Click here to load reader

Buletin stiintific 4 - bs.rs.utcb.robs.rs.utcb.ro/arh/arhiva2012/doctoral_nr4_2012.pdf · ZIDĂRIA CONFINATĂ CU GRILE POLIMERICE ... Cuvinte cheie: perete cortină, modelare numerică,

  • View
    216

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Buletin stiintific 4 - bs.rs.utcb.robs.rs.utcb.ro/arh/arhiva2012/doctoral_nr4_2012.pdf · ZIDĂRIA...

BULETINUL TIINIFIC

AL

UNIVERSITII TEHNICE DE CONSTRUCII

BUCURETI

SERIE NOU

Nr. 4 Decembrie 2012

Disclaimer With respect to documents available from this journal neither T.U.C.E.B. nor any of its employees make any warranty, express or implied, or assume any legal liability or responsibility for the accuracy, completeness, or usefulness of any information, apparatus, product, or process disclosed. Reference herein to any specific commercial products, process, or service by trade name, trademark, manufacturer, or otherwise, does not necessarily constitute or imply its endorsement, recommendation, or favoring by the T.U.C.E.B. The views and opinions of authors expressed herein do not necessarily state or reflect those of T.U.C.E.B., and shall not be used for advertising or product endorsement purposes . . . Cu privire la documentele prezente n acest buletin, nici UTCB i niciunul din angajaii si nu garanteaz, explicit sau implicit, i nici nu i asum vreo obligaie legal sau responsabilitate pentru corectitudinea, caracterul complet sau utilitatea oricror informaii, aparate, produse sau procese prezentate. Orice referin care se face n documentul de fa la produse comerciale, procese sau servicii, folosindu-se numele de marc, numele productorului sau altele de acelai tip nu constituie n mod necesar o susinere, recomandare sau favorizare a acestora de ctre UTCB. Prerile i opiniile autorilor, exprimate n documentul de fa, nu reflect n mod necesar prerile i opiniile UTCB i ele nu vor fi folosite pentru a face reclam sau pentru a susine vreun produs

CUPRINS

STUDIU PARAMETRIC PRIVIND CAPACITATEA DE DEFORMARE N PLAN PROPRIU A PEREILOR CORTIN .................................................................................................................................. 5 Mircea Brnaure DETERMINAREA EXPERIMENTAL I ANALITIC A CARACTERISTICILOR DINAMICE PROPRII ALE UNEI STAVILE SEGMENT .................................................................................................. 11 Daniel Btc ASPECTE METODOLOGICE PRIVIND EVALUAREA CONDIIILOR DE TEREN CU APLICAII N STUDIILE DE MICROZONARE SEISMIC ........................................................................................ 19 Elena-Andreea Clrau COMPORTAREA CLDIRILOR DIN BETON ARMAT DE JOAS NLIME LA ACIUNI SEISMICE ...................................................................................................................................... 27 Mariana Ctlina Clin ZIDRIA CONFINAT CU GRILE POLIMERICE I CU ARMTUR DE OEL ........................... 36 Alina-Mariana Codi CALCULUL VITEZEI DE FRECARE UTILIZND DISTRIBUIA PROFILULUI DE VITEZE ...... 45 Elena Iatan EVALUAREA PERTURBAIILOR GENERATE DE ACIONAREA CU TURAIE VARIABIL A MOTOARELOR ASINCRONE TRIFAZATE ............................................................................................. 49 Alexandru Mircea Iatan PROGNOZA GRADULUI DE COLMATARE PENTRU UN LAC DE ACUMULARE ......................... 58 Bogdan Marcu, Iulian Iancu REDIRECIONAREA APEI DE SPLARE O SOLUIE PENTRU EFICIENTIZAREA SISTEMULUI DE ALIMENTARE CU AP ................................................................................................ 65 Ctlina Adriana Mare Isboiu PROCEDEE DE CONSOLIDARE A UNOR CLDIRI DE LOCUIT MULTIETAJATE VULNERABILE SEISMIC ............................................................................................................................. 85 Adrian Manolache UTILIZAREA UNOR DEEURI SOLIDE INDUSTRIALE N INGINERIA GEOTEHNIC .............. 93 Ana Elisabeta Oros (Daraban) MATERIAL COMPOZIT FUNCIONALIZAT POLIVALENT, CU ROL N DEPOLUARE A APELOR UZATE....................................................................................................................................... 101 Nicoleta Petrea, Petrior Zamora Iordache, Gabriel Racovieanu STUDII PRIVIND UTILIZAREA IZOLATORILOR SEISMICI DE BAZ LA REDUCEREA VULNERABILITILOR SEISMICE ALE CLDIRILOR EXISTENTE CU STRUCTURA N CADRE DIN BETON ARMAT ................................................................................................................. 112 Taha Kayed VERIFICAREA SECIUNILOR STLPILOR CADRELOR DIN BETON ARMAT LA COMPRESIUNE EXCENTRIC OBLIC ............................................................................................... 119 Stelic Tob SISTEM GIS DE ADMINISTRARE CENTRALIZAT PENTRU PROTECIA SITURILOR ARHEOLOGICE, ANSAMBLURILOR I MONUMENTELOR ISTORICE DIN ROMNIA .......... 128 Florina Vtafu STUDII PARAMETRICE ASUPRA COMPORTRII COMPONENTELOR SPRIJINIRII PRIMARE N N.M.A. .................................................................................................................................... 137 Mihai-Iulian Zaharia

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 5

STUDIU PARAMETRIC PRIVIND CAPACITATEA DE DEFORMARE N PLAN PROPRIU A PEREILOR CORTIN

PARAMETRIC STUDY ON THE LIMITS OF IN PLANE DEFORMATION FOR CURTAIN WALLS

MIRCEA BRNAURE1

Rezumat: n lucrare este analizat, pe baza unui model numeric, influena mai multor parametri asupra capacitii de deformare a unui perete cortin vitrat cu montaj pe schelet solicitat n plan propriu prin deplasri impuse la nivelul reazemelor. Parametrii considerai sunt dimensiunile panoului vitrat, spaiul liber dintre acesta i rama de aluminiu, jocul posibil la nivelul reazemelor i prelucrarea marginilor panourilor. Sunt fcute comparaii cu testele de laborator.

Cuvinte cheie: perete cortin, modelare numeric, deformare n plan propriu

Abstract: The paper discusses the influence of several parameters on the maximum displacement capacity of a stick-built glazed curtain wall subjected to an imposed displacement of the supports in the plane of the wall. The considered parameters are the dimensions of the glazed panel, the gap between the panel and the aluminium frame, the gap between the supports and the mullions, and glass panel edge finishing. Comparisons are made to laboratory testing results.

Keywords: curtain wall, numerical modeling, in plane deformation

1. Introducere

n timpul cutremurelor, faadele cortin pot fi solicitate prin deplasri impuse de micrile zonelor din structura construciei n care sunt amplasate prinderile faadei cortin (efect indirect). n cazul n care peretele cortin nu prezint o capacitate de deformare suficient, pot aprea degradri, cele mai frecvente fiind la nivelul panourilor vitrate [1,2].

Normele de proiectare pentru perei cortin [3,4] recomand ca toate deplasrile n plan s fie asigurate de un decalaj ntre panourile vitrate sau ntre panourile de sticl i montani, egal cu distana de separare complet calculat n fiecare direcie. Se consider c singurii parametri care influeneaz capacitatea unui panou vitrat de a prelua o deplasare relativ n plan sunt spaiul dintre ram i geam i dimensiunile panoului. Valoarea deformaiei totale laterale poate fi exprimat n funcie de dimensiunile panoului, nlime (h), lime (b) i de distanele libere ntre geam i ram pe orizontal (c1) i vertical (c2), cu relaia:

21

12 1

= +

hccbc (1)

Relativa lips de deteriorare a unor perei cortin n urma cutremurelor a sugerat c micri mai complexe ale componentelor, n raport unele cu altele i cu structura de rezisten, pot uneori oferi protecie pereilor cortin i panourilor vitrate. Geamurile au avut de multe ori capacitatea de a rezista la deplasri mai mari dect cele estimate fr a se sparge.

1Drd. ing., Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (PhD Student, Eng., Technical University of Civil Engineering Bucharest), Facultatea de Construcii Civile, Industriale i Agricole (Faculty of Civil Engineering Industrial and Agricultural Buildings) Referent de specialitate: Prof.univ.dr.ing. Mihai Voiculescu, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti Bucureti (Professor, PhD, Eng., Technical University of Civil Engineering Bucharest)

6 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Teste de laborator recente [5-8] indic, de asemenea, valori observate mai mari dect cele calculate pentru deplasrile la care se produce spargerea panourilor vitrate.

Ne propunem ca, pornind de la rezultate obinute prin simulri numerice pe modele cu element finit s identificm principalii parametri care influeneaz capacitatea de deformare corespunznd strilor limit pentru pereii cortin.

2. Ipoteze i parametri de calcul

Studiile de laborator asupra sistemelor de perei cortin au indicat c nivelul de deplasare la nivelul reazemelor care determin spargerea panourilor vitrate depinde de anumii parametri. nc de la primele studii privind comportarea seismic [5] s-a constatat c tipul de ram influeneaz n mod semnificativ comportarea i c panourile vitrate pot avea o capacitate de deplasare foarte mare (pn la 8% deplasare relativ ntre etaje). Aceast capacitate de deplasare a fost atribuit spaiului important dintre montant i geam folosit n practica curent.

Dup experiena cutremurului de la Northridge, a fost derulat un program extins de testare la universitatea Missouri-Rolla [6]. Cercetrile au indicat c exist o anumit influen asupra limitei ultime datorat tipului de sticl i modului de fixare, dar c pentru starea limit de serviciu influena acestor parametri este minim.

Un studiu din 2006 [7] a indicat c poate fi ameliorat capacitatea de deformare a pereilor cortin dac se prelucreaz marginile panourilor vitrate. Cele mai bune rezultate au fost obinute cnd s-au utilizat panouri cu colurile rotunjite.

n 2009 a fost efectuat un studiu experimental la University of California [8] care a indicat c deplasarea relativ maxim a pereilor cortin este influenat att de geometria panourilor, ct i de modul de aplicare a ncrcrii.

Am creat un model numeric care permite simularea unei deplasri impuse a reazemelor n planul propriu al peretelui cortin. Acesta a fost prezentat ntr-un articol anterior [9]. Peretele cortin reprezentat n model conine trei panouri vitrate de 1480 mm lime i nlimi de 1600, 2200 i, respectiv 3800 mm. Parametrii care pot fi variai n calcul sunt spaiul liber dintre ram i geam la partea superioar (GS) sau pe lateral (GL) i spaiul liber dintre montantul peretelui cortin i aparatul de rezemare perfect rigid (GM). ncrcarea este aplicat static, n 25 de pai, deplasarea maxim impus la nivelul reazemelor de la partea superioar fiind de 100 mm.

3. Rezultatele simulrilor numerice

Primul parametru analizat a fost influena adncimii buzunarului de culisare, adic a spaiului liber dintre geam i ram. Au fost realizate multiple simulri, pentru care s-a variat spaiul liber pe orizontal (GL) i spaiul liber la partea superioar (GS).

Valorile GL i GS au variat ntre 2 mm i 12 mm, valorile permise de sistemele uzuale de perei cortin cu montaj pe schelet [10]. Valoarea spaiului liber la partea inferioar a panoului vitrat, GJ, a fost meninut constant la 2 mm. Distana liber dintre montant i aparatul de reazem, GM, a fost considerat cu o valoare constant de 4 mm.

Formula simplificat de evaluare a deplasrii capabile (1) indic o variaie liniar n funcie de spaiul liber pe lateralul panoului. n figura 1 s-a reprezentat variaia obinut pe baza modelului pentru diferite valori ale spaiului liber GS pentru fiecare panou vitrat.

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 7

Fig. 1.a - Variaia deplasrii relative de nivel la starea limit de serviciu n funcie de distana GL pentru panoul

148x380cm

Fig. 1.b - Variaia deplasrii relative de nivel la starea limit de serviciu n funcie de distana GL pentru

panoul 148x220cm

Fig. 1.c - Variaia deplasrii relative de nivel la starea limit de serviciu n funcie de distana GL pentru panoul 148x160cm

Valorile msurate indic ntr-adevr o variaie liniar n funcie de GL. Pot fi fcute dou observaii interesante. Prima este c pentru toate datele msurate, modelul cu element finit conduce la valori superioare fa de cele estimate pe baza relaiei (1). A doua observaie este c panta curbei de variaie este mai mare n cazul panourilor mici.

n figura 2 s-a reprezentat pentru diferitele valori GL, GS raportul dintre deplasarea msurat i cea calculat pe baza relaiei menionate. Se observ ntr-adevr c modelul conduce la obinerea unor valori de 1,40 la 3,80 ori mai mari i c pentru fiecare pereche GL, GS, creterea este cu att mai mare cu ct dimensiunile panoului sunt mai mici.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 4 8 12

Dep

lasa

re r

elat

iva

la s

tare

a lim

ita

de s

ervi

ciu

(%)

Distanta GL dintre panou si montanti (mm)GS 2 GS 4GS 6 GS 8GS 10 GS12GS 6 Calculat

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 4 8 12

Dep

lasa

re r

elat

iva

la s

tare

a lim

ita

de s

ervi

ciu

(%)

Distanta GL dintre panou si montanti (mm)GS 2 GS 4

GS 6 GS 8GS 10 GS 12GS 6 Calculat

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 4 8 12

Dep

lasa

re r

elat

iva

la s

tare

a lim

ita

de se

rvic

iu (%

)

Distanta GL dintre panou si montanti (mm)

GS 2

GS 4

GS 6

GS 8

GS 10

GS 12

GS 6 Calculat

8 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Fig. 2 - Raport ntre deplasrile relative la starea limit de serviciu determinate pe baza modelului i deplasrile

relative maxime calculate pe baza formulei (1)

Aceste diferene importante sunt n concordan cu rezultatele testelor experimentale i pot fi explicate prin faptul c modelul ine seama de deformarea panourile n afara planului propriu precum i de deformarea din zona reazemelor, care nu sunt luate n considerare n formula de dimensionare simplificat. O a doua explicaie este c spargerea nu se produce exact n momentul contactului. Dei evoluia eforturilor este rapid, sunt necesari civa pai suplimentari de ncrcare dup contact pentru ca rezistena panoului vitrat s fie depit.

Nu n ultimul rnd, trebuie s precizm c a fost considerat c i la partea inferioar deplasarea este liber. Dei i formula de calcul conine aceast ipotez, calele de rezemare a geamurilor pe rigle sunt practic indeformabile. Din acest motiv, considerm c este posibil ca n realitate ruperea s survin mai rapid dect n simularea numeric.

S-a verificat i legea de variaie a deplasrii n funcie de GS, pentru valori constante ale GL. n figura 3 s-a reprezentat curbele obinute pentru panoul 148 x 220 cm, curbele pentru celelalte panouri fiind similare.

Fig. 3 - Variaia deplasrii relative la starea limit de serviciu n funcie de distana GS dintre panoul vitrat 148 x 220 cm i rigla superioar

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12H=380 2,52 2,19 2,16 1,83 1,59 1,40 2,06 1,88 1,90 1,66 1,58 1,52H=220 3,22 3,16 2,90 2,73 2,62 2,40 3,10 2,84 2,87 2,57 2,49 2,43H=160 3,84 3,25 3,43 2,95 2,80 2,54 3,81 3,31 3,25 2,85 2,87 2,62

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Dm

odel

/ D

estim

at

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 4 8 12Dep

lasa

re r

elat

iva

la s

tare

a lim

ita

de se

rvic

iu (%

)

Distanta GS dintre panoul vitrat si rigla superioara (mm)GL 2 GL 4 GL 6 GL 8GL 10 GL 12 GL 6 Calculat

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 9

Al doilea parametru analizat a fost posibilitatea de deplasare liber a montantului n zona de reazem. Pentru anumite perechi de valori GL, GS am analizat influena parametrului GM asupra deplasrii maxime. Valorile GM au fost considerate ntre 2 i 12 mm.

Fig. 4 - Variaia deplasrii relative la starea limit de serviciu n funcie de distana GM dintre

aparatul de reazem i montant, pentru panoul 148 x 380 cm

Pe baza valorilor msurate, s-a reprezentat grafic, n figura 4, variaia deplasrilor n funcie de parametrul GM. Se observ c este o variaie liniar i c efectul creterii GM este mai mare n situaiile n care spaiile GL i GS sunt reduse. Creterea valorilor GM ntre 2 i 12 mm a permis o cretere a deplasrilor capabile cu pn la 70% n cazul n care GL = GS = 2 mm i 20% pentru cazul n care GL = GS = 6 mm. Procentual, sporul de deplasare este similar pentru toate dimensiunile de panouri.

Important de menionat c aparatele de rezemare au fost considerate, n modelul de calcul, ca fiind perfect rigide. Simulri preliminare au indicat c deformarea proprie a aparatelor de rezemare pot conduce la valori cu pn la 15% mai mari a deplasrilor pentru care se produce spargerea panourilor vitrate.

Al treilea parametru analizat a fost prelucrarea colurilor panourilor. Conform datelor experimentale [7], aceasta permite sporuri de deplasare de peste 20%. n modelul numeric [9] au fost modificate elementele pe zona de col pentru a simula o rotunjire cu raza de 2,50 cm a panoului vitrat. O zon de col modificat este reprezentat n figura 5.

Au fost considerate valorile GJ = 2 mm i GM = 2 mm i a fost determinat valoarea deplasrii limit pentru diferite perechi GL, GS.

Fig. 5 - Zon de col modificat

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 4 8 12Dep

lasa

re r

elat

iva

la s

tare

a lim

ita

de

serv

iciu

(%)

Distanta GM dintre montant si aparatul de reazem (mm)GL 2 GS 2 GL 8 GS 2

GL 2 GS 8 GL 6 GS 6

10 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Fig. 6 - Raportul deplasrilor la starea limit de serviciu pentru panouri cu coluri rotunjite i panouri simple

n figura 6 este reprezentat variaia deplasrii capabile obinut prin rotunjirea colurilor. Dac pentru panoul cel mai mare se obine o ameliorare de 10-20%, efectul este insesizabil n cazul panourilor mai mici, n special pentru valori mari ale adncimii buzunarului de culisare.

5. Concluzii

Au fost efectuate simulri numerice privind comportarea pereilor cortin deformai n plan propriu. Parametrii considerai au fost dimensiunea panourilor, jocurile posibile la nivelul reazemelor sau ntre panoul vitrat i rama de aluminiu i prelucrarea marginilor panourilor.

Deplasarea capabil variaz liniar n funcie de spaiile libere dintre panoul vitrat i rama de aluminiu. Panta curbelor indic o influen mai mare a acestui parametru dect cea estimat pe baza formulei simplificate, n special pentru panourile de mici dimensiuni.

Deplasarea capabil variaz liniar i n funcie de spaiul liber dintre montant i aparatul de rezemare. Creterea capacitii de deformare este mai important n situaiile n care spaiul dintre panoul vitrat i ram are dimensiuni reduse.

Prelucrarea marginilor panourilor vitrate conduce la un spor nesemnificativ al capacitii de deformare la starea limit de serviciu n cazul panourilor de dimensiuni reduse.

Din punct de vede calitativ i cantitativ, comportarea observat pe model corespunde testelor de laborator, valorile de deplasri obinute fiind de 1,40 la 3,80 ori mai mari dect cele estimate, sporul fiind mai semnificativ n special pentru panourile de mici dimensiuni.

Bibliografie [1] Earthquake Engineering Research Institute, 1995. Northridge earthquake reconnaissance report. Earthquake

Spectra Vol. 11(2) [2] Earthquake Engineering Research Institute, 1995. The Hyogo-ken Nanbu Earthquake January 17, 1995:

Preliminary Reconnaissance Report. Earthquake Engineering Research Institute Report Nr. 95-04 [3] NP 102 2004. Normativ pentru proiectarea i montajul pereilor cortin pentru satisfacerea cerinelor de

calitate prevzute de Legea nr. 10/1995 [4] P1001/2006. Cod de proiectare seismic - Partea I - Prevederi de proiectare pentru cldiri [5] Bouwkamp, J. G., 1960. Behaviour of window panels under in-plane forces. Structures Material Research

Series, University of California, Berkeley, California [6] Behr,R.A.,1998 Seismic Performance of Architectural Glass in Mid-Rise Curtain Wall. Journal of Architectural

Engineering, Vol. 4(3) [7] Memari, A.M., .a., 2006. Architectural Glass Panels with Rounded Corners to Mitigate Earthquake Damage.

Earthquake Spectra Journal, Vol. 22(1) [8] Hutchinson, T.C., Eva, C., 2009. Experimental evaluation of the in-plane seismic behavior of store-front

window systems. University of California, San Diego La Jolla [9] Brnaure, M., Voiculescu, M., 2011. Analiza comportrii pereilor cortin la aciunea seismic pe baza

modelrii numerice. Proceedings Conferina Naional Ingineria Cldirilor, Bucureti [10] Schco International KG, 2009. Product catalogue. www.schueco.com

1 2 3 4148x330 1,33 1,17 1,09 1,23

148x220 1,14 1,00 1,08 1,00

148x160 1,14 1,00 1,00 1,00

0,800,901,001,101,201,301,40

Dsl

s,r

/ D

sls,

n

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 11

DETERMINAREA EXPERIMENTAL I ANALITIC A CARACTERISTICILOR DINAMICE PROPRII ALE

UNEI STAVILE SEGMENT

EXPERIMENTAL AND ANALYTICAL STUDIES ON DYNAMIC CHARACTERISTICS OF RADIAL HYDRAULIC GATE

DANIEL BTC1

Rezumat: n lucrare sunt prezentate rezultatele unui studiu analitic i experimental de determinare i msurare a caracteristicilor dinamice proprii ale unei stavile segment, utiliznd programe de calcul cu element finit i diferite echipamente de msurare a vibraiilor.

Cuvinte cheie: stavil, vibraii, analiza dinamic, perioade proprii de vibraii

Abstract: This paper presents the results of an analytical and experimental study which determines and measures the dynamic characteristics of a radial hydraulic gate (Tainter gate) using finite element software and different equipments for vibration measuring.

Keywords: hydraulic gate, vibrations, dynamic analysis, eigenperiods

1. Introducere i obiectivele studiului

Stavilele, pe durata de exploatare, sunt supuse solicitrilor dinamice, vibraii datorate pulsaiei lamei de ap care trece pe deasupra sau pe sub stavil (n special cnd aceasta este parial ridicat de pe prag) sau ca urmare a propagrii n aval a vortexurilor ce se formeaz la partea amonte a muchiei stavilei [1]. Solicitri dinamice in corpul stavilelor pot aprea i n cazuri speciale de ncrcri, cum ar fi aciunea seismic sau aciunea valurilor. Solicitrile dinamice pot conduce la apariia fenomenului de rezonan, fenomen ce poate avea ca rezultat cedri locale ale elementelor sau apariia fenomenului de oboseal a materialelor, ceea ce poate pune n pericol sigurana construciei hidrotehnice deservite [4], [5]. Astfel, la proiectarea stavilelor ce deservesc construciile hidrotehnice, este foarte important cunoaterea caracteristicilor dinamice proprii ale acestora i calibrarea acestora n vederea evitrii apariiei fenomenului de rezonan.

Rezultatele studiului privind determinarea caracteristicilor dinamice ale stavilelor segment pot fi aplicate la urmrirea comportrii n timp a construciilor hidrotehnice, prin urmrirea modificrii caracteristicilor dinamice ale acestora. Evaluarea caracteristicilor dinamice proprii ale construciilor hidrotehnice i urmrirea evoluiei acestora n timp este strns legat de proprietile fizice ale construciei (caracteristicile geometrice ale construciei, condiiile de rezemare, constantele elastice, densitatea de mas). Fiecare construcie i are propria amprent dinamic, iar orice modificare a proprietailor fizice ale construciei are efecte i asupra comportrii dinamice a structurii i poate fi pus n eviden printr-o urmrire atent a caracteristicilor dinamice ale construciei (monitorizare dinamic).

1 Asistent drd. ing., Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (Assistant, PhD Student, Eng., Technical University of Civil Engineering Bucharest), Facultatea de Construcii Civile, Industriale i Agricole (Faculty of Civil Engineering, Industrial and Agricultural Buildings), e-mail: [email protected] Referent de specialitate: Prof univ.dr.ing. erban Dima, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (Professor, PhD, Eng., Technical University of Civil Engineering Bucharest)

12 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Monitorizarea structural dinamic este utilizat n prezent n mai multe domenii ale ingineriei, cum ar fi echipamentele mecanice, industria aeronautic i de navigaie, dar i ingineria civil. n domeniul ingineriei civile testele dinamice s-au fcut ncepnd cu anii 1980 [2], n general la studiul structurilor flexibile, cldiri cu nlime mare, poduri metalice sau din beton armat post tensionate cu deschideri mari, arpante metalice sau din lemn stratificat cu deschidere mare, etc. Aceste metode sunt n prezent utilizate mai ales n situaiile n care sunt sesizate modificri ale comportrii elementelor structurale. Metodele de urmrire i control se bazeaz pe premisa c schimbrile caracteristicilor dinamice proprii sunt observabile i c pot fi legate de modificri ale parametrilor fizici ai construciei. Caracteristicile dinamice proprii ale construciilor i prilor de construcii pot fi determinate prin msurarea vibraiilor ambientale sau prin msurarea unor vibraii libere rezultate n urma unor excitaii forate. n lucrarea de fa se prezinta dou metode de determinare experimental a vibraiilor stavilelor i comparaia rezultatelor msurate cu rezultatele unui calcul numeric obinute utiliznd programul de element finit SAP2000.

2. Determinarea caracteristicilor dinamice ale unei stavile segment cu ajutorul programelor de calcul cu element finit

Pentru a putea determina caracteristicile modale ale unei stavile segment, a fost realizat un model fizic, la scara redus, a unei stavile cu dimensiunile de 4.00 m x 4.00 m. Modelul a fost realizat n cadrul Departamentului de Construcii Metalice, Management i Grafic Inginereasc, la scara 1:4, cu dimensiunile tablei de retenie de 2,5x1000x1000 mm. Aceast stavil a fost apoi modelat n programul de calcul SAP2000 [9]. Modelarea stavilei i a elementelor de rezemare a acesteia s-a facut cu elemente de plac de tip shell.

Fig. 1 - Modelul la scar redus al stavilei segment (modelul fizic i modelarea cu elemente finite de tip shell n

programul SAP2000).

Masa adiional a apei din frontul barat a fost calculat dup formula lui Westergaard [3]:

kgAzHg

m 226125.2875.281.9

100087

87

1 ===

(1)

Aceste mase au fost distribuite n 9 puncte (~25 kg n fiecare punct), ataate rigid de structura stavilei sub forma unor discuri metalice cu diametrul de 300 mm i a unor greuti etalon hexagonale din font cu masa de 20 kg ( Fig. 1).

n programul de calcul SAP2000 [9]a fost modelat stavila la scar redus, inclusiv dispozitivele de rezemare i fixare a stavilei. Au fost determinate caracteristicile dinamice ale stavilei n dou

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 13

situaii: stavila ridicat, fr legturi pe prag sau legturi laterale i stavila cobort pe prag (dar tot fr legturi laterale). Rezemarea pe prag a stavilei a fost modelat n programul de calcul cu resoarte (springs) n punctele de la baza tablei de retenie, cu rigiditate att n plan vertical, ct i n plan orizontal. Calculul a pus n eviden perioade proprii de vibraii de 0,07531 s pentru stavila cobort pe prag i de 0,1455 s. n cazul stavilei ridicat de pe prag (tabelul 1). Rezultatele analizei modale pe stavila la scar redus au fost completate de msurtori de vibraii i determinarea frecvenelor proprii de vibraie ale stavilei, prin msurarea vibraiilor libere i prin msurarea vibraiilor forate. Msurtorile au fost realizate cu diferite echipamente de msur: echipamente clasice (cu sprijinul colegilor din Departamentului de Construcii din Beton Armat din cadrul UTCB, crora le mulumesc i pe aceast cale) i echipamente cu costuri reduse de achiziie propuse de autorul lucrrii, att pentru stavila aezat pe prag, ct i pentru stavila ridicat, n ambele cazuri fr a se ine seama de condiiile reale de rezemare lateral (etanri). Scopul studiului l reprezint posibilitatea realizrii msurtorilor vibraiilor stavilelor utiliznd echipamente cu cost redus de achiziie, n vederea stabilirii caracteristicilor dinamice proprii ale stavilelor (perioade, frecvene de vibraie).

3. Determinarea caracteristicilor dinamice proprii ale stavilei prin msurarea vibraiilor ambientale

n cazul vibraiilor ambientale energia ajunge la amplasament i este transmis construciilor sub forma unor multitudini de tipuri de unde suprapuse, care se propag sub diferite forme. Nivelul energiei este destul de redus, ns aceasta este prezent n mod continuu. Fenomenul este dificil de caracterizat, de modelat i de cuantificat.

Sistemul de achiziie a datelor folosit pentru msurarea vibraiilor este un sistem portabil digital Kinemetrics VSS-3000 (Kinemetrics, Pasadena, USA) [10], proiectat pentru msurarea vibraiilor ambientale i forate (Fig. 2). Senzorii pentru nregistrarea vibraiilor sunt senzori Episensor FBA ES-U pentru acceleraii, produi tot de Kinemetrics. Senzorii au o band larg de frecvene de nregistrare (0-200 Hz). Amplitudinea maxim a semnalului nregistrat este reglabil (de la 0,25g la 4g), funcie de necesiti. VSS-3000 are integrat o plac de achiziie DaqBook/216, cu rezoluie Analog/Digital de 16biti. Software-ul pentru achiziia i procesarea datelor este DaisyLab v.5.

Fig. 2 - Determinarea caracteristicilor dinamice proprii ale stavilei prin msurarea vibraiilor ambientale

Msurtorile s-au efectuat cu o rata de eantionare de 1000 Hz. Semnalul nregistrat a fost filtrat cu un filtru Butterworth de ordinul 2 (low pass de 50 Hz i high pass de 1 Hz).

14 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Fig. 3 - nregistrarea i analiza Fourier pentru prima nregistrare (canal 1) F=13.1Hz

Au fost nregistrate vibraiile ambientale pe dou direcii ortogonale, n lungul braelor stavilei i perpendicular pe direcia braelor stavilei. n Fig. 3 sunt prezentate rezultatele msurtorilor (accelerograma) i ale prelucrrii datelor nregistrate (analiza Fourier) pentru stavila cobort pe prag, pe direcia tablei de retenie.

4. Determinarea caracteristicilor dinamice proprii ale stavilei prin msurarea vibraiilor libere rezultate n urma excitaiilor forate

n cazul ncercrilor pentru determinarea caracteristicilor dinamice proprii ale stavilei segment utiliznd echipamente cu cost de achiziie redus, s-a folosit metoda vibraiilor libere rezultate n urma unor excitaii forate. Prin aceast metod vibraiile n corpul stavilei sunt induse cu ajutorul unui excitator (generator de vibraii), msurndu-se apoi vibraiile libere ale stavilei. n cazul de fa, pentru inducerea acestor oscilaii n corpul stavilei s-a folosit un ciocan de cauciuc. Cu ajutorul traductoarelor de acceleraii i a aparaturii de msurare i achiziie a datelor au fost nregistrate oscilaiile de rspuns ale stavilei. Pentru msurtorile de vibraii, n vederea determinrii caracteristicilor dinamice proprii ale stavilelor analizate, autorul articolului a propus i a utilizat echipamente existente pe pia, echipamente care au un cost de achiziie i de ntreinere redus. S-a ncercat utilizarea unor montaje compacte, proiectate n scopul msurrii i nregistrrii acceleraiilor construciilor i a echipamentelor.

Un astfel de echipament (montaj de tip 1) este placa de dezvoltare produs de compania american Analog Devices (Fig. 4, a), care are n componen un senzor digital triaxial ADXL345 [7]. Acesta este un accelerometru cu rezoluie mare, (de maxim 13 bits) care poate fi calibrat pentru msurtori cu acceleraie maxima de 2g, 4g, 8g sau 16g i are o sensibilitate de 1%. Frecvena de citire a datelor este cuprins ntre 0.1 Hz i 3200 Hz. Placa de dezvoltare preia informaiile de la senzor i le stocheaz pe un card de memorie Micro Secure Digital. Avantajul acestui echipament este c funcioneaz independent, fr a depinde de un echipament

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 15

extern de prelucrare i stocare a datelor, nsa are dezavantajul unor citiri oarbe a datelor, care apoi pot fi verificate i validate.

Un alt dispozitiv pentru msurarea acceleraiilor propus i utilizat de autor (montaj tip 2) este alctuit dintr-o plac de achiziie (placa de dezvoltare) Arduino [8] , (Fig. 4, b), folosit n general de programatorii amatori pentru diverse aplicaii, care ns poate citi informaiile de la un senzor de acceleraie digital sau analogic. Pentru msurtorile de vibraii ale stavilei segment analizate autorul a utilizat un montaj (tip 2) cu un senzor analogic ADXL 335 produs tot de Analog Devices (Fig. 5). Acest senzor este calibrat la o intensitate a acceleraiei de 3g. Frecvena de msurare a senzorului este de 1600 Hz (pe direciile 0x i 0y, respectiv 550 Hz pe direcia 0z). Aceast alctuire are avantajul c datele sunt transmise unui sistem de prelucrare i vizualizare a datelor n timp real. Dezavantajul este c legturile ntre senzor-plac de achiziie i sistem se fac utiliznd cabluri de legtur, cabluri care au lungime limitat, fapt care n anumite situaii poate conduce la imposibilitatea realizrii msurtorilor.

a) b)

Fig. 4 - Diferite montaje propuse de autor pentru msurarea vibraiilor stavilelor analizate: a) placa de dezvoltare Analog Devices (tip 1) [7]; b) montaj (tip 2) cu placa de dezvoltare Arduino [8]

Fig. 5 - Schema de montaj (tip 2) utilizat pentru msurtori (PC-Arduino-ADXL335)

Pentru msurtorile efectuate asupra stavilei segment la scar redus, senzorul a fost amplasat aproape de centrul de greutate al stavilei (Fig. 6).

16 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Fig. 6 - Amplasarea senzorilor pe structura stavilei

Pentru msurtorile dinamice, echipamentul de achiziie a datelor (senzorul i placa de achiziie) a fost calibrat la o frecven de 66 Hz. nregistrrile au fost realizate pe o durat de 30 secunde dup aplicarea excitaiei iniiale, ns pentru determinarea frecvenelor proprii s-au extras din aceast msurtoare doar primele 8..10 secunde.

Pentru comparaia cu rezultatele obinute pe cale analitic i prin msurtori dinamice cu echipamente clasice, ultraperformante, s-au realizat dou msurtori, o prim msurtoare cu stavila aezat pe prag, i o a doua msurtoare cu stavila ridicat. Pentru prelucrarea datelor a fost utilizat programul Seismosignal [11] dezvoltat de Seismosoft (Fig. 7).

Fig. 7 - nregistrarea i analiza Fourier pentru stavila cobort pe prag

Tabelul 1

Comparaia perioadelor proprii de vibraii rezultate n urma analizei modale i ca urmare a msurtorilor

Caz analizat Mod de determinare

Perioada pe direcie longitudinala (0z) [sec.] Stavila coborta pe prag Stavila ridicata de pe prag

Model matematic (SAP 2000) 0.07531 0.1455 Msurare Kinemetrics VSS-3000 (clasic) 0.076 0.154 Msurare echipament propus de autor 0.072 0.151

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 17

n Tabelul 1 se poate observa c diferenele dintre valorile frecvenelor obinute n urma modelrii cu element finit a stavilei i cele msurate experimental, prin cele dou metode, metoda clasic si metoda propus de autor, sunt relativ mici, sub 2 %.

Analiznd rezultatele din Tabelul 1, se poate concluziona c utilizarea echipamentelor ieftine propuse de autor pentru msurarea vibraiilor stavilelor i determinarea caracteristicilor dinamice proprii ale stavilei poate fi acceptat, att pentru studiile privind vibraiile stavilelor sub aciunea hidrodinamic a apei, pentru determinarea amprentei dinamice a stavilelor ct i pentru monitorizarea construciilor i urmrirea comportrii n timp a acestora. Msurarea vibraiilor stavilelor n situ (Fig. 8), pe stavile n exploatare n timpul efecturii manevrelor (coborre a stavilelor clapet, ridicare a stavilelor segment de pe prag) este dificil, n primul rnd din cauza accesului limitat la acestea, mai ales n timpul manevrelor. Elementele de conectare a senzorilor (accelerometrelor) de placa de achiziie i de unitatea de stocare a datelor pot fi antrenate de curgerea apei, fapt care pune n pericol calitatea nregistrrilor (pot induce vibraii false la nivelul senzorilor) sau chiar pot distruge senzorii.

Fig. 8 - Msurarea vibraiilor la stavila segment CHE Bega cu echipamente propuse de autor

O soluie tehnic viabil pentru msurarea vibraiilor stavilelor, care elimin pericolele menionate anterior prin eliminarea conexiunilor ntre senzori i sistemul de achiziie i stocare a datelor o reprezinta sistemul fr fir (wireless). n Fig. 9 se prezint un sistem fr fir propus de autor care a fost utilizat pentru msurarea parametrilor dinamici proprii la diferite stavile.

Fig. 9 - Montaj fr fir (wireless) propus de autor pentru msurarea vibraiilor stavilelor

18 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Soluia wireless propus de autor este cea care folosete modulele Xbee. Aceast soluie asigur o comunicare fr fir la distane de pn la 30m n incinte nchise sau pn la 100 m n aer liber. Modulele au de asemenea un cost de achiziie redus i sunt compatibile cu plcile Arduino, dar i cu majoritatea plcilor de achiziie i dezvoltare existente pe pia n momentul de fa.

5. Concluzii

n concluzie, msurarea vibraiilor n vederea determinrii caracteristicilor dinamice proprii ale stavilelor poate fi efectuat utiliznd mijloace de msurare clasice, dar i echipamente simple propuse de autor care au un cost de achiziie i ntreinere sczut. Utilizarea echipamentelor propuse de autor pentru msurarea vibraiilor stavilelor i pentru determinarea caracteristicilor dinamice proprii ale stavilei poate fi acceptat, att pentru studiile privind vibraiile stavilelor sub aciunea hidrodinamic a apei, pentru determinarea amprentei dinamice a stavilelor ct i pentru monitorizarea construciilor i urmrirea comportrii n timp a acestora. Folosirea sistemului de msurare propus face ca aceast operaie sa fie la ndemna oricrui inginer ce are n atribuii urmrirea funcionrii stavilelor.

Bibliografie

[1] Prodescu, A. - Studii privind acurateea modelelor de calcul folosite la analiza stavilelor segment. Tez de Doctorat. Bucureti : Universitatea Tehnic de Constructii, 1998.

[2] Velez, Rafael Aguilar. - Dynamic Structural Identification using Wireless Sensor Networks. [3] Pricu, R. i alii. - Ingineria Seismic a Marilor Baraje. Bucureti : Editura Academiei. [4] Diaconescu, D. - Consideraii asupra siguranei n exploatare a stvilarelor. Studiu de caz la barajul de priz

Rovinari. Bucureti: s.n., 2008. [5] Popovici, A., Isar, D., Punescu, C., Ilinca, C. - Consideraii asupra incidentelor aprute n exploatarea

stvilarelor segment de la barajul de priz Rovinari. Hidroelectrica. 2008, Vol. vol. 53, nr. 1-2. [6] Gabor, A., Gabor G., Neagu C., Aldea A., Demetriu S., Dosa A. Experimental Modal Characteristicsof the

Building of the Faculty of Construction Braov. Young Research Conference 2010 [7] www.analog.com [8] www.arduino.cc [9] www.csiberkeley.com [10] www.kinemetrics.com [11] www.seismosoft.com [12] www.simscience.org

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 19

ASPECTE METODOLOGICE PRIVIND EVALUAREA CONDIIILOR DE TEREN CU APLICAII N STUDIILE DE MICROZONARE SEISMIC

METHODOLOGICAL ASPECTS REGARDING THE ASSESSMENT OF SOIL CONDITIONS WITH APPLICATIONS IN SEISMIC

MICROZONATION STUDIES

ELENA-ANDREEA CLRAU1

Rezumat: Articolul i propune o analiz sistematic a condiiilor locale de teren pe amplasamente din municipiul Bucureti. Prin utilizarea fondului de informaii disponibil, s-a realizat cuantificarea, centralizarea i prelucrarea caracteristicilor terenului obinute din msuratori geofizice. Pe baza acestora, a fost posibil elaborarea unor studii comparative i aplicarea unor corelaii utilizate n literatura de specialitate. Rezultatele obinute au permis att studiul distribuiei spaiale a parametrilor luai n considerare, ct i evaluarea condiiilor locale de teren pentru diferite amplasamente din Bucureti, n concordan cu metodologiile de microzonare utilizate la nivel internaional.

Cuvinte cheie: condiii de amplasament, msurtori geofizice, microzonare, rspunsul terenului

Abstract: The paper proposes a systematic analysis of local soil conditions on some Bucharest sites. By using available information the quantification, collection and processing of soil characteristics obtained from geophysical measurements were performed. On this basis it became possible to develop comparative studies and applications of several correlations used in the literature. The obtained results allowed the study of the spatial distribution of the considered parameters, and also the assessment of local soil conditions for different locations in Bucharest, according to the microzonation methodologies used worldwide.

Keywords: site conditions, geophysical measurements, microzonation, soil response

1. Introducere

Conceptul de microzonare s-a dezvoltat continuu n ultimele decenii i se bazeaz pe determinri i nregistrri instrumentale ale caracteristicilor terenului, obinute n foraje de adncime, necesare pentru acoperirea variabilitii condiiilor locale de teren. n urma studiilor de microzonare a condiiilor de teren efectuate pn n prezent, s-a evideniat importana zonrii parametrilor ce caracterizeaz rspunsul terenului la micri seismice [1], [2], [3] i necesitatea evalurii corecte a aciunii seismice, cu implicaii asupra siguranei fondului construit existent [4], [5].

Instrumentarea seismic a unor centre urbane importante, afectate periodic de micri seismice puternice, a permis obinerea de date ce au evideniat influena accentuat a condiiilor de teren asupra compoziiei spectrale a accelerogramelor corespunztoare diverselor amplasamente [6], [7]. La nivel naional, studiile realizate au evideniat schimbri ale condiiilor de teren de la un

1 Drd. geol., Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (PhD Student, Technical University of Civil Engineering Bucharest), Facultatea de de Construcii Civile Industriale i Agricole (Faculty of Civil Engineering, Industrial and Agricultural Buildings), e-mail: [email protected] Referent de specialitate: Prof.univ.dr.ing. Dan Lungu, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (Professor, PhD, Technical University of Civil Engineering Bucharest)

20 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

amplasament la altul pe teritoriul municipiului Bucureti, aspecte remarcate i n variabilitatea mare a valorilor parametrilor micrilor seismice vrncene [8].

Lucrarea prezint o analiz sistematic a condiiilor locale de teren pe amplasamente din municipiul Bucureti, bazat pe un numr considerabil de foraje i investigaii in situ. Prin abordarea unei metodologii de microzonare similar celor utilizate la nivel internaional, au fost evideniate o serie de elemente noi privind caracteristicile terenului i variabilitatea acestora, care s constituie date de intrare n analiza rspunsului terenului la aciuni seismice.

2. Caracteristici ale complexelor geologiei superficiale n municipiul Bucureti

Interesul pentru evaluarea condiiilor locale de teren specifice Bucuretiului a fost fundamentat de faptul c acestea se caracterizeaz prin depozite aluvionare, de vrst cuaternar, slab consolidate, cu grosimi de ordinul zecilor de metri, cu o perioad predominant ce a amplificat componentele de perioad lung a micrii seismice.

Complexele geologiei superficiale din zona municipiului Bucureti au fost clasificate pentru prima dat de Liteanu, n anul 1952, pe baza informaiilor obinute din peste 220 de foraje geotehnice i hidrogeologice [9]. Pe baza cercetrilor elaborate pn n prezent, s-a evideniat geologia superficial ca zon de interes pentru ingineria seismic, preocuprile intense pentru caracterizarea detaliat a stratigrafiei terenului din Bucureti fiind reflectate de completrile ulterioare aduse clasificrii iniiale de ctre diferii autori [8], [10], [11], [12]. Succesiunea depozitelor cuaternare n profilele litologice a permis delimitarea unor complexe individuale, ce prezint caracteristici geotehnice diferite i largi intervale de grosimi ale straturilor constituente, n funcie de mediul de sedimentare specific:

- Complexul 1 sedimente de suprafa recente cuprinde straturi de pmnt vegetal i materiale eterogene, cu o grosime cuprins ntre 0.50 i 4.00 m.

- Complexul 2 argilos-nisipos superior cuprinde argile, argile nisipoase, argile prfoase, nisipuri i prafuri cu grosimi de pn la 10 m. n zona de cmpie, situat la sud de rul Dmbovia i la nord de rul Colentina, complexul se ncadreaz, pe baza compoziiei granulometrice, la limita dintre argil i praf argilos, cu o distribuie omogen i uniform pe vertical i lateral n pachetul sedimentar. n domeniul interfluvial Dmbovia-Colentina, complexul este reprezentat de argile cafenii, ce acoper prafuri argiloase galben-cafenii cu calcar diseminat.

- Complexul 3 pietriuri de Colentina este constituit din pietriuri i nisipuri, cu grosimi ce variaz ntre 5 i 20 m. Pietriurile, depuse n regim torenial, reprezint conul de dejecie ce se afl la baza interfluviului Dmbovia Colentina, pe care este situat zona central a oraului.

- Complexul 4 depozite argiloase intermediare este constituit din toate tipurile de pmnturi, de la necoezive la ntreaga gam de coezive, predominnd argilele maronii i cenuii, cu intercalaii subiri de nisipuri. Complexul este predominant argilos (80% argil), de origine lacustr, abundent n calcar diseminat, fiind bine reprezentat n nordul oraului, unde prezint grosimi de aproximativ 25 m.

- Complexul 5 nisipuri de Mostitea prezint n general o dezvoltare regulat, avnd o extindere continu n toata zona Bucuretiului. Este constituit din nisipuri fine de culoare galben, cu numeroase intercalaii de argile prfoase, nisipoase i prafuri nisipoase, grosimea bancului de nisipuri fiind cuprins ntre 10 i 20 m. n partea de est i sud-est, unde se constat efilarea stratului de argile intermediare, nisipurile de Mostitea se unesc cu nisipurile i pietriurile de Colentina, iar grosimea cumulat a celor dou strate variaz ntre 20 i 35 m.

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 21

- Complexul 6 marnos lacustru este constituit dintr-o alternan de argile marnoase i nisipuri fine, cu grosimi cuprinse ntre 50 i 100 m. Culoarea cenuie i continutul mare n calcar indic faptul c depozitele corespund unor formaiuni lacustre, depuse sub un facies de mic adncime, n care materialul determinant l constituie fraciunea pelitic. Complexul marnos nclin uor de la sud spre nord, n aceeai direcie constatndu-se i creterea sa n grosime.

- Complexul 7 nisipuri de Frteti dezvoltat la adncimi mari, este constituit din nisipuri si pietriuri cu intercalaii de orizonturi argiloase, cu grosimi ce variaz ntre 100 i 180 m. Grosimea stratelor de Frteti prezint o tendin de cretere de la sud spre nord.

Studiul distribuiei spaiale a complexelor geologiei superficiale s-a bazat pe un numr considerabil de informaii obinute din peste 350 de foraje geotehnice i hidrogeologice efectuate pe diferite amplasamente din zona municipiului Bucureti, de ctre instituii de profil cu preocupri n domeniu (UTCB, CNRRS, INCDFP, GEOTEC, INCERC i ISPIF). Coroborarea datelor existente a contribuit n mod substanial la cunoaterea alctuirii formaiunilor constituente i a raporturilor existente ntre acestea. S-au realizat reprezentri grafice n format GIS, pentru diferite secvene de adncime, n scopul zonrii distribuiei spaiale a grosimii complexelor geologiei superficiale (fig. 1 - 6).

Fig. 1 - Distribuia spaial a grosimii complexului 2 al geologiei superficiale pe baza forajelor cu adncime de

30 m

Fig. 2 - Distribuia spaial a grosimii complexului 3 al geologiei superficiale pe baza forajelor cu adncime

de 30 m

Fig. 3 - Distribuia spaial a grosimii complexului 4 al geologiei superficiale pe baza forajelor cu adncime de

30 - 60 m

Fig. 4 - Distribuia spaial a grosimii complexului 5 al geologiei superficiale pe baza forajelor cu adncime

de 30 - 60 m

22 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Fig. 5 - Distribuia spaial a grosimii complexului 6 al geologiei superficiale pe baza forajelor

cu adncime de 60 - 100 m

Fig. 6 - Distribuia spaial a grosimii complexului 7 al geologiei superficiale pe baza forajelor

cu adncime de 100 - 200 m

3. Analiza condiiilor de teren pe baza rezultatelor obinute din msuratori geofizice n foraje

Investigaiile geofizice n Romnia s-au dezvoltat n ultimii ani, n principal prin promovarea msuratorilor de tip down-hole, n foraje finanate n cadrul unor colaborri interne i externe. n perioada 2003 - 2009, Centrul Naional pentru Reducerea Riscului Seismic, mpreun cu Tokyo Soil Research, n cadrul proiectului JICA, a realizat numeroase msuratori down-hole pe diferite amplasamente din municipiul Bucureti, utiliznd metoda PS Logging. Metoda permite msurarea timpilor de sosire a undelor seismice generate de o surs de impuls, situat la suprafaa terenului i traseul acestora pn la un senzor amplasat la o anumit adncime n foraj. Echipamentul utilizat pentru msuratorile de viteze, fabricat de Tokyo Soil Research Co. Ltd. este alctuit dintr-o staie de achiziie GEODAS i senzorul PS Logging. Pentru achiziia datelor a fost utilizat pachetul de programe realizat de compania Buttan Service Co. Ltd din Japonia, fiind folosit sistemul de msurare i nregistrare PsLogE i aplicaia software PS Start, pentru prelucrarea datelor nregistrate.

Rezultatele obinute din msurtorile geofizice sunt materializate prin profile simplificate al forajelor (utiliznd aplicaia NovoLiq, NovoTech software), intervalele de viteze calculate, n funcie de natura terenului i de adncime, precum i parametrii dinamici ai terenului (tabelul 1).

Pe baza valorilor obinute din msurtorile geofizice se investigheaz msura n care condiiile locale de teren (natura i caracteristicile terenului) influeneaz compoziia spectral a micrii nregistrate la suprafaa terenului. Normele din S.U.A. [13] i Eurocodul 8 [14] definesc spectrele de proiectare pentru diferite categorii de teren, clasificate pe baza unor indicatori calitativi (descrieri ale stratigrafiei profilului litologic etc.) i indicatori cantitativi (grosimea stratelor litologice, media ponderat a valorilor vitezelor undelor seismice de forfecare, Vs). Dei codul de proiectare romnesc P100-1/2006 nu prevede considerarea explicit a influenei condiiilor locale de amplasament n determinarea forelor seismice de calcul, incluznd efectul acestora n perioada de control (col), TC, n Anexa A a codului, n partea referitoare la caracterizarea seismic a condiiilor de teren (paragraful A.3), se specific faptul c pentru construciile din clasa 1 de importan - expunere sunt necesare studii suplimentare, care trebuie s conin profilul de viteze i stratigrafia terenului de amplasament [15]. Pentru fiecare din amplasamentele analizate s-au calculat, n funcie de adncimea forajelor, valorile medii ponderate ale vitezei undelor seismice de forfecare n primii 30 m ai terenului, cu ncadrarea amplasamentelor n clasa de teren corespunztoare.

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 23

Tabelul 1.

Profilul de viteze simplificat si valorile obtinute din msuratorile geofizice pentru amplasamentul INCERC

Detaliere profil

Amplasament INCERC Adancime

(m) Vs

(m/s) Vp

(m/s) Gdin

(MPa) Edin

(MPa) Coeficient

Poisson (din)

Vs/Vp

2 180 490 63 155 0.42 0.48 19 260 850 138 411 0.45 0.41

28.5 280 850 160 448 0.44 0.44 43 350 1640 256 902 0.48 0.29 74 380 1640 305 1046 0.47 0.32 94 400 1640 334 1127 0.47 0.33 104 440 1740 403 1337 0.47 0.35

Nivelul apei subterane: -6.50 m Sursa: CNRRS Metoda: PS Logging (down-hole)

De asemenea, n funcie de grosimea profilului litologic, pe baza valorilor vitezelor undelor seismice de forfecare obinute, s-a estimat perioada de vibraie a pachetului de strate din amplasament, Tg .

S-a constatat c majoritatea amplasamentelor corespund clasei de teren C teren intermediar cu valori ale vitezei Vs cuprinse ntre 180 i 360 m/s, cu depozite de adncime formate din nisip ndesat i cu ndesare medie, pietri i argil cu grosimi ce variaz de la civa zeci de metri la peste 100 de metri. n Eurocodul 8, aceste clase de teren sunt asociate cu o perioad de control TC a spectrului de rspuns de 0.6 s. Aceste valori nu se coreleaz cu observaiile din Bucureti bazate pe nregistrrile cutremurului din 30 August 1986, pentru care valoarea TC a rezultat mai mare de 0.6 s n toat zona Bucuretiului [1], [8], [10]. Astfel, s-a observat c valorile perioadelor de control (TB, TC i TD) ale spectrului de rspuns specificate n Eurocodul 8 nu sunt aplicabile pentru Bucureti.

S-au determinat analitic valorile perioadelor de vibraie ale pachetelor de straturi i s-a considerat util elaborarea unei analize a corelaiei valorilor Vs i Tg cu adncimea, respectiv a Vs cu Tg pentru diverse forme ale funciilor de corelaie. Se remarc faptul c, pentru pachetele de straturi analizate, ntre valorile Vs i adncime exist o corelatie intermediar spre bun, cu coeficieni de corelaie 0.55), att pentru tipul de regresie liniar, ct i pentru funcia putere (fig. 7). Se observ c valorile Vs nu cresc foarte pronunat cu adncimea depozitelor sedimentare aluviale, probabil att datorit neomogenitii straturilor n profilele litologice interceptate n foraje, ct i datorit grosimii semnificative a acestor depozite sedimentare recente.

Dei s-a realizat o evaluare simplificat a perioadei de vibraie a pachetelor de straturi, se evideniaz faptul c adncimea considerat n calcul are, n cazurile analizate, un efect preponderent, manifestat prin creterea perioadei Tg cu acest parametru; aspectul este datorat, n principal, relaiei de calcul utilizate. Se constat o corelaie foarte bun ntre parametrii respectivi, cu coeficieni de corelaie apropiai de 1.00, att pentru tipul de regresie liniar, ct i pentru cel bazat pe funcia putere (fig. 8).

n ceea ce privete analiza corelaiei dintre valorile Vs i Tg, se constat c, pentru fiecare interval prestabilit de adncime a forajelor, n funcie de datele disponibile luate n considerare, exist o corelaie bun ntre aceti doi parametri, cu coeficieni de corelaie 1.00 (fig. 9).

24 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

y = 0.7127x + 272.87R2 = 0.5551

y = 131.73x0.2146

R2 = 0.5525

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200 250

Adancime foraj (m)

Vs,a

ll

y = 0.009x + 0.209R2 = 0.9717

y = 0.0305x0.784

R2 = 0.943

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 50 100 150 200 250

Adancime foraj (m)

Tg,a

ll

Fig. 7 - Variaia Vs cu adncimea forajului Fig. 8 - Variaia Tg cu adncimea forajului

Se observ c, pentru setul de valori studiat, valorile Tg scad pe msur ce cresc valorile Vs. Ca o analiz de ansamblu cu privire la relaia dintre perioadele de vibraie ale pachetelor de straturi i adncimea forajului, se poate concluziona c valorile Tg n primii 30 m ai terenului variaz de la 0.29 s la 0.58 s, n timp ce, considernd primii 60 m din profilul litologic, aceste valori aproape se dubleaz, variind de la 0.62 s la 0.92 s.

y = -0.0015x + 0.8471R2 = 0.9496

y = 116.26x-0.9942

R2 = 0.9967

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

150 200 250 300 350 400 450

Vs30 (m/s)

Tg30

Fig. 9 - Variaia dintre Vs i Tg n primii 30 m ai terenului

Pe baza rezultatelor obinute din msurtorile geofizice n foraje, au fost realizate hri n format GIS cu distribuia i interpolarea valorilor medii ponderate ale vitezelor undelor seismice de forfecare (fig.10) i valorilor perioadelor de vibraie ale pachetelor de straturi n primii 30 m ai terenului corespunztoare amplasamentelor analizate (fig. 11).

Fig. 10 - Distributia valorilor mediate Vs

in primii 30 m ai terenului Fig. 11 - Distributia valorilor Tg

in primii 30 m ai terenului

Referitor la distribuia valorilor medii ponderate ale vitezelor undelor seismice de forfecare n primii 30 m ai terenului se constat uniformitatea acestora, cu zone restrnse ce prezint uoare variaii, influenate de metodologia de lucru utilizat. Cu privire la distribuia valorilor

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 25

perioadelor de vibraie ale pachetelor de straturi n primii 30 ai terenului, se evideniaz valori ridicate n zona luncii Dmboviei i Colentinei i valori reduse n domeniul interfluvial, cu tendin uoar de cretere spre nord, est i sud.

n cadrul analizei comparative dintre distribuia valorilor Tg i TC pe teritoriul Bucuretiului, s-au luat n considerare valorile perioadei de vibraie a pachetelor de straturi, obinute pe baza corelaiilor cu datele din investigaiile de teren, corespunztoare pentru 3 foraje situate pe amplasamentul INCERC, situat n partea de sud-est a oraului (fig. 12). S-a constatat c exist diferene semnificative, n cadrul aceluiai amplasament, de 10-20% ntre valorile Tg corespunztoare pachetelor de straturi n primii 30, 60 i 100 m, iar ntre valorile Tg corespunztoare grosimii totale a straturilor de 50-90%. Pentru evidenierea variabilitii perioadelor TC de la un cutremur la altul, pe acelai amplasament luat n considerare, sunt prezentate comparativ perioadele TC obinute din nregistrri ale cutremurelor vrncene din 1986 i 1990. Pe baza datelor obinute, drept referin s-a considerat valoarea TC nregistrat pentru cutremurul din 1986.

Fig. 12 - Comparaie ntre valorile Tg determinate analitic i valorile TC determinate experimental din

nregistrrile seismice pentru amplasamentul INCERC

Prin raportarea la studiile anterioare asupra distribuiei spaiale a perioadelor TC n Bucureti, se constat ca acestea au evideniat valori mici n partea de nord, respectiv valori mai mari n partea de sud-est a oraului [8], [16], [17]. Cercetrile efectuate au reliefat diversitatea condiiilor locale de teren pe teritoriul municipiului Bucureti, reflectate prin puternice modificri laterale n densiti, grosimi i adncimi ale acestor depozitelor cuaternare, aspecte remarcate i n variabilitatea mare a valorilor parametrilor micrii seismice [18], [19]. Datorit neomogenitii stratificaiei terenului din Bucureti, pe de o parte, i a numrul redus de staii seismice care au nregistrat cutremurul din 1986, pe de alt parte, este dificil evidenierea unei tendine comune i coerente de variaie a perioadelor predominante ale micrii terenului pe teritoriul Bucuretiului, mai ales innd seama de rolul semnificativ pe care l pot avea mecanismul de focar i mediul de propagare asupra coninutului de frecvene al amplasamentelor.

4. Concluzii

n concordan cu metodologiile utilizate pe plan internaional n studiile de microzonare seismic, articolul s-a bazat pe analiza sistematic de evaluare a condiiilor locale de teren utiliznd informaii obtinute din investigaii in situ. Astfel, s-au delimitat tipurile de complexe ale geologiei superficiale n amplasamentele analizate, cu luarea n considerare a diferitelor secvene de grosime a straturilor constituente. Studiul privind valorile medii ponderate ale vitezelor undelor seismice de forfecare n primii 30 m ai terenului a permis elaborarea profilelor de viteze i ncadrarea amplasamentelor analizate n clase de teren specificate n codurile de proiectare pentru compatibilitatea cu formatul studiilor efectuate pe plan internaional. n continuare, s-au determinat analitic valorile perioadelor de vibraie ale pachetelor de straturi, fiind evideniat corelaia valorilor Vs i ale perioadei predominante Tg cu adncimea, respectiv a corelaiei dintre Vs i Tg, pentru diverse forme ale funciilor de

0.55

0.92

1.03

0.79

1.18

1.55

0.35

0.69

1.06

0.46

1.94

1.43

0.46

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Tg,30 Tg,60 Tg,100 Tg,all

INC(70m)INC(140m)INC(205m)Tc-86TC-901

26 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

corelaie. De asemenea, s-au realizat comparaii ntre valorile Tg i valorile perioadei de col, TC, determinate pe amplasamente semnificative din municipiul Bucureti, pe baza nregistrrilor seismelor puternice vrncene.

Cercetrile efectuate au avut ca scop s reflecte modul de determinare a condiiilor specifice de amplasament i stabilirea influenei acestora n rspunsul terenului. Aplicarea principiilor utilizate n elaborarea studiilor de microzonare la nivel internaional a condus la evidenierea unor elemente noi privind caracteristicile terenului i variabilitatea acestora pe teritoriul municipiului Bucureti, acestea reprezentnd una dintre premisele de baz n analiza hazardului seismic.

Bibliografie

[1] Aldea, A., Yamanaka H., Negulescu C., Kashima T., Rdoi R., Kazama H., Clrau E. - Extensive seismic instrumentation and geophysical investigations for site-response studies in Bucharest, Romania. ESG 2006 Third International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seismic Motion, Grenoble, France, paper no. 69, p. 415-426, 2006.

[2] Arion, C., Tamura, M., Clrau, E., Neagu, C. - Geotechnical in situ investigation used for seismic design of buildings. 4th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Thessaloniki, Greece, paper no. 1349, 2007.

[3] Lungu, D., Arion C., Clrau E. - Seismic Microzonation of the City of Bucharest. Proceedings of 1st ECEES First European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Geneva, Switzerland, paper no. 993, 2006.

[4] Lungu, D., Aldea A., Arion A., Vcreanu R., Petrescu F., Cornea T. - European distinctive features, inventory database and typology, December report 2001, RISK-UE, Work Package 1, An advanced approach to earthquake risk scenarios with applications to different European towns, Nice, 2003.

[5] Vcreanu, R., Rdoi, R., Negulescu, C., Aldea, A. - Seismic Vulnerability of RC Buildings in Bucharest, Romania, Proceedings of 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, Paper #1798, 2004.

[6] Lungu, D., Arion, C., Vcreanu, R. - National and International Efforts for Seismic Risk Mitigation in Bucharest, Romania, Proceedings of First European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Geneva, Switzerland, paper no. 995, 2006.

[7] Lungu, D., Arion, C., Clrau E. - Bucharest soil conditions and input ground motion for the structural performance analysis. Proceedings of the International Symposium Urban Habitat Constructions Under Catastrophic Events, Malta, p. 135 141, 2008.

[8] Lungu, D., Aldea, A., Zaicenco, A., Cornea, T. - Hazardul seismic din sursa subcrustrala Vrancea. Macrozonare i microzonare seismic. Conferina Sigurana construciilor n condiiile de teren i seismicitate specifice Romniei i Republicii Moldova, 27-28 Octombrie 1999 Chiinu, Edit. UTCB, p. 1- 24, 1999.

[9] Liteanu, G. - Geologia oraului Bucureti, Raport tehnic, seria E, Hidrologia, Bucuresti, nr.1, 1952. [10] Lungu, D., Aldea A., Moldoveanu T., Ciugudean V., tefnic M. - Surface geology and dynamic properties of soil

layers in Bucharest, in Vrancea Earthquakes. Tectonics, Hazard and Risk Mitigation, Kluwer Academic publisher, Wenzel F., Lungu D.-Editors, 1998.

[11] Hannich D., Bonjer K. P., Hoetzl H., Lungu D.,Ciugudean, V., Moldoveanu T., Dinu C., Orlowsky D. - Evaluation of soil parameters through Vertical Seismic Profiling (VSP) in Bucharest, Romania, paper submitted to Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Elsevier Science Ltd, Oxford, 2005.

[12] Bala, A., Aldea A., Ritter J. R. R., Hannich D. - Methods to Assess the Site Effects Based on in situ Measurements in large urban Areas. Application in Bucharest City, EGU 2008, Vienna, Austria, 2008.

[13] *** International Code Council International Building Code, 731 p., 2009. [14] ***Eurocode 8 - Design provisions for earthquake resistance of structures. Part 1-1: General rules - Seismic actions and

general requirements for structures. CEN, European Committee for Standardization, 2004. [15] *** P100-1/2006 - Cod de proiectare seismica. Partea 1. Prevederi de proiectare pentru cldiri, Universitatea Tehnica de

Constructii Bucuresti, 2006. [16] Aldea, A. - Evaluarea hazardului seismic din sursa Vrancea in conditiile de teren specifice teritoriului Romaniei. Teza de

Doctorat, UTCB, Bucuresti, 256p, 2002. [17] Arion, C. - Zonarea seismic pentru condiii de teren i sursele seismice specifice Romniei. Tez de Doctorat, UTCB,

Bucureti, 181p, 2003. [18] Craifaleanu, I. G., Lungu, D., Borcia, I. S. - Shakemaps of Nonlinear Spectral Ordinates for Vrancea Earthquakes,

Proceedings of the First European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Geneva, Switzerland, 3-8 September, Paper No. 1257, 2006.

[19] Aldea, A., Lungu D., Demetriu S., Arion C. - GIS mapping of Seismic Microzonation and Site Effects in Bucharest base on Existing Seismic and Geophysical Evidence, Earthquake Loss Estimation and Risk Reduction Conference, Bucharest, October 2002, 237-250, 2002.

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 27

COMPORTAREA CLDIRILOR DIN BETON ARMAT DE JOAS NLIME LA ACIUNI SEISMICE

BEHAVIOR OF LOW RISE RC BUILDINGS TO SEISMIC ACTIONS

MARIANA CTLINA CLIN1

Rezumat: Exist n prezent o preocupare internaional pentru sigurana cldirilor universitare coordonat de UNESCO din Paris. Demersul UNESCO are o dubl motivaie: valoarea intelectual a studenilor i cadrelor universitare, respectiv existena codurilor de protecie care garanteaz niveluri ridicate de siguran. Romnia ndeplinete cerinele UNESCO prin adoptarea recent a codurilor de protecie seismic, de exemplu P100-1/2006 i P100-3/2008. n plus, exist hri de hazard seismic att pentru ar ct i pentru Bucureti, iar la evaluarea cldirilor existente se aplic prevederile ISO 13822:2010. Lucrarea este ilustrat printr-un studiu de caz n care se prezint reconstituirea comportrii seismice n decursul serviciului de 39ani.

Cuvinte cheie: consolidare, avarie, siguran, joas nlime

Abstract: There is a currently international concern for the safety of university buildings expressed by UNESCO in Paris. UNESCO has a dual motivation approach: intellectual value of students and academics, and the existence of codes that guarantee high levels of security. Romania has met UNESCOs requirements by its recent adoption of the seismic codes P100-1/2006 and P100-3/2008. In addition, there are seismic hazard maps both for the country and Bucharest, and for the assesment of the existing buildings provisions of ISO 13822:2010 are applyed. The paper is illustrated by a case study in which the reconstitution of the seismic behavior during 39 years of service is presented.

Keywords: consolidation, damage, safety, low rise

1. Introducere

n secolul trecut, al 20-lea, n Romnia, ca ar cu seismicitate ridicat regimul de nlime al cldirilor publice, cum ar fi coli, spitale, cinematografe sau cldiri rezideniale, era limitat la P+4E. Pentru aceast nlime nu erau necesare msuri speciale de protecie antiseismic. n urma creterii populaiei regimul de nlime a fost modificat i n prezent, pentru toate cldirile publice se prefer construcii cu mai multe etaje protejate seismic. Cldirile existente de joas nlime au fost proiectate n secolul trecut fr msuri speciale de protecie. Pentru punerea lor n siguran fiecare din aceste cldiri trebuie expertizat i n funcie de constatrile expertului se stabilete soluia de consolidare avnd n vedere prevederile Codului P100-3/2008. Aceste cldiri de joas nlime ridic probleme att n privina sistemului constructiv ct i a conformrii n plan sau elevaie. Pentru acest regim de nlime s-au folosit de regul perei portani din zidrie de crmid, simpl sau armat, cu smburi din beton armat sau cadre din beton armat. Foarte rar s-au introdus diafragme din beton armat. O deficien curent a cldirilor vechi cu regim de nlime redus o constituie rosturile seismice care s permit cele 6 grade de libertate. La unele din cldirile vechi s-au prevzut rosturi de dilataie sau tasare, cu cte un grad de libertate orizontal, respectiv vertical. Expertiza tehnic trebuie s conin i regularitile n plan i elevaie. n funcie de cele 3 tipuri de riscuri seismice prevzute n P100-3/2008, i anume: riscul de alctuire, riscul de avarie i riscul de asigurare, i 1 Asistent ing., Universitatea de tiine Agronomice i Medicin Veterinar Bucureti (Assistent, Eng, University of Agronomical Sciences and Veterinary Medicine), Facultatea de mbuntiri Funciare i Ingineria Mediului (Faculty of Land Reclamation and Environmental Engineering), e-mail:[email protected] Referent de specialitate: Prof.emerit.univ.dr.ing. Ramiro Sofronie, Universitatea de tiine Agronomice i Medicin Veterinar Bucureti (Professor PhD. Eng., University of Agronomical Sciences and Veterinary Medicine)

28 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

avnd n vedere prevederile ISO 13822:2010 privind interveniile structurale se evalueaz nivelul de siguran i se stabilesc soluiile de consolidare. Pentru exemplificarea problemelor menionate mai sus, n lucrare se prezint un studiu de caz al unei cldiri din secolul trecut care se ncadreaz n categoria de joas nlime: cldirea Facultii de mbuntiri Funciare i Ingineria Mediului Bucureti corp A.

1.1. Scurt istoric

Construcia analizat se afl n Bucureti, n cadrul Universitii de tiine Agronomice i Medicin Veterinar din b-dul Mrti, i a fost construit ntre anii 1972-1973, masiv i fr stlpi de col. Cldirea Facultii de mbuntiri Funciare i Ingineria Mediului aparine Ministerului nvmntului i pstreaz destinaia iniial de unitate de nvmnt superior, fiind o structur n sistem pavilionar din 3 corpuri: A, B, C.

Corpul A a suportat trei cutremure majore ncepnd cu cel din 1977, 1986 i terminnd cu cel din 1990, ntr-o zon seismic de gradul VIII, pe un teren din argil contractil. Datorit tipului de teren n campusul Universitii de tiine Agronomice i Medicin Veterinar Bucureti au existat precedente de cldiri avariate grav la cutremur. Una dintre ele a fost cminul studenilor agronomi construit n 1929, grav avariat la cutremurul din 1940, consolidat apoi de prof. Aurel A. Bele (a expertizat prbuirea hotelului Carlton din Bucureti), avariat din nou la cutremurul din 1977 i demolat n 1996. O alt cldire este cminul A4 construit ntre 1956-1959 care a suferit avarii chiar la civa ani de la darea n exploatare, i care datorit consolidrii efectuate de prof. Aurel A. Bele n 1969 a avut un comportament bun la cutremurele din 1977, 1986 i 1990. Dei regimul de nlime al corpului A este redus (H = 20.10 m) i forma n plan este regulat, la cutremurul din 4 martie 1977 s-au produs avarii, n special la elementele nestructurale, datorit rigiditii insuficiente pentru protecia elementelor de compartimentare. La cutremurul din 30/31 august 1986 s-a produs o reactivare a avariilor din 1977, iar la unele elemente structurale au aparut avarii noi. n urma cutremurului din 30 mai 1990, structura a prezentat avarii vizibile, att la elementele structurale, ct i la elementele nestructurale, dei ntre timp au mai fost efectuate operaii de finisaj. Ulterior cutremurului din 30/31 august 1986, INCERC Bucureti a efectuat determinarea caracteristicilor dinamice ale cldirii. Pentru identificarea caracteristicilor dinamice la un nivel mai ridicat de solicitare, s-au efectuat msurtori cu ocazia demolrii prin implozie a cldirii fostului cmin, aflat la circa 50 m de corpul A, n ziua de 11 octombrie 1996.

1.2. Obiectivul lucrrii

Construcia analizat a fost proiectat n anul 1972 pe baza normativului P13-70, STAS 2923-63 i STAS 7766-63. Fa de codul P100/92, i ulterior P100-1/2006, normativul P13-70 a dat un grad insuficient de asigurare seismic cldirii proiectate. Pornind de la constatarea c structura de rezisten iniial nu este adecvat unei construcii din clasa de ncadrare unitate de nvmnt superior, nerespectndu-se recomandrile normativelor de proiectare antiseismic i de proiectare a cldirilor n cadre, a fost necesar aplicarea unor soluii tehnice de intervenie care s o modifice, mbuntindu-i performanele de rezisten i ductilitate, prin mobilizarea tuturor resurselor de capacitate portant a ansamblului. n 1986 au fost propuse primele intervenii de consolidare constnd n cmuirea stlpilor centrali din interiorul cldirii i introducerea la exterior ntre stlpii de col i cei intermediari a unor zidrii de crmid plin, cu rol de diafragme moi.

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 29

Dup intrarea n vigoare a codului P100-92, s-au efectuat noi intervenii de consolidare a structurii, care s aduc cldirea la nivelul exigenelor acestuia n ceea ce privete nivelul deformaiilor relative de nivel maxim admisibil pentru protecia elementelor nestructurale (pentru cldiri care se ncadreaz n clasa de importan II i se afl amplasate n zona seismic de calcul B potrivit codului de proiectare seismic n vigoare la aceea dat P100/92). Aceste intervenii de consolidare, executate pn la nivelul 4, au fost n msur s ndeplineasc cerinele codului n vigoare. Prin urmarea construcia a fost analizat n acest studiu pentru cele trei faze de serviciu:

- Corpul A nainte de cutremurul din 1977; - Corpul A dup interveniile de consolidarea din 1986; - Corpul A dup interveniile de consolidare din 1996.

n consecin s-au elaborat calcule detaliate folosind programe de calcul structural n care au fost implementate caracteristicile specifice celor trei faze de serviciu (dimensiuni, materiale, ncrcri).

Fig. 1 - Vedere axonometric a structurii nainte de cutremurul din 1977, dup consolidarea din 1986 i dup

consolidarea din 1996

n momentul de fa ne aflm ntr-o cldire care a fost avariat de cutremurul din 1977 i a fost consolidat de dou ori. ntre timp s-au modificat i codul care au devenit mai restrictive i din acest motiv ne punem ntrebarea: Cum stm din punctul de vedere al siguranei (sigurana n starea limit ultim i sigurana n starea de serviciu)- avnd n vedere cerinele eseniale de calitate n construcii din Legea 10/1995, actualizat n 2007, art.5 - cerina de rezisten mecanic i stabilitate? Analizele numerice au fost efectuate n cinci cazuri de ncrcri: calculul static spaial la aciuni gravitaionale, calculul modal, calculul dinamic neliniar spaial la aciuni seismice dup direcia x, calculul dinamic neliniar spaial la aciuni seismice dup direcia y, calculul dinamic neliniar spaial la aciuni seismice dup direcia z, conform codului P100-1/2006.

2. Coninutul lucrrii

2.1. ncadrarea construciei n prescripiile din codul P100-1/2006

Corpul A al cldirii este de form ptrat de 21.60 m x 21.60 m, suprafa cu parter i patru etaje; nlimea total de 20.10 m, avnd parterul, etajul II i IV de cte 4.20 m nlime i etajele I i III de cte 3.70 i 3.80 m. Corpul de cldire este o structur pe cadre din beton armat pe dou direcii, cu stlpi rezemnd pe fundaii izolate (la dou nivele de adncime cei exteriori la -1.70 m i cei interiori la -0.60 m). Planeele sunt din beton armat, iar zidriile din crmizi cu goluri. Cldirea a fost prevzut cu rosturi de separaie ntre corpuri i la casele scrilor avnd funcia de dilataie contracie. Soluiile de consolidare propuse n 1986 pentru corpul A al Facultii de mbuntiri Funciare i Ingineria Mediului, au fost: cmuirea stlpilor centrali, introducerea la exterior ntre stlpii de col i cei intermediari a unor zidrii de crmid plin (7.20 m x 4.20 m), cu rol de diafragme moi.

30 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Soluiile de consolidare propuse n 1996 pentru corpul A al Facultii de mbuntiri Funciare i Ingineria Mediului, au fost: n fiecare din cele patru coluri s-a prevzut cte un cheson din beton armat, de circa 2.80 m x 2.80 m, care include i cei doi stlpi existeni din fiecare col al cldirii, grinzile perimetrale de 30 x 80 cm seciune au fost incluse n aceste diafragme tubulare, iar restul planeelor monolite se solidarizeaz cu aceste patru diafragme, repararea i consolidarea local a pereilor existeni i a celorlalte elemente constructive componente, zidriile de crmid ale caselor scrilor s-au nlocuit de asemenea cu perei din beton armat, realizndu-se noduri spaiale rigide, suplimentare.

2.2. Verificarea de rezisten i rigiditate

Construcia este amplasat n oraul Bucureti. Conform Codului de Proiectare Seismic P100-1/2006, amplasamentul se gsete n zona de hazard seismic creia i corespunde o acceleraie a terenului pentru proiectare de 0,24 (ag=0,24g), avnd o perioad de col a spectrului seismic Tc=1,6 s pentru un cutremur cu un interval mediu de recuren de 100 ani. Coeficientul de amplificare dinamic este 0=2,75. Cldirea este o structur de cadre spaiale cu planee din beton armat pe fundaii izolate sub stlpi. Clasa de importan a construciei este clasa II, ceea ce conduce la un coeficient =1,2.

2.3. Rezultatele calcului structural

Rezultatele calcului static i dinamic au artat c n urma modificrilor efectuate n alctuirea cldirii, fie la elementele structurale fie la cele nestructurale, cldirea a suferit modificri importante att n ceea ce privete masa ct i perioadele proprii de oscilaie.

Fig. 2 - Deformata spaial la aciuni gravitaionale

Fig. 3 - Deformata spaial la aciuni seismice pe direcia x

Fig. 4 - Deformata spaial la aciuni seismice pe direcia y

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 31

2.3.1. Influena interveniilor de consolidare asupra perioadelor proprii Cele dou consolidri au adus o cretere n mas a structurii (tabelul 1). Perioada de oscilaie n modul fundamental scade odat cu creterea n mas a structurii (39% fa de varianta iniial), ceea ce duce la un spor de rigiditate a acesteia; acest lucru demonstreaz eficiena interveniilor de consolidare aplicate de-a lungul perioadei de via a structurii, ns acestea au devenit insuficiente n timp datorit modificrilor aprute odat cu introducerea noilor coduri de proiectare (tabelul 2).

Deoarece dup harta de hazard seismic, perioada terenului din amplasament ia valoarea de T 0.83 s= , corpul A al Facultii de mbuntiri Funciare i Ingineria Mediului la cutremurul din 1977 s-a aflat n condiii de rezonan (de transfer de energie ca la rezonan), valoarea perioadei obinut din calcul fiind de 0.77 s.

Dei cldirea a mai fost afectat de dou cutremure, cel din 1986 i 1990, n urma interveniilor de consolidare efectuate la structur ncepnd cu anul 1986 se observ c perioadele proprii au sczut ajungnd ca n prezent cldirea s aib o perioad de 0.47 s, ceea ce nseamn c nu se mai afl n condiii de rezonan (fig. 5).

Practic interveniile de consolidare au fost realizate pentru sporirea rigiditii structurii care se obine prin mrirea dimensiunilor elementelor structurale i/sau adugarea altor elemente structurale.

Totui, dei reducerea perioadelor proprii de oscilaie pentru domeniul T Tc (Tc fiind n acest caz de 1.6 s conform codului P100-1/2006) al spectrului nu duce la reducerea forelor de proiectare, datorit adoptrii n mod acoperitor a unei valori constante (de palier) pentru acceleraia spectral n acest domeniu, ndeprtarea de condiiile de rezonan din zona T = Tc reprezint un obiectiv de urmrit ntotdeauna.

Tabelul 1

Masele structurii

Varianta de calcul Masa structurii (t)

Structura iniial nainte de cutremurul din 1977 1957 Structura dup consolidarea din 1986 2208 Structura dup consolidarea din 1996 2609

Tabelul 2

Frecvenele i perioadele fundamentale

Varianta de calcul Frecvene i perioade

fundamentale Mod v(Hz) T(s)

Structura iniial nainte de cutremurul din 1977 1 1.30 0.77 2 1.30 0.77 3 1.51 0.66

Structura dup consolidarea din 1986 1 1.65 0.61 2 1.65 0.61 3 1.78 0.56

Structura dup consolidarea din 1996 1 2.13 0.47 2 2.13 0.47 3 2.57 0.39

32 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

Tabelul 3

Valoarea raportului ntre ncovoiere (modul 1 i 2 de oscilaie) i rsucire (modul 3 de oscilaie)

Varianta de calcul Mod T(s) Tncov/Trsucire

Structura iniial nainte de cutremurul din 1977 1 0.77

1,17 < 1,5 2 0.77 3 0.66

Structura dup consolidarea din 1986 1 0.61

1,09 < 1,5 2 0.61 3 0.56

Structura dupa consolidarea din 1996 1 0.47

1,21 < 1,5 2 0.47 3 0.39

1957

2208

26090,77

0,610,47

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Varianta 1 - corp A (cldire FIFIM) - nainte de cutremurul din 1977

Varianta a 2-a - corp A (cldire FIFIM) - dup consolidarea din 1986

Varianta a 3-a - corp A (cldire FIFIM) - dup consolidarea din 1996

Perio

ada

(s)

Mas

a (t)

masa perioada n modurile 1 i 2

19572208

2609

0,66

0,56

0,39

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Varianta 1 - corp A (cldire FIFIM) - nainte de cutremurul din 1977

Varianta a 2-a - corp A (cldire FIFIM) - dup consolidarea din 1986

Varianta a 3-a - corp A (cldire FIFIM) - dup consolidarea din 1996

Perio

ada

(s)

Mas

a (t)

masa perioada n modul 3 Fig. 5 - Variaia masei structurii i a perioadelor de oscilaie (primele 3 moduri) pentru cele trei variante

1,171,09

1,21

Target 1,5

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

Varianta 1 - corp A (cldire FIFIM) nainte

de cutremurul din 1977

Varianta a 2-a - corp A (cldire FIFIM) dup

consolidarea din 1986

Varianta a 3-a - corp A (cldire FIFIM) dup

consolidarea din 1996

Rap

ortu

l T

ncov

./Tr

sc.

Tncov./Trsc. Target Fig. 6 - Valoarea raportului ntre ncovoiere (modul 1 i 2 de oscilaie) i rsucire (modul 3 de oscilaie) pentru cele

trei variante

Totui n ciuda faptului c rigiditatea cldirii a crescut, n urma interveniilor de consolidare, raportul ntre ncovoiere i rsucire a rmas mai mic de 1,5 ceea ce nseamn c pericolul de cuplare dintre cele trei moduri de oscilaie a rmas (tabelul 3 i figura 6).

2.3.2. Variaia deplasrilor la aciuni seismice pe direciile x i y Conform rezultatelor obinute se observ c n urma interveniilor de consolidare efectuate asupra corpului de cldire, deplasrile produse la cutremur pe ambele direcii s-au micorat considerabil astfel: deplasrile la vrf pe ambele direcii s-au micorat cu aproximativ 63-64% fa de situaia iniial, acest lucru indicnd c interveniile de consolidare au avut un efect favorabil asupra structurii (figurile 7,8 i 9 i tabelul 4).

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 33

Fig. 7 - Variaia deplasrilor absolute n cele trei variante la cutremur pe direcia x

Tabelul 4

Deplasri absolute pentru cele trei variante analizate Deplasri absolute pentru cele trei situaii analizate la cutremur pe direciile x i y

nainte de cutremurul

din 1977

Dup consolidare

din 1986

Dup consolidare

din 1986

nainte de cutremurul

din 1977

Dup consolidare

din 1986

Dup consolidare

din 1986 Ux(mm) Ux(mm) Ux(mm) Uy(mm) Uy(mm) Uy(mm)

35.26 21.83 12.87 35.29 21.84 12.92 29.81 18.28 11.62 29.78 18.20 11.63 22.99 13.65 9.19 22.93 13.50 9.23 5.37 7.13 4.94 5.38 6.74 5.06 5.36 2.19 1.19 5.25 1.37 1.65

0 0 0 0 0 0

Fig. 8 - Variaia deplasrilor pentru cele trei variante analizate la cutremur pe direcia x

Fig. 9 - Variaia deplasrilor pentru cele trei variante analizate la cutremur pe pe direcia y

34 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

2.3.3. Verificarea deplasrilor laterale n urma rezultatelor calculelor structurale prezentate se pot face urmtoarele comentarii: n niciuna din situaii valoarea admisibil a deplasrii relative de nivel n starea limit de serviciu nu a fost depit, iar valoarea admisibil a deplasrii relative de nivel n starea limit ultim a fost depit ntr-o singur situaie (n varianta I de calcul), acest lucru ar fi putut contribui la avarierea grav a cldirii la cutremurul din 1977 (conform codului P100-1/2006 valoarea SLUard , =

0,025 h i SLSard , =0.008 h).

Tabelul 5

Deplasrile relative de nivel

Nivel

nainte de cutremurul din 1977 Deplasri relative de nivel-cutremur pe direcia

x Deplasri relative de nivel-cutremur pe

direcia y

dr SLSrd SLS

ard , ULSrd ULS

ard ,

dr SLSrd SLS

ard , ULSrd ULS

ard ,

5 0,00129 0,00227

0,008

0,0102

0,025

0,00131 0,00229

0,008

0,0103

0,025

4 0,00179 0,00314 0,0141 0,00180 0,00315 0,0141 3 0,00419 0,00734 0,0329 0,00417 0,00731 0,0328 2 0,000003 0,000005 0,00002 0,00004 0,00006 0,00027 1 0,00127 0,00223 0,01003 0,00125 0,00218 0,00982 0 0 0 0 0 0 0

Tabelul 6

Deplasrile relative de nivel

Nivel

Dup consolidarea din 1986 Deplasri relative de nivel-cutremur pe

direcia x Deplasri relative de nivel-cutremur pe

direcia y

dr SLSrd SLS

ard , ULSrd ULS

ard , dr SLSrd SLS

ard , ULSrd ULS

ard , 5 0,00084 0,00185

0,008

0,00756

0,025

0,00131 0,00189

0,008

0,00776

0,025

4 0,00121 0,00265 0,01091 0,00180 0,00270 0,01107 3 0,00155 0,00339 0,01390 0,00417 0,00352 0,01441 2 0,00133 0,00292 0,01195 0,00003 0,00317 0,01299 1 0,00052 0,00114 0,00466 0,00125 0,00071 0,00292 0 0 0 0 0 0 0

Tabelul 7

Deplasrile relative de nivel

Nivel

Dup consolidarea din 1996 Deplasri relative de nivel-cutremur pe

direcia x Deplasri relative de nivel-cutremur pe direcia

y

dr SLSrd SLS

ard , ULSrd ULS

ard , dr SLSrd SLS

ard , ULSrd ULS

ard , 5 0,00029 0,00065

0,008

0,00295

0,025

0,00031 0,00067

0,008

0,00304

0,025

4 0,00063 0,00140 0,00633 0,00063 0,00138 0,00626 3 0,00101 0,00221 0,01003 0,00099 0,00217 0,00984 2 0,00101 0,00221 0,01004 0,00092 0,00201 0,00913 1 0,00028 0,00061 0,00281 0,00039 0,00085 0,00389 0 0 0 0 0 0 0

BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012 35

Fig. 10 - Deplasrile relative de nivel pentru cele dou stri limit (ULS i SLS)

Dup prima consolidare deplasarea relativ s-a redus cu 38%, iar dup cea de a doua cu 40% fa de consolidarea anterioar, reprezentnd 63% fa de deplasarea relativ n cazul situaiei iniiale (figura 10 i tabelele 5-7). n acest mod structura ndeplinete din punct de vedere al deplasrii relative de nivel condiiile impuse de actualul cod de proiectare seismic, indicativ P100-1/2006.

3. Concluzii

Consolidrile au dus la reduceri ale perioadei fundamentale de oscilaie, respectiv la creteri ale rigiditii structurii astfel: de la o consolidare la alta rigiditatea structurii a crescut cu 44-49% ajungnd ca rigiditatea cldirii existente s creasc cu 72% fa de cea iniial, acest lucru indicnd c interveniile de consolidare au avut un efect favorabil asupra structurii.

Evaluarea fcut asupra cldirii n 1996 a indicat necesitatea consolidrii ei datorit faptului c n raportul de expertiz de atunci a avut un punctaj de 4.55 corespunztor clasei de risc II: avarii grave sau moderate cu fataliti. Dup consolidare situaia s-a mbuntit, cldirea obinnd un punctaj de 7.20, trecnd astfel n clasa de risc seismic III: avarii moderate sau uoare, ceea ce este acceptabil.

Totui, n ciuda faptului c rigiditatea cldirii a crescut i clasa de risc seimic a crescut de la II la III n urma interveniilor de consolidare, raportul ntre ncovoiere i rsucire a rmas mai mic de 1,5, ceea ce nseamn c pericolul de cuplare dintre cele trei moduri de oscilaie a rmas.

n concluzie, dup dou consolidri succesive, n 1986 i 1996, astzi, n 2012, cldirea este n serviciu, dar n stare fisurat, iar dup harta de hazard seismic elaborat de Institutul Naional de Cercetare i Dezvoltare pentru Fizica Pmnturilor de la Mgurele n 2005, efectul cutremurului de proiectare pentru amplasament este foarte puternic, adic PGA=0,30g, cu doar 7% mai mic ca la Focani.

Bibilografie

[1] Bele, A.A. - Cutremurul i construciile, Buletinul Societii Politehnice, Bucureti, 1941. [2] Tologea, S., - Probleme privind patologia i terapeutica construciilor, Ed. Tehnic, 1976.

36 BULETINULTIINIFICU.T.C.B.NR.4/2012

ZIDRIA CONFINAT CU GRILE POLIMERICE I CU ARMTUR DE OEL

CONFINED MASONRY WITH POLYMERIC GRIDS AND WITH STEEL REINFORCEMENT

ALINA-MARIANA CODI1

Rezumat: n lucrare se face un studiu comparativ din punct de vedere al lucrului mecanic i al energiei calorice nglobate n zidria din crmid confinat cu grile polimerice fa de cea confinat cu armtur de oel. Sunt prezentate, de asemenea, date despre cele dou tipuri de zidrie i despre