Inginerie Seismic Laborator - 1 -
INGINERIE SEISMIC
SEMINAR
Titular disciplin
.l.ing. MARIANA POP
Inginerie Seismic Laborator - 2 -
1. Calculul structurilor la aciunea seismic
1.1. Introducere
Aspectul dinamic al aciunii seismice i comportarea inelastic a
structurilor afectate de cutremure puternice impun metode de proiectare
specifice, reglementate prin norme de proiectare seismic. n Romnia,
aceste reglementri sunt coninute n P100-1 (2006) Cod de proiectare
seismic P100 partea I Prevederi de proiectare pentru cldiri.
Prevederile P100 conin dou cerine fundamentale (nivele de
performan) pe care trebuie s le ndeplineasc construciile amplasate n
zone seismice i anume:
- cerina de siguran a vieii construciile trebuie s fie proiectate astfel
nct sub efectul aciunii seismice de proiectare s posede o marj suficient
de siguran fa de prbuirea local sau global a structurilor astfel nct
vieile oamenilor s fie protejate. Nivelul aciunii seismice asociat acestui
nivel de performan corespunde unui interval mediu de recuren
(IMR=100 de ani).
- cerina de limitare a degradrilor construciile trebuie proiectate astfel
nct pentru cutremure cu o probabilitate de apariie mai mare dect aciunea
seismic de proiectare structurile s nu sufere degradri sau scoaterea din uz
ale cror costuri s fie exagerate fa de costul construciei. Nivelul aciunii
seismice asociat acestui nivel de performan corespunde unui IMR=30 de
ani.
ndeplinirea prin calcul a celor dou cerine fundamentale se
realizeaz prin verificarea structurilor la dou stri limit i anume:
- stri limite ultime (SLU) asociat colapsului structural i altor forme de
degradare structural care pot pune viaa oamenilor n pericol. Verificare la
SLU implic asigurarea unui echilibu ntre rezistena i ductilitatea
structurii.
- stri limit de serviciu (SLS) asociat apariiei unor degradri dincolo de
care numai sunt ndeplinite cerine specifice de exploatare. Poate fi necesar
limitarea att a degradrilor structurale ct i a celor nestructurale. n
general, verificarea la SLS implic limitarea deplasrilor relative de nivel n
vederea asigurrii proteciei elementelor nestructurale, echipamentelor, etc..
Inginerie Seismic Laborator - 3 -
1.2. Aciunea seismic
Teritoriul Romniei este mprit n zone seismice n funcie de
hazardul seismic local, care luat simplificat este considerat constant n
fiecare zon seismic. Hazardul seismic pentru proiectare se exprim prin
valoarea de vrf a acceleraiei orizontale a terenului (ag) determinat pentru
intervalul mediu de recuren corespunztor SLU (adic IMR=100 de ani).
Micarea seismic ntr-un punct pe suprafat ternului este descris
prin spectre de rspuns elastic pentru acceleraii absolute ( dou componente
orizontale i una vertical).
Condiiile locale de teren afecteaz forma spectrelor de rspuns elastic
i modific att amplificarea acceeraiei de vrf a terenului, ag, ct i
coninutul de frecven a micrii seismice.
Condiii locale de teren sunt descrise prin valorile perioadei de control
(de col) TC a spectrului de rspuns pentru zona amplasamentului considerat.
Normativul P100 specific trei valori ale perioadei de control TC pe o
hart de zonare macroseismic. Unei valori a perioadei de control TC i
corespund o pereche de valori TB, TD.
Perioada de control TC a spectrului de rspuns reprezint limita dintre
zona de valori maxime n spectrul de acceleraii absolute i zona de valori
maxime n spectrul de viteze relative.
Perioada de control TB poate fi exprimat n funcie de perioada de
control, TC astfel: CB TT 1.0 .
Perioada de control TD a spectrului de rspuns reprezint limita dintre
zona de valori maxime n spectrul de viteze relative i zona de valori
maxime n spectrul de deplasri relative.
Spectrul de rspuns elastic pentru componentele orizontale ale
acceleraiei terenului n amplasament este definit astfel:
)()( TaTSe g
unde:
ga acceleraia de vrf a terenului;
)(T spectrul de rspuns normalizat la valorile de vrf a acceleraiei
terenului.
Formele normalizate ale spectrului de rspuns elastic pentru
componentele orizontale ale acceleraiei terenului pentru fraciunea din
amortizarea critic egal cu 0.05 sunt date de relaiile:
Inginerie Seismic Laborator - 4 -
20
0
0
0
)(
)(
)(
11)(0
T
TTTTT
T
TTTTT
TTTT
TT
TTT
DC
D
C
DC
CB
B
B
unde:
0 factorul de amplificare dinamic maxim a acceleraiei terenului de
ctre structur;
T perioada proprie de vibraie a unui sistem cu un grad de libertate
dinamic cu rspuns elastic.
Componentele verticale ale micrii seismice ale unui amplasament
sunt date de relaiile similare celor de mai sus.
Forele seismice de proiectare se exprim pe baza spectrului de
proiectare a acceleraiei care este un spectru de rspuns inelastic i se obine
cu una din urmatoarele relaii:
q
TaTSdTT
TT
qaTSdTT
gB
B
gB
)()(
1
1)(0
0
unde:
q factorul de comportare al structurii, factor de modificare a rspunsului
elastic n rspuns inelastic, cu valori n funcie de tipul structurii i
capacitatea acestuia de a disipa energie.
Perioadele de control (col) TB, TC, TD ale spectrului de rspuns pentru
componentele orizontale ale micrii seismice.
Intervalul mediu de recuren a
magnitudinii cutremurului
Valori ale perioadelor de control (col)
IMR = 100ani,
pentru starea limit ultim
TB, s 0.07 0.10 0.16
TC, s 0.7 1.0 1.6
TD, s 3 3 2
Inginerie Seismic Laborator - 5 -
Spectre normalizate de rspuns elastic pentru acceleraii pentru
componentele orizontale ale micrii terenului, n zonele caracterizate prin
perioadele de control (col): 0.1;7.0 CC TT i sTC 6.1 .
Inginerie Seismic Laborator - 6 -
Zonarea teritoriului Romniei n termeni de valori de vrf ale acceleraiei terenului pentru
proiectare ga pentru cutremure avnd intervalul mediu de recuren 100IMR de ani.
Inginerie Seismic Laborator - 7 -
Zonarea teritoriului Romniei n termeni de perioada de control (col), CT a spectrului de
rspuns.
Inginerie Seismic Laborator - 8 -
2. Conformarea seismic a structurii
O proiectare conceptual a structurilor situate n zone seismice care s
asigure o comportare seismic corespunztoare este foarte important.
Aspectele conceptuale de baz se refer la:
- simplitatea structurii;
- uniformitatea, simetria i redundana structurii;
- rezistena i rigiditatea lateral n orice direcie;
- rezistena i rigiditatea la torsiune;
- realizarea ca diafragme a planeelor;
- fundaii adecvate.
Simplitatea structurii
- presupune existena unui sistem structural continuu i suficient de rezistent
care s asigure un traseu clar, direct i nentrerupt a forelor seismice pn la
terenul de fundare;
- nu trebuie s existe discontinuiti n traseul forelor seismice (exemplu: un
gol mare n planeu sau lipsa armturilor de colectare a forelor de inerie).
Un exemplu de conformare structural nerecomandat l constituie
rezemarea stlpilor pe rigle.
nu e recomandat structur cu o conformare seismic
corect.
Uniformitatea, simetria i redundana structurii.
Proiectarea seismic trebuie s urmreasc realizarea unei structuri ct
mai regulate, distriubuit ct mai uniform n plan, astfel ca forele de inerie
aferente maselor s fie transmise direct i pe un drum ct mai scurt ctre
Inginerie Seismic Laborator - 9 -
fundaii. n cazul n care este necesar o form n plan care nu este uniform
structura poate fi mprit prin intermediul unor rosturi seismice n uniti
independente din punct de vedere structural.
Pe lng uniformitatea n plan este necesar i o uniformitate pe
vertical, aceasta diminund concentrarea eforturilor i a cerinelor de
ductilitate n zone izolate ale cldirii.
Elementele structurale care asigur rigiditatea la fore laterale trebuie
dispuse ct mai uniform pentru a permite excentriciti ct mai mici i o
redundan sporit a structurii care conduc la o capacitate sporit de disipare
a energiei seismice n ntreaga structur.
Prin redundan se asigur c:
- cedarea unui singur element sau a unei singure mbinri nu conduce
la cedarea ntregii structuri;
- se realizeaz un mecanism de plastificare cu suficiente zone plastice
care s permit exploatarea rezervelor de rezisten a structurii i o disipare
avantajoas a energiei seismice.
Exemplu: o structur etajat din beton armat nu prezint redundan dac
lungimile de nndire ale armturilor din stlpi sunt insuficiente.
Inginerie Seismic Laborator - 10 -
Rezistena i rigiditatea lateral n orice direcie.
Deoarece micarea seismic are componente pe dou direcii
orizontale structura trebuie s posede rezistene i rigiditi laterale
suficiente pe cele dou direcii principale ale cldirii.
Sisteme tipice de preluare a forelor laterale sunt:
- cadre necontravntuite (cu n
