(c10) 3.2 METOTIE DE CALCUL SETSMTC A CONSTRUCTITLOR DE ACOSTAREGRAYITATIONALE (conform EUROCOD 8(2004-AN2008)' NP 077-2002)

Metodele de analiza seismica pot fi:-pseudostatica;

-dinamica spectrala (analiza modala cu spectre seismice de raspuns)-dinamica prin integrare nimerica in timp

3.2. l,Metoda pseudo-staticaMetoda pseudo-staticasebazeaza pe urmatoarele ipoteze si simplificari de calcul:

a)modelul de analiza poate fi atat cu sisteme independente apa-structura-teren, cat si cu sistemecuplate structura-apa sau structura-fundatie;

b)acceleratiile de raspuns ale structurii sunt rmiforme pe inaltime:se tine seama si de amortizareasistemului prin coeficienti ;

c)structura se "idealizeazd'pindiscretizarea ei in volume avand mase rational proportionate sireprezentative

d)fortele de inertie se aplica static;e)verifi carea stabilitatii se evalueaz a pe baza unui calcul static obisnuit.3.2.2.Metode dinamiceAnaluadinamica are ca scop evaluarea raspunsului dinamic al structurii cheurilor solicitate la

actiunea seismica, adica determinarea adecvata a deplasarilor si acceleratiilor induse in timpul

cutremurului.

Pebaza acestor elemente pot fi calculate si eforturile dinamice in structura.Analiza seismica prin metode dinamice se caracterrzeazapin:a)se utilizeazametoda elementului finit sau a diferentelor finite, prin intermediul programelor

automate de calcul;

b)acuratetea rezultatelor obtinute depinde in cel mai inalt grad de cantitatea si calitatea datelor deintrare, atat caracteristicile miscarii seismice (accelerograme, directii de actiune seismica, perioada derevenire) cat si caracteristicile structuriilterenului (geometrie, caracteristicile materialelor, date geotehniceetc.)

ln calculul dinamic al cheurilor porfuare gravitationale se pot aplica in egala masura doua tipuri de

analiza:

-analizamodala spectrala (cu spectre seismice de raspuns), caracterizatapnndeterminareavalorilor maxime probabile ale deplasarilor, acceleratiilor si eforturilor de raspuns, ale structurii in

mediul elastic, pebazaunor spectre ale unor cutremure de calcul acceptate la nivel national;

-integrarea directa in functie de timp a sistemului de ecuatii care exprima echilibrul dinamic al

structurii sau a ecuatiilor decuplate de moduri proprii de vibratie; in acest mod se poate determina

desfasurarea in timp a deplasarilor, acceleratiilor si eforrurilor in structur4 in timpul unor cutremure de

calcul aceste cutremure sunt descrise in acest caz prin accelerograme specifice amplasarnentului

(disponibile din "istoria" seismica a zonei sau alese dupa criterii de compatibilitate cu caracteristicilecutremurului din amplasamentul dat).-Ana1izadinamica pergite caracterizarea comportarii seismice a integului sistem sEuctura-teren, prin:

-determinarea starii de eforttri/deformatii in structura si in teren:

-punerea in evidenta a zonelor cu potential ridicat de lichefiere in terenul de fundatie si in

umplutura din spatele cheului, prin determinarea eforturilor tangentiale efective.

Indiferent de tipul de analizadinamica utiltzat,trebuie retinuta caracteristica rezultatelor obtinute

prin aceasta metoda si anume comportarea onsamblului structura/teren va fi caracterizatapindeplasari,

stare de efort/deformatie , potential de lichefiere si nu de starea de stabilitate generala/partiala.

Astfel, aplicarea analizeidinamice este caracteristica verificarii pe baza comportarii in exploatare

a structurilor portuare, cand categoria de importanta a constructiei impune lucru.

3.2.3.Apticarea metodelorpentru verificarea stabilitatii constructiei se va aplic4 in toate situatiile(faze de proiectare, clasa de

importanta a constructiei etc.), metoda pseudostatica.Metodele dinamice vor fi aplicate in general numai pentru constructii deosebite(clasa de

importanta I si II respectiv gradul de comportare in exploatare A si B), in vederea determinariideformatiilor structurii si eventual pentru determinarea zonelor de teren instabil(lichefrabil). Pentruacestea vor fi necesare insa studii deosebite pentru determinarea caracteristicilor mecanice dinarnice, ale

terenului de fundatie si ale materialului de umplutura

Verificarea prin metoda dinamica, poate conduce la rezultate mai exacte privind modul de

deformare al constructiei, dar numai atunci cand se cunosc foarte bine caracteristicile fizico-mecanice

dinamice ale terenului de fundare, ale patului si ale materialelor de umplutura din spatele cheului,

precum si ale materialelor din alcatuirea constructiei.

La calculul eforturilor in structura cheurilor prin metode dinamice, se intalnesc dificultati de

modelare, datorita alcatuirii combinate din beton armat si piatra sau discontinuitati ale rosturilor dintre

elemente, precum si al conlucrarii cu terenul de fundatie si cu umplutura din spate. Pe de alta parte, in

stadiul actual, caracteristicile mecanice dinamice ale materialelor nu pot fi determinate direct, ci numai

prin aplicarea caracteristicilor statice cu coeficenti din literatura.(Din acest motiv, rezultatele vor avea ungrad de aproximare de care trebuie sa se tina seama).

3.Z.4.Determinarea inearcarilor pentru verilicarea la seism a constructiilor de acostare

gravitationale, prin metoda pseudostatica.Verificarea stabilitatii la seism a constructiilor de acostare gravitationale, se va face de regula prin

metoda pesudostatica.

In cadrul verificarii prin metoda pseudostatica, efectul actiunii seismului asupra subsistemelor

constructie-teren de fundare-umplutura-apa, se va evalua independent, sub urmatoarele incarcari:

F

!-incarcari seismice de inertie ale masei constructiei;

-incarcari seismice de inertie a maselor de apa;

-impingerea activa a pamantului sub actiunea seismului;

Determinarea potentialului de lichefiere se va face prin studiul geotehnic si va putea fi apreciatapentru fazele incipiente, pebazaunor o'studii" existente in zona, conform prescriptiilor P 125-84o'Indrumator tehnic pentru studiul proprietatilor pamanturilor necoezive lichefiabile".

Prin lichefiere se intelege scaderea brusca a rezistentei la forfecare a unui pam6nt necoeziv saturat,

care produce o transformare temporara a materialului respectiv intr-o masa fluida. Este provocata de o

prabusire a structurii datorita socului sau altui tip de solicitare si este insotita de o crestere brusc& dar

temporara, a presiunii apei din pori. Se disting doua tipuri de fenomene diferite:

- Lichefierea propriu-zisa este fenomenul prin care un pam6nt necoeziv saturat afdnat isi pierde o

mare parte din rezistenta la forfecare si poate curge ca un lichid, datorita unei solicitari monoton

crescatoare sau ciclice.

- Lichefierea ciclica este fenomenul de cedare progresiva a unui nisip saturat, afhnato cu indesare

medie sau indesat, supus unei solicitari cu variatie ciclica in conditii de volum constant. Deformatia finala

rezulta din cumularea deformatiilor produse in timpul fiecarui ciclu de incarcare; in cazul nisipurilor

afhnate deformatia poate fi nelimitata fenomenul devenind similar lichefierii propriu-zise.

3.2.5. Seismicitatea si parametri seismiciIntensitatea miscarilor seismice int-un amplasament(gradul de intensitate seismica a

amplasamentului) se stabileste pentru calculul structurilor ,pebazahartilor de zonare seismica ateritoriului Romaniei in conformitate cu normativul P100 -2013 si EUROCOD 8

Pentru proiectarea construcJiilor la acliunea seismici, teritoriul Rominiei este impdrfit in zone de

hazwdseismic. Nivelul de hazard seismic in fiecare zoni se considerd, simplificat, a fi constant. Pentru

centre urbane importante qi pentru construclii de importanla special[ se recomand5 evaluarea 1oca16 ahazardului seismic pebazadatelor seismice instrumentale gi a studiilor specifice pentru amplasamentul

considerat. Nivelul de hazard seismic indicat in cod este un nivel minim penku proiectare.

Hazardul seismic pentru proiectare este descris de valoarea de vtrf a acceleraliei orizontale aterenului a* determinati pentru intervalul mediu de recurenlI de referinld (IMR) corespunzEtor st6riilimiti ultime, valoare numit6 "acceleralia terenului pentru proiectare".

Acceleralia terenului pentru proiectare, pentru fiecare zon6 de hazard seismic, corespunde unui

interval mediu de recurenld de referinlE de 225 arri. Zonarca accelerafiei terenului pentru proiectare a* in

Romf,niq pentru evenimente seismice avind intervalul mediu de recurenlE (al magnitudinii) IMR :225ani, este indicatd in figura qi se foloseqte pentru proiectarea constructiilor la starea limiti ultim6.

Mipcarea seismici intr-un punct pe suprafala terenului este descrisd prin spectrul de rlspuns

elastic pentru acceleralii absolute.

Ac{iunea seismici orizontalI asupra construc{iilor este descris6 prin dou6 componente ortogonale

-a

considerate independente intre ele; in proiectare spectrul de rdspuns elastic pentru acceleratii absolute se

consideri acelagi pentru cele 2 componente.

Condiliile locale de teren sunt descrise prin valorile perioadei de control (col1) Tg a spectrului de

r6spuns peatru zona amplasamentului considerat. Aceste valori caructeizeaz6 sintetic compozifa de

frecvenle a miqc6rilor seismice.

in condiliile seismice qi de teren din Rom6nia, penku cutremure avflnd IMR: 225 afir,zotlareapentruproiectare a teritoriului Romaniei in termeni de perioad6 de control (col1), T6, a speckului de rdspuns

oblinut5 pebazadatelor instrumentale existente pentru componentele oizontale ale miqcirii seismice este

prezentatdin fi gura conform P 1 00- 1 -20 1 3

In domeniul de aplicare a EN 1998 (Eurocod 8- Calculul structurilor pentru rezistenta la cutremur)

miscarea seismica intr-un punct dat de pe suprafata terenului este reprezentata de $ spectru de raspunselastic pentru acceleratia terenului

o CI.s , '.fu*3* r_ 3.5 3 3.5 4

Fig. 1 Forma spectrului de raspuns elastic pentru Tc:0,7s

Valorile perioadelor Ts, Tg, Tn si a parametrului S, depind de caracteristicile terenului din

amplasamentul lucrarii.

Spectrele seismice de raspuns ale deplasarilor relative Sa, ale vitezelor relative Su, sau ale

acceleratiilor absolute Su sunt reprezentari grafice ale valorilor maxime de raspuns (in functie de perioadaproprie de vibrare si gradut de amortizare) al unui sistem cu un grad de libertate solicitat de un cutremur.

In practica se lucreaza frecvent cu curbele factorului adimensional de multiplicare p(T) care reprezintaraportul dintre acceleratia absoluta spectrala S. si acceleratia terenului a,

In Romania schema de clasificare a tipurilor de teren (A, B, C, D, E, S1 si 52) din SREN 1998-1-2004 nu este aplicabila inca. Pentru proiectare conditiile locale de amplasament se clasifica in trei zona de

amplasament Zr,Zz,Ztpebaza inregistrarilor seismice disponobile de la cutremurele wancene, zone de

teren/amplasament caracterizate prin perioada de control Tc a spectrelor de raspuns

e"5

)I-qa- 1.5

bzi.i-^ u,

EA6trecl

ft

=i-\ r----.i-/

!{-r

c?l.}trr$(}h'

"5^-,r j

i ,8E-r,*.,.- i'! ,i' I l-, -.:

-{E_'r-t;\ a -.)\..' \'.-... -.'-.""

i r- -i t

.? i-' .r E-) i- F -t t

.tt-' =

.-9 i

qi\''il t:.-fiI r..r'""'

#/lit-,', fi*

frobr) E6ltt

N

rf;br;o

qtrl.!o4El)

(bf)r}Gt!

ot!

E' {ii{EG+lor lE!r !,

E*!{tdtr

.lqo

=Flll.Jb")tJrBT

F)st5artItF

fbFrD

fl){

m

Ho(DsfB-lo

IEeF,'{!

{tFl6

FIG

C'&amf:o

EnG

hIn'EJwEfiE

FtlrU2tq

ta

Tipul structurii de sustinere rZiilxi de sprijin care pot accepta o deplasare de pana la d.:369'o S [mm] 2Zidtrt'r de sprijin care pot accepta o deplasare de pana la dr:2gg'o'S [mm] [,5Zi&tri de beton armat, ziduri ancorate sau contravantuite, zidtti de beton armat fundate pe pilotiverticali, ziduri de infrastructura incastrate, culee de poduri

I

Pentru structuri cu inaltimea mai mare de lOm se poate estima o variatie a acceleratiei seismice pe

-Valoarea coeficientului seismic global de calculPentru calcululpseudastatic actiunea seismica se reprezinta printr-un ansamblu de forte orizontale

si verticale egale cu produsul dintre fortele gravitationale si un coeficient seismic[Eurocod 8-5]Coeficientii seismici orizontali /ra si verticali ft, au urmatoarele valorikn:a'S/rlq:*0, 5 k7 daca arg/o s> 0, 6k :+A,33k, in celelalte cazuria:aega* este valoarea de calcul a acceleratiei terenului pentru pamanturi de clasa A (directie orizontala)a," este valoarea de calcul a acceleratiei terenului in directie verticala

S este parametrul caracteristic tipului de pamantFactorul r are urmatoarele valori

verticala structurii

In Romania raportul a"ula*:O,7 iar parametrul S:1Rezulta lcu:0,5kn

3.2.6.Incarcarile seismice de inertie ale masei constructieiFortele de inertie datorate greutatii structurii sunt:Fa:kn'WFy:kn'Win care W este greutatea masei in miscare

Conform NP 076-2002 (Calcul seismic pentru lucrari hidrotehnice din frontul barat) componentaverticala a seismului se considera daca amplasamentul este in vecinatatea focarului seismic Dr

3.2.7 . Impingerea activa seismica a pamantului

Forta totala de calcul care actioneaza asupra structurii din partea masivului de pamant este:

1

E, = |t0- k,)K.Hz + E*, +E, [Eurocod 8]H este inaltimea zidului

E*, este presiunea statica aaPei

E*6 este presiunea dinamica a aPei

K este coeficientul presiunii pamantului (static+dinamic) si se calculeaza cu relatiile date de Mononobe si

Okabe astfel:

pentru impingerea activa daca fi

{ 4,

.4

Fig. 3 Impingerea activa seismica a pamaotului

Pentru gruparea actiunilor este nevoie sa calculam impingerea dinamica a pamantului datorata seismului

separat de cea statica.

IEoa = Eo - E^, =

,l(X, - K*)H', in care (3)IQ este coeficientul impingerii totale (statica+dinamica) explicitat mai sus iar K* este coeficientulimpingerii statice (se obtine din K excluzand unghiul 0- ramane coeficientul impingerii pamantului

stabilit de Coulomb)

Kor, =cos'1

Impingerea pasiva dinamica se obtine scazand din impingerea pasiva totala (dinamica + statica)impingerea pasiva statica

1

EN = Ep- Een =|l{Xo- Kp)Hz, in care Kpsrost coeficientul impingerii pasive statice (se obtine din/$ excluzand unghiul0- ramane coe{icientul impingerii pamantului stabilit de Coulornb)

Fig. 4 Impingerea pasiva seismica a pamantului

Punctele de aplicatie ale fortelor srmt (vezi figura)hp,rl/3Hhpa:2/3H

h =Ko* K'o ,' 3Ko

Impingerea activa seismica produsa de o suprasarcina q[KNlm2 ], pe suprafata platformeiadiacenta cheului, se calculeaza cu formula:

P"r.o. = q'H'KLa calculul impingerii active se va tine seama ca pe cea mai mare parte a inaltimii umplutura din

spatele cheului (de obicei din material granular) se afla sub nivelul apei pentru care trebuie sa introduca

in formulele de calcul ate lui 0, greutatea volumica a pamantului submersat (in suspensie) T,* pentru

determinarea fortelor statice si greutatea volumica in stare saturata cu apa Y*t 1o determinarea fortei

seismice.

Punctele de aplicatie a rezultatelor impingerii pamantului:

-impingerea activa, P*, are punctul de aplicatie FU3 de labaza cheului;10

s

4

-impingerea activa, Puo are punctul de aplicare tV2;

-impingerea activa seismica datorata suprasarcinii pe platforma, are punctul de aplicatie la 0, 66 Hdelabazacheului.

Momentele de rastumare pot fi calculate in doua moduri:-inmultind valoarea rezultantei cu marimea brafului de parghie de la rezultanta la punctgl de rasturnare;-scazand momentul componentei verticale a impingerii din momentul componentei orizontale a acesteia.3.2.8. Presiunea hidrodinamica

In timpul cuffemurului , nn cheu de greutate intra in stare de vibratie fortatzstare insotita dedeplasari oscilatorii ale paramentului in raport cu pozitia de echilibru static.Aceste deplasari relative alesuprafetei de contact dintre cheu si apa din bazirprovoaca o perturbare a starii de tensiune anterioaramiscarii seismice din masa de lichid, avand carcnitatimediat generarea unor unde de presiune.

Efectele hidrodinamice provocate intimpul cutremurului in mediul marin se vor evalua princonsiderarea acesfuia ca utr sistem independent in raport cu structura insasi.

Ipoteze simplificatoare adoptate pentru metoda statica si pseudostatica:-ca si fortele de inertie, presiunile hidrodinamice au sens contrar miscarii;-lichidul se considera incompresibil;-presiunile hidrodinamice se aplica static in metodele statice si pseudostatice.In metodele

dinamice, efectul hidrodinamic al mediului marin va fi introdus pe principiul maselor aditionale, care sevor determina pe baza prevederilor din literatura;

-presiune hidrodinamica se considera ca actioneaza in ambele sensuri si numai pe fata exterioara acheului.

Actiunea defavorabila pe paramentul cheului(ce se va utiliza la verificarea stabilitatii) este cea dedepresiune.

Efectul hidrodinamic al apei din spatele cheului, este inclus in valoare impingerii active seismiceprin luarea in calcul a greutatii volumetrice in stare saturata a materialului de umplutura.

Presiunea hidrodinamicavaavea o repartitie parabolic4 avand legea de distributie conformfonnulei deterninata de H.Westergaard(frg.5).

""* c!

Fig. 5. Presiunea hidrodinamica

HH

ll

a) depresiune b) presiuneq

Valoarea presiunii unitare este:p, = Zkn.T..,EE

Valoarea presiunii totale este: pn, = *kr.r.U? .

Relatii simplificate pentru calculul impingerii seismice a pamantulul (Seed si Whitrnan)Calculul componentei dinamice a impingerii pamantului se face cu relatiile:

-pentru impingerea activa ** =iUo

-pentru impingerea pasivaff, = -Tuu

3.2.9. Masuri de proiectare antiseismicaPentru a diminua efectele seismului asupra ansamblului structural zid de cheu-pat si teren de

fundatie-umplutura platformei din spatele cheului, tinand seama si de imprecizia calculelor privinddeformatiile structurii, in vederea obtinerii gradului de functionabilitate, se recomanda urmatoarelemasuri:

-Studiile geotehnice vor avea o amploare suficienta in cazul terenurilor de fundare nestnacoaseastfel incat sa poate fi determinate cat mai acoperitor caracteristicile fizico-mecanice ale terenului si inmod deosebit pentru depistarea zonelor cu potential de lichefiere la seism;

-In cazul terenurilor slabe de firndare se va practica inlocuirea materialului cu material granular ,

crescand grosimea patului de fundare pana la obtinerea unei stabilitati acceptabile.Se va prevedea compactarea patului si extinderea lui spre bazin. In acelasi timp se vor lua masuri

constructive pentru impiedicarea colmatarii patului, prin itrerpunerea unor materiale filtrante naturale saugeosintetice.

-In cazul terenurilor mai slabe de fundare pentru cheuri inalte(ce depasesc inaltimea totala de 16-l8 m) nu vor fi adoptate solutii constnrctive ale acestora din elemente prefabricate suprapuse,nesolidarizate. se vor prefera solutii masive gigant(chesoane plutitoare);

-Dimensionarea zidului de cheu se va face astfel incat sa conduca la presirmi mai reduse pe pat;-In spatele zidului de cheu se va prevedea un prism descarcator din anrocamente, care este

recomandabil, ca in cazul unor umpluturi slabe in platforma, sa aiba o inaltime cat mai mare;incluzandplanul de alunecare ce trece prin spatele talpii cheului;

-Umplutura din imediata vecinatate a cheului sa fie realizata din materiale, care fiind in cea maimare parte sub nivelul apei sa nu fie potential lichefiabile la seism;

-In zone cu seismicitate mare, este recomandabil sa fie adoptate utilaje de cheu cat mai putinsensibile la deformatii ale sinelor de rulare, iar caile de rulare sa fie concepute in asa fel incat evenfualeledeplasari sapoata fi remediate cat mai simplu.

-Se recomanda realizarea coronamentelor cheurilor si respectiv a cailor de rulare pentru macaralesau alte utilaje de manipulare a marfurilor, dupa consumarea tasarilor datorate greutatii zidului de cheu sia prismului descarcator din spatele acestuia.

t2