IZVOR: magistarski rad "Protupotresna izolacija građevina",Građevinski fakultet Zagrebautor: Petar SUČEVIĆ, dipl.ing.građ.

 

UVOD

Potres kao prirodna pojava, stohastičkog porjekla ima značajne utjecaje na građevine. U nastavku rada, navode se neke od osnovnih karakteristika te pojave kojima se ona opisuje i aplicira u vidu opterećenja na konstrukcije objekata. S obzirom na to da su sile od potresa izazvane inercijalnim silama, koje direktno ovise o masama (i ubrzanjima), neželjeni učinci potresa se najviše očituju na armiranobetonskim   konstrukcijama.   Navode   se   osnovni   armiranobetonski   konstrukcijski   sustavi zgrada   i   njihova   ključna   svojstva   kao   što   su  nosivost,   duktilnost   krutost   i   prigušenje,   kojima   se suprostavljaju seizmičkim utjecajima. Ipak, cilj ovog rada je kratka sistematizacija seizmičke izolacije (protupotresne zaštite) kao koncepcije aseizmičkog projektiranja. Prikazuju se konstrukcijski sustavi koji se koriste u novije vrijeme za protupotresnu zaštitu građevina (zgrada, mostova) uz naglasak na elastomerne seizmičke ležajeve koji su zbog niza svojih prednosti najčešće upotrebljavani u praksi.

POTRES KAO POJAVA I POTRESNO OPTEREĆENJE

Potresi predstavljaju kretanje tla koje se javlja zbog iznenadnih pomaka u zemljinoj kori u gornjem dijelu   zemljinog   plašta.  Najvažniji   su   potresi   tektonskog   porijekla   koje   se   objašnjavaju   teorijom tektonike  ploča.  Prema toj   teoriji   tvrda zemljina  litosfera,  koju čine zemljina kora  i  najgornji  dio vanjskog omotača, i koja ima ukupnu debljinu od 50 do 150 km, razlomljena je na 12 ploča, koje se pomiču  kao kruga tijela  po  relativno mekoj  atmosferi.  Gibanje  ploča  (u  prosjeku 7  cm godišnje) uzrokuje istjecanje vulkanske mase na oceanskim grebenima, gdje se ploče razmiču kako bi se na drugim mjestima međusobno sudarale ili podvlačile. Uzrok potresa kod nas je pritisak Afričke ploče ( i njenog isturenog dijela Jadranske mikroploče) na južni obod Euroazijske ploče [2].  Zbog relativnih pomaka između ploča dolazi, u blizini granica između ploča do velikih tektonskih sila, i u slučaju kada je   iscrpljena  nosivost  materijala,   javljaju   se  nagli   pomaci   koji  uzrokuju  potrese.   Značajni  potresi javljaju se i u unutrašnjosti pojedinih ploča zbog naprezanja koja nastaju kao posljedica pritisaka na granicama ploča.  Razlomi   (rasjedi)   se   formiraju  na mjestima gdje  dolazi  do relativnog pomicanja stijenskih  masa,   a   jačina  potresa  ovisi   o  dužini   aktiviranog   razloma.  Dio  potencijalne  energije  u materijalu  uz   razlom pretvara   se  u  kinetičku  energiju  koja   se  u  obliku   seizmičkih  valova   širi  od razloma u okolinu. Mjesto gdje počinje pucanje i rasprostiranje seizmičkih valova zove se hipocentar potresa,   a   njegova   vertikalna   projekcija   na   površini   zemlje   zove   se   epicentar.  Ovisno   o   dubini hipocentra, potresi mogu biti plitki ( do 70 kim dubine ) i duboki ( do 700 km dubine ). Duboki potresi, s inžinjerskog stajališta, nisu interesantni jer ne uzrokuju štete na konstrukcijama. S obzirom na to da kod potresa dolazi do pucanja stijenske mase na većoj dužini (razlom), jačina potresa ne ovisi samo o udaljenosti od hipocentra, već i o udaljenosti od čitavog područja razloma. [2]. Kako je Hrvatska dio mediteransko transazijskog pojasa, gotovo cijela područja Hrvatske odlikuju se izrazitom seizmičkom aktivnošću. To osobito vrijedi za priobalna područja i sjeverozapadni dio Hrvatske, a posebno za južnu Dalmaciju. [35].

 

SEIZMIČKI VALOVI

Kinetička energija koja se oslobodi slomom materijala u hipocentru širi se u okolinu u vidu seizmičkih valova. Po unutrašnjosti zemlje prostiru se PROSTORNI, a po njezinoj površini POVRŠINSKI seizmički valovi. Iz hipocentra šire se dvije vrste prostornih valova. Jedni su rezultat normalnih naprezanja u materijalu, a kod njih čestice materijala osciliraju oko ravnotećnog položaja u pravcu širenja samih valova i zovu se PRIMARNI (longitudinalni, uzdužni) ili P – valovi. Druga vrsta prostornih valova je posljedica posmičnih napona u materijalu, a kod njih čestice osciliraju okomito na pravac prostiranja valova i zovu se SEKUNDARNI (poprečni, transferzalni ) ili S – valovi. Budući da su S – valovi posljedica posmičnih naprezanja , oni se prenose samo kroz čestice (a ne i kroz tekućine ). Brzina S – valova je približno nešto veća od polovine brzine P – valova. Znači da zbog različitih brzina rasprostiranja, na pojedina mjesta prvo stižu P- valovi, a zatim S – valovi. Iz vremenskog intervala između dolazaka P i S valova izračunava se udaljenost neke lokacije od epicentra. Površinom zemlje šire se površinski valovi koji mogu biti R – valovi (Rayleigh) koji su nešto sporiji od S – valova, a oscilacije su im eliptične u ravnini okomitoj na površinu zemlje, i L – valovi (Love) koji su najsporiji i osciliraju u horizontalnoj ravnini   okomito   na   pravac   rasprostiranja   valova.   Vibracije   tla   na   površini   zemlje   predstavlja komunikacija pojedinih vrsta valova. Ipak, najveći utjecaj na građevine imaju S – valovi, a njihova brzina rasprostiranja je najvažnija seizmička karakteristika tla.

 

JAČINA POTRESA

2.1. Magnituda potresa

Jačina potresa ovisi  od količine energije koja se oslobodi u potresu. Kvantitativna mjera za jačinu potresa je magnituda (M) koju je definirao Richter 1935. godine (California Institute of Technology), a koja   indirektno   i   približno  daje   vrijednost   energije  potresa.   Prema  Richteru,  maginutada   (M)   je jednaka logaritmu s osnovicom 10 maksimalnih amplituda seizmičkih valova (u mikronima) koje su mjerene na standardnom seizmografu Wood – Anderson na udaljenosti 100 km od epicentra potresa. S obzirom na to da svi seizmografi nisu standardnog tipa, niti se nalaze na 100 km od epicentra, potrebno   je   registrirane  amplitude  prevesti  na  Richterovu  magnitudu.  Veći   dio   energije   koja   se oslobodi u potresu se potroši na pomake stijenskih masa i njihovo rušenje u blizini rasjeda, te na zagrijavanje tih materijala. Samo se manji dio energije u formi seizmičkih valova širi na sve strane. Ta energija uzrokuje gibanja tla i štete na građevinama i zove se energija seizmičkih valova (E ). U praksi postoje razne empirijske formule koje povezuju magnitudu potresa (M) i enegiju seizmičkih valova, od kojih je poznatija Gutemberg – Richterova:[2].

log E = 4,8 + 1,5 M,

gdje je E energija seizmičkih valova (seizmička energija) u Joulima.

2.2. Intenzitet potresa

Za razliku od magnitude, intenzitet potresa nije podatak dobiven mjerenjem na nekom instrumentu, već   se  on  procjenjuje  na  osnovu  vanjskih  učinaka  potresa.   Intenzitet  potresa   se  «mjeri»  prema njegovim efektima na građevinama, prema njegovim efektima u prirodi i na živim bićima. Intenzitet potresa, znači, ne zavisi samo od količine oslobođene energije, već i od udaljenosti od hipocentra ( od rasjeda ) te od lokalnih geomehaničkih, geoloških i topografskih mjesta, kao i od vrste gradiva i tipa konstrukcija građevina [29]. Ukratko, intenzitet potresa je mjera lokalne razornosti potresa. U funkciji intetnziteta razvijeno je niz skala od koji se u Americi koriste MM – skala (modificirana MCS), a u Europi MSK – 64 skala. Sve su te skale slične po strukturi i razlikuju 12 stupnjeva jačine potresa (od 5-tog slabog do 12-tog katastrofalnog potresa. [36].

2.3. Maksimalno ubrzanje tla

Potresno opterećenje ne djeluje direktno na konstrukciju u obliku sila kao neko drugo opterećenje, već   indirektno   putem   pomicanja   tla.   Zbog  mase   konstrukcija   posjeduje   inerciju   koja   se   protivi kretanju. Djelovanje inercije simuliramo fiktivnim inercijalnim silama koje djeluju u suprotnom pravcu od kretanja i koje su jednake umnošku mase i ubrzanja mase. Ubrzanje mase je u slučaju beskonačno krutih   konstrukcija   jednako   ubrzanju   tla.   Maksimalno   ubrzanje   tla   je   direktno   proporcionalno maksimalnim fiktivnim silama koje djeluju na konstrukciju. Kod konstrukcija koje nisu potpuno krute, odnos   je   kompliciraniji.   Ipak,   i   u   tom  slučaju   je  maksimalno  ubrzanje   tla  pomnoženo   s  masom jednako maksimalnom dinamičkom opterećenju. Inercijalne sile na konstrukciju su, osim od veličine dinamičkog opterećenja, ovisne i o dinamičkim karakteristikama konstrukcije i o vremenskom tijeku dinamičkog opterećenja. [2].

2.4. Predominantni periodi

Oscilacije tla za vrijeme potresa je kompleksan proces koji se može jako pojednostavljeno shvatiti kao superpozicija  harmonijskih oscilacija sa različitim periodima i  različitim amplitudama. Kod toga su oscilacije sa nekim periodima jače zastupljene od drugih i zbog toga govorimo o predominantnim ili prevladavajućim periodima oscilacija tla. Predominantni periodi su oni periodi kod kojih Fourierov spektar opterećenja ima najveće amplitude. Sa stajališta intenziteta potresa, bitan utjecaj na štetu ima odnos između predominantnih perioda oscilacija tla i vlastitih perioda konstrukcija objekata. Ako se ti periodi poklapaju dolazi do rezonantnih efekata, i oštećenja su bitno veća nego u slučaju kada su periodi   različiti.  Zbog toga,  u   funkciji  vlastitih perioda,  konstrukcije  možemo podijeliti  na:  KRUTE (imaju kratke vlastite periode  i  najvažniji   im  je parametar  ubrzanje),  FLEKSIBILNE (imaju dugačke vlastite periode i najvažniji im je parametar pomak) i OBIČNE (imaju srednje periode i najvažniji ima je parametar brzina). Granice između tri tipa konstrukcija nisu fiksne već ovise o karakteristikama kretanja tla. [2].

2.5. Karakteristike oscilacija tla

Karakteristike oscilacija tla na određenoj   lokaciji  ovise o nizu faktora,  a prije svega o: magnitude potresa, udaljenosti od hipocentra odnosno rasjeda, geoloških karakteristika stijenskih masa u kojima se   šire   valovi,   mehanizma   potresa   u   hipocentru,   topografskih   karakteristika   lokacije   i   lokalnih geomehaničkih karakteristika lokacije. Najvažnije karakteristike oscilacija tla koje je moguće odrediti pomoću analize akcelerograma i koje je potrebno poznavati za racionalnu analizu su: maksimalna ubrzanja,   brzine   i   pomaci   tla,   trajanje   jakog   dijela   oscilacija   i   frekventni   sastav   oscilacija 

(predominantni periodi). Poznavanjem tih karakteristika moguće je definirati odgovarajuće potresno opterećenje u obliku projektnog spektra ili akcelerograma.

2.6. Vertikalne oscilacije

Stvarno   kretanje   tla   za   vrijeme   potresa   događa   se   u   prostoru,   tako   da   postoje   i   vertikalne komponente oscilacija. Tim komponentama obično se posvećuje manja pažnja iz razloga što objekti koji   su  dimenzionirani  na  više  od  1g  vertikalnog  ubrzanja   (vlastita   težina)  obično  bez  problema podnose  vertikalno  ubrzanje   zbog  potresa.   Ipak,   korisno   je  napomenuti,  da   je  do   sada  najveće ubrzanje   tla   izmjereno   u   sjevernoj   Kanadi   u   potresu   1985.   godine.   Za   vrijeme   tog   potresa   s magnitudom  6,9,   jedan   je   instrument,   udaljeno   oko   10   km  od   epicentra,   pokazao  maksimalna horizontalna   ubrzanja   1,10g   i   1,35g   (u   dva   ortogonalna   smjera),   dok   je  maksimalno   vertikalno ubrzanje iznosilo čak 2,37g. S obzirom na to da se potres dogodio u nenaseljenom području nije bio određen intenzitet po subjektivnim skalama.

2.7. Seizmički odziv temeljnog tla

Poznato je da lokalni uvjeti tla imaju značajan utjecaj na intenzitet njegovog gibanja, pa tako i na oštećenja objekata. Temeljno tlo može promijeniti karakteristike seizmičkih valova na njihovom putu do površine. Dok se u homogenoj sredini oblik vala neće mijenjati, u uslojenim sredinama različitih karakteristika, kakve se često nalaze blizu površine, doći će do pojava kao što su refrakcija, refleksija, disperzija  i  amplifikacija pojedinih komponenti valova. Pri   jačim seizmičkim pobudama doći će do izražaja nelinearnost uslojene sredine zbog promjene elastičnih karakteristika slojeva i dogoditi će se filtracija   seizmičkog   signala,   odnosno   promjena   njegovog   frekventnog   sastava.   Ne   samo   da karakteristike   temeljnog   tla   utječu   na   transformaciju   seizmičkih   valova  na   njihovom  prolazu   do konstrukcije, već se i one same pri tome mogu mijenjati. U određenim slučajevima, posebno kod teških ili velikih konstrukcija, slika postaje kompleksnija činjenicom da i sama konstrukcija povratno utječe   na   karakteristike   gibanja   tla.   Pod   pojavama   u   temeljnom   tlu   izazvanima   potresima podrazumijevamo: klizanja, rasjedanjs,  slijeganja, pojačanja gibanja i  promjene frekventnog sastav seizmičkog vala pri prolazu kroz temeljno tlo (ili seizmički odgovor temeljnog tla) i likvefakciju vodom zasićenih nekoherentnih tla. Ove pojave mogu biti međusobno povezane, a i sama konstrukcija može na njih utjecati. Likvefakcija je bitno povećanje deformabilnosti ili potpuni gubitak čvrstoće rastresitih nekoherentnih   ili  prašinastih tla te njihov prelazak u tekuće stanje.  Sam pojam ne opisuje  jednu strogo definiranu pojavu, već skup pojava međusobno povezanih koje se mogu dogoditi u vodom zasićenim nekoherentnim tlima u toku relativno brzog cikličkog opterećenja. [2].

2.8. Spektar odziva

2.8.1. Uvod

Veći dio karakteristika oscilacija tla je eksplicitno ili implicitno obuhvaćen u spektrima odziva. Spektar odziva predstavlja maksimalni odziv sustava s jednim stupnjem slobode gibanja, u ovisnosti o periodu i prigušenju sustava za određeno dinamičko opterećenje. Odziv sustava na pobudu može se prikazati u  obliku  ubrzanja,   brzina,   pomaka,   energije,   duktilnosti   i   dr.  Može   se   pretpostaviti   elastično   ili neelastično   ponašanje   konstrukcije.   Kod   beskonačno   krutih   konstrukcija   (T=0)   su   ubrzanja konstrukcije   jednaka  ubrzanjima   tla,  pa   je  ordinata   spektra  apsolutnog  ubrzanja   za  T=0   jednaka maksimalnom ubrzanju tla. Ubrzanja konstrukcije (ordinate u spektru) rastu s povećanjem perioda konstrukcije, a dinamička amplifikacija je veća kod manjih prigušenja. Iz istraživanja i analize spektara 

odziva (ubrzanje, brzina, pomak) došlo se do zaključaka da je veličina ubrzanja (veza s inercijalnim silama)   kritična   za   krute   konstrukcije,   veličina   brzine   (veza   s   energijom)   kritična   za   obične konstrukcije, a veličina pomaka kritična za fleksibilne konstrukcije.

2.8.2. Projektni spektri

Za   potrebe   projektiranja,   karakteristike   projektnog   opterećenja   najčešće   se   zadaju   projektnim spektrima. Oni obično odražavaju prosječne vrijednosti više spektara odziva, a ponekad i anvelope spektara   različitih   tipova   oscilacija   tla.   Projektni   spektri   daju   se   obično   u   obliku   spektara pseudoubrzanja jer se iz njih može direktno dobiti projektno seizmičko opterećenje u vidu seizmičkih sila. U pojedinim propisima, projektni spektri su korigirani raznim faktorima koji ovise o predviđenom ponašanju   konstrukcije,   i   koji   nemaju   nikakve   veze   sa   stvarnim   karakteristikama   potresnog opterećenja. Elastični spektri definiraju seizmičko opterećenje uz pretpostavku potpunog elastičnog ponašanja   konstrukcije.  Međutim  kod   jačih   potresa,   najveći   dio   običnih   konstrukcija   se   ponaša neelastično. Postoje dva tipa spektara odziva koji odgovaraju neelastičnom ponašanju konstrukcije; Prvi  tip   je   spektar  ubrzanja   kojim   se  određuje   reducirano   seizmičko  opterećenje   zbog  duktilnih svojstava   konstrukcije   i   disipacije   potresne   energije.   Ti   spektri   baziraju   se   na   metodi   faktora duktilnosti i ugrađeni su u aseizmičke propise. Drugi tip neelastičnih spektara namjenjen je kontreli ponašanja   konstrukcije   kod   jakog   potresa.   Kontrola   se   odnosi   na  maksimalne   deformacije   i   na sposobnost   konstrukcije   da   podnese   određeni   broj   cikličkih   deformacija   (sposobnost   disipacije energije).

2.9. Projektni akcelerogrami

Za   dinamičku   analizu   kod   koje   se   određuje   odziv   konstrukcijeu   vremenu   (time   history),   ulazni podatak  mora  biti   kompletan  akcelerogram očekivanih  oscilacija   tla  na  određenoj   lokaciji.  Osim postojećih   akcelerograma,   generirati   se   mogui   sintetički   akcelerogrami   koji   odgovaraju karakteristikama očekivanog kretanja tla. Svakom akcelerogramu odgovara samo jedan spektar, dok se   za   jedan   spektar  može  naći  beskonačno  mnogo  akcelerograma.  To   znači  da   je  akcelerogram potpunija informacija o kretanju tla od spektra, a spektar daje očigledniji pregled o karakteristikama oscilacija (uz izuzetak trajanja)  i   lakše ga je odrediti na osnovu približnih podataka o očekivanom potresu. 2.10. Zaključak Čitav postupak određivanja potresnog opterećenja bazira se na empirijskim izrazima  dobivenih   statističkim analizama sa  velikim  rasipanjima   rezultata.   Zbog   toga,  u   čitavom postupku postoji  određena, relativno velika nesigurnost,   i  ključno rješenje je  inžinjerska precjena. Također, poželjna je suradnja projektanata sa geolozima, pa i seizmolozima. Potresno opterećenje naime ne ovisi samo od geoloških i seizmoloških karakteristika, nego i od karakteristika objekta, od njegove namjene i od zahtjevane razine sigurnosti. [2].

 

SEIZMIČKI UTJECAJI NA AB KONSTRUKCIJE

3.1 Uvod

Za analizu konstrukcija potrebni su podaci o opterećenju i o konstrukciji. Kod seizmičkih proračuna, nesigurnost   podataka   o   seizmičkom   opterećenju   je   izuzetno   velika.   Nesigurni   su   i   podaci   o 

konstrukcijama,  naročito  o  njihovom ponašanju  u neelastičnom području. [2].  Dovoljna  seizmička sigurnost   konstrukcije  može   se  postići   kombinacijom  odgovarajuće  dispozicije,   korektne  analize, pravilnog dimenzioniranja i konstruiranja. [2]. Glavna načela aseizmičkog oblikovanja nosivog sustava su: [11]

- JEDNOSTAVNOST. Očituje se u čistoći nosivog sustava i mogućnosti direktnog prijenosa sila potresa. Takvim sustavom dobije se točnije i sigurnije rješenje s predvidljivijim ponašanjem u potresu.

-   UJEDNAČENOST   I   SIMETRIJA.   Inercijalne   sile   koje   nastaju   u   težištima  masa   ravnomjerno   se raspodjeljuju po konstrukciji.

- VIŠESTRUKA STATIČKA NEODREĐENOST. Veći broj plastičnih zglobova omogućuje bolju apsorbciju seizmičke energije.

- DVOSMJERNA OTPORNOST I KRUTOST. Horizontalno seizmičko gibanje tla je dvosmjerni fenomen kojem se konstrukcija mora oduprijeti po mogućnosti sa sličnim nosivim sustavima u oba smjera.

- TORZIJSKA OTPORNOST I KRUTOST. Ako nije moguće izbjeći ekscentricitet težišta krutosti i masa (torzija), tada je poželjno nosive elemente za prihvaćanje horizontalnih sila potresa razmjestiti po vanjskom opsegu objekta.

-   DJELOTVORNOST   STROPNIH   KONSTRUKCIJA.   Krutost   (nedeformabilnost)   stropnhih   konstrukcija treba omogućiti ravnomjernu raspodjelu inercijalnih sila na seizmičke nosive elemente.

- ADEKVATNO TEMELJENJE. Potrebno je osigurati vezu između temelja i nosivog sustava, te omogućiti njihov zajednički rad kao cjeline u oba smjera konstrukcije.

3.2. Nosivost i duktilnost

U aseizmičkom projektiranju, povoljnom kombinacijom nosivosti, krutosti i prigušenja tj. disipacije energije,   ovisno  o   stupnju   važnosti  građevine,   odlučuje   se  u   kojem će   se   stupnju  dopustiti   rad konstrukcije   u   neelastičnom  području   (pri   kojemu  u   konstrukciji   nastaju   oštećenja),   i   pri   tome histereznim   prigušenjem   apsorbirati   unesena   seizmička   energija. [9].   Kod   jakog   seizmičkog opterećenja,   sva   tri   parametra,   nosivost,   duktilnost   i   krutost,   zajedno   sa  masom  i   prigušenjem, ravnopravno  predstavljaju   osnovne   parameter   konstrukcije   o   kojima   ovisi   njezino   ponašanje   za vrijeme jakog potresa. [2]. NOSIVOST je definirana kao najveće opterećenje koje konstrukcija može primiti.   Stvarna  nosivost   armiranobetonskih   konstrukcija   je  mnogo   veća  od  nosivosti   koju   traže propisi. Razlozi tome su, između ostalih oni da se u mnogim konstrukcijskim elementima ugrađuje mjerodavna minimalna armatura koja može biti veća od statički potrebne, ne uzima se u obzir efekt učvršćivanja armature, doprinos nekonstrukcijskih elemenata se obično ne uzima u obzir (a može bit značajan),  matematički  modeli   uključuju   konzervativne   pretpostavke,   u   višestruko   neodređenim statičkim sustavima (duktilnim) događa se povoljan efekt redistribucije naprezanja, i tako dalje. [2]. DUKTILNOST je svojstvo konstrukcije da transformira i disipira kinetičku energiju pomoću prigušenja. Duktilno   ponašanje   konstrukcije,   odnosno   sposobnost   konstrukcije   da   pretrpi   znatne   plastične deformacije bez gubitka nosivosti, implicira stupanj oštećenja koji se može akumulirati tijekom niza opterećenja (potresa) i nosivost sustava može biti bitno narušena. Kriteriji razine oštećenja koji se mogu prihvatiti većinom su gospodarske prirode. [9]. Pod svojstvom duktilnosti konstrukcije, obično se podrazumijeva odnos između maksimalnog mogućeg pomaka (nelinearne deformacije) i pomaka 

na   nekoj   ekvivalentnoj   granici   elastičnog   ponašanja   (deformacije   na   granici   tečenja).   Uz   ovako definiran  parametar  duktilnosti potrebno  je  uzeti u  obzir   i   sposobnost  disipacije  ulazne energije potresa  zbog trajanja  mnogo ciklusa  opterećenja.  Pogodan parametar  za   to   je  normirana ulazna energija,   to   jest   energija   koja   za   vrijeme   potresa   ulazi   u   konstrukciju.   Seizmička   otpornost konvencionalnih konstrukcija može se postići na dva načina: [2] - velikom nosivošću, tako da objekt ostane   praktično   neoštećen   u   elastičnom   području   -   manjom   nosivošću   u   kombinaciji   s odgovarajućom duktilnosti; u tom slučaju dolazi kod jakog potresa do oštećenja Veća nosivost se postiže,  u  pravilu,  upotrebom više  materijala,   stoga   je  ovaj  koncept   skuplji   i   koristi   se   samo za iznimne  objekte   gdje  ne   smije  doći  do  oštećenja   konstrukcije   ili   opreme  objekta.  Odgovarajuća duktilnost  se može bitno poboljšati primjerenom dispozicijom,  izborom odgovarajućeg materijala, odgovarajućim   detaljima   i   pravilnim   rasporedom   armature.   Duktilnost   solidno   građenih armiranobetonskih   zgrada   iznosi   oko   5,   što   prema   približnoj   procjeni   znači   da   konstrukcija projektirana na horizontalno opterećenje od 10 % vlastite težine, može izdržati bez rušenja potres maksimalnog ubrzanja od 0,3g i u slučaju efekata rezonancije. ². Stvarno ponašanje konstrukcije, koje je u funkciji nosivosti i duktilnosti, moguće je simulirati samo nelinearnim analizama koje su za praksu suviše skupa  i  komplicirana.  Stoga se za proračun običnih  konstrukcija  koristi približna metoda s faktorom  duktilnosti   koja   se   bazira   na   standardnoj   elastičnoj   analizi   sa   reduciranim   seizmičkim opterećenjem.   Pomaci   dobiveni   elastičnom  analizom  moraju   se   pomnožiti   s   faktorom   redukcije seizmičkih sila kako bi se dobili približni stvarni pomaci. Redukcija seizmičkih sila ovisi o duktilnosti konstrukcije,   o   vlastitim   periodima   konstrukcije   i   o   prihvatljivim   oštećenjima.   Veoma   krute konstrukcije moraju imati dovoljnu nosivost da izdrže potresno opterećenje u elastičnom području, jer u njihovom slučaju redukcija seizmičkih utjecaja nije moguća. Poboljšani koncept ove metode s faktorom duktilnosti je metoda programiranog ponašanja, koja se bazira na tome da se određeni nosivi   elementi   namjerno   dimenzioniraju   tako   da   se   prvi   plastificiraju   (kontrolirana   disipacija seizmičke energije).

3.3 Krutost

Krutost   je   uz   nosivost   i   duktilnost   fundamentalni   parametar   koji   bitno   utječe   na   ponašanje konstrukcije   u   potresu.   Krutost   određuje   vlastite   periode   konstrukcije,   a   o   njihovom  odnosu   s predominantnim   periodima   potresa   ovisi   dinamička   amplifikacija   opterećenja   na   konstrukciju. Krutost zgrada bitno se mijenja tijekom potresa. Pojavom oštećenja krutost se smanjuje (i  do 10 puta), a time se povećavaju vlastiti periodi. Kod vibracija tla sa “običnim” frekvencijskim sastavom (predominantni periodi do 0,5 sekunde) smanjenje krutosti povoljno utječe na veličinu seizmičkog opterećenja jer se povećavanjem vlastitih perioda konstrukcija pomiče u niži dio spectra (sa manjom dinamičkom   amplifikacijom). [2].   Često   se   u   praksi   zanemaruje   doprinos   najvažnijih “nekonstrukcijskih”   elemenata   (pregrade,   ispune),   međutim,   istraživanja ²   pokazuju   da   krutost okvirne konstrukcije može i  do pet puta porasti ako se u obzir uzmu najvažniji  “nekonstrukcijski” elementi. Ako se time, u proračunu pretpostavi nešto veća krutost konstrukcijskog sustava, tada će se dobiti jači projektni potres, a u stvarnom potresu konstrukcija će pretrpiti manja oštećenja.

3.4 Prigušenje

Kod vibracija konstrukcija kojima se ne dovodi energija (na primjer u obliku vanjskog opterećenja) amplitude   vibracija   se   smanjuju   s   vremenom.   To   znači   da   se  mehanička   energija   (kinetička   i potencijalna) smanjuje i pretvara u druge oblike energije, prije svega toplinsku. Pojava smanjivanja 

mehaničke energije zove se disipacija,  a sile koje se pri  tome suprostavljaju gibanju,  zovu se sile prigušenja.  Kod potresnog opterećenja,  prigušenje djeluje povoljno na ponašanje konstrukcije   jer smanjuje amplitude. Kod stvarnih konstrukcija uvijek se javlja kombinacija različitih tipova prigušenja. VANJSKO VISKOZNO prigušenje javlja se zbog otpora medija (voda, zrak) i zanemarivo je u odnosu na ostala prigušenja. Tip trenja koji je baziran na TRENJU ne ovisi o brzini i pomacima, a može nekad biti značajno (zidovi ispune nakon raspucavanja). Za vrijeme vibracija konstrukcije, elastični valovi se šire po   poluprostoru   na   kojem   je   konstrukcija   temeljena.   Taj   način   disipacije   energije   zove   se RADIJACIJSKO prigušenje i ovisi o karakteristikama tla i konstrukcije. Ovo prigušenje povećava se s povećanjem krutosti konstrukcije,  fleksibilnosti tla   i  s  dubinom temeljenja.  Smanjuje  se kod viših tonova   vibracija.   VISKOZNO   prigušenje   prevladava   u   konstrukciji   dok   su   vibracije   u   elastičnom području. Ono se javlja zbog viskoznih svojstava materijala i raste s povećanjem frekvencije vibracija. Lako   se   matematički   modelira,   pa   je   često   ekvivalent   za   druge   tipove   prigušenja   kao   što   je HISTEREZNO prigušenje. Histerezno prigušenje dominira pri velikim, neelastičnim deformacijama gdje može biti značajno i jedan je od najbitnijih fenomena koji omogućavaju da konstrukcija bez rušenja preživi   veoma   jake   potrese.   Prigušenja   se   modeliraju   koeficijentima   koji   se   dobivaju eksperimentalnim putem. Izbor koeficijenta prigušenja je dosta nesiguran, a opet ono bitno utječe na amplitudu vibracija i na odziv konstrukcije. Iz tog razloga, prigušenje je jedan od faktora koji doprinosi nesigurnosti podataka, a time i rezultata analize kod potresnog opterećenja. [2].

3.5. Konstrukcijski sustavi

3.5.1. Okvirne konstrukcije

Okvirne konstrukcije imaju relativno male mase što direktno smanjuje seizmičke sile,  a i  olakšava temeljenje pa se mogu graditi i na slabijem tlu. Zbog relativno velike horizontalne deformabilnosti vlastiti  periodi   su   im  duži,   a   poznato   je   da   su   zgrade   s   dužim  periodima  manje   pobuđene  pri karakterističnim   potresima.   Velika   fleksibilnost   ovih   sustava   ima   i   svojih   mana.   Zbog   velike horizontalne deformabilnosti javlja se osjetljivost na utjecaje drugog reda i relativno veća oštetljivost pregradnih   i   nenosivih   dijelova   konstrukcije   u   odnosu   na   krute   konstrukcije.   Čiste   okvirne konstrukcije, u pravilu, imaju relativno male sizmičke sile, ali im je i nosivost relativno mala, a u jakim potresima bivaju prilično jako oštećeni sa visokim cijenama sanacija.

3.5.2 Ukrućeni okvirni sustavi

Ovi sustavi predstavljaju manje fleksibilnu varijantu od čistih okvira, stoga su im i seizmičke sile nešto veće, a vlastiti periodi nešto kraći. Ovakve zgrade također spadaju u lake konstrukcije. Nosivost im je znatno veća od čistih okvira, a deformabilnost manja, iz čega proizlaze manja oštećenja pri potresu. Koncepcija  ovih sustava se sastoji  u tome da gravitacijska opterećenja većinom prenose okviri,  a seizmička   opterećenja   se   većim   dijelom   predaju   armiranobetonskim   zidovima   za   ukrućenje   ili armiranobetonskim liftovskim i stubišnim jezgrama. S obzirom na to da zidovi preuzimaju gotovo sve seizmičko opterećenje, oni radi sigurnosti moraju biti dimenzionirani na nešto veće seizmičke sile ili se rezerva nosivosti zbog nepouzdane raspodjele mora povjeriti okvirima, što je neracionalno i čini manu ovih sustava. Druga mana leži u problemu temeljenja armiranobetonskih zidova s obzirom na to da oni primaju na sebe velike momente savijanja i relativno male uzdužne sile, a nosivost se može u potpunosti iskoristiti samo ako su temelji u stanju da bez velikih deformacija, prenesu u tlo granični moment savijanja. Zidovi za ukrućenje mogu biti visoki i niski kod kojih je odnos H/B ², gdje je H visina zida, a B njegova dužina. Ova podjela nije formalne prirode, iz razloga što visoki zidovi rade pretežno 

na savijanje, dok su niski zidovi većinom napregnuti na posmik, a raspored posmičnih naprezanja u njima ne odgovara uobičajenoj naponskoj slici nosača napregnutih na savijanje. Visoki zidovi rade kao konzolni nosači i kao takvi imaju maksimalni moment savijanja (i poprečnu silu) u istom presjeku, pri dnu zida. Ako se zid projektira dovoljno pažljivo i ako je kritična zona zaštićena od otkazivanja na posmik, zid može razviti potrebnu duktilnost i dobro zaobljenu, stabilnu histereznu petlju.

3.5.3. Zgrade od monolitnih armiranobetonskih zidova

Ovi sustavi su teži i krući od okvirnih sustava, pa stoga na sebe navlače velike seizmičke sile koje se savladavaju pravilnim konstruiranjem i  dimenzioniranjem nosivih elemenata.  Deformabilnost  ovih sustava je znatno manja od one u okvirnim sustavima što je povoljno s obzirom na stupanj oštećenja nenosivih elemenata i opreme, te sanaciju elemenata konstrukcije nakon potresa. S obzirom na to da su u ovim sustavima seizmičke sile velike, zahtjevi deformabilnosti i povezanosti stropnih konstrukcija trebaju biti stroži u odnosu na druge sustave. Otvaranjem vrata ili  prozora u punom većem zidu, nastaje zid s otvorima koji je specifičan po svom nosivom elementu, kratkoj, krutoj veznoj gredi iznad otvora. Vezne grede na sebe privlače velike momente savijanja i porečne sile koje se teško mogu racionalno  prihvatiti.   S  druge   strane,  u   slučaju  prihvaćanja  tih  velikih  utjecaja,   rubne   reakcije  u veznim gredama se  u  vidu  aksijalnih   sila   (tlak   i   vlak)  prenose  na   zidne  nosače.  Efekat   je  uvijek nepoželjan. U tlačnoj zoni može biti prekoračena tlačna čvrstoća i može doći do drobljenja betona. U vlačnim zonama može se javiti potreba za dodatnom vlačnom armaturom (jer aksijalne sile mogu biti i  veće  od  gravitacijskog  opterećenja  koje   zid  nosi)   ili   se  uslijed   rasterećenja  neće  moći  prenijeti poprečna sila, tim više ako je zid raspucao pa se prijenos vrši isključivo trenjem preko pukotine, nego će doći do klizanja po horizontalnoj spojnici  ukoliko zid nije armiran dijagonalnom armaturom. Iz svega navedenog proizlazi  da vezne grede treba projektirati tako da pri  djelovanju vjetra  i  malih potresa  ostanu  neraspucane,  a  pri   jačim potresima  da  se  u  njima  otvaraju  kontrolirani  plastični zglobovi koji  pravilnim armiranjem imaju veoma povoljna svojstva disipacije seizmičke mehaničke energije.

3.5.4. Zgrade od panelnih armiranobetonskih zidova

U načelu su moguća tri koncepta prema kojima se projektiraju panelne zgrade [2]. U prvom konceptu zgrada je neoštećena prilikom djelovanja potresa, i kao elastičan sustav savladava seizmičke sile. Ovo rješenje   je  neracionalno  i  primjenjuje  se kod nižih  zgrada koje se  mogu kvalitetno temeljiti.  Kod visokih zgrada amplifikacija ubrzanja je velika  iz čega proizlaze velike seizmičke sile i  neracionalni zahtjevi za čvrstoćom konstrukcije, a i prevelika ubrzanja štete ljudima i pokretnoj opremi u objektu, stoga je ovaj koncept za visoke zgrade neprihvatljiv. Drugi koncept se bazira na jakim, nepopustljivim spojnicama panela.  Kod ovih zgrada plastificiranje se predviđa u samim panelima  i  zidovi  zgrade (paneli) se projektiraju kao monolitni uz osiguravanje zahtijevane duktilnosti. Treći koncept bazira se na   spojnicama  slabijim  od  panela   i   na   veznim gredama  iznad  otvora,   koji   se  prilikom disipacije energije plastično deformiraju. Mogu se predvidjeti slabe HORIZONTALNE spojnice, međutim u tom slučaju ugrožen je integritet zgrade jer se preko njih prenosi gravitacijsko opterećenja, a i sanacija i recentriranje horizontalnih spojnica od klizanja je vrlo složena. Korektno rješenje su jake horizontalne i   slabe   VERTIKALNE   spojnice   koje   će   plastičnim   deformiranjem   disipirati  mehaničku   seizmičku energiju.  Vertikalne spojnice ne prenose gravitacijska  opterećenja   i   tako ne narušavaju   integritet zgrade. Za redovna opterećenja (vjetar) i manje potrese sustav ostaje neoštećen, dok se kod jakih potresa  otvaraju  plastični   zglobovi,  prvo u  veznim gredama,  a   zatim  i  u  vertikalnim spojnicama. 

Vertikalne spojnice trebaju imati dovoljan kapacitet plastičnog rada, trebaju biti «dovoljno slabe» (jer horizontalne  spojnice   i   serklaži  u  njima ne  dozvoljavaju  odvajanje  panela   ispod određenih  sila)   i trebaju imati mogućnosti lakog popravljanja.

 

SEIZMIČKA IZOLACIJA - KONCEPCIJA ASEIZMIČKOG PROJEKTIRANJA

4.1 Uvod

Poznato je da se djelovanje potresa na građevinske objekte u većini slučajeva svodi na djelovanje inercijalnih sila izazvanih gibanjem tla zbog seizmičkih valova. Veličina tih sila ovisi o karakteristikama seizmičke pobude i o deformabilnosti konstrukcijskih elemenata u elastičnom i plastičnom području. Da  bi   konstrukcije  ostvarile  dovoljnu   sposobnost  apsorbcije   i  disipacije  energije  one  moraju  biti projektirane   tako   da   u   slučaju   jakih   potresa  mnogi   konstrukcijski   elementi   rade   u   plastičnom području, što znači da neminovno trpe oštećenja. To dovodi do potrebe za sanacijama nakon potresa koje   iziskuju   velike   troškove.   Osim   toga,   pri   projektiranju   konstrukcija   objekata   u   seizmičkim područjima potrebno je voditi računa o brojnim ograničenjima i pravilima konstrukcijskog oblikovanja koja imaju za svrhu da spriječe neželjene oblike i veličine odziva, da poboljšaju svojstva duktilnosti konstrukcijskih   elemenata,   te   da   ograniče   oštećenja   nekonstrukcijskih   elemenata.   Zahtjevi   su nerijetko   i   kontradiktorni.   Primjerice,   za   ograničenje   veličine   seizmičkih   sila   povoljno   je   da   su konstrukcije podatljive, dok je za ograničenje oštećenja nekonstrukcijskih elemenata povoljnije da budu   krute.   Sve   to   dovelo   je   do   razvoja   ideje   o   protupotresnoj   izolaciji   građevina,   dakle   o poduzimanju konstrukcijskih mjera koje bi rezultirale bilo smanjivanjem količine seizmičke energije koja   se   unosi   u   konstrukciju,   bilo   apsorbcijom   i   disipacijom   većeg   dijela   unesene   energije posredstvom   posebnih   elemenata   (sustava   za   disipaciju   energije   –   prigušivača).   Konstrukcijski elementi tako koncipiranih građevina ostali bi u elastičnom području i kod jakih potresa te bi mogli biti dimenzionirani samo za redovna opterećenja, dakle na znatno manje rezne sile.[10].

 

 

Slika 4.1. Načelo protupotresne izolacije građevina

Slika 4.2. Konvencionalna konstrukcija i seizmički izolirana konstrukcija

4.2 Konstrukcijske mjere seizmičke izolacije

Zadatak   sustava   seizmičkih   izolatora   je  da   smanje  količinu  gibanja  koja   se   s   temelja  koji   vibrira prenosi   na   konstrukciju [37].   Sustavi   seizmičke   izolacije   temelje   se  na   slijedećim  konstrukcijskim mjerama [10]:

4.2.1 Produženje osnovnog perioda titranja

Za veličinu odziva seizmički opterećenih konstrukcija presudan je odnos njihove osnovne frekvencije i frekvencije pobude. Kad je taj odnos jednak jedinici, odziv je maksimalan (rezonancija) Produženjem perioda titranja konstrukcije postiže se udaljavanje od predominantnog perioda gibanja tla koji za većinu potresa iznosi 0,2 do ,0 sek čime se isključuje pojava rezonancije Produženje osnovnih perioda titranja   konstrukcije   ostvaruje   se   najčešće   postavljanjem   konstrukcije   na   armirane   elastomerne ležajeve. Osim produženja osnovnih perioda ležajevi smanjuju razinu seizmičkih sila svojim viskoznim i histereznim svojstvima prigušenja. Produženje osnovnih perioda može se postići i tako da vertikalni konstrukcijski elementi djeluju kao obrnuto njihalo, bilo da se ljuljaju na temeljnoj konstrukciji, bilo na temeljnom tlu koje se tokom potresa plastificira. Ovdje se produženje osnovnih perioda postiže smanjenjem   krutosti   na   savijanje,   za   razliku   od   gumenih   armiranih   ležajeva   gdje   se   smanjuje posmična krutost. Jedan od načina za produženje osnovnih perioda titranja konstrukcije je i primjena sustava. Protupotresne zaštite s rezervnim elementima koji  pri  dostizanju određene sile zakazuju, smanjujući time znatno krutost konstrukcije.

4.2.2 Razdvajanje konstrukcije od tla posredstvom sloja neznatne posmične krutosti

Jedan  od  načina   smanjivanja  odziva  konstrukcije  na   seizmičku  pobudu   izravno   je   sprečavanje   ili ograničavanje   prijenosa   sila   iz   tla   u   konstrukciju.   To   se   postiže   uređajima   za   razdvajanje,   tj. mehanizmima male   ili  neznatne  posmične  krutosti  koji  ne  mogu  prenijeti   razorne  posmične  sile uzrokovane   valovima   gibanja   tla.   Jedan   od   sustava   u   toj   kategoriji   su   ležajne   ploče   s   malim koeficijentom   trenja,   koje   prekoračenjem   granične   sile   počinju   djelovati   kao   mehanizmi   za razdvajanje, a u isto vrijeme i kao uređaji za apsorbciju i disipaciju energije.

4.2.3 Uređaji za apsorbciju energije

Kako   se   amplifikacija   gibanja   tla   uzrokovana   rezonancijom   smanjuje   s   povećanjem   prigušenja, primjena   raznih   prigušivača   (viskoznih,   tarnih,   histereznih   i   sl.)   predstavlja   djelotvoran   način   za smanjivanje odziva seizmički opterećenih konstrukcija. Neki od uređaja u ovoj kategoriji su: - viskozni prigušivači  (uljni  uređaji analogni automobilskim amortizerima) - uređaji  za apsorbciju bazirani na plastičnim deformacijama (pri torziji ili savijanju) mekog čelika, ili još bolje, olova (posmično tečenje) koji  imaju veliku histereznu sposobnost apsorbcije i disipacije energije i nakon većeg broja ciklusa (300) - tarni prigušivači koji rade na bazi (Coulombova) trenja, a njihovo djelovanje ima specifičan karakter s obzirom na diskontiunitet koji  unose u ponašanje sustava temelj–izolator–konstrukcija. Postoji, dakle, određeni granični odnos frekvencije pobude i osnovne frekvencije pri kojemu se tarni prigušivač  «oslobađa»   tj.   postaje  moguće   relativno  gibanje   tarnih  ploha  prigušivači   s  dodatnom masom  koja   je   smještena   na   vrh   građevine   i   povezana   je   s   osnovnom  nosivom   konstrukcijom (analogija iz strojarske tehnike za smanjivanje ljuljanja broda na valovima). Dodatna masa može biti i specijalno konstruirana «mekana» gornja etaža.

4.2.4 Specijalne mjere projektiranja konstrukcija

Poznato   je   da   nepravilnosti,   bilo  masa   ili   krutosti,   u   konstrukciji  mogu   dovesti   do   nepovoljne raspodjele sila u odzivu na neku dinamičku pobudu. Međutim, ima mjera projektiranja konstrukcije koje teže smanjivanju oštećenja od potresa. Najpoznatija takva mjera je koncepcija «mekane» donje etaže. Iako specijalne mjere projektiranja ne mogu biti, strogo govoreći, smatrane protupotresnom izolacijom   one   se   navode   radi   potpunosti   prikaza   svih  mjera   kojima   se   nastoji   smanjiti   odziv konstrukcije na seizmičke pobude.

4.3. Opravdanost primjene seizmičke izolacije

Primjenom   protupotresne   izolacije   moguće   je   osigurati   znatnu   redukciju   seizmičkih   sila,   a   da konstrukcija ostane u elastičnom području i ponašanju. To je naročito značajno kod zgrada, za koje zahtijevamo da ostanu upotrebljive   i  nakon djelovanja snažnog potresa.  Kod armirano betonskih konstrukcija   za   koje   je   upravo   seizmičko   djelovanje   često  mjerodavno,   primjena   protupotresne izolacije donosi niz prednosti i ušteda uzimajući u obzir relativno male troškove nastale zbog ugradnje sustava   seizmičkih   izolatora.   U   prvom   redu   smanjuje   se   potrebna   količina   poprečne   armature (spona), jer se predviđa elastično ponašanje konstrukcije, uz podjednaki utrošak uzdužne armature. Zbog   toga   je   jednostavnija   i   kvalitetnija  ugradba  betona   zbog  manje   zagušenosti  čvorova  okvira poprečnom i uzdužnom armaturom. Također se ostvaruju i uštede na sanaciji zgrade nakon potresa na način da otpada potreba za popravkom oštećenih konstrukcijskih i nekonstrukcijskih elemenata, opreme i instalacija. Uz to, znatno se povećava sigurnost i poboljšava uporabljivost tako izoliranih zgrada.   Kod   problema   protupotresne   izolacije   posebnu   pozornost   treba   posvetiti   proturječnim zahtjevima.  S  jedne strane,  upotreba  izolatora  je povezana s  pojavom velikih pomaka za vrijeme djelovanja  snažnog potresa,  a  uvjeti uporabljivosti građevine nalažu nam ograničene pomake pri djelovanju vjetra. Također, valja voditi računa i o očekivanom frekventnom sastavu potresa. Poznato je da gibanje mekog uslojnog tla ima dulje predominantne periode od perioda koji  se javljaju na čvrstom tlu, pa bi pri mekom temeljnom tlu izolacija mogla biti manje izražena, ili bi njezin učinak mogao izostati, odnosno biti i kontraproduktivan jer bi moglo doći do rezonatnih pojava.

 

KONSTRUKCIJSKI SUSTAVI PROTUPOTRESNE ZAŠTITE

5.1 Uvod

Konstrukcijski sustavi dijele se na dvije glavne grupe [6]:

- SUSTAVI PASIVNIH ENERGO-DISIPATORA

- SUSTAVI SEIZMIČKIH IZOLATORA

Sličnost sustava je u tome da oni poboljšavaju dinamička svojstva konstrukcija za vrijeme potresa na način da modificiraju karakteristike odziva konstrukcija. Sustavi su relativno novi i sofisticirani, stoga zahtijevaju kompleksan koncept. Izolacija, općenito, reducira odziv konstrukcije razdvajajući zgradu od tla. Pod povoljnim okolnostima sustavi seizmičkih izolatora mogu reducirati odziv konstrukcije za dva do pet puta u odnosu na konvencionalnu konstrukciju, dok sustavi pasivnih energo – disipatora mogu reducirati odziv dva do tri puta ako ne dodaju krutost i više od toga u slučaju dodatne krutosti. 6.   Primjena   sustava   primarno   ovisi   o   zahtijevanim   svojstvima   prilikom   djelovanja   definiranog projektnog potresa. S obzirom na to da amplifikacija uzrokovana rezonancijom opada s porastom prigušenja, pasivni energo – disipacijski sustavi trebaju biti razmatrani kao koncept u nešto širem smislu,   tj.   i   kada   seizmički   izolatori  nisu  primjenjivi   (visoke  fleksibilne  građevine,  meko   tlo)   kod slučajeva manjih potresa, kod vjetrovnih ili mehaničkih (redovnih) opterećenja.

5.2. Sustavi pasivnih energo - disipatora

Pasivni  energo – disipatori  dodaju prigušenje  (ponekad  i  krutost   )  zgradi,   i   tako reduciraju  odziv konstrukcije   na   potresnu   eksitaciju.   Ovi   sustavi   reduciraju   sile   u   konstrukciji   dok   ona   radi   u elastičnom području. Primarni razlog za primjenu uređaja za disipaciju energije u okvirnoj konstrukciji zgrade   je   redukcija   za   pomaka   i   štete   uzrokovane   prevelikim   deformiranjem   okvira.   Redukcija pomaka se ostvaruje dodavanjem krutosti i - ili disipacije energije (prigušenja) u okviru konstrukcije zgrade.  Uređaji  za disipaciju  energije  na bazi   tečenja  metala,   trenja  i  visokoelastičnog prigušenja dodaju   konstrukciji   i   krutost   i   prigušenje,   dok   viskozni   prigušivači   općenito   samo   povećavaju prigušenje u okvirnoj konstrukciji zgrade.[6]. Ovi sustavi koriste hidraulični fluid ili mehaničko trenje za disipaciju energije i mogu se klasificirati na sljedeći način [5]:

5.2.1. Viskozni ili viskoelastični sustavi

Za ove sustave sila prigušenja ovisi o veličini opterećenja (ovisnost o brzini). Primjeri ovakvih sustava uključuju uređaje koji rade s hidrauličnim fluidom koji teče oko pistona u cilindru (viskozni fluidni prigušivači),   uređaji   koji   rade   na   bazi   deformacije   viskoelastičnog   fluida   i   uređaji   koji   sadrže viskoelastične   krute  materijale [5].  Uređaji   na  bazi   viskoelastičnih   krutih  matrijala  obično   sadrže slojeve   viskoelastičnog   polimera   čije   ponašanje   mehaničkih   karakteristika   ovisi   o   frekvenciji, temperaturi i amplitudi pobude. [4].

5.2.2 Histerezni sustavi

Odziv histereznih sustava je nezavisan od iznosa opterećenja. Njihovo sila – pomak ponašanje je ili bilineardno ili trilinearno histerezno, elasto – plastično ili kruto – plastično. Ovi sustavi se referiraju kao ovisni o pomaku. Primjeri ovakvog ponašanja mogu se naći u ponašanju uređaja koji rade na bazi trenja ili tečenja. Uređaji na bazi trenja disipiraju energiju kroz trenje generirano između dvije klizne površine, a uređaji  na bazi tečenja disipiraju enegiju kroz plastično deformiranje duktilnih metala (primjerice čelik i olovo)

5.2.3. Ostali sustavi

To su sustavi koji ne spadaju niti u viskozne niti u histerezne. Primjeri ovih sustava su uređaji na bazi fluidne povratne sile i prigušivača i uređaji na bazi trenje - opruga sa sposobnošću re – centriranja.

Najpoznatiji sustavi energo – disipatora su: Oiles System, Taylor Devices System, Enidine System.

5.3. SUSTAVI SEIZMIČKIH IZOLATORA

5.3.1. Uvod

Tipični  seizmičko  izolacijski  sustavi   reduciraju  sile  potresa produžavajući  osnovne periode titranja konstrukcije   i   dodajući   joj   prigušenje.   Prigušenje   je   najčešće   unutarnje   svojstvo   većine   sustava izolatora, ali može biti dodano u vidu uređaja za disipaciju energije.

Sustavi seizmičkih izolatora dijele se na dvije osnovne grupe:

- KLIZNI SUSTAVI

- ELASTOMERNI SUSTAVI

5.3.2. Klizni sustavi

Sustavi kliznih ležajeva mogu biti na bazi trenja ili kotrljanja, sa ravnim ili zakrivljenim površinama. Ovi sustavi produžuju osnovne periode horizontalnih vibracija konstrukcije uz disipaciju energije koja je funkcija   ili   plastičnog  deformiranja  metalnih   komponenti   sustava   ili   koeficijenta   trenja [6].   Klizni izolacijski   ležaj  je obično napravljen od dva različita materijala,  teflon – nerđajući  čelik,  koji  kližu jedan   preko   drugoga.   Ležajevi   također   predviđaju   kontrolni   mehanizam   (povratna   sila)   za ograničavanje pomaka i sprečavanje isklizavanja konstrukcije sa površine ležaja. Klizne površine mogu biti   ravne   ili   zakrivljene.   Povratna   sila   se   tako   postiže   ili   gravitacijskim   opterećenjem   preko zakrivljenih  kliznih  ploha   (stabilna   ravnoteža),   ili  pomoću dodatnog  uređaja  koji   radi  na  principu opruge. [5].

Slika 5.3.2. Skica tipičnog kliznog seizmičkog izolacijskog ležaja

5.3.3. ELASTOMERNI SUSTAVI

Sustavi  seizmičkih   izolatora najšire  usvojeni  zadnjih  godina su tipizirani  korištenjem elastomernih ležajeva od prirodne gume ili neoprena (kloropren kaučuk). U ovom pristupu , zgrada ili konstrukcija je   razdvojena od horizontalnih  komponenti uzrokovanih potresnim eksitacijama tla,  posredstvom sloja niske horizontalne krutosti između konstrukcije   i   temelja.  Taj  sloj  daje konstrukciji  prirodne frekvencije koje su daleko niže od prirodnih frekvencija iste konvencionalne konstrukcije (upeti rubni uvjeti  na  kontaktu   s   tlom)   i   također  daleko  niže  od  predominantnih   frekvencija   karakterističnih potresa.  Prvi  dinamički  mod   tako   izolirane  konstrukcije  uključuje   samo deformiranje   izolacijskog sustava (ležajeva) dok konstrukcija  objekta (nadkonstrukcija)  ostaje nedeformabilna.  Višlji  modovi koji će producirati deformacije konstrukcije su ortogonalni na prvi mod, pa tako i na gibanje tla. Ti višlji modovi ne sudjeluju u gibanju, pa tako , i ako postoji visoka energija gibanja tla u tim višljim frekvencijama, ta energija nemože biti prenesena u konstrukciju.  38. Elastomerni  ležajevi također izoliraju konstrukciju od nepoželjnih visokofrekventnih vertikalnih vibracija uzrokovanih podzemnim željeznicama,   lokalnim   prometom,   ili   sličnim   pobudama.   Ležajevi   su   relativno   jednostavni   za proizvodnju, nemaju pokretnih dijelova i otporni su na djelovanje vremena i agresivnih utjecaja iz okoliša.  Sastoje se od tankih slojeva gume (elastomera) koji  su vulkanizirani  i   lijepljeni  s čeličnim pločama.   Karakteristike   su   im   velika   nosivost   i   krutost   u   vertikalnom   smjeru,   mala   krutost   u horizontalnom   smjeru   i   velika   horizontalna  deformabilnost,   imaju   svojstva  prigušenja   (disipacije energije)   pri   cikličkim   dinamičkim   opterećenjima   u   horizontalnoj   ravnini.   Elastomer   predstavlja kompleksno   mehaničko   ponašanje   koje   se   pojednostavljeno   može   opisati   kao   kombinacija viskoelastičnog i histereznog ponašanja. Seizmički elastomerni ležajevi mogu biti [6]:

- LEŽAJEVI NISKOG PRIGUŠENJA. Imaju linearno elastično i linearno viskozno ponašanje pri velikim posmičnim   deformacijama.   Efektivno   prigušenje   je   obično  manje   ili   jednako   od   0,07   (7  %)   od kritičnog prigušenja (ono prigušenje za koje se desi samo jedan otklon – nema oscilacija) za poprečne deformacije u intervalu od 0 – 2,0 (0 – 200 %).

- OLOVNO – ELASTOMERNI LEŽAJEVI. Obično su konstruirani od prirodne gume niskog prigušenja s olovnim   trnom   u   sredini.   Pod   lateralnom   deformacijom   olovni   trn   se   deformira   gotovo   čisto posmično, teče u niskom stupnju naprezanja (aproksimativno 8 – 10 Mpa u posmiku pri normalnoj 

temperaturi) i producira histerezno ponašanje koje je stabilno tijekom mnogo ciklusa. Za razliku od mekog čelika, olovo se rekristalizira pri normalnoj temperaturi (oko 20°C) tako da učestalo tečenje ne uzrokuje   otkazivanje   sustava   zbog   zamora.   Olovno   –   elastomerni   ležajevi   imaju   karakterističnu čvrstoću i krutost dovoljnu da osigurava stabilnost sustava pod redovnim (uporabnim) i vjetrovnim opterećenjima. Krutost nakon tečenja im je obično veća od posmične krutosti ležajeva bez olovnog trna. Početna, elastična krutost im je 6,5 – 10 puta veća od krutosti nakon tečenja. Ponašanje olovno – elastomernih ležajeva može se reprezentirati bilinearnim histereznim modelom.

Slika 5.3.3. Olovno - elastomerni seizmički izolacijski ležaj

Olovno – elastomerni ležajevi su obično konstruirani s elastomerima niskog prigušenja (s modulima posmika u intervalu između 85 do 100 psi pri 100 % poprečne deformacije) i olovnim trnovima s promjerima u  intervalu  između 15  i  33 % promjera  ležaja.  Maksimalne poprečne deformacije  su funkcije procesa proizvodnje i komponenti sustava, ali su obično između 125 % i 200 %. Centralni olovni trn će dominirati odzivnim svojstvima ležaja pogotovu pri malim poprečnim deformacijama. Točka tečenja olova je funkcija temperature, ovijenosti čeličnim rubnim pločama, ali i size – efekta koji može biti značajan. Tako je za «male» ležajeve točka tečenja na 2000-2500 psi, a za «velike» ležajeve ona iznosi 1000-1500 psi.[M05].

-LEŽAJEVI   VISOKOG   PRIGUŠENJA.   Napravljeni   su   od   specijalne   gume   koja   proizvodi   efektivno prigušenje  od 0,07  –  0,14  (7  –  14 %)  od kritičnog.  To prigušenje  može se povećati dodavanjem kemijskih   komponenti   koje  mogu  mijenjati  mehanička   svojstva   ležaja. [Module   05].  Maksimalne poprečne deformacije su im funkcije komponenti sustava i procesa proizvodnje, ali su obično između 200 % i 350 %. Moduli posmika su im obično između 50 psi i 200 psi. Ponašanje većine elastomera visokog prigušenja u izolatorima je kompleksno i  nemože se modelirati standardnim Bouc – Wen formulacijama plastičnosti.

5.3.3.1. Mehanička svojstva elastomernih seizmičkih ležajeva

Prilikom analize odzivnih svojstava elastomernih seizmičkih izolatora, moraju biti uključeni utjecaji interakcije uzdužne sile i posmika, bilateralne deformacije, povijest opterećenja uključujući i efekte uhodavanja (ciklusne stabilizacije), temperaturu i ostala opterećenja iz okoliša i efekte starenja kroz projektni  vijek   izolatora.  U  funkciji  viskoelastičnih  svojstava elastomernog materijala,  elastomerni ležajevi   pokazuju   vremensko   zaostajanje   deformacija   u   odnosu   na   naprezanje   pri   dinamičkim 

opterećenjima.   Ovo   zaostajanje   javlja   se   zbog   gubitka   unutrašnje   energije   čiji   iznos   se   u dijagramu δ - ξ prikazuje površinom histerezne petlje. [37].

KRUTOST  određuje   vlastite  periode   konstrukcije,   a   o   odnosu   vlastitih  perioda   i   predominantnih perioda   potresa   ovisi   dinamička   amplifikacija   opterećenja   na   konstrukciju.   Pri   oscilacijama   tla   s «uobičajenim» frekvencijskim sastavom (predominantni periodi oko 0,5 sekunde) smanjenje krutosti povoljno utječe na veličinu potresnog opterećenja. [9].

PRIGUŠENJE smanjuje amplitude oscilacija konstrukcije u vremenu. To znači da se mehanička energija potpuno smanjuje i pretvara u toplinsku. Postoje nekonzervativne sile kojw se suprostavljaju gibanju i smanjuju mehaničku energiju. To su sile prigušenja, a pojava smanjivanja mehaničke energije zove se disipacija energije. [37].

VISKOZNO PRIGUŠENJE  se  pojavljuje  zbog  viskoznosti  gradiva.  Proporcionalno   je   relativnoj  brzini oscilacija i raste s povećanjem frekvencije.

HISTEREZNO PRIGUŠENJE ovisi od veličine pomaka. Može se modelirati oprugom koja ima nelinearnu ovisnost između opterećenja i pomaka. Dinamički moduli Ed i Gd rastu s povećanjem frekvencije i tvrdoće (vrsta elastomera), te sa sniženjem temperature i amplitude. [37]. Spektar frekvencija je kod potresa općenito širok, te je vjerojatna pojava rezonantnih efekata. Zbog toga konstrukcija izolirana elastomernim ležajevima treba imati dovoljno veliko prigušenje da se spriječi povećanje amplituda oscilacija. S druge strane, s prevelikim prigušenjem znatno se povećava prijenos sila na ostale dijelove konstrukcije.   Elastomerni   ležajevi   pri   dinamičkom   ciklusnom   opterećenju   pokazuju   efekt UHODAVANJA (scragging). Efekt se očituje kroz smanjenje i stabilizaciju povratne sile i disipacijskih svojstava u odnosu na početne cikluse opterećivanja. 4. Proces uhodavanja (stabilizacije) modificira molekularnu   strukturu   elastomera   i   rezultira   stabilnom  histereznom   i   deformacijskom   razinom, nižom nego što  ju  je elastomer  imao prije  efekta.  6.  Za elastomerne  ležajeve visokog prigušenja trenutno ne postoje matematički modeli koji opisuju ovaj efekt ponašanja.

Slika 5.3.3.1. Efekt uhodavanja (scragging)

5.3.3.2. Modeliranje elastomernih seizmičkih ležajeva

5.3.3.2.1. Uvod

Postupci za analizu i projektiranje seizmičkih izolacijskih sustava pretpostavljaju [4]: - nikakvu štetu u nadkonstrukciji (konstrukcija iznad izolacijskog sustava) pri projektnom potresu - adekvatna svojstva (sposobnost  prihvaćanja  gravitacijskih  opterećenja   i  pratećih  post  – potresnih gibanja)  seizmičkih izolatora   pri   maksimalnom   potresu   Linearne   i   nelinearne   analize   izolacijskih   sustava   općenito pretpostavljaju   da   se   sila   –   pomak   odziv   izolacijskog   sustava  može   karakterizirati   bilinearnom histereznom petljom prikazanoj na slici u nastavku.

Slika 5.3.3.2.1. Idealizirana sila- pomak (histerezna) petlja

gdje je:

5.3.3.2.2. Linearni modeli

U   linearnoj   statičkoj   analizi,   izolatori   se  modeliraju   kao   linearne   viskoelastične   komponente   sa efektivnom krutosti pri definiranom pomaku i sa ekvivalentnim postotkom viskoznog prigušenja [4].

Linearni   postupci   koriste   efektivnu   krutost,   keff,   i   efektivno   prigušenje,   ßeff,   za   karakterizaciju nelinearnih  svojstava  izolatora.  Mogu se reprezentirati pomoću ekvivalentnog  linearno elastičnog modela. [6]. Ključni korak u statičkoj analizi je proračun pomaka izolacijskog sustava pri projektnom i maksimalnom potresu [4]. Sila, F, u seizmičko izolatorskom uređaju izračunava se kao [6]: F = Keff · D, gdje je D projektirani pomak. Efektivna krutost, keff, seizmičko izolatorskog sustava izračunava se iz rezultata ispitivanja, a njeno fizikalno značenje prikazano je na slijedećoj slici. [6]:

gdje su:

F  ... sila pri ispitivanju

Δ ... pomak pri ispitivanju

 

    

    

 

Slika 5.3.3.2.2. Efektivne krutosti i prigušenja

 

 

Sposobnost disipacije energije izolacijskog sustava je obično reprezentirana efektivnim prigušenjem, ßeff, koje je ovisno o amplitudi i izračunava se pri projektiranom pomaku, D, prema izrazu [6]:

ßeff =    ΣΕD

           Keff·D2,

gdje su:

ΣΕD ... suma površina histereznih petlji svih izolatora

Keff ... suma efektivnih krutosti svih izolatora

Oba   parametra   (ΣΕD   i   Keff)   određeni   su   pri   projektnom   pomaku,   D.   Aplikacije   ovih   izraza   pri projektiranju izolacijskih sustava se kompliciraju ako efektivne krutosti i površine histereznih petlji ovise o aksijalnom opterećenju [6].

5.3.3.2.3. Nelinearni modeli

Za dinamičku nelinearnu analizu  u vremenu,  seizmički   izolacijski  elementi trebaju  biti  eksplicitno modelirani.   Za  pojednostavljenje  nelinearne  analize,   svaki   seizmički   izolacijski   element  može  biti modeliran primjerenim nezavisnim bilinearnim histereznim modelom.

5.3.3.2.4. Izbor analitičkog postupka

- LINEARNI POSTUPCI. Oni uključuju preliminarne formule i analizu pomoću spektra odziva. Linearni postupci bazirani na formulama (sličnima jednadžbama sa seizmičkim koeficijentom zahtijevanim za projektiranje konvencionalnih konstrukcija) propisuju maksimalni lateralni pomak izolacijskog sustava i  definiraju  minimalne  projektne   zahtijeve  koji   se   smiju  koristiti  za  projektiranje  vrlo  ograničene skupine izoliranih konstrukcija (bez potvrdne dinamičke analize). Ove relativno jednostavne formule su korisne za preliminarno projektiranje i predviđanje kompleksnih proračuna.

- ANALIZA POMOĆU SPEKTRA ODZIVA. Ona je preporučljiva za projektiranje izoliranih konstrukcija koje  imaju ili   (1) visoku ili  fleksibilnu nadkonstrukciju  ili   (2)  iregularnu nadkonstrukciju.  Za većinu zgrada, analiza pomoću spektra odziva neće predvidjeti značajnije razlike u pomacima izolacijskog sustava od proračuna preliminarnim formulama. Oba pristupa se baziraju na svojstvima efektivnih krutosti   i   prigušenja   izolacijskog   sustava.   Stvarna   prednost   analize   pomoću   spektra   odziva   nije predviđanje   pomaka   (odziva)   izolacijskog   sustava,   nego   točniji   proračun   i   distribuciju   sila   u nadkonstrukciji.  Analiza pomoću spektra odziva zahtijeva detaljnije modeliranje nadkonstrukcije u svrhu bolje  procijene sila   i  deformacija  komponenti  i  elemenata,  uzimajući  u  obzir  fleksibilnost   i iregularnost konstrukcijskog sustava.

- NELINEARNI POSTUPCI. Oni uključuju nelinearni statički i nelinearni dinamički postupak (baziran na nelinearnoj  time history  analizi).  Oba  postupka  su  zahtijevana  na   izoliranim konstrukcijama  koje nemaju linearno elastičnu nadkonstrukciju (prema zahtijevima BSE-2). U tom slučaju nadkonstrukcija se modelira s nelinearnim elementima i komponentama. Time history analiza u vremenu se zahtijeva za  izolirane konstrukcije  na veoma mekom tlu koje može tresti zgradu sa velikim brojem ciklusa dugačkih perioda i za zgrade s izolacijskim sustavom koji se najbolje može karakterizirati nelinearnim modelima. Takvi izolacijski sustavi uključuju:

1) Sustave s više od oko 30 % efektivnog prigušenja (zato što visoke razine prigušenja mogu značajno utjecati na odziv višljih tonova nadkonstrukcije).

2) Sustave s značajnim odstupanjem povratne sile (zato što takvi sustavi nemogu ostati centrirani tijekom djelovanja potresa).

3) Sustave za koje se očekuje prekoračenje predviđenog prostora za njihanje uz susjedne konstrukcije (zato što sudar s susjednim konstrukcijama iziskuje velike zahtijeve na nadkonstrukciju).

4)  Sustave  koji   su  osjetljivi   i  ovisni  na  količinu  opterećenja   (zato  što  njihova svojstva  variraju  za vrijeme djelovanja potresa). Za tipove izolacijskih sustava opisanih prethodno, primjerena nelinearna svojstva moraju biti korištena prilikom modeliranja izolatora.

5.3.3.3. Ispitivanje seizmičkih elastomernih ležajeva

Program ispitivanja seizmičkih elastomernih ležajeva, između ostalog, uključuje ispitivanja pri velikim pomacima i pri frekvencijama i do 2 Hz, što je moguće ostvariti samo u malom broju laboratorija. Karakteristični odzivi kao što su krutost, prigušenje, disipacija energije po jednom ciklusu opterećenja i degradacija sile, variraju u ovisnosti o size – efektu, procesu proizvodnje, kontroli kvalitete i drugim faktorima. [5].

5.3.3.3.1 Osnovna svojstva

Svrha  osnovnih   ispitivanja   je  utvrđivanje  početne  krutosti   i   prigušenja,   te  disipacije  energije  po jednom ciklusu opterećenja i broja ciklusa opterećenja potrebnih za stabilizaciju odzivnih svojstava (scragging  efekt).   Ispitivanje   se  provodi   kroz  10   ciklusa,  pri   frekvenciji   od  2  Hz   i   pri  projektnim vrijednostima   horizontalnih   poprečnih   deformacija   i   kompresivnog   (vertikalnog)   opterećenja. Istraživanja 5 seizmičkih elastomernih ležajeva pokazuju da se stabilizacija odzivnih svojstava događa do prvih pet ciklusa opterećivanja. Unutar tog efekta (stabilizacije) smanjuje se početna krutost (na oko 80 %), smanjuje se površina histerezne petlje tj. sposobnost disipacije energije po jednom ciklusu opterećivanja (na oko 70 % od početne vrijednosti). Trenutno ne postoje matematički modeli koji opisuju   efekt   stabilizacije   (degradacije   svojstava).   Ispitivanja   pokazuju   da   porast   temperature   u materijalu tijekom ciklusnog opterećivanja uzrokuje degradaciju, međutim smatra se da taj utjecaj nije značajan. Nakon efekta, odzivna (osnovna) svojstva ostaju nepromijenjena tijekom vremena.

5.3.3.3.2 Ovisnost o kompresivnom opterećenju

Svaki  izolacijski  sustav mora prenositi i gravitacijska opterećenja i  njihove varijacije kroz uporabni vijek   konstrukcije.   Ta   opterećenja   mogu   biti   kombinacije   stalnog   i   korisnog   opterećenja,   te seizmičkog opterećenja kroz značajne vertikalne akceleracije tla i prevrtajnih momenata. U tu svrhu, provedena ispitivanja 5 na 40%, 70% i 100% projektnog kompresijskog opterećenja (pri frekvenciji od 2  Hz   i   projektnom horizontalnom  pomaku)   pokazala   su  da   krutost   općenito  opada   s   porastom vertikalnog   opterećenja.  Nadalje,   proračunsko   prigušenje   općenito   raste   s   porastom   vertikalnog opterećenja; ipak, disipacija energije po ciklusu ostaje stabilna s malim varijacijama. [5].

5.3.3.3.3 Ostala ispitivanja

Ostala   ispitivanja   u   svrhu   određivanja   i   potvrđivanja   odzivnih   svojstava   seizmičkih   elastomernih ležajeva uključuju:

- ovisnost o frekvenciji (krutost i disipacija energije općenito rastu s porastom frekvencije)

- zamor i trošenje (habanje)

- opterećenja iz mikrookoliša (salenizacija, vlaga, vatra, ozon, ultraljubičasto svijetlo, ulja ili plinovi)

- dinamička svojstva elastomernih sustava pri ekstremnim temperaturama (utvrđena je osjetljivost odzivnih svojstava pri ekstremnim temperaturama)

- trajnost

- krajnje granično stanje (ultimativni pomaci i granice sigurnosti u odnosu na projektne vrijednosti – koeficijenti sigurnosti)

 

ZAKLJUČAK

Djelovanje potresa na građevinske objekte, u obliku gibanja tla tj. širenja mehaničke energije, svodi se na djelovanje inercijalnih sila koje ovise o masama ( i ubrzanjima) što znači da se neželjeni učinci potresa značajno manifestiraju na armiranobetonskim konstrukcijama koje uz relativno velike mase mogu   imati   i   takve   dinamičke   karakteristike   da  u   određenim   slučajevima   izazivaju   amplifikaciju dinamičkog   seizmičkog   opterećenja.   Djelovanju   potresa,   konvencionalne   armiranobetonske konstrukcije   se   suprostavljaju   povoljnim   kombinacijama  nosivosti   i   krutosti   ,   a   svojim  pravilnim konstruiranjem i dimenzioniranjem, te povoljnim svojstvima duktilnosti i prigušenja mogu podnijeti seizmičke utjecaje a da pri tome budu manje ili više oštećene. U načelu, da bi se producirale manje seizmičke   sile,   konstrukcije  moraju  biti  podatljive,  deformabilne   i  duktilne.   Takve  konstrukcije   (i njihova  oprema   te   sekundarni  nenosivi   elementi),   zbog   svojih   relativno  velikih  pomaka  prilikom disipacije seizmičke energije, bivaju oštećene, a sanacije takvih oštećenja su nerijetko komplicirane i skupe.  Nadalje  neki  objekti   zbog   svoje   važnosti  moraju   za   vrijeme  potresa   i   nakon  njega  ostati neoštećeni zadržavajući svoju funkciju (bolnice, vatrogasne i telekomunikacijske službe, i sl.). Sve to dovodi  do razvoja   ideje  o  protupotresnoj   izolaciji  građevina,  koja  postoji  već  duže vrijeme  (i  do stotinjak   godina),   a   naglo   se   razvija   i   aplicira   u   praksi   zadnjih   dvadesetak   godina.   Općenito, protupotresna   izolacija   se   sastoji   iz  niza  konstrukcijskih  mjera  kojima   se  poboljšavaju  dinamička svojstva   konstrukcijskog   sustava   (konstrukcije   i   izolacijskog   sustava)   što   rezultira   njihovim reduciranim seizmičkim odzivom. Redukcija seizmičkog odziva sastoji se, u načelu, od produžavanja vlastitih perioda konstrukcija koji imaju bliske periode s karakterističnim predominantnim periodima potresa (to su u prvom redu niže, kruće konstrukcije koje imaju 2 do 7 katova i temeljene su na čvrstom tlu), da bi se izbjegli neželjeni rezonantni učinci i amplifikacija dinamičkog opterećenja, te redukcija   sila   tj.   smanjenje   amplituda   pomoću   efekata   prigušenja   i   disipacije   (rasipanja)   ulazne mehaničke   seizmičke   energije.   Kod   protupotresne   izolacije   treba   posebnu   pozornost   posvetiti proturječnim zahtjevima vezanim za horizontalne pomake, s obzirom na to da s jedne strane, izolacija producira veće pomake, koji  su s druge strane ograničeni  redovnim horizontalnim opterećenjima (vjetrom), te dilatacijskim i instalacijskim zahtjevima. Također treba voditi računa i o frekventnom sastavu očekivanog potresa i filtraciji seizmičkog signala koji mogu utjecati na neželjene rezonantne efekte   i  amplifikaciju  seizmičkog  opterećenja.  Na kraju,  može se  zaključiti,  da   seizmički   izolirane konstrukcije   (njihova   oprema   i   nenosivi   elementi)   pravilnim   konstruiranjem   i   dimenzioniranjem ostaju   funkcionalne   i   neošteće  nakon  potresa.   Za  vrijeme  djelovanja  potresa   rade  u  elastičnom području, stoga izostaje potreba za dodatnom poprečnom armaturom kojom se osigurava duktilno ponašanje   (plastični   zglobovi),   a   čvorovi   takvih   konstrukcija   ostaju   nezagušeni   poprečnom   i uzdužnom   armaturom,   što   omogućuje   kvalitetniju   ugradnju   betona.   Također,   zbog   redukcije seizmičkih sila  (2 do 5 puta),  ove konstrukcije  dimenzioniraju se samo na znatno manja redovna opterećenja.