fără eforturi tehnice si costuri exagerate.
Elementele verticale ale structurii trebuie sa rămană capabile să preia
incarcările gravitationale ce le revin.
Pentru a fi capabile sa disipeze o cantitate cât mai mare de energie, zonele
potenţial plastice se vor alcătui sa aibe o capacitate postelastică cat mai bună si o
comportare histeretică cat mai stabilă (comportare la incarcări ciclice in
domeniul postelastic fără degradări semnificative de rezistentă si rigiditate).
Zonele care lucrează in domeniul elastic trebuie supradimensionate in
raport cu zonele potential plastice.
2.5.3. Metoda de proiectare a capacitatii de rezistentă
Principii de bază :
1) Limitarea solicitarilor : Eforturile maxime posibile in structură sunt
păstrate in limite controlabile. Forţa seismică laterală maximă nu poate
depăsi forţa orizontală care conduce la atingerea efortului capabil in toate
zonele potential plastice, adică la atingerea mecanismului de cedare impus.
2) Stabilirea de zone pentru disiparea de energie :
Zonele pentru disiparea energiei vor fi stabilite precis la faza de proiectare
şi se vor alcatui constructiv pentru a li se asigura o ductilitate ridicată.
-
31
Se vor evita ruperile si fenomenele necontrolate de pierdere a stabilitătii locale
sau generale care conduc la o comportare neductilă.
3) Protejarea zonelor casante la suprasolicitari : Zonele cu o comportare
neductilă vor fi protejate impotriva unor eforturi excesive si rămân
totdeauna in domeniul elastic, indiferent de intensitatea acţiunii seismice.
4) Comportarea ductilă a structurii de rezistentă : Structura de rezistentă să
prezinte o comportare ductilă cu o capacitate mare de deformare.
Zonele cu comportare neductilă să fie dimensionate să ramană in
domeniul elastic de comportare chiar si in cazul solicitarilor maxime care
apar in structura si nu vor ajunge sa cedeze casant.
O structura proiectată in acest mod si executata corect se comporta deosebit
de bine intr-un domeniu larg de actiuni seismice.
Măsurile de asigurare a unei ductilitati ridicate trebuie avute in vedere
exclusiv pentru zonele disipative, deoarece elementele structurale in afara
zonelor potential plastice au o rezistenta sporita si au o comportare
cvasielastică.
2.6. Metode de calcul la acţiuni seismice
După cum s-a precizat calculul structurilor dimensionate la acţiuni seismice ,
trebuie sa aibe in vedere urmatoarele condiţii :
1. de rezistenţa (structura să fie capabilă să preia solicitările corespunzatoare
incărcărilor de dimensionare) ;
2. de rigiditate (de limitare a deformatiilor si deplasărilor constructiei) ;
3. de ductilitate (de asigurare a unei capacitati suficiente de deformare
pentru a evita cedarile casante) ;
4. de impunere a unui mecanism favorabil de disipare a energiei
(incursiunile in domeniul postelastic se dirijeaza către zone favorabile de
comportare a structurii).
In cele mai multe cazuri răspunsul structurilor de rezistentă la acţiuni
seismice severe are un caracter dinamic, spaţial si neliniar (postelastic).
Un calcul care să ţină seama de aceste trei caracteristici ale răspunsului
seismic al structurilor este neeconomic, aproape imposibil de realizat. Din
acest motiv, metodele de proiectare antiseismică sacrifică una din cele trei
caracteristici ale răspunsului seismic al structurilor.
-
32
2.6.1. Metoda de proiectare static echivalentă (calcul static liniar) :
Cea mai simpla metoda de proiectare se bazează pe un calcul static elastic
(liniar), plan sau spatial.
Acţiunea seismică este modelată sub forma de forţe aplicate static,
echivalente forţelor ce apar in timpul cutremurelor, denumite si forţe seismice de
cod.
Caracterul dinamic al acţiunii seismice se ia in considerare in mod
simplificat, prin adoptarea unei distribuţii a forţelor care ţine seama de
formele proprii de vibraţie ale structurii şi de ponderea relativă a acestora in
deformata totală a construcţiei. La calculul eforturilor şi deplasărilor sub
acţiunea incărcărilor seismice se consideră ca structura lucreaza elastic. In
cazul utilizarii unui model structural plan, efectele torsiunii generale a
construcţiei se iau in considerare in mod simplificat prin mărirea forţelor
seismice aplicate.
In vederea impunerii mecanismului de plastificare dorit, valorile eforturilor de
dimensionare ale unor elemente structurale (elementele la care nu se poate conta
pe o ductilitate suficientă şi in care trebuie evitate incursiunile in domeniul
postelastic) se modifica (se măresc) in raport cu valorile rezultate din calculul
structural. Astfel se asigură un spor de capacitate portantă pentru elementele
la care se doreşte o comportare cvasielastica in raport cu cele la care se
admit incursiuni in domeniul postelastic.
In vederea asigurării condiţiilor de rigiditate, se calculează in mod aproximativ
deplasările relative maxime de nivel, care nu trebuie sa depăsească anumite
valori admisibile.
Asigurarea cerinţelor de ductilitate se face prin urmatoarele măsuri :
adoptarea pentru zonele potenţial plastice a unor secţiuni care se incadrează
in clasa 1, limitarea nivelului de solicitare la forţa axială, prevederea de
legaturi suplimentare care sa impiedice pierderea stabilitatii generale inainte
de consumarea incursiunilor preconizate in domeniul plastic.
Metoda de calcul prezentata mai sus, cunoscuta si sub numele de metoda de
calcul static echivalent, constituie metoda curenta de proiectare antiseismica a
structurilor si este obligatorie conform normativului P100/2006 pentru calculul
seismic al oricărei structuri.
-
33
2.6.2. Metoda de calcul dinamic liniar
Metoda consta in integrarea numerică a ecuaţiilor diferentiale care exprima
echilibrul dinamic la fiecare moment de timp al acţiunii seismice, obţinindu-se
succesiunea in timp a răspunsului structural elastic.
Acţiunea seismică este modelată prin accelerograme inregistrate pe
amplasament sau prin accelerograme care au continutul de frecvente al miscării
caracteristic zonei amplasamentului.
La dimensionarea structurii ordonatele diagramelor de eforturi pentru solicitarea
maximă se vor reduce proportional cu raportul dintre forta seismică de cod si
valoarea forţei tăietoare de bază pentru solicitarea maximă.
Cerinţele de conformare a structurii nu se pot verifica explicit pe
parcursul evenimentului seismic deoarece matricea rigiditătilor structurii
ramâne constantă, metoda nu permite punerea in evidenţă a mecanismului
de plastificare dorit.
Principalul avantaj al acestei metode fata de metoda de proiectare curentă
este faptul ca se apreciaza mai realist ponderea diferitelor moduri proprii de
vibratie in mişcarea structurii şi a distributiei fortelor seismice pe verticala şi in
plan.
Metoda de calcul dinamic liniar prezinta interes in cazul structurilor cu
configuraţii geometrice mai deosebite: structuri la care elementele verticale de
rezistenţa nu sunt amplasate pe orizontala in planuri ortogonale, structuri cu
asimetrii pronunţate in ceia ce priveste distribuţia maselor sau a elementelor
structurale.
Presupunând structura dimensionată (in metoda curenta), metoda permite
evidenţierea gradului de asigurare al structurii in domeniul elastic; efectuîndu-se
analize dinamic liniare calibrate in diferite moduri, obţinindu-se stări de eforturi
corespunzatoare şi se verifică dacă pot fi preluate de structură in domeniul
elastic.
2.6.3. Metoda de calcul static neliniar
Metodele de calcul postelastic (neliniar) au un grad de conventionalitate mult
mai mic decât metodele de calcul liniar, intrucât comportarea structurilor la
seisme puternice este cu incursiuni in domeniul postelastic. Calculul postelastic
presupune structura deja predimensionată, adică se cunosc caracteristicile
geometrice ale secţiunilor elementelor structurale.
-
34
Scopul calculului neliniar este de a verifica intr-o măsură explicită daca s-au
respectat cerintele de conformare antiseismică, de rezistentă, rigiditate, in
special de ductilitate, de impunere a unui mecanism favorabil de disipare a
energiei.
Calculul postelastic se utilizează pentru structuri existente, la care nu s-au
respectat integral regulile de alcătuire constructivă, constructii cu numar mare de
niveluri, sau cu alcătuire neobisnuită, structuri cu mare repetabilitate. La aceste
structuri se verifică cat mai explicit comportarea : unde se dezvolta articulatiile
plastice, cat de mari sunt deplasarile, cât de mari rotirile in articulatiile plastice,
daca exista pericolul de rupere casantă, ce se intâmplă cu structura dacă se rupe
un element. [26]
Metoda de calcul static neliniar consta de obicei intr-un calcul biografic.
In acest scop se consideră incărcările gravitationale constante, iar incărcările
seismice se aplică in mod crescator, monoton.
Starea de solicitare in structură este modificată prin pasi de incărcare cu forte
şi deplasări până in stadiul ultim (colaps total sau parţial al structurii). Incărcările
seismice se pot distribui după mai multe legi posibile, avand in vedere ponderi
diferite ale modurilor proprii de vibratie. Pentru fiecare pas de incarcare se poate
obtine starea de eforturi si deformaţii a structurii, poziţiile articulatiilor plastice şi
rotirile inregistrate la nivelul acestora.
În varianta calculului biografic pentru o anumită distribuţie a incarcărilor
seismice (forţe sau deplasări) metoda evidenţiază succesiunea formării
articulatiilor plastice, mecanismul de cedare al structurii si stările de
eforturi şi deformaţii pentru fiecare etapă de incărcare. Prin aplicarea
metodei ne indepărtăm de comportarea reală a structurii, deoarece in timpul unui
cutremur distributia fortelor de inertie generate de miscarea seismica nu
este constantă, in timp ce in calculul biografic, distribuţia incarcărilor
seismice ramâne constantă.
2.6.4. Metoda de calcul dinamic neliniar
Calculul dinamic neliniar modelează in măsura cea mai realistă comportarea
unei structuri la un anumit cutremur.
Obţinerea mecanismului de plastificare prin corecţii succesive ale
parametrilor de rezistenţa şi rigiditate ale elementelor structurale, precum şi
verificarea capacitătii de deformare au un caracter explicit.
De asemeni, metoda permite atunci cand este necesar, să se verifice dacă
structura, solicitata la un cutremur inferior celui admis in calcul, se comportă
-
35
elastic, sau suferă deformaţii postelastice reduse, sau daca sub acţiunea unui
cutremur superior celui admis in calcul, structura işi pierde stabilitatea.
In urma unui calcul dinamic neliniar se pot obtine : starea de eforturi si
deformatii in structura la fiecare pas de timp pentru care se face integrarea,
istoria formarii si inchiderii articulatiilor plastice, variaţia in timp a rotirilor
acestora, cat si energia disipata la nivelul diferitelor elemente ale structurii.
Aceasta metoda are un caracter global si furnizeaza datele necesare pentru toate
cele trei tipuri de verificari : rezistenta, rigiditate si ductilitate.
2.6.4.1. Date de intrare :
a) In ceea ce priveste caracteristicile structurii, in afara geometriei si
secţiunilor elementelor componente, este necesar să se cunoască
momentele de plastificare de la extremitatile riglelor si a elementelor
verticale (stâlpi, pereţi structurali).
b) Din punct de vedere al incărcărilor produse de acţiunea seismica, metoda
de calcul dinamic neliniar difera substantial de calculul obisnuit, prin aceia
ca nu se porneste de la un sistem de forte laterale date, ci de la o
accelerograma data, construita prin prelucrarea unei seismograme
existente la un anumit cutremur.
c) In acest mod se ia in consideratie si influenta duratei cutremurului.
Pentru cutremure cu intensitati diferite, in lipsa unor date specifice, aceleasi
accelerograme pot fi folosite cu o calibrare corespunzatoare a scarii
acceleratiilor.
2.6.4.2. Modul de calcul
Se foloseste un program de calcul automat, care pe timpul si imediat dupa
cutremur (cand constructia continua sa oscileze) este impartit in segmente
foarte scurte de (0,1…..0,3)s.
Corespunzator fiecarui segment astfel definit, programul furnizeaza toate datele
necesare pentru tragerea unei concluzii asupra comportarii structurii la
momentul respectiv si anume :
- valorile eforturilor secţionale;
- valorile deplasărilor laterale (cat si componenta postelastică) la
noduri;
- apariţia de zone plastice;
-
36
- atingerea stării ultime in secţiunile in care se ajunge la deformaţia
specifică ultimă.
Calculul ofera deci o imagine a istoriei comportarii structurii pe durata care
intereseaza; metoda este cunoscuta ca time history method.
Stadiul care se declară ca stare limita ultimă şi la care calculul se opreste
se defineste atunci când in primul element vertical al structurii se ajunge la
cedare plastică. In acest moment se compară energia capabilă a structurii la forţe
orizontale cu energia indusă de cutremur.
2.6.4.3. Rezultatele calculului :
- poziţia şi ordinea articulaţiilor plastice ;
- capacitatea de rezistenţă la forţe orizontale ;
- mărimile deplasărilor de nivel şi alura variaţiei lor pe inalţimea
construcţiei.
2.6.4.4 Aplicarea metodei la verificarea clădirilor existente:
se poate dovedi foarte dificilă deoarece, de obicei, alcătuirea structurilor poate fi
foarte dezordonată si datele disponibile pot fi incerte in ceia ce priveşte calitatea
materialelor constitutive ale elementelor componente.
2.6.5. Concluzii privind proiectarea seismică :
Metode de calcul structural pentru proiectare-caracterizare :
1. Metoda forţelor laterale
– răspunsul structurii guvernat de modul fundamental de vibraţie;
– perioada proprie de vibraţie fundamentală T≤1.5 s. ;
– structura regulată pe verticală;
– înălţimea mai mică de 30 m.
2. Metoda de calcul modal cu spectre de răspuns
– consideră proprietăţile dinamice ale structurii;
– aplicabilă structurilor complexe (neregulate);
– o aproximare bună a răspunsului "real" dacă se consideră un număr suficient
de moduri proprii de vibraţie;
– aproximări datorită combinării răspunsurilor modale;
– aproximări datorită combinării efectelor componentelor acţiunii seismice.
-
37
Metoda forţelor laterale şi metoda spectrală prezinta limitări dar şi
avantaje:
a) Limitări:
• Acţiunea seismică – considerata statică;
• Rezultatele celor două metode de calcul – înfăşurători;
• Metoda de calcul modal cu spectre de răspuns: pierderea semnului datorită
combinării răspunsurilor modale;
– Nu ţine seama de răspunsul inelastic al structurilor;
• Majoritatea structurilor au o comportare inelastică la acţiunea seismică de
calcul;
• Modelul de calcul - comportare elastică;
• Ductilitatea structurii este considerată prin factorul q;
b) Avantaje:
– Simplitate
– Calcul elastic - suprapunerea efectelor
– Eficienţă de calcul
Metodele alternative de calcul :
1. Metoda de calcul dinamic liniar
2. Metoda de calcul dinamic neliniar
3. Metoda de calcul static neliniar
Metode de calcul dinamic (liniar şi neliniar)
Caracteristici :
- Acţiunea seismică - definită prin accelerograme
- Accelerogramele - reprezentative pentru mişcarea seismică din amplasamentul
considerat.
– Magnitudine
– Distanţa sursă-receptor
– Condiţii locale
a) Accelerograme:
– înregistrate
– artificiale
b) Acţiunea seismică
- un grad ridicat de incertitudine
-
38
- răspunsul seismic trebuie determinat pe baza mai multor accelerograme
– trei accelerograme: răspunsul maxim
– şapte accelerograme: răspunsul mediu
1. Calcul dinamic liniar
- Model elastic al structurii;
- Răspunsul seismic este obţinut prin integrarea numerică directă a ecuaţiei de
mişcare;
- Rezultate: variaţia în timp a mărimilor de răspuns;
- Avantaje: reflectă cel mai fidel răspunsul real al structurii (dacă e elastic)
- Dezavantaje:
– Calcul elastic
– Volum mare de rezultate
– Putere ridicată de calcul
2. Calcul dinamic neliniar
- Model inelastic al structurii;
- Răspunsul seismic este obţinut prin integrarea numerică directă a ecuaţiei de
mişcare;
- Modelul de calcul al elementului structural trebuie să reflecte comportarea
inelastică la cicluri repetate.
- Avantaje:
- modelul cel mai "exact" al răspunsului seismic al unei structuri ;
- Calcul dinamic neliniar;
- Elementele disipative: verificarea deformaţiilor inelastice (ductilitatea);
- Elementele nedisipative: verificarea rezistenţei;
Dezavantaje:
– laborios;
– programe de calcul sofisticate;
– modelarea comportării inelastice a elementelor structurale;
– prelucrarea unui volum mare de rezultate;
Utilizare:
– evaluarea performanţei seismice a unor construcţii noi de importanţă ridicată;
– evaluarea performanţei seismice a clădirilor existente.
-
39
3. Calcul static neliniar ("push-over")
Caracteristici:
- Modelul structurii - inelastic (actionat monoton crescator);
- Multe structuri răspund preponderent într-un singur mod propriu de vibraţie -
modul fundamental;
- Încărcările gravitaţionale: constante;
- Încărcările seismice: variabile parte elastica articulatie plastica: EI, M, θ.
Avantaje :
- Principiul calcului static neliniar;
– aplicarea încărcărilor gravitaţionale;
– aplicarea şi creşterea progresivă a unei distribuţii de forţe laterale ("acţiunea
seismică")
- Calculul static neliniar - "capacitatea" structurii; informaţii legate de:
a) mecanismul plastic al structurii;
b) redundanţa structurii (factorii αu/α1);
c) ordinea apariţiei articulaţiilor plastice;
e) nivelul eforturilor din elementele nedisipative corespunzător formării
mecanismului plastic.
- Controlul structural;
- Proiectarea convenţională a structurilor la SLU -structurile rezistă la acţiunea
seismică prin asigurarea unei:
– rezistenţe ridicate (comportare slab-disipativă);
– ductilitate ridicată (comportare disipativă);
- rigiditate suficientă la SLS (Starea Limita de Serviciu).
Dezavantaje:
– structuri rigide: acceleraţii mari ale planşeelor si avarierea echipamentelor;
– structuri flexibile: deplasări relative de nivel mari si avarierea componentelor
nestructurale;
- Intolerabil pentru:
– clădiri al căror conţinut este mai scump decât structura însăşi;
– clădiri care trebuie să rămână operaţionale după cutremur.
4. Controlul structural
- Controlul structural - modificarea proprietăţilor dinamice ale structurii pentru
a reduce răspunsul dinamic;
1)Control pasiv - dispozitive care nu necesită surse externe de energie pentru a
fi activate :
a– izolarea bazei;
-
40
b– amortizori histeretici;
c– amortizori cu lichid vâscos şi visco-elastici;
d– disipatori cu masă acordată (TMD);
e– disipatori cu lichid acordat (TLD);
2) Control activ - foloseşte dispozitive care necesită o sursă de energie externă
pentru a fi efective în reducerea vibraţiilor structurii :
a– disipatori cu masă acordată activă (AMD);
b– disipatori cu tendoane active (ATD);
c– sisteme cu contravântuiri active.
1.a) Izolarea bazei
- Instalarea unor dispozitive între fundaţie şi structură pentru izolarea mişcării
terenului de mişcarea structurii:
- Varianta 1:
(Reazeme cu o rigiditate laterală mică şi cu rigiditate verticală mare) :
– Reazeme din elastomeri: reduc forţele seismice aplicate structurii dar induc
deformaţii mari în reazeme;
– Reazeme din elastomeri cu miez de plumb: reducerea deplasărilor datorită
amortizării suplimentare.
- Varianta 2:
(Suprafeţe de lunecare sau frecare între fundaţie şi structură) :
- Forţa tăietoare transmisă structurii este limitată la forţa statică de frecare cu
coeficientul de frecare cât mai redus;
- Vânt puternic şi cutremure minore fără lunecări cand este necesară o forţă de
frecare minimă;
- Deplasări reziduale suprafeţe de alunecare concave pentru revenire.
Izolarea bazei - principii
- Modificarea perioadei proprii de vibraţie ( creşterea perioadei proprii de
vibraţie);
– Diminuarea pseudo-acceleraţiilor forţelor seismice;
– Creşterea deplasărilor la nivel de reazeme;
- Disiparea energiei seismice
– Reducerea deplasărilor
– Sensibilitate redusă la variaţii în spectrul de pseudo-acceleraţie
1) Control pasiv
1.b,c)- Disipatori histeretici, cu lichid vâscos,viscoelastici şi de frecare:
- Dispozitive inserate în structură pentru asigurarea unei amortizări
suplimentare.
-
41
2) Control activ :
2.a) Disipatori cu masă acordată: un sistem format dintr-o masă, un arc şi un
amortizor, de obicei instalat la vârful clădirii
- Eficient pentru reducerea vibraţiilor armonice, prin modificarea perioadei
proprii de vibraţie a structurii faţă de perioada de vibraţie a acţiunii armonice
Sistemele de control activ sunt alcătuite din:
– sensori: măsurarea acţiunii seismice, a răspunsului structurii la aceasta, sau
masurarea ambelor;
– dispozitivul de control: procesează informaţia măsurată şi calculează forţele
de control necesare;
– actuatori: aplică forţele necesare şi sunt de obicei acţionaţi de surse externe de
energie;
Răspunsul dinamic al structurii este parţial eliminat de forţele externe aplicate
de actuatori.
- Avantaje: sunt efective pentru un domeniu larg de frecvenţe ale acţiunii
perturbatoare;
- Dezavantaje: cost ridicat şi necesitatea unei surse externe de putere.
2.7. Date privind conditiile seismice ale tarii noastre.
2.7.1. Specificări referitoare la activitatea zonei seismogene vrâncene
Recurenţa magnitudinilor cutremurelor vrâncene - se fac referiri la
magnitudinile determinate pe baza de date instrumentale. Avand in vedere
informaţiile (cataloagele) din literatura de specialitate, se utilizează
magnitudinile Gutenberg – Richter, practic echivalente cu magnitudinile MS.
Se dispune de date instrumentale în acest domeniu începând cu anul 1900 :
- estimările de magnitudini pe baza datelor macroseismice sunt mai vagi şi
mai puţin certe ;
- între determinarile pe baze instumentale si cele pe baze macroseismice, sunt
utilizate exclusiv date de provenienţă instrumentală acolo unde se dispune
de date semnificative .
Între cele două cataloage menţionate diferenţele sunt minore şi nu
afectează practic concluziile privind hazardul seismic. Pentru analiza recurenţei
magnitudinilor conform modelului poissonian s-a optat pentru catalogul adus la
zi pentru perioada de dupa anul 1980. Pe aceasta bază, plecând de la modelul de
recurenţa de tip proces stochastic poissonian, s-a optat pentru o lege de
recurenţa de tip Richter Mgr >7,0.
-
42
Din analiza efectuată, a rezultat o perioada medie a ciclului de 34 … 35 ani,
care este de altfel ilustrată de succesiunea evenimentelor din secolul 20. Este
redată o comparaţie între succesiunea de evenimente puternice prognozată
(plecând de la cutremurul “cel mare” din 1802.10.26, pentru care s-a considerat
un an 0) şi succesiunea de evenimente puternice efectiv produsă de-a lungul
anilor pana in prezent. [6]
Se poate trage concluzia ca vârful spectral situat în vecinatatea perioadei
de 1.5 s, care a fost dominant în timpul cutremurului din 1977.03.04 (conform
înregistrării Bucuresti – INCERC), s-a produs atunci pe o arie extinsă, care
acoperă integral Municipiul Bucuresti;
In timpul cutremurelor din 1986.08.30 si 1990.05.30 au existat vârfuri
spectrale principale la perioade mai scurte, dar acestea s-au produs aleator de la
un eveniment la altul si de la o statie la alta (vârfurile cele mai importante:
Otopeni si în partea de vest a zonei intravilan); în timpul cutremurului din
1990.05.31 s-au produs miscari relativ foarte slabe pe toata întinderea
Municipiului Bucuresti. Acest fapt este în concordanta cu constatarile privind
atenuarea în timpul cutremurului respectiv, caracterizata prin directivitatea
accentuata a radiatiei seismice spre est; în acord cu cele aratate mai înainte, este
evidenta contribuţia hotarîtoare a mecanismului de focar si drumului de
propagare asupra compozitiei spectrale a mişcarii seismice a terenului, din
cauza încadrarii amplasamentelor menţionate în categoria (b). Înregistrarile
agitatiei microseismice au prezentat caracteristici omoloage, sau compatibile cu
succesiunile de spectre de răspuns. Pentru statia Bucuresti – INCERC , agitatia
microseismica avea un caracter haotic, fără a se evidentia o frecventă
dominantă (exceptie facând o frecventă foarte joasă, de ordinul 0.15 Hz,
observată de altfel la înregistrările unor teleseisme).
Hazardul seismic din România este datorat contribuţiei a doi factori:
(1) - contribuţia majoră a zonei seismice subcrustale Vrancea ;
(2) - contribuţii provenind din zone seismogene de suprafaţă, distribuite pe
întreg teritoriul tării.
Zona seismogenă Vrancea este situată la curbura Carpaţilor, având, după datele
din acest secol, un volum relativ redus: adâncimea focarelor între 60 şi 170 km
şi suprafaţa epicentrală de cca.40x80 km2. Sursa Vrancea este capabilă să
producă mari distrugeri în peste 2/3 din teritoriul României şi în primul rând în
Bucureşti: pagube de 1.4 Miliarde USD numai în Capitală din totalul de peste 2
Miliarde USD în România în 1977. Cutremurul Vrâncean cel mai puternic este
considerat a fi cel din 26 Octombrie 1802, magnitudinea Gutenberg-Richter,
-
43
apreciată de diferiţi autori pentru acest cutremur se situează între M=7.5 -
7.7. Cutremurul Vrâncean cu cea mai mare magnitudine din secolul trecut a
fost cel din 10 Noiembrie 1940 având magnitudinea Gutenberg-Richter M=7.4
şi adâncimea focarului de 140-150 km. Cutremurul Vrâncean cu cele mai
distrugătoare efecte asupra construcţiilor şi primul cutremur puternic pentru
care s-a obţinut o accelerogramă înregistrată în România a fost cel din 4 Martie
1977: magnitudinea Gutenberg-Richter M=7.2, adâncimea focarului h=109 km,
distanţa epicentrală faţă de Bucureşti 105 km.
Cutremurul din 4 martie 1977 este considerat, datorita efectelor sale, drept
unul dintre cele mai distrugatoare socuri seismice care a lovit teritoriul
Romaniei in epoca moderna. Magnitudinea medie a cutremurului a fost
apreciata la valoarea M=7,2, timpul t=45 s, socul principal la 15 s. S-a obtinut o
inregistrare a cutremurului cu un accelerograf japonez. Caracterul multisoc al
seismului evidentiaza complexitatea mecanismului de generare. Aproape 30%
din suprafata tarii a fost afectata. O acceleratie de 3-3,5 m/s.2, a fost inregistrata
in varful blocului L5 din cartierul Balta Alba.
2.7.2. Cutremurul din România de la 4 martie 1977
Cutremurul de la 4 martie 1977 a fost unul din cele mai puternice cutremure
care au afectat ţara noastră, având o magnitudine mai redusă totusi decât cea a
cutremurului din anul 1940.
Acest cutremur face parte din categoria de cutremure subcrustale din regiunea
Vrancea, zona care constituie principala sursă seismică de pe teritoriul
României.
Cutremurul a provocat mari pierderi materiale si de vieţi omeneşti. Conform
datelor care au fost furnizate la acea vreme s-au înregistrat peste 1500 de
victime, peste 11 000 de persoane au fost rănite si s-au prăbuşit sau avariat grav
peste 32 000 de locuinţe. Pagubele au fost estimate la peste 2 miliarde USD
(conform statisticilor oficiale). Amploarea pierderilor a fost dată atât de
intensitatea mare a cutremurului cât si de aria extinsă a zonelor afectate.
Caracterizarea mişcării seismice: Cutremurul din 1977 se înscrie in clasa
cutremurelor de adâncime medie, adâncimea focarului fiind aproximată la 109
km (cu circa 40 km mai aproape de suprafaţă decât cutremurul din 1940) iar
magnitudinea Gutenberg-Richter a fost M=7,2. Distanţa epicentrală faţă de
Bucureşti a fost de 105 km. Cutremurul a avut ca trăsături distincte caracterul
multişoc si directivitatea accentuată a propagării mişcării pe direcţia NE-SV.
-
44
Acceleraţia de vârf a terenului la înregistrarea INCERC Bucuresti, direcţia N-S
a avut valoarea de 194,93 cm/s2, viteza de vârf a avut valoarea de 71,94 cm/s.
iar deplasarea maxima a terenului de 16.31 cm. [9]
S-au constatat de asemenea amplificări mari in intervalul 1,0 † 1,6s., cu un
maxim la 1,6 s. Datorita numărului foarte mic de înregistrări ale cutremurului
(prima înregistrare seismică a unei mişcări seismice in tara s-a obţinut la
cutremurul din 4 martie 1977, la subsolul sediului INCERC din Bucureşti),
caracteristicile de amplificare ale terenului corespunzătoare înregistrării
INCERC N-S au fost eronat atribuite unei zone mari din ţară.
Spectrele de calcul care vor fi mai târziu înglobate in norma seismică P100/78,
P100/81,P100/90, P100/92, P100/2006 aveau sa conţină domenii foarte largi de
amplificare dinamică .
Cel mai mult de suferit de pe urma cutremurului din martie 1977 au avut
clădirile cu structură flexibilă datorită compoziţiei spectrale a mişcării seismice
a terenului (amplificări dinamice in domeniul perioadelor 1,0...1,6s.). In cazul
unor deformaţii mari corelate cu o ductilitate de ansamblu necorespunzătoare,
s-au produs distrugeri generalizate urmate uneori de prăbuşiri complete.
In proiectarea seismică este de mare însemnătate adoptarea unui compromis
raţional in jocul rezistenţă-ductilita