22. Degradri i avarii

Degradri i avarii la infrastructuri de poduriDegradrile la nivelul infrastructurilor pot fi clasificate n dou mari categorii:

deplasri fa de poziia iniial prin tasri, rotiri sau nclinri; degradri ale corpului infrastructurii prin crpturi, fisuri, ruperi.

Acest tip de degradri s-au produs: ca urmare a alunecrii culeilor spre albie n zonele n care stratificaia terenului de fundaie are nclinare spre albie; prin ruperea zidului de gard i rsturnarea culeii spre terasament cand pe culee este prezent un reazem fix. La pilele flexibile pot apare fisuri n rostul elevaie fundaie acolo unde nu s-a realizat corect trecerea de la betonul armat la cel simplu.

La fundaiile indirecte nu se recomand utilizarea piloilor flotani a cror capacitate portant se realizeaz prin frecarea pe manta, care, la trecerea undelor seismice se diminueaz pn la dispariie n straturile alctuite din materialele foarte fine.

Pentru infrastructurile intermediare sunt caracteristice tasrile laterale i chiar ridicri ale infrastructurilor n timpul evenimentelor seismice.

Pot apare fisuri la bancheta cuzineilor.

La infrastructuri simple din beton, zidrie de piatr cu mortar se pot dezvolta fisuri simple sau chiar crpturi i ruperi.

La infrastructurile de tip uor (cadre transversale) pot apare fisuri i plastifieri n seciunile cele mai solicitate (la noduri).

Loma Prieta - 1989

Niigata Quake

Japonia Hanshin Quake

Kobe - Japonia

Degradri i avarii la suprastructurile de poduri

Cnd suprastructurile de poduri sunt corect gndite i calculate, acestea pot prelua forele seismice corespunztoare maselor proprii.

Totui, pot apare urmtoarele tipuri de degradri i avarii:

fisurri i plastifieri ale elementelor de legtur dintre grinzi, respectiv la antretoaze i contravntuiri, datorate fenomenului de torsiune general a seciunii care este mai dificil de analizat riguros n calcul; n zonele de rezemare a suprastructurii pot apare: - fisuri la capetele grinzilor i a antretoazelor de capt; - blocarea aparatelor de reazem mobile pentru deplasri relative mari cnd nu sunt corect ghidate; - retezarea buloanelor de ancoraj ntre suprastructur i infrastructur; - degradri la bancheta cuzineilor.

Atunci cnd legturile dintre suprastructur i infrastructur nu sunt corect gndite poate apare cderea tablierului de pe infrastructuri fie longitudinal podului, fie transversal acestuia. La podurile pe grinzi simplu rezemate sau continui poate apare rotirea tablierului n plan orizontal n raport cu zona reazemelor fixe (atunci cnd la reazemele mobile nu sunt blocate deplasrile relative transversale ntre suprastructur i infrastructur).

La cutremure puternice pot apare degradri chiar n elementele principale de rezisten.

La podurile pe cadre pot apare n seciunile cele mai solicitate degradri prin fisurri cu deschidere mare i intrarea armturii n curgere, uneori chiar zdrobirea betonului cnd armarea transversal nu este corespunztoare.

Cele mai importante degradri i avarii la suprastructuri apar de regul din conlucrarea incorect ntre infrastructur i suprastructur, atunci cnd au loc deplasri remanente ale fundaiilor.

Loma Prieta Quake - 1989

Kobe - Japonia

Degradri i avarii la poduri pe arce i boliAcest tip de structuri prezint comportare n general bun (lucreaz cu mpingeri, n terenuri bune de fundare).

La unele structuri au aprut fisuri n seciunile cele mai solicitate natere, cheie, n dreptul legturii dintre arc i tablier.

La podurile boltite cu umplutur pot apare fisuri sau rupturi n timpanele care susin umplutura.

La podurile pe arce i boli esenial este s nu apar deplasri relative ntre fundaie i terenul de fundaie (se poate micora mpingerea fapt care duce la creterea momentelor ncovoietoare).

Degradri i avarii la poduri suspendatePodurile suspendate sunt n general structuri cu comportate bun la aciunea seismului deoarece prin importana i costul lor sunt foarte bine studiate n faza de proiectare i execuie din toate punctele de vedere.

Esenial este ca fundaiile pilonilor i a blocurilor de ancoraj ale cablurilor principale s nu sufere deplasri relative n raport cu terenul de fundare.

Unele mici degradri au aprut (dar care nu sunt periculoase) ca urmare a zvelteii podurilor suspendate n plan orizontal: plastifieri n elementele de legtur dintre grinzile principale, plastifieri n tlpile grinzilor principale induse de fenomenul de torsiune general a tablierului.

Degradri i avarii la tuneluriComportarea tunelurilor la cutremure depinde de geologia i caracteristicile geotehnice ale masivului strpuns.

Degradrile care au aprut pot fi remediate: crpturi sau distrugeri n portalurile de capt, deplasri relative ntre tronsoane.

Cele mai afectate sunt tunelurile de coast care strpung masive din materiale foarte friabile, mbibate cu ap adesea.

Esenial este ca n timpul cutremurului deformata tunelului s urmreasc deplasrile din masiv, deci se recomand realizarea tronsoanelor dar care s nu permit apariia deplasrilor relative ntre dou tronsoane adiacente.

Degradri i avarii la podee

La podeele prefabricate pot apare crpturi la rosturi i deplasri sau rotiri relative ntre elemente, fisuri sau crpturi ntre aripi i corpul podeului i chiar distrugerea capului de pode.

Degradri i avarii la drumuri i ci ferate

Zonele cele mai afectate pentru drumuri i ci ferate sunt

zonele cu ramblee nalte sau deblee adnci, zonele de racordare cu podurile, zona n care patul cii este din material fin cu potenial de lichefiere, zone cu modificri tectonice brute care traverseaz falii sau fracturi.

Degradrile pot fi:

denivelri ale cii i abateri de la axul longitudinal al cii n plan; erpuiri ale cii la calea ferat; pierderea stabilitii taluzelor i cedri la baza de rezemare; la rambleele din pmnturi rezistente pot apare crpturi longitudinale din forfecare; la rambleele din materiale slabe se poate produce alunecarea taluzului pn la prbuirea versantului; la deblee adnci se pot produce alunecri ale versanilor naturali; la profile mixte se nregistreaz alunecri transversale atunci cnd nu se realizeaz corect treptele de nfrire;

la rampele de acces la poduri i la sferturile de con se produc burduiri, crpturi sau chiar alunecri ale terenului; la ziduri de sprijin apar deplasri relative ntre tronsoane, fisuri sau crpturi n corpul zidului din beton simplu sau din piatr brut cu mortar, chiar i rsturnarea zidului de sprijin.Toate aceste avarii sunt direct legate de modul cum gndim transmiterea forelor seismice de la structurile de rezisten i preluarea lor de terenul de fundaie.

Great Alaska Quake - 1964

Kobe lichefierea terasamentului

Analiza degradrilor i avariilor produse de cutremure prezint importan deoarece ne arat care sunt

structurile cu rpuns favorabil, punctele slabe n care cedeaz o structur, cauzele care conduc la aceste degradri, ne ofer posibilitatea stabilirii unor msuri de protecie corespunztoare.

n timpul unui cutremur solicitrile sunt alternante i, admind un anumit nivel de degradare, are loc i o reducere a rigiditii elementelor i structurii in ansamblu.

n comparatie cu construciile civile, construciile din transporturi au suferit n general mai puine degradri i avarii datorit faptului c: la aceste structuri se acord o importan mai mare privind comportarea lor la cutremure; fiind lucrri dezvoltate pe orizontal au, n general, solicitri mai mici dect construciile civile care sunt dezvoltate pe vertical.

Pentru construciile din transporturi degradrile i avariile se produc: n zone cu terenuri slabe de fundaie, n special n cele nisipoase i prfoase sensibile la nmuiere, acolo unde drenarea apelor de suprafa i de adncime nu este corect realizat, din cauza amplasrii lucrrilor n zona vilor, unde prezena apei nu poate fi evitat.

Concluziile generale arat c avariile i degradrile se produc prin distrugerea nodurilor i a elementelor de legtur dintre stlpi i grinzi.

Nodurile trebuie s fie supradimensionate i, pe ct posibil, s nu apar la feele nodurilor plastifieri.

Printr-un calcul corect se poate gndi structura astfel nct plastifierile s apar la distane mici de nodurile structurii.

Japonia - Nagara Gawa - 1891

23. Proiectarea i protecia antiseismic a construciilor

Msuri i condiii generale

Proiectarea i protecia antiseismic se face pe baz de norme de stat.

Acestea conin:

definirea micrii seismice de proiectare pentru un anumit cutremur de o anumit intensitate,

metode i procedee de calcul, inclusiv pentru determinarea aciunilor seismice,

aspecte privind alctuirea i detalii pentru elementele structurii att pentru respectarea criteriilor de rezisten, ct i pentru comportare ductil.

Pentru construciile rezistente la cutremure msurile generale se refer la fazele realizrii construciilor.

Recomandari privind planificarea constructiilor noi:

limitarea densitatii constructiilor;

limitarea numarului de persoane care ocupa spatiul respectiv timp indelungat (limitarea inaltimii structurilor destinate locuintelor, maxim 8 nivele, recomandat 4 nivele);

asigurarea acceselor multiple in zona pentru eventuale evacuari si interventii in caz de cutremure puternice.

A. n proiectare:

alegerea amplasamentului se evit

zonele cu grad de intensitate seismic ridicat,

zonele cu modificri brute de relief,

fundaii n terenuri slabe sau cu materiale fine mbibate cu ap unde poate apare fenomenul de lichefiere;

simplitatea structurilor de rezistenta:

structuri continui la care se poate urmari clar transmiterea fortelor seismice (s-a constatat ca degradarile cele mai periculoase provin din ruperea legaturilor de continuitate intre elementele de rezistenta)

alcatuire regulata in plan

sectiuni patrate, dreptunghiulare, circulare, se prevad rosturi seismice intre elementele de rezistenta.

alcatuire regulata pe verticala

utilizarea unor rigiditati aproape constante pentru elementele verticale de la acelasi nivel; variatia rigiditatii pe verticala sa nu se faca brusc sau sa se prevada rosturi seismice; elementele de rezistenta pe verticala sa nu se intrerupa la un nivel oarecare, sa mearga pana in fundatie.

Japonia cladire de beton armat fundata in teren aluvionar tasari diferentiate ale fundatiilor - nu existau rosturi de tasare

Japonia- cladiri din beton armat fundate pe teren colmatat- lichefierea nisipului a antrenat rasturnarea cladirii, fara avarii structurale

stabilirea corect a schemei de calcul a structurilor de rezisten i tratarea transmiterii forelor seismice la fundaii;

pentru reducerea efectelor nefavorabile se recomanda ca incarcarile gravitationale pe plansee sa fie cat mai uniform distribuite atat in plan cat si pe verticala;

reducerea fortelor seismice prin reducerea la minim a maselor atasate structurii de rezistenta (realizarea elementelor nestructurale - de tip pereti de compartimentare, pardoseli, parapeti - din materiale usoare; reducerea grosimii tencuielilor si sapelor prin utilizarea unor materiale de calitate inalta);

efectuarea unui calcul ct mai corect;

asigurarea respectrii obligatorii a cerinelor de rezisten, rigiditate i ductilitate;

utilizarea unor izolatori seismici speciali pentru disiparea energiei nmagazinate de structur n timpul evenimentelor seismice.

Venezuela ruperea unui stalp circular prin torsiune generala

San Fernando distrugerea capatului stalpului unei structuri cu planseu rigid si foarte greu

San Fernando smulgarea armaturii unui stalp de sustinere de la trecerea de nivel a unei autostrazi

B. n execuie:

respectarea normelor privind calitatea lucrrilor n construcii;

utilizarea unor materiale de calitate i caracteristici date n proiect i verificarea lor prin ncercri;

respectarea tehnologiei de execuie dat prin proiect i respectarea normelor tehnice pentru fiecare lucrare i operaie n parte;

respectarea detaliilor constructive a cror modificare se poate face numai cu acordul proiectantului i a verificatorului de proiect;

procese verbale pentru defectele ascunse pe fazele de execuie.

C. n exploatare:

msuri de ntreinere care s menin structura la parametrii iniiali;

inspecii periodice pentru urmrirea comportrii structurii i semnalarea defectelor aprute.

Realizarea unor construcii rezistente la cutremure are la baz urmtoarele cerine generale:

s nu produc pierderi de viei omeneti;

s nu ntrerup procese tehnologice continui;

s nu se produc emanaii de gaze toxice sau materiale radioactive;

s fie meninut accesul n zon.

Aceste cerine sunt eseniale, dar se pot admite degradri i avarii la unele elemente nestructurale sau chiar structurale, dar care nu duc la pierderea stabilitii sau a rezistenei de ansamblu a structurii.

Nivelul degradrilor admise depinde de destinaia construciei respective, deci prin clasa ei de importan reglementat prin norme de stat (construcii civile Normativul P100/2006; ci de comunicaie Normativ pentru proiectarea antiseimic a podurilor i Normativ pentru proiectarea antiseimic a lucrrilor de terasamente i ziduri de sprijin).Cerine fundamentale

Proiectarea la cutremur urmrete satisfacerea, cu un grad adecvat de siguran, a urmtoarelor cerine fundamentale (niveluri de performan)

- cerina de siguran a vieiiStructura va fi proiectat pentru a prelua aciunile seismice de proiectare stabilite conform capitolului 3 (P100/2006), cu o marj suficient de siguran fa de nivelul de deformare la care intervine prbuirea local sau general, astfel nct vieile oamenilor s fie protejate.

Nivelul forelor seismice din cap. 3 corespunde unui cutremur cu intervalul mediu de recuren de referin IMR = 100 ani.

- cerina de limitare a degradrilorStructura va fi proiectat pentru a prelua aciuni seismice cu o probabilitate mai mare de apariie dect aciunea seismic de proiectare, fr degradri sau scoateri din uz, ale cror costuri s fie exagerat de mari n comparaie cu costul structurii. Aciunea seismic considerat pentru cerina de limitare a degradrilor corespunde unui interval mediu de recuren de referin de 30 de anindeplinirea cerinelor fundamentale stabilite anterior se controleaz prin verificrile a dou categorii de stri limit:

Stri limit ultime, ULS, asociate cu ruperea elementelor structurale i alte forme de cedare structural care pot pune n pericol sigurana vieii oamenilor

- Stri limit de serviciu, SLS, care au n vedere dezvoltarea degradrilor pn la un nivel, dincolo de care cerinele specifice de exploatare nu mai sunt ndeplinite.

Pentru poduri:

(2.2.2) Cerina de neprbuire (stare limit ultim)

Dup apariia aciunii seismice de calcul, podul trebuie s-i pstreze integritatea structural i rezistena rezidual adecvat, dei n anumite pri ale podului pot aprea deteriorri considerabile.

n pile este permis s apar zone plastice datorit ncovoierii (de exemplu, formarea articulaiilor plastice). Cnd nu se prevede nici o izolaie seismic, astfel de plastifieri datorate ncovoierii sunt necesare n general n regiunile cu nalt grad de seismicitate, cu scopul de a reduce aciunea seismic de calcul la un nivel care corespunde unei creteri rezonabile a preului de cost suplimentar al construciei, comparabil cu al unui pod care nu este proiectat pentru a rezista la seism.

n general, tablierul podului se proiecteaz astfel nct s se evite deterio-rarea altor elemente dect cele locale sau anumite elemente secundare, cum ar fi rosturile de dilataie, dalele de continuitate sau parapetele.

Cnd aciunea seismic de calcul are o probabilitate mare de a fi depit pe durata de via proiectat a podului, la proiectare se are n vedere o structur care s accepte degradri. Prile podului susceptibile la deteriorare prin contribuia lor la disiparea energiei sub aciunea seismic de calcul se proiecteaz astfel nct s permit circulaia traficului de urgen pe pod dup aciunea seismic de calcul i s fie uor de reparat.

Cnd aciunea seismic de calcul are o probabilitate redus de a fi depit pe durata de via proiectat a podului, aciunea seismic poate fi considerat ca o aciune accidentala.

(2.2.3) Minimizarea degradrilor (stare limit a exploatrii normale)

O aciune seismic cu o posibilitate mare de apariie poate cauza numai degradri minore elementelor secundare i acelor pri ale podului care contribuie la disiparea energiei. Toate celelalte pri ale podului trebuie s rmn nedegradate.

Gruparea aciunii seismice cu alte aciuni

Valoarea de calcul Ed a efectelor aciunilor n situaia de proiectare seismic trebuie determinat astfel:

Ed = Gk "+"Pk "+"AEd"+"21Q1k "+" Q2

unde: + nseamn a fi grupat cu;Gk sunt aciunile permanente cu valorile lor caracteristice;Pk este valoarea caracteristic a pretensionrii dup toate pierderile;AEd este aciunea seismic de calcul;Q1k este valoarea caracteristic a ncrcrilor din trafic;21 este coeficientul de grupare pentru ncrcrile din trafic;Q2 este valoarea cvasi-permanent a aciunilor de lung durat (de exemplu presiunea pmntului, presiunea hidrostatic etc.)

NOT - Aciunile de lung durat se consider simultane cu aciunea seismic de calcul.

Efectele aciunii seismice nu trebuie grupate cu efectele aciunilor datorate deformrilor impuse (produse de temperatur, de contracii, tasrile reazemelor, micri reziduale ale terenului datorate faliilor seismice).

O excepie de la regula anterioara este cazul podurilor la care aciunea seismic este preluat de reazemele din elastomeri fretai. ntr-un astfel de caz trebuie considerat comportarea elastic a sistemului i trebuie luate n considerare efectele aciunii datorate deformaiilor impuse.

Aciunea vntului i a zpezii trebuie neglijate n valoarea de calcul Ed ale efectelor aciunilor n situaia de proiectare seismic.