SIMPOZIONUL „CONTRIBUŢII LA DEZVOLTAREA SEISMOLOGIEI ŞI INGINERIEISIMPOZIONUL „CONTRIBUŢII LA DEZVOLTAREA SEISMOLOGIEI ŞI INGINERIEI

CUTREMURELOR DE PĂMÂNT ÎN ROMÂNIA”CUTREMURELOR DE PĂMÂNT ÎN ROMÂNIA”

BUCURESTI – 3 martie 2006

EFECTE ALE DEGRADARII STRUCTURALE ASUPRA RASPUNSULUI SEISMIC AL CONSTRUCTIILOR SI REFLECTAREA LOR IN CODUL P100/2004

V. Serban1, M. Androne1, T. Sireteanu 2

REZUMAT:

Lucrarea cuprinde:- o prezentare succinta a diferentelor dintre caracteristicile cinematice ale cutremurelor rapide si

lente;- o analiza a modurilor in care se transmite actiunea sismica de la terenul de fundare la o constructie

functie de modul in care miscarea proprie a constructiei se situeaza fata de miscarea seismica;- o analiza a modul in care ar trebui considerate in calcule si in proiectare situatiile diferite de

comportare a constructiilor fata de actiunea seismica in care se accepta sau nu degradari controlate ale constructiilor;

- propuneri concrete de imbunatatire a noului cod de proiectare seismica a constructiilor, P100/2004.

1. PREZENTARE GENERALA

Comportarea dinamica a unei constructii – corp elastic cu amortizare – depinde foarte mult de caracteristicile cinematice ale miscarii seismice si caracteristicile dinamice ale constructiei.

Functie de raportul dintre caracteristicile dinamice ale constructiei (exprimate prin perioadele de vibrare, vectori proprii si factorii de participare) si caracteristicile cinematice ale miscarii seismice (exprimate prin spectrele de raspuns ale terenului sau curba ), raspunsul dinamic al cladirii difera foarte mult daca perioadele proprii ale cladirii (luand in considerare si interactiunea teren – structura) se situeaza in stanga zonei de amplificare maxima (domeniul de preamplificare) sau in zona de amplificare maxima (domeniul de rezonanta) sau in dreapta zonei de amplificare maxima (domeniul de izolare) a curbei exprimata in perioade de vibrare a constructiei.

Teritoriul Romaniei este afectat de doua tipuri de cutremure: cutremurele lente (generate de focarul intermediar Vrancea sau miscari ale terenului in amplasamente cu terenuri moi sau foarte moi) la care componentele armonice dominante ale accelerogramelor au perioadele in zona 0,7 – 1,6 sec iar amplificarile in zona perioadelor 0,3 – 0,7 sec sunt pana la 75% din valoarea maxima si cutremure rapide (generate de focare de suprafata in amplasamente cu terenuri medii sau tari) la care componentele armonice dominante ale accelerogramelor au perioade intre 0,07 – 0,3 secunde.

In lume, majoritatea cutremurelor sunt de suprafata si cutremurele inregistrate in majoritatea amplasamentelor sunt de tip rapid.

In cazul in care amplasamentul constructiilor este teren moale sau foarte moale, atunci miscarile seismice in aceste amplasamente sunt lente. Aceasta situatie s-a intamplat la cutremurul de la Nagoia din 1963 cand componenta spectrala dominanta a avut perioada de 1,0 sec, de la Kobe din 1995 cand componenta spectrala dominanta a avut perioada de 1,2 sec in zonele unde terenul de

1SITON – Sucursala de Inginerie Tehnologica Obiective Nucleare, E-mail serbanv@router.citon.ro2 I MS – Institutul de Mecanica Solidelor al Academiei Romane

fundare a fost moale sau in cazul cutremurelor care afecteaza orasul Mexico City la care componenta spectrala dominanta are o amplificare mare pentru perioade mari, in jur de 2,0 sec.

Comportarea dinamica a constructiilor in timpul unui cutremur depinde foarte mult de tipul de cutremur care o afecteaza (rapid sau lent) si de modul in care se situeaza cladirea in starea nedegradata si degradata de cutremur fata de cinematica miscarii seismice, prin situarea perioadelor proprii de vibrare ale cladirii, (nedegradata si degradata) in unul din domeniile de preamplificare, rezonanta sau izolare ale curbei .

2. MODIFICAREA RASPUNSULUI DINAMIC AL CONSTRUCTIILOR SUPUSE LA CUTREMURE, DATORITA DEGRADARII ACESTORA

Majoritatea actelor normative de proiectare seismica a constructiilor, existente in prezent in lume, recomanda ca solutie economica de asigurare a constructiilor la cutremure acceptarea degradarii controlate cu aparitia de articulatii plastice pentru cutremure violente si a limitarii eforturilor sectionale la o valoare practic constanta cu marirea corespunzatoare a deformatiilor relative de nivel a cladirilor.

Degradarea controlata a constructiilor prin aparitia articulatiilor plastice la grinzi si baza stalpilor duce nu numai la efectul favorabil de marirea disiparii energiei seismice, asa cum se mentioneaza si in codul P100/2004, ci si la reducerea rigiditatii constructiilor, si in consecinta la modificarea raspunsului fortat al lor datorita modificarii caracteristilor dinamice ale constructiilor care au ca efect marirea perioadelor de miscare proprie a cladirilor cu deplasarea raspunsului dinamic al acestora spre dreapta curbei . Functie de tipul cutremurului, lent sau rapid, zona in care se situeaza constructia poate fi de amplificare sau izolare cu marirea respectiv reducerea transferului de energie seismica de la teren la constructie.

In continuare se face o analiza a situatiilor posibile in care se poate afla o cladire afectata de cutremure si la care se accepta degradari controlate prin proiectare.

Pentru analize consideram un model simplu sub forma unei bare elastice verticala fixata de un suport supus unei miscari seismice cu o perioada dominanta T0. Constructia are o perioada de vibrare T care datorita degradarii se poate mari de la T<T0 la T>T0 existand mai multe cazuri diferite de comportare a constructiilor.

In Fig.2.1-2.5 se prezinta pentru simplitate si intelegere un caz idealizat in care actiunea seismica are o singura componenta T0. In schimb, cazurile 1-5 considera ca actiunea seismica are mai multe componente spectrale, una din ele fiind dominanta, de perioada T0.

Cazul 1. Perioada de vibrare a constructiei T este mult mai mica decat perioada dominanta T0 a miscarii seismice a bazei.

In acest caz constructia este scoasa din starea de echilibru si incepe sa vibreze fortat cu cel putin doua componente armonice: componenta de perioada T (daca aceasta se regaseste in excitatia seismica) mult mai mica decat perioada dominanta T0 a miscarii bazei si componenta deominanta T0

a miscarii bazei. Miscarea oscilatorie dominanta a bazei care se realizeaza cu o perioada de repetitie de 2 – 3 ori mai mare decat perioada de vibrare a constructiei este cand in faza cand in antifaza cu miscare proprie de vibrare a cladirii. Din acest motiv energia transmisa cladirii in timpul excitatiei pe un ciclu si preluata de cladire este practic zero intrucat miscarea bazei este cand in faza cand in antifaza cu miscarea cladirii.In acest caz miscarea totala a cladirii este egala sau putin mai mare decat miscarea de transport a bazei. In cazul in care cladirea este rigida, fundata pe un teren rigid aceasta copiaza miscarea bazei fara amplificarea acesteia pe durata cutremurului.

2

Fig. 2.1 Cazul 1. Regim de preamplificare. Tc << T0 ; (Tc – perioada cladire; T0 – perioada miscare seismica)

Cazul 2. Perioada de vibrare T a constructiei este apropiata de perioada dominanta T0 a miscarii seismice a bazei. In acest caz constructia este scoasa din starea de echilibru si vibreaza

fortat cu perioada T, defazata cu valori apropiate de fata de miscarea bazei care are perioada

dominanta T0. In cea mai mare parte a unei perioade de oscilare T miscarea bazei constructiei aduce un aport de energie care amplifica miscarea constructiei ceea ce face ca miscarea proprie de deformare a constructiei sa fie de 2 – 3 ori mai mare decat a miscarii bazei si aceasta amplificare depinde de durata cutremurului si amortrizarea cladirii.

Fig. 2.2 Cazul 2. Regim de pre-rezonanta. Tc = 0.707* T0 ; (Tc – perioada cladire; T0 – perioada miscare seismica)

Cazul 3 . Perioada proprie de miscare T a constructiei este egala cu perioada dominanta a miscarii seismice a bazei T0.

3

In acest caz constructia este scoasa din starea de echilibru si intra in miscare fortata cu

perioada T0 a miscarii bazei (defazata cu valori de fata de miscarea bazei pentru aceasta

componenta). In acest caz are loc un transfer maxim de energie pe intreaga perioada de vibrare ceea ce duce la amplificari mari a miscarii proprii a cladirii. Functie de durata cutremurului si amortizarea cladirii amplificarea miscarii proprii a cladirii fata de miscarea de transport a bazei poate fi foarte mare, pana la 5 ori.

Fig. 2.3. Cazul 3. Regim de rezonanta. Tc = T0 ; (Tc – perioada cladire; T0 – perioada miscare seismica)

Cazul 4. Perioada proprie de miscare T a constructiei este putin mai mare decat perioada dominanta a miscarii seismice a bazei T0.

In acest caz fenomenul de transfer de energie este similar cu cazul 2 cu deosebirea ca aici apare un fenomen de “bici” care se produce din urmatoarele motive:

In timp ce constructia isi continua deplasarea pana la atingerea elongatiei maxime, miscarea baza cladirii va duce la marirea deformatiei intrucat acesta schimba semnul elongatiei deoarece T0< T, ceea ce face ca in starea de deformare maxima (forte elastice maxime in cladire) sa apara o solicitare suplimentara datorita schimbarii sensului miscarii bazei. Aceasta schimbare duce la o solicitare suplimentara in momentul in care constructia este solicitata la momentul maxim din miscarea proprie fortata din imediata vecinatate a rezonantei.

Acest fenomen de schimbare fortata a sensului de miscare a bazei constructiei inaintea atingerii deformarii maxime duce la aparitia unei deformari suplimentare care datorita inertiei se manifesta mai tare la partea inferioara a cladirii.

Din punct de vedere matematic in cazul perioadelor foarte apropiate de rezonanta si amortizari foarte mici apare un fenomen de bataie din cauza compunerii celor doua miscari:.

4

Fig. 2.4. Cazul 4. Regim de post-rezonanta. Tc = 0.707* T0 ; (Tc – perioada cladire; T0 – perioada miscare seismica)

Cazul 5. Perioada proprie de miscare T a constructiei este mult mai mare decat perioada dominanta a miscarii seismice T0.

In acest caz constructia, intr-o perioada de vibrare fortata primeste si cedeaza energie datorita miscarii bazei cladirii. Rigiditatea cladirii fiind mica fortele elastice se reduc corespunzator si in unele cazuri se ajunge la situatii de izolare totala a constructiei in sensul ca partea superioara ramane practic nemiscata si se misca doar partea inferioara care urmareste miscarea seismica a terenului de fundare.

Avand in vedere comportarea puternic diferita a cladirilor in cazurile analizate, rezulta ca pentru evaluarea comportarii reale a unei cladiri la care se admit degradari in timpul unui cutremur trebuie sa tina seama de modificarea regimului de transferuri de energie de la terenul de fundare la constructie corelata cu tipul de cutremur, “lent sau rapid”, specific amplasamentului.

Prin degradarea constructiei apare o modificare importanta a caracteristicilor dinamice ale acesteia, care functie de tipul cutremurului poate duce la cresterea sau scaderea energiei seismice a cladirii: functie de modul in care se situeaza miscarea proprie fortata a cladirii fata de perioadele dominante ale excitatiei seismice. Acest fenomen de flexibilizare a cladirii si trecerea cladirii degradate in alt regim dinamic fata de miscarea seismica, este mult mai important decat disiparea de energie seismica care apare datorita degradarii.

Prin degradare, cladirea poate sa iasa mai devreme sau mai tarziu din zona de amplificare maxima a cutremurului functie de tipul acestuia.

Daca cutremurele sunt rapide cu o perioada dominanta mai mica de T0 = 0.3 s, atunci la degradari relativ usoare perioada de miscare T a constructiei degradate depaseste cu mult perioada T0 si miscarea seismica a bazei duce la micsorarea energiei totale a constructiei si implicit la reducerea incarcarilor seismice sub incarcarile date de miscarea de transport a cutremurului pentru o situatie de constructie rigida.

Totodata datorita aparitiei unor articulatii plastice amortizarea totala a cladirii creste si apare o reducere suplimentara a raspunsului seismic al cladirii. Aportul cresterii amortizarii cladirii la reducerea incarcarilor seismice este in general sub 30% intrucat amortizarea totala a ansamblului cladirii cu elemente degradate si nedegradate nu poate creste foarte mult. Faptul ca solicitarile sectionale se limiteaza la eforturile date de curgerea armaturii, cresterea actiunii seismic in acest caz va duce la marirea deformatiilor peste limitele acceptate pentru integritatea elementelor structurale ale cladirii.

5

La cutremurele rapide deformatiile se autolimiteaza datorita iesirii constructiei din zona de amplificare maxima cu excitatia seismica in acelasi timp cu reducerea puternica a incarcarilor seismice asupra constructiei.

In cazul cutremurelor lente apar aceleasi fenomene ca la cutremurerele rapide dar la alt nivel de degradare al constructiei. Problema importanta care se pune este legata de posibilitatea sau imposibilitatea cladirii de a suporta nivele mari de degradare in asa fel incat sa iasa din zona de amplificarea maxima cu excitatia seismica. In acest caz fenomenul de “bici”, care apare la iesirea din zona de amplificare maxima cand perioada cladirii degradate este putin mai mare decat perioada dominanta T0 a excitatiei seismice, poate duce la ruperea acesteia in prima treime de la baza cladirii datorita faptului ca degradarea cladirii este foarte avansata.

Fig. 2.5. Cazul 5. Regim de izolare. Tc >> T0 ; (Tc – perioada cladire; T0 – perioada miscare seismica)

In continuare e face o analiza comparativa a comportarii cladirilor fata de curbele spectrului de raspuns de proiectare (curbele ) din actele normative cand excitatia seismica este specifica cutremurelor de suprafata, “rapide”, sau cutremurelor intermediare “lente”.

In analizele de comportare dinamica a unei constructii supuse unui cutremur trebuie sa se tina seama de faptul ca acceptarea unor degradari ale constructiei duce la reducerea rigiditatii acesteia si in consecinta la marirea perioadei de vibrare, fapt care se produce instantaneu la depasirea unor valori de solicitare in elementele structurale.

Analiza efectelor degradarii constructiilor datorita cutremurelor rapide si lente se face in continuare analiza in continuare cu recomandarea unor variante de solutii structurale pentru constructii functie de situarea acestora din punct de vedere dinamic fata de zona de amplificare maxima a miscarii seismice din spectrul de raspuns de proiectare (curba ).

3. ACTIUNEA SEISMICA DE PROIECTARE SI COMPORTARE A CONSTRUCTIILOR

Rezistenta constructiilor la actiunea seismica de proiectare trebuie asigurata prin diferite procedee constructive care trebuie sa se reflecte corespunzator in modelul de analiza al lor si modul de comportare. Comportarea dinamica a unei constructii depinde mult de domeniul in care se situeaza perioadele proprii importante de vibrare ale constructiei, dependenta de gradul de degradare, in curba sau spectrul de raspuns de proiectare functie de care constructia, din punct de

6

vedere dinamic poate fi supraacordata sau subacordata, sau in regim de rezonanta cu miscarea seismica. In actele normative curba sau spectrul de raspuns de proiectare se precizeaza prin valorile in punctele de control, TA, TB, TC, TD, TE si un mod de variatie intre aceste puncte. TA este perioada de la care incepe amplificarea. TB - TC este intervalul in care acceleratia absoluta are valoare maxima, TC – TD este intervalul in care viteza relativa are valoare maxima iar TD – TE este intervalul in care deplasarea relativa are valoare maxima. .

Perioadele proprii de vibrare ale constructiei trebuie evaluate cu luarea in considerare a rigiditatii interactiunii teren – structura. Evaluarea acesteia se face fie prin modele detaliate cu elemente finite care includ constructia si terenul de fundare fie prin introducerea in modelul de calcul al constructiei a unor resoarte echivalente pe grade de libertate. Valorile rigiditatilor (si amortizarilor asociate) pot fi evaluate functie de tipul si geometria fundatiei si parametrii terenului de fundare, exprimati prin modulul de forfecare dinamic (care se poate determina din viteza de propagare a undelor transversale evaluate pe tipuri de teren sau determinate prin masuratori) si

densitatea terenului ( ) sau prin incercari experimentale de laborator. Rigiditatea si amortizarea interactiunii teren – structura se evalueaza cu ajutorul formulelor din literatura de specialitate.

In modelul de calcul aceste rigiditati pot fi introduse fie sub forma a 6 resoarte echivalente conectate in centrul de simetrie al fundatiei (centru elastic), solutie recomandata pentru fundatii rigide, fie trei seturi de resoarte de translatie avand rigiditatea proportional distribuita cu suprafata aferenta unui nod de discretizare a fundatiei, solutie recomandata pentru fundatii elastice.

Evaluarea interactiunii teren – structura si analizele dinamice ale constructiei trebuie efectuata pentru trei valori ale modulului de forfecare (respectiv 2G, G si ). Valoarea G este cea mai buna estimare iar parametrizarea trebuie facuta datorita faptului ca terenul de fundare are comportare neliniara si starile de solicitare in timpul unui cutremur sunt superioare celor corespunzatoare investigarii terenului iar in cazul determinarilor de laborator pe esantioane se pierde efectul continuitatii mediului.

Judecatile ingineresti, analizele de evaluare a incarcarilor seismice si calculul eforturilor sectionale si a deformatiilor precum si proiectarea constructiilor trebuie realizate cu luarea in considerare a zonelor de comportare dinamica in care se incadreaza constrtuctia nedegradata si degradata (daca se admite degradarea) pe curba respectiv preamplificare, rezonanta sau izolare. In analize incadrarea din punct de vedere dinamic a constructiilor intr-unul din domeniile curbei se face prin situarea perioadei proprii de vibrare importanta a cladirii nedegradate (de regula perioada primului mod propriu de vibrare) fata de perioadele de control si rezultand 3 cazuri diferite de comoportare a constructiilor.

Cazul 1 (regim de preamplificare)

Daca atunci cladirea trebuie sa se proiecteze in asa fel incat sa nu apara degradari care sa duca la aparitia de articulatii plastice. In cazul in care cladirea nu se degradeaza, actiunea seismica reala se reduce de pana la 2 ori la cutremure lente si respectiv 3 ori la cutremure rapide fata de situatia in care s-ar admite degradarea constructiei. Aceasta reducere are corespondenta fizica in comportarea reala a constructiei intrucat aceasta nu mai intra in regim de cvasirezonanta cu miscarea seismica, datorita degradarii, si practic ea preia doar miscarea seismica de transport a terenului de fundare fara amplificarea acesteia. Intrucat in timpul unui cutremur caracteristicile dinamice ale cladirii proiectata cu comportare cvasiliniara nu isi modifica semnificativ rigiditatea, atunci nu apare o marire importanta a perioadelor de vibrare care sa duca, din punct de vedere dinamic, constructia in zona de amplificare maxima si respectiv la o marire a transferului de energie de la terenul de fundare la constructie (regim de rezonanta).

Pentru cutremurele “rapide” aceasta zona este mica (perioade mai mici de 0.1 sec) si ea poate fi neglijata din punct de vedere plastic. Pentru cutremurele lente aceasta zona este de cel putin trei ori mai mare si majoritatea cladirilor de inaltime mica si medie se incadreaza in ea. Pentru

7

aceste cladiri codul de proiectare seismica supraevalueaza incarcarea si modul de comportare impus nu este bun.

Ca solutii constructive se recomanda structurile in cadre cu contravantuiri rigide sau telescopice cu capacitate mare de amortizare si care limiteaza deformarea structurii la valori prestabilite. In cazul contravantuirilor telescopice apare o reducere importanta a raspunsului seismic al cladirii datorita faptului ca acestea au capacitate mare de disipare a energiei seismice fara sa apara degradarea constructiei.

De asemeneea constructiile din prefabricate sau cu pereti diafragma, de inaltime medie sunt recomandate.

Acceptarea articulatiilor plastice in acest caz este periculoasa intrucat degradarea cladirii duce implicit la o micsorare a rigiditatii si respectiv la o marire a perioadei de vibrare care duce la un transfer mai mare de energie de la actiunea seismica la cladire. In aceasta situatie se poate ajunge la o marire necontrolata a deformatiilor relative de nivel si la o degradare avansata sau distrugerea constructiei intrucat reducerea incarcarilor seismice datorita amortizarii este mult mai mica decat cresterea acesteia datorita intrarii cladirii in zona de amplificare maxima.

Se mentioneaza faptul ca si in cazul aparitiei articulatiilor plastice cladirea se comporta ca o structura flexibila si are moduri proprii de vibrare intrucat un procent foarte mic din structura este in domeniul neliniar de comportare, iar cea mai mare parte din structura ramanand in domeniul de comportare elastic.

In figura 3.1 se prezinta o curba si perioada proprie de vibrare a cladirii neafectata de miscarea seismica respectiv afectata de miscarea seismica cu aparitia de articulatii plastice pentru cazul cutremurelor rapide cu punerea in evidenta a cresterii actiunii seismice.

In figura 3.2 se prezinta o curba si perioada proprie de vibrare a cladirii neafectate de miscarea seismica si respectiv afectata de miscarea seismica pentru cazul cutremurelor lente cu punerea in evidenta a maririi actiunii seismice transmisa cladirii.Din aceste figuri rezulta ca pentru cele doua tipuri de cutremure nu este recomandata acceptarea degradarilor constructiilor.

Pentru cutremurele lente degradarile usoare nu duc la mariri importante ale actiunii seismice.

Curba de amplificare a miscarii seimice transmisa cladirilor - conform EUROCODE 8 - 1994

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Perioada de oscilare a cladirii (sec)

Co

efic

ien

t d

e am

plif

icar

e d

inam

ica

teren tare

degradare mica

degradare mare

Fig. 3.1. Influenta degradarii pentru cutremure rapide. Cazul 1: T < 0.7 TB.

8

Curba de amplificare a miscarii seimice transmisa cladirilor- propusa pentru Zona 7.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Perioada de vibrare a cladirii (sec)

Sp

ectr

ul

de

rasp

un

s degradare mica

degradare mare

Fig. 3.2. Influenta degradarii pentru cutremure lente. Cazul 1: T < 0.7 TB.

Cazul 2 (regim de rezonanta)

Daca atunci constructia se recomanda sa se realizeze cu amortizare mare inclusiv pentru solicitari mici si medii. In acest caz trebuie ca inclusiv la cutremure puternice in structura sa nu apara articulatii plastice la cutremurele lente intrucat acestea duc la micsorarea rigiditatii constructiei si respectiv la cresterea perioadei proprii de vibrare fara a se parasi zona de rezonanta si fara a se reduce transferul de energie seismica de la terenul de fundare la constructie. Constructia, pentru a iesi din zona de rezonanta, trebuie sa accepte deformatii foarte mari pentru cutremure lente care sunt de cca 10 ori mai mari decat la cutremure rapide. Pentru cutremure rapide se pot realiza constructii la care apar articulatii plastice la cutremure violente. Intrucat acestea pot trece in zona de izolare fara degradari mari.

Aparitia de articulatii plastice la o constructie afectata de cutremure lente este permisa numai in cazul in care este in vecinatatea lui , cu conditia ca deformatiile relative de nivel care apar in timpul unui cutremur sa duca la o flexibilizare a cladirii care sa o scoata semnificativ din zona de rezonanta si sa o treaca in zona de izolare cand transferul de energie seismica de la terenul de fundare la constructie se reduce o data cu dezvoltarea articulatiilor plastice si cresterea perioadei de vibrare . Acceptarea articulatiilor plastice pentru acest caz este insotita obligatoriu de un calcul de stabilitate prin analize pe accelerograme sintetice de proiectare care sa ia in considerare toate situatiile posibile de accelerograme a se produce pe amplasament.

Ca solutii constructive se recomanda structurile in cadre cu contravantuiri telescopice (care limiteaza deformarea structurii la valori prestabilite si asigura o amortizare mare ce duce la o reducere a raspunsului seismic al cladirii) situate la parter si primele etaje si contrvantuiri rigide la etajele superioare, daca este cazul.

In figura 3.3 se prezinta o curba si perioada proprie de vibrare a cladirii neafectata de miscarea seismica respectiv afectata de miscarea seismica cu aparitia de articulatii plastice pentru cazul cutremurelor rapide cu punerea in evidenta a reducerii actiunii seismice.

In figura 3.4 se prezinta o curba si perioada proprie de vibrare a cladirii neafectate de miscarea seismica si respectiv afectata de miscarea seismica pentru cazul cutremurelor lente cu punerea in evidenta a maririi actiunii seismice transmisa cladirii.

9

Curba de amplificare a miscarii seimice transmisa cladirilor - conform EUROCODE 8 - 1994

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Perioada de oscilare a cladirii (sec)

Co

efic

ien

t d

e am

plif

icar

e d

inam

ica

teren tare

degradare mica

degradare mare

Fig. 3.3. Influenta degradarii pentru cutremure rapide. Cazul 2: 0.7TB ≤ T ≤ 0.7 TC.

Curba de amplificare a miscarii seimice transmisa cladirilor- propusa pentru Zona 7.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Perioada de vibrare a cladirii (sec)

Sp

ectr

ul

de

rasp

un

s

degradare mica

degradare mare

Fig. 3.4. Influenta degradarii pentru cutremure lente. Cazul 2: 0.7TB ≤ T ≤ 0.7 TC.

Cazul 3 (regim de izolare)

Daca se admite si realizarea de constructii la care sunt permise degradari controlate cu aparitia de articulatii plastice inclusiv pentru cutremure lente intrucat acestea duc la o reducere a rigiditatii cladirii, respectiv la o marire a perioadei de vibrare si in consecinta la o indepartare de zona de rezonanta cu o reducere importanta a transferului de energie seismica de la terenul de fundare la constructie. In acest caz apare un fenomen de autoizolare intrinseca a constructiei datorita aparitiei articulatiilor plastice inainte de a se ajunge la o degradare avansata, care este favorabil comportarii dinamice a cladirii. Chiar si in acest caz, procesul de aparitie a articulatiilor plastice trebuie controlat pentru a se evita colapsul. De regula, deformatiile constructiilor se autolimiteaza in acest caz datorita reducerii transferului de energie seismica.

10

Curba de amplificare a miscarii seimice transmisa cladirilor - conform EUROCODE 8 - 1994

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Perioada de oscilare a cladirii (sec)

Co

efic

ien

t d

e am

plif

icar

e d

inam

ica

teren tare

degradare mica

degradare mare

Fig. 3.5. Influenta degradarii pentru cutremure rapide. Cazul 1: T > 0.7 TC.

Curba de amplificare a miscarii seimice transmisa cladirilor- propusa pentru Zona 7.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Perioada de vibrare a cladirii (sec)

Sp

ectr

ul

de

rasp

un

s

degradare mica

degradare mare

Fig. 3.6. Influenta degradarii pentru cutremure lente. Cazul 1: T > 0.7 TC.

In toate cazurile analizate se poate afirma ca pentru cutremurele rapide de suprafata degradarea constructiilor este in general favorabila reducerii incarcarilor seismice atat datorita iesirii constructiei din zona de amplificare maxima a excitatiei seismice cat si datorita cresterii amortizarii. Pentru cutremurele lente cum sunt si cutremurele intermediare vrancene degradarea controlata a constructiei, in general, duce la marirea transferului de energie seismica de la terenul de fundare la cladire intrucat constructia degradata ramane in zona de amplificare maxima a excitatiei iar iesirea din aceasta zona este un caz particular motiv pentru care articulatiile plastice nu pot fi acceptate ca o solutie recomandata pentru toate cladirile de pe teritoriul Romaniei asa cum se specifica in codul P100/2004.

Se face mentiunea ca in toate cele trei cazuri analizate este recomandata izolarea seismica a constructiilor cu conditia ca perioadele de vibrare ale cladirilor izolate sa fie mai mari decat , cu cel putin 30%.

Pentru usurarea alegerii de catre proiectant a solutiilor de asigurare a constructiilor la actiunea seismica specifica zonei seismice se propune includerea in P100/2004 a unui tabel

11

centralizator, in care, pe fiecare zona seismica si tipul de teren de fundare se precizeaza impreuna cu solutiile constructive recomandate datele de proiectare seismica si modul de analiza reprezentativ.

4. PROPUNERI DE IMBUNATATIRE ALE CODULUI DE PROIECTARE SEISMICA P100-1/2004

Codul de proiectare seismica partea 1 – Prevederi de proiectare pentru cladiri – P100-1/2004 contine 196 de pagini cu foarte multe descrieri si comentarii in locul afirmatiilor categorice sau recomandarilor si 35 de pagini de anexe..

Ca o observatie generala se recomanda revizuirea codului de proiectare seismica intr-o forma care sa contina maximum 20 de pagini redactate in fraze scurte care sa contina afirmatii foarte clare ca , “trebuie”, “se recomanda ”, “se admite” insotite de diagrame, formule si figuri. Toate descrierile si comentarille trebuie trecute in Anexe.

Utilizarea codului P100/2004 in forma actuala este practic imposibila intrucat foarte multe restrictii si recomandari sunt distribuite in tot volumul de 231 de pagini printre descrieri. Proiectantul de structuri, nu poate retine toate aceste restrictii si recomandari iar luarea lor in considerare in proiectare este mare consumatoare de timp si neeficienta.

In continuare se fac unele recomandari la definirea mai reprezentativa pe zone a actiunii seismice si la modul de comportare a cladirilor corelat cu tipul actiunii seismice cat si unele corectii punctuale.

4.1. PRECIZAREA ACTIUNII SEISMICE

Referitor la inputul seismic precizat in Codul de proiectare trebuie mentionat faptul ca, desi au fost aduse imbunatatiri fata de codul P100/2002, actiunea seismica nu este suficient de bine precizata. De exemplu, pentru anumite regiuni ale Romaniei exista necorelari cantitative cat si calitative, fata de un input seismic reprezentativ stabilit pe baza informatiilor existente in prezent. Aceste necorelari sunt generate de faptul ca s-a dorit precizarea unui input seismic pentru zone cat mai largi din teritoriul Romaniei, ceea ce este in contradictie cu situatia reala in sensul ca anumite zone au caracteristica cinematica a miscarii seismice diferita de altele, nu numai acceleratia maxima a terenului. Neluarea in considerare a cinematicii miscarii seismice specifice zonei poat duce la solutii tehnice neadecvate si complicate de realizare a constructiilor rezistente la cutremure, care de multe ori nu au marja de siguranta scontata. Din acest motiv consideram ca este mult mai bine ca inputul seismic (curba si coeficientul ) sa fie date pe zone seismice functie de tipurile de cutremure care afecteaza zona respectiva.Consideram ca aceasta imbunatatire este usor de facut si de aplicat de catre proiectant. Neprecizarea specifica cantitativa si calitativa a inputului seismic pe zone seismice ale teritoriul tarii noastre este prima sursa de exagerare si erori in analize.

Avand in vedere ca Romania este afectata de cele doua tipuri de cutremure cu caracteristici puternic diferite, iar terenul de fundare difera mult de la terenuri moi (aluviuni neconsolidate, loess etc.) la terenuri tari (stanca, roci sedimentare etc.) pentru fiecare tip de cutremur inputul seismic trebuie sa fie precizat cu una sau doua seturi de curbe functie de tipul de cutremur care afecteaza zona si tipul de teren. La aceste curbe zona de amplificare maxima este micsorata sau marita si translatata spre perioade mari sau mici cu evidentierea clara cantitativa a celor trei domenii de comportare a constructiilor din punct de vedere dinamic prin precizarea perioadelor de control

si a valorilor curbei pentru fiecare tip de teren pe anumite zone cu manifestari similare ale actiunii seismice.

Valoarea maxima a curbei si a acceleratiei terenului trebuie definite ca valorile maxime medii de pe cele doua directii din planul orizontal intrucat actiunea seismica orizontala se introduce in analize pe doua directii perpendiculare in noul cod P100/2004 nu pe

12

una singura ca in vechiul cod P100/2002. Aceasta este de mare importanta pentru multe constructii intrucat inputul seismic sub forma actuala este exagerat, de pana la 2 ori pe anumite domenii de perioade de vibrare, ceea ce poate duce la solutii constructive neadecvate. Constructiile proiectate conform noului Cod P100-1/2004, desi sunt supradimensionate din acest punct de vedere, nu prezinta siguranta daca sunt concepute in toate cazurile cu acceptarea de articulatii plastice indiferent de domeniul in care se situeaza constructia pe curba .

Pentru caracterizarea cat mai reprezentativa a actiunii seismice, se propune impartirea teritoriului Romaniei in cel putin 7 zone de definire a inputului seismic. Intr-o zona se definesc unul sau doua seturi de curbe , una pentru proiectare si alta, daca este cazul, pentru verificare, functie de tipul de focar care afecteaza zona si tipul de teren de fundare:

Zona 1 - Banat - afectata de cutremure locale de suprafata - o singura curba specifica cutremurelor rapide;

Zona 2 - Maramures - afectata de cutremure locale de suprafata - o singura curba specifica cutremurelor rapide;

Zona 3 - Centrul Transilvaniei - afectat de cutremure locale de suprafata si cutremure intermediare vrancene – doua curbe , una de proiectare specifice cutremurelor lente si una de verificare specifice cutremurelor rapide;

Zona 4 - Fagaras - Sibiu - Campulung - afectata de cutremure fagarasene de suprafata si cutremure intermediare vrancene – doua curbe , una de proiectare specifica cutremurelor rapide si una specifica cutremurelor lente;

Zona 5 – Dobrogea Sud - afectata de cutremurele de suprafata din zona Sabla si nordul Dobrogei si cutremure intermediare vrancene- doua curbe , una de proiectare specifica cutremurelor rapide si una specifica cutremurelor lente;

Zona 6 – Dobrogea de Nord afectata de cutremurele intermediare vrancene si de cutremurele de suprafata din nordul Dobrogei – doua curbe , una de proiectare specifica cutremurelor rapide si una specifica cutremurelor lente;

Zona 7 – Restul teritoriul Romaniei afectat de cutremurele intermediare vrancene si cutremure de suprafata locale de mica intensitate - doua curbe , una de proiectare specifica cutremurelor rapide si una specifica cutremurelor lente;

In tabelul 1 se propun (pentru discutii si analize) valorile perioadelor de control si amplificarea maxima pentru prima curba (de proiectare) pe zone seismice si tipuri de teren. In tabelul 2 se propun (pentru discutii si analize) valorile perioadelor de control si amplificarea maxima pentru a doua curba (de verificare) si tipuri de teren pe zone seismice.

Valorile maxime ale spectrelor de raspuns din noul Cod de proiectare seismica sunt supraevaluate intrucat conform prevederilor acestui cod actiunea seismica se considera simultan pe trei directii: doua directii ortogonale in plan orizontal si una pe verticala. In acest caz spectrul de raspuns pe o directie oarecare din plan orizontal trebuie sa reprezinte o valoare medie a spectrelor de raspuns de pe cele doua directii ortogonale din planul orizontal. Daca sepectrul de raspuns reprezinta valoarea maxima posibila numai de pe o directie, atunci trebuie schimbat modul de calcul in codul P100/2004.

Tabel 1 – Propunere perioade de control si valoarea maxima a curbei de proiectare pe zone seismice

Zona seismica

Teren tare Teren mediu Teren moale

1 0.02 0.07 0.3 1.0 2.75 0.05 0.1 0.5 1.25 2.60 0.07 0.2 0.7 2.0 2.502 0.02 0.07 0.4 1.2 2.50 0.05 0.1 0.55 1.3 2.40 0.07 0.25 0.75 2.0 2.20

13

3 0.05 0.30 0.7 1.0 2.50 0.07 0.4 1.00 1.5 2.40 0.1 0.7 1.6 2.5 2.004 0.02 0.07 0.3 1.0 3.00 0.05 0.1 0.5 1.25 2.60 0.07 0.2 0.7 2.0 2.205 0.02 0.07 0.3 1.0 3.00 0.05 0.1 0.5 1.25 2.60 0.07 0.2 0.7 2.0 2.206 0.03 0.10 0.4 1.0 2.75 0.06 0.2 0.75 1.25 2.50 0.8 0.4 1.0 2.0 2.27 0.05 0.3 0.7 1.0 2.75 0.07 0.4 1.00 1.5 2.50 0.1 0.7 1.6 2.5 2.00

Tabel 2 – Propunere perioade de control si valoarea maxima a curbei de verificare pe zone seismice Zona

seismicaTeren tare Teren mediu Teren moale

123 0.0 0.07 0.5 1.0 2.20 0.05 0.1 0.5 1.4 2.00 0.1 0.4 0.7 2.0 1.804 0.07 0.3 0.4 1.2 2.00 0.1 0.6 1.4 1.6 2.00 0.1 0.7 1.8 3.0 1.605 0.07 0.3 0.4 1.2 2.00 0.1 0.6 1.4 1.6 2.00 0.1 0.7 1.8 3.0 1.606 0.0 0.07 0.5 1.0 2.20 0.05 0.1 0.5 1.4 2.00 0.1 0.4 0.7 2.0 1.807 0.07 0.07 0.5 1.0 2.40 0.05 0.1 0.5 1.4 2.00 0.1 0.4 0.7 2.0 1.80

Valorile maxime ale acceleratiilor terenului din planul orizontal se propune sa fie pentru cele 7 zone corespunzatoare hartii de zonare seismica a teritoriului Romaniei. Valoarea acceleratiei pentru directie verticala se propune 0.7 din valoarea acceleratiei orizontale pentru cutremurele de suprafata si 0.5 pentru cutremurele intermediare din zona Vrancea daca distanta epicentrala este mai mare decat adancimea medie a focarului (125 Km).

Tipurile de teren (tare, mediu si moale) precizate in curba se caracterizeaza prin descrierea geologica, grosimea stratelor si viteza de propagare a undelor transversale .

In tabelul 3 se prezinta (pentru discutii si analize) o propunere de caracterizare cantitativa si calitativa a tipului de teren pentru care este dat setul de curbe dintr-o regiune seismica:

Tabel 3 – Propunere caracterizare tipuri teren

Tip teren Caracterizarea geologica Grosime strate VitezeMoale Loess, aluvionar, neconsolidat 40 – 150 m 300 – 400 m/s

Sedimentare semiconsolidate 60 – 150 m 300 – 600 m/sMediu Sedimentare semiconsolidate 30 – 45 m 300 – 600 m/s

Sedimentare consolidate 40 – 75 m 500 – 800 m/s

Tare Sedimentare consolidate < 15 m 500 – 800 m/sRoca stancoasa < 20 m 800 m/s

Pentru cele 7regiuni seismice trebuie definite unul sau doua seturi de curbe , fiecare set avand curbe pentru cele 3 tipuri de teren. Pentru analize si discutii se propune curbe (de proiectare) pentru Zona 1, fig. 4.1. si primul set de curbe (de proiectare) pentru Zona 6, fig. 4.2. (pentru aceasta zona trebuie definit si setul 2 de curbe de verificare care reprezinta actiunea specifica cutremurelor de suprafata locale).

Pentru analizele de integrare directa in fiecare zona seismica pe tipul de teren trebuie sa fie date in Codul de proiectare seismica cel putin un set de 3 accelerograme sintetice de proiectare, cate una pe fiecare directie de actiune, doua ortogonale, independente si una pe verticala. Alte accelerograme sintetice de verificare a sigurantei constructiilor pot fi generate cu conditia ca, pe domeniul de interes, curba a accelerogramelor sintetice generate sa nu fie mai mica cu mai mult de 10% din curba de proiectare. Daca nu exista alte precizari domeniul de interes se considera 0 – 4 sec.

14

Zona 1. Spectrul de raspuns de proiectare normalizat

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

perioada de vibrare a cladirii (sec)

Sp

ectr

ul

de

rasp

un

s

teren tare teren mediu teren moale

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

perioada de vibrare a cladirii (sec)

Sp

ectr

ul

de

rasp

un

s

teren tare teren mediu teren moale

Fig. 4.1. Zona 1. Spectrul de raspuns de proiectare normalizat Fig. 4.2. Zona 7. Spectrul de raspuns de proiectare normalizat

4.2. PROPUNERI PUNCTUALE DE IMBUNATATIRE A CODULUI DE PROIECTARE SEISMICA P100-1/2004

Prima masura de imbunatatire este referitoare la “obiectivul esential” al normativului, pagina 20 cap. 2.2.4, paragraful 4, acela de a impune un mecanism structural de disipare a energiei (mecanism de plastificare) la cutremure

Avand in vedere specificul activitatii seismice de pe teritoriul tarii noastre, consideram ca solutia recomandata pentru realizarea de constructii rezistente la cutremure prin acceptarea de articulatii plastice, nu poate fi acceptata ca o solutie generala intrucat in multe situatii se poate ajunge la marirea deformatiilor peste limitele admisibile si avarierea grava sau distrugerea cladirilor.

Daca pentru tari ca Japonia, SUA sau cele din UE, 90% din cutremurele care se produc sunt rapide si restul sunt cutremure lente (in amplasamentele cu terenuri moi), conceptia de asigurare a cladirilor prin articulatii plastice este favorabila la majoritatea constructiilor. La noi situatia este complet diferita si nu putem sa recomandam printr-un act normativ o solutie generala de asigurare a constructiilor la cutremure prin acceptarea de articulatii plastice pentru limitarea eforturilor sectionale si marirea amortizarii. In foarte multe cazuri, acceptarea articulatiilor plastice la cutremurele lente, duce la o marire importanta a trasferului de energie seismica la constructii cu marirea deformatiilor peste valorile care garanteaza siguranta constructiilor. Pe de alta parte degradarile produse in cazul cutremurelor lente sunt asa de mari pentru a se asigura trecerea constructiei in afara zonei de amplificare maxima incat daca, constructia nu este distrusa cheltuielile pentru repararea acesteia sunt foarte mari si solutia nu este eficienta si din punct de vedere economic.

In continuare se prezinta unele propuneri de imbunatatire punctuala pentru P100-1/2004. Aceste propuneri nu tin seama de observatia generala de restructurare a codului P100 intr-un material continand o prezentare condensata iar in anexe sa fie trecute alte precizari..

La capitolul 2.2.1 “Generalitati” pagina 18 punctul 1 ”Cu exceptia cazurilor mentionate explicit, proiectarea structurilor corespunzatoare nivelului de protectie seismic oferit de aplicarea prezentului cod are in vedere un raspuns seismic cu incursiuni cu degradari specifice, in domeniul postelastic de deformare”

Se propune: “Proiectarea structurilor corespunzatoare nivelului de protectie seismica conform prezentului cod are in vedere raspunsul seismic adecvat actiunii seismice precizate in cap. 3 si incadrarii structurii in unul din domeniile de preamplificare, rezonanta sau izolata”.

Tipul de structuri de rezistenta recomandate si modul de asigurare a rezistentei constructiilor se prezinta in anexa 1 (continut similar cu cap. 2 al articolului).

La cap 2.2.2 “Stari limita ultime” pagina 19, punctul 1 “Acest nivel de rezistenta implica respectarea tuturor conditiilor date in cod pentru obtinerea capacitatii de disipare de energie necasar (ductilitatae) in zonele proiectate special pentru a disipa energia seismica, numite zone disipative (sau zone critice).

Disiparea energiei nu trebuie asigurata prin degradarea structurii in zone critice decat in anumite situatii speciale care de regulasunt specifice cutremurelor rapide.

15

Se propune: “ Acest nivel de rezistenta implica respectarea tuturor conditiilor date in cod pentru obtinerea unui transfer de energie seismica de la terenul de fundare la constructie si prin asigurarea unei capacitati mari de disipare a energiei seismice atat prin dispozitive speciale cat si prin degradari limitate”.

La cap. 2.2.4. “Masuri suplimentare” pagina. 20, punctul (4) “Proiectarea va avea ca obiectiv impunerea unui mecanism structural favorabil de disipare de energie (mecanism de plastificare) la actiunea cutremurului de proiectare”.

Se propune inlocuirea cu “Proiectarea va avea ca obiectiv reducerea transferului de energie seismica de la terenul de fundare la constructie prin evitarea regimurilor de rezonanta pentru constructia in stare initiala sau degradata cat si prin marirea capacitatii de disipare a energiei seismice a constructiei atat prin introducerea unor dispozitive care sa controleze, limiteze si sa amortizeze miscarea seismica cat si prin acceptarea, acolo unde este permis, de articulatii plastice” (vezi anexa 1”; Trebuie modificate si cele 4 cerinte cerinte de de asigurare a dezideratelor.

La pagina 21, punctul (6) “Calculul structural va fi bazat pe un model adecvat al structurii care atunci cand este necesar va lua in considerare interactiunea cu terenul de fundare, cu elementele structurale sau cu cladirile invecinate”.

Se propune inlocuirea cu: “Calculul structural va fi bazat pe un model adecvat al structurii care trebuie sa includa si interactiunea teren – structura. In cazul in care eliminarea acesteia duce la o micsorare a perioadei de oscilare a cladirii numai cu 10%, interactiunea teren – structura se poate neglija. La constructii uzuale fundate pe teren tare, interactiunea teren-structura, de regula, nu se considera in analize” vezi anexa 2.

La pagina 23 cap. 3.1. “Reprezentarea actiunii seismice pentru proiectare” se propune dezvoltarea acestuia cu precizarile din capitolul 4. La punctul 7 “Conditiile locale de teren sunt descrise prin valorile perioadei de control (colt) TC a spectrului de raspuns pentru zona amplasamentului considerat. Aceste valori caracterizeaza sintetic compozitia de frecvente a miscarilor seismice”.

Se propune inlocuirea cu: “ prin valorile perioadelor de control TA, TB, TC,, TD, TE, pentru fiecare zona seismica a teritoriului Romaniei. Conditiile locale influenteaza toate perioadele de control a curbei si ele depind si de tipul cutremurului”.

La pag. 27, paragraful “Proiectarea de structuri cvasirezonante cu perioada predominanta a vibratiei terenului trebuie evitata”.

Se propune completarea acesteia cu: “atat pentru structura initiala cat si pentru structura degradata (daca se admit articulatii plastice)”. Se mentioneaza faptul ca prin modificarea perioadei de vibrare, datorita modificarii rigiditatii se modifica inclusiv incarcarea seismica evaluata initial pe structura nedegradata.

La pagina 28 cap. 3.1.2. “Accelerograme artificiale” paragraful: “Accelerogramele artificiale sunt accelerogramele generate pe baza unui spectru de raspuns elastic pentru acceleratii in amplasament , .

Se propune inlocuirea cu :”pe baza spectrelor de raspuns pentru acceleratiile din plan orizontal si acceleratiile de pe directia verticala . Numarul minim de acceleratii cerut la punctul a) este 3 accelerograea iar pe verticalaaccelerograma are alta componenta spectrala fata de orizontala”.

La pag. 28, paragraful “Spectrul de raspuns elastic al accelerogramelor artificiale trebuie sa fie apropiat de spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii in amplasament”

Se propune inlocuirea cu: “Spectrul de raspuns elastic al accelerogramelor artificiale trebuie sa inveleasca spectrul de raspuns specific al zonei seismice”;

La pag. 28, paragraful a) “Numarul minim de accelerograme sa fie 3”Se propune inlocuirea cu: “Numarul minim este de 1 set a 3 accelerograme independente, cate

una pe fiecare directie – 2 ortogonale in plan orizontal si una pe verticala pentru fiecare tip de teren”;

La pag. 28, in paragrafele b) si c) “valorile spectrului mediu calculat prin medierea aritmetica a ordonatelor spectrelor elastice de raspuns pentru acceleratii corespunzand tuturor

16

accelerogramelor artificiale generate trebuie sa nu fie mai mici cu mai mult de 10% din valoarea corespunzatoare a spectrului elastic de raspuns in amplasament ”:

Se propune a fi inlocuita cu “valoarele acceleratiilor atat pentru acceleratiile de varf cat si pentru acceleratiile spectrale intrucat pentru a avea o medie reprezentativa trebuie realizat un numar mare de accelerograme articifiale care trebuie utilizate in analize, ceea ce duce la marirea timpului, costului analizelor si complicatie in manipularea rezultatelor fara rezultate semnificative.

La cap. 3.1.3. “Accelerograme inregistrate” Se propune: “Accelerograme prelucrate”:Primele doua paragrafe sunt in contradictie cu ultimul paragraf prin care se mentioneaza

“spectrul mediu al accelerogramelor inregistrate care se vor utiliza sa nu fie mai mic cu mai mult de 10% decat valoarea corespunzatoare a spectrului elastic de raspuns in amplasament ” –

trebuie si . Aceasta mentiune obliga ca accelerograma inregistrata sa fie ca cea artificiala de bogata in frecvente ceea ce nu se va putea realiza niciodata. In proiectare, nu se pot admite calcule cu accelerograme inregistrate intrucat este demonstrat ca acestea nu se repeta intr-un amplasament si au multe zone de “vai” in spectrul de raspuns la care valorile acceleratiilor spectrale sunt mult sub cele maxime. In plus, evaluarea gresita a perioadei de vibrare a cladirii, de exemplu, ne poate duce la marirea sau micsorarea incarcarii seismice de cateva ori fata de o situatie reala viitoare, daca utilizam accelerograme inregistrate. Se propune ca P100-1/2004 sa admita pentru proiectare doar utilizarea de accelerograme artificiale.

La pagina 29 cap. 3.2. “Spectrul de proiectare”:Primul paragraf “Spectrul de proiectare pentru acceleratii este un spectru de raspuns

inelastic care se obtine cu relatiile 3.17 si 3.18” Trebuie reformulat intrucat nu toate constructiile trebuie sa ajunga in domeniul inelastic.

Conform prezentarilor din cap.2 pentru multe situatii trebuie utilizat spectrul de raspuns al acceleratiilor elastic specific al zonei. Modul in care se controleaza raspunsul cladiri nu este recomandat sa fie inclus in inputul seismic care trebuie sa ramana independent de starea de solicitare a cladiri.

Pe de alta parte formulele 3.1.7 si 3.1.8 nu pot fi valabile pentru orice tip de cutremur, intrucat factorul q reprezinta si efectul iesirii cladirii din zona de amplificare maxima datorita degradarii si nu numai efectul reducerii raspunsului seismic datorita cresterii amortizarii totale a cladirii.

Daca factorul q s-ar datora numai reducerii raspunsului seismic datorita cresterii amortizarii, acesta ar trebui sa aibe valoarea maxima teoretica de 2.75/1.118 = 2.45 daca amortizarea ar fi de 100% .

Daca pentru cutremurele rapide factorul q poate lua valori mult mai mari aceasta se datoreaza trecerii cladirii din zona de amplificare in zona de izolare datorita degradarilor controlate si in consecinta formulele pot fi acceptate.

Pentru cutremurele lente formulele nu sunt corecte iar controlul reducerii ar trebui facut fata de TB si TC.

La pagina 29 cap. 3.2 ultimul alineat “ Spectrele de proiectare mai sus mentionate nu se utilizeaza pentru proiectarea structurilor care utilizeaza izolarea bazei sau sisteme de disipare a energiei”

Este in contradictie cu restul paragrafului intrucat articulatiile plastice sunt un sistem de disipare a energiei asa cum se afirma in multe paragrafe in P100-1/2004. Se propune eliminarea spectrului .

Se propune ca spectrul de raspuns elastic sa se numeasca spectru de proiectare. Pentru cladirile care ajung in domeniul plastic calculele se recomanda ase efectua cu modificarea eforturilor sectionale intrucat in realitate acestea se modifica nu actiunea seismica.

La cap. 4.2. “Conditii de planificare a constructiilor” Se propune ca la paragraful 2 sa se adauge “in timpul executarii constructiilor sau

consolidarii acestora”.

17

La cap. 4.4.1.2. “Redundanta structurala” se propune introducerea unui paragraf cu urmatorul enunt : - “utilizarea unui numar suficient de mare de dispozitive mecanice pentru controlul, limitarea si atenuarea miscarii seismice in asa fel incat iesirea accidentala din lucru a unui dispozitiv sa nu aiba efecte importante asupra comportarii locale si ansamblului cladirii”.

La pagina 32 primul paragraf “se realizeaza un mecanism de plastificare cu suficiente zone plastice care sa permita exploatarea rezervelor de rezistenta ale structurii si o disipare avantajoasa a energiei seismice. Se propune: “ se realizeaza de regula cu ajutorul unor dispozitive mecanice sau prin degradari controlate cu conditia ca structura sa iasa din zona de amplificare maxima a curbei si totodata sa se asigure o disipare avantajoasa a energiei.

La pagina 35 cap 4.4.3 “Conditii pentru evaluarea regularitatii structurale”, alineatrul 4 “Valorile de referinta ale factorilor de comportare sunt date in capitolele 5 – 9”. Afirmatie prea generala care ingreuneaza aplicarea, intrucat prezentarea include prea multe afirmatii nestructurate intr-o ordine de prezentare.

La pagina 41 cap. 4.5.2. “Modelarea comportarii structurale”Se propune adaugarea urmatorului paragraf : -“Elementele nestructurale si echipamentele se

includ in modelele de calcul ca mase concentrate, de regula identic pe 3 directii functie de modul de preluare a incarcarilor seismice de catre structura cladirii. Masele corespunzatoare incarcarilor utile se considera cu un coeficient de 0,5 iar cele din zapada cu un coeficient de 0,30”. Afirmatia de la paragraful 7 ca: “ masele se calculeaza din incarcarile gravitationale ce rezulta din combinatiile de incarcari specifice actiunii seismice conform sectiunii 3.3 care te trimite la standardele in vigoare este prea generala.

La cap. 4.5.3. “Metode de calcul structural”, 4.5.3.1. “Generalitati” paragraful 4 de la pag. 53: “ In metodele de calcul dinamic liniar si neliniar, actiunea seismica este reprezentata prin accelerograme inregistrate in diferite conditii de amplasament si/sau prin accelerograme artificiale compatibile cu spectrul de proiectare specifica “.

Desi in continuare alineatul face trimitere la capitolul 3, este in contradictie cu “Accelerograme artificiale sau inregistrate” – cap. 3.1.2 si 3.1.3. prin care se mentioneaza ca aceste accelerograme trebuie sa fie compatibile cu spectrul de raspuns elastic in amplasament (lipseste ). Consideram ca pentru obiective importante este bine sa se determine spectrele de proiectare specifice ale amplasamentului care pot fi mai mari sau mai mici decat spectrele de proiectare ale zonei seismice.

La pagina 43 paragraful (5) “Modelele de calcul neliniar se pot utiliza daca se asigura: calibrarea corespunzatoare a actiunii seismice de proiectare....” - actiunea seismica este independenta de faptul ca un model este liniar sau neliniar si propunem eliminarea “calibrarea corespunzatoare actiunii seismice de proiectare”.

La pagina 44 cap. 4.5.3.2.1 “Generalitati” . “Cerinta de la puntul a) nu are semnificati. Perioadele de colt sunt intre 0.7 -1,6sec. Acestea trebuie corelata cu TC. In acest caz constructia poate fi in regim de cvasirezonanta cu miscarea seismica. Evaluarea fortei taietoare de baza cu formula 4.4 nu este reprezentativa.

La cap. 4.5.3.2.2. “ Forta taietoare de baza”- Formula de calcul (4.4) a lui

cu mentiunea ca daca si cladirea are mai mult de 2 nivele si respectiv in celelalte situatii este incorecta datorita faptului ca aproximarea comportarii dinamice a constructiei doar cu primul mod de vibrare este subevaluata. Contributia modurilor superioare de vibrare functie de alcatuirea structurala a cladirii poate avea contributii intre 20 - 50% fata de modul fundamental. Din acest motiv nu trebuie sa fie subunitar si trebuie sa fie cuprins intre 1,2 si 1,5 in special pentru cladirile fundate pe terenuri moi.

De exemplu, daca <1,6s si consideram (cazul cel mai favorabil) atunci cand si modurile superioare au acceleratie de 2,75g. Daca atunci diferenta

creste foarte mult.

18

La cap. 4.5.3.3. “Metoda de calcul modal cu spectre de raspuns” subcap. “Generalitati” pag. 46 paragraful 1 “In metoda de calcul modal actiunea seismica se evalueaza pe baza spectrelor de raspuns corespunzatoare miscarilor de translatie unidirectionale ale terenului descrise prin accelerograme.”

Afirmatie total neclara intrucat nu exista precizate accelerogramele pentru un amplasament.

Se propune inlocuirea lui cu “ In metoda de calcul modal actiunea seismica se evalueaza pe baza spectrelor de raspuns specific al amplasamentului sau in lipsa acestuia pe baza spectrului de raspuns elastic al zonei seismice care pentru alte amortizari decat cea de 5% poate fi determinat prin imultirea cu coeficientii calculati si prezentati in literatura de specialitate.

Cap. 5.4.3.4. “ Metoda de calcul dinamic liniar”, pag.49 paragraful (2) “Miscarea seismica a terenului este caracterizata prin accelerograme discretizate in timp, reprezentative pentru evenimentele seismice de proiectare si conditiile locale de amplasament.”

Proiectarea nu se face la accelerograme cars-au produs (inregistrate) intrucat continutul lor spectral difera foarte mult de la un eveniment la altul si in consecinta difera si incarcarile seismice reale. Se propune inlocuirea cu “Miscarea seismica a terenului este caracterizata prin accelerograme sintetice,...”Intervalul de discretizare trebuie sa fie suficient de mic pentru a putea prinde in calcule toate frecventele miscarii seismice care au aport la determinarea raspunsului seismic al cladirii. Pentru cazul 1 (preamplificare) durata de discretizare trebuie sa fie de regula sub 0,01 sec”.

Paragraful (3) “ In calculul dinamic un numar suficient de accelerograme pentru fiecare directie. Daca nu se dispune de accelerograme inregistrate in amplasament sau acestea sunt insuficiente se pot utiliza accelerograme artificiale conform prevederii din paragraful 3.1.2.”, desi se face trimitere la paragraful 3.1.2.

Este in contradictie cu paragraful 3.1.3. Proiectarea nu se face la accelerograme inregistrate.

Se propune inlocuirea lui cu “ In calculul dinamic se utilizeaza cel putin un set de 3 accelerograme artificiale cate una pentru fiecare directie. La constructii de clasa de importanta 1 se recomanda utilizarea a 3 seturi de 3 accelerograme sintetice”.

La paragraful 4.5.3.5. “Metode de calcul liniar" – acest paragraf trebuie sa faca referire si la solutii moderne de realizare a cladirilor prin care transmiterea, controlul, limitarea si atenuarea miscarii seismice se face cu dispozitive mecanice inserate in cladire. Se propune reformularea lui in acest sens.

La pagina 53 cap. 4.5.3.6.2 “Componenta verticala a actiunii seismice”, paragraful 1 “Se va tine cont de componenta verticala a actiunii seismice, asa cum a fost definita in capitolul 3, daca este mai mare decat 0.25 g si in situatiile de rezemare indirecta (stalpi pe grinzi) si la console cu deschidere mare”. “Neglijarea componentei verticale daca acceleratia este mai mica de 0.25 g este o aproximare prea grosolana fata de rafinamentele care se propun in alte zoneale normativului.

Neglijarea unei incarcari egale cu ¼ din greutatea cladirii poate conduce la erori de dimensionare.

5. CONCLUZII

Judecatile si imbunatatirile propuse in prezenta lucrare au drept scop punerea de acord a comportarii reale a diferitelor tipuri de constructii cu diferitele tipuri de miscari seismice care afecteaza teritoriul tarii noastre si tipuri de terenuri de fundare.

Aceasta imbunatatire este impusa de faptul ca, fata de alte tari ca SUA, Japonia, Turcia, tari din UE etc., teritoriul tarii noaste este afectat in cea mai mare parte de cutremurele “lente” intermediare vrancene si de cutremure “rapide” locale in anumite zone.

Precizarea caracteristicilor cinematice mai realiste, in datele de proiectare seismica, pe zone seismice si corelarea comportarii dinamice a cladirilor cu domeniile curbei (preamplificare,

19

rezonanta, izolare) va conduce la marirea marjei de siguranta concomitent cu reducerea pretului constructiilor.

Se propune ca, AICPS si AGIR sa coordoneze dezbateri si lucrari pe aceasta problema in vederea imbunatatirii si structurarii Codului de proiectare seismica P100-1/2004 inainte de aplicarea efectiva a lui, cu acordul si sustinerea financiara a autoritatilor.

In opinia autorilor imbunatatirea codului de proiectare seismica trebuie realizata intucat comportarea reala a cladirilor (proiectate conform P100) in timpul unor cutremure lente difera foarte mult de evaluarile conform codului.Daca argumentele aduse nu sunt suficiente pentru declansarea unei actiuni de punere de acord a prevederilor codului cu specificul actiunii seismice existente pe teritoriul Romaniei se propune de urgenta ca aiutoritetile sa finanteze cercetari experimentale prin care acelas tip de cladire sa fie supusa la un cutremur rapid si respectiv la unul lent. Rezultatele acestor cercetari care in prezent se pot realiza in Romania datorita investitiilor facute recent in acest domeniu sunt argumente de necontestat privind declansarea unei actiuni de revizuire a codului.

Argumentele aduse de unii specialisti si autoritati ca noul cod este foarte apropiat de EUROCOD 8 nu sunt suficiente avand in vedere consecintele care pot fi deosebit de grave in urma producerii unui cutremur major.

In sprijinul argumentelor aduse in prezenta lucrare se mentioneaza faptul ca in conformitate cu noul cod de proiectare seismica din Japonia nu se mai admite aparitia articulatiilor plastice la elementele structurale.

Pentru informatii suplimentare se poate lua legatura cu domnul dr.ing.Viorel Serban, la tel. mobil: 0722.615.672 sau tel. 021.404.60.06, fax: 021-457.44.31 sau e-mail: serbanv@router.citon.ro.

REFERENCES

1. P 100-92. Normativ pentru proiectarea antiseismica a constructiilor de locuinte, social-culturale, agrozootehnice si industriale.

2. P 100-1/2004. Cod de proiectare seismica.3. EUROCODE 8, Design Previsions for Earthquake Resistance of Structures. ASCE-7-93—

SUA.4. Serban Viorel Brevet de inventie nr. 119845/29.04.2005 “Structura sandvis, dispozitiv avand in

componenta aceasta structura pentru preluarea si amortizarea incarcarilor pentru controlul comportarii unei structuri si retea de dispozitive”.

5. Serban Viorel Brevet de inventie nr. 119822/29.04.2005 “Structura sandvis si dispozitiv compact pentru preluarea si controlul incarcarilor statice si dinamice”;

6. Serban Viorel, “Amortizarea vibratiilor provocate de un ciocan matritor CM 1250 kgf, amplasat in Sectia Forja a SC IUS SA Brasov”, Contract SITON nr. 209/17.07.2003.

7. Mechanical seismic energy dissipator type SERB-B – Agrement tehnic 016-03/144-2005.8. D. Cretu, M. Stoica, T. Sireteanu, V. Serban, "Mechanical Adjustable Controlled Elasticity &

Damping (ACED) Devices for the structural Control of Buildings Subjected to Seismic Loads, "7th International Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation, Assisi Italia, Octombrie 2001;

9. D. Cretu, V. Serban, M. Stoica, "Passive Control System to New and Existing Buildings using Adjustable Controlled Elasticity & Damping Devicers ACED -B", Fib 2003 Symposium Concrete Structures in Seismic Region, Athens Grecia, Mai 2003;

10. T. Sireteanu, Gh. Ghita, V. Serban, D. Cretu, "Experimental Tests on ACED-B and ACED-I Passive Control Devices" Fib 2003 Symposium Concrete Structures in Seismic Region, Athens Grecia, Mai 2003;

20

11. Viorel Serban, Adrian Panait, Mihai Pavel – „Solutia SERB-SITON de consolidare seismica a cladirilor si analiza unor prevederi ale normativului P100“.UTCB – Simpozionul “Proiectarea consolidării structurale a construcţiilor existente pentru siguranţa acestora la acţiunea cutremurelor de pământ” – martie 2005;

12. Viorel Serban, „Mechanical devices for increasing the building strength capacity at Vrancea – intermediate earthquakes“. Topics in applied mechanics vol. II. Edited by V. Chiroiu si T. Sireteanu, Ed Academiei Romane, 2004;

13. Viorel Serban, Marian Androne, Constantin Pavel, Mihai Pavel „Aspecte pozitive si negative in noul Normativ P100 si propuneri de imbunatatire” – A 3-a Conferinta Nationala de Inginerie Seismica, Bucuresti, decembrie 2005.

14. Viorel Serban, Marian Androne, Dan Cretu, Constantin Pavel, Mihai Pavel „Controlul, limitarea si amortizarea miscarilor seismice ale unei constructii cu ajutorul dispozitivelor SERB” – A 3-a Conferinta Nationala de Inginerie Seismica, Bucuresti, decembrie 2005.

21