3.1 Reprezentarea actiunii
seismice pentru proiectare
(1) Pentru proiectarea la cutremur a constructiilor, teritoriul Romaniei este
impartit in zone de hazard seismic. Nivelul de hazard seismic in fiecare zona
se considera, simplificat, a fi constant. Pentru centre urbane importante si
pentru constructii de importanta speciala se recomanda evaluarea locala a
hazardului seismic pe baza datelor seismice instrumentale si a studiilor
specifice pentru amplasamentul considerat.
(2) Intensitatea pentru proiectare hazardului seismic este
descrisa de valoarea de varf a acceleratiei terenului, ag determinata pentru pentru intervalul mediu de
recurenta de referinta (IMR), valoare
numita in continuare “acceleratia terenului pentru proiectare”.
(3) Acceleratia terenului pentru proiectare pentru fiecare zona seismica
corespunde unui interval mediu de recurenta de referinta de [100] ani. Zonarea
acceleratiei terenului pentru proiectare, ag pentru cutremure din sursa subcrustala Vrancea si pentru cutremure din surse crustale
in Romania este indicata in Figura 3.1 pentru evenimente seismice avand
intervalul mediu de recurenta (al magnitudinii) IMR = 100 ani. Valoarea acceleratiei ag definita cu IMR
= 100 ani se foloseste pentru proiectarea constructiilor la starea limita
ultima.
Pentru verificarea constructiilor la starea limita
de serviciu se foloseste valoarea ags definita cu IMR=30 ani. Zonarea acceleratiei
terenului pentru proiectare la cutremurele avand intervalul mediu de recurenta IMR = 30 ani este indicata in Figura
3.2.
Zonarea acceleratiei terenului pentru sursa
Vrancea, avand intervalul mediu de recurenta IMR = 475 ani este indicata informativ in Anexa A.
Figura 3.1 Valoarea de varf a
acceleratiei terenului pentru proiectare,
ag pentru cutremure avand
intervalul mediu de recurenta IMR =
100 ani
Figura 3.2
Valorii de varf a acceleratiei terenului pentru cutremure avand intervalul
mediu de recurenta IMR=30 ani
(4) Miscarea seismica intr-un punct pe suprafata terenului este descrisa prin
spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii.
(5) Actiunea seismica orizontala asupra constructiilor este descrisa prin doua
componente ortogonale considerate independente intre ele si reprezentate prin
acelasi spectru de raspuns.
(6) Spectrele normalizate de raspuns elastic pentru acceleratii se obtin din
spectrele de raspuns pentru acceleratii prin impartirea cu valoarea ag.
(7) Conditiile locale de teren sunt descrise prin valorile
perioadei de control (colt) a spectrului de raspuns pentru zona amplasamentului
considerat, TC. Marimea TC descrie sintetic compozitia de frecvente
(spectrala) a miscarilor seismice, in functie de conditiile locale de teren.
Perioada de control (colt) TC a spectrului de raspuns
reprezinta granita dintre zona (palierul) de valori maxime in spectrul de
acceleratii absolute si zona (palierul) de valori maxime in spectrul de viteze
relative (vezi Anexa A).
In conditiile seismice si de teren din Romania, pentru cutremure avand IMR ³ 100
ani, perioada de control (colt), TC
a spectrelor de raspuns la componentele orizontale ale miscarii seismice este
zonata in Figura 3.3 pe baza datelor instrumentale existente.
Pentru conditiile de teren caracterizate de TC≤0.7s, valoarea perioadei de control (colt)
recomandata pentru proiectare este TC
= 0.7s.
Pentru conditiile de teren caracterizate de 0.7s<TC≤1.0s,
valoarea perioadei de control (colt)
recomandata pentru proiectare este TC
= 1.0s.
Pentru conditiile de teren caracterizate de 1.0s<TC≤1.6s, valoarea perioadei de control (colt) recomandata pentru proiectare este TC = 1.6s.
Figura
3.3 Perioada de control (colt),
TC pentru proiectare
(8) Formele normalizate ale spectrelor de raspuns elastic pentru componentele
orizontale ale acceleratiei terenului b(T), fractiunea din amortizarea critica x =0.05 si pentru conditii de teren caracterizate de perioadele de control (colt) TC, TD sunt:
T< TB (3.2)
TB<T£ TC b(T) = b0 (3.3)
TC<T£ TD (3.4)
T> TD (3.5)
unde:
bo este factorul de amplificare dinamica maxima a acceleratiei terenului de
catre structura avand fractiunea din amortizarea critica x =0.05;
TB, TC limitele domeniului de perioade pe care acceleratia spectrala este
simplificat modelata ca fiind constanta.
Perioada de colt (control) TD a spectrului de raspuns
reprezinta granita dintre zona (palierul) de valori maxime in spectrul de
viteze relative si zona (palierul) de valori maxime in spectrul de deplasari
relative.
Tabelul 3.1 Perioade de control (colt) TB, TC, TD ale spectrelor de raspuns pentru
componentele orizontale ale miscarii seismice
Interval mediu de recurenta a
magnitudinii cutremurului |
Valori ale perioadelor de control (colt) |
|||
Starea limita ultima, IMR = 100ani |
0.07 |
0.10 |
0.16 |
TB, s |
0.7 |
1.0 |
1.6 |
TC, s |
|
3 |
3 |
2 |
TD, s |
|
Starea limita de serviciu, IMR = 30 ani |
0.07 |
0.07 |
0.1 |
TB, s |
0.7 |
0.7 |
1.0 |
TC, s |
|
3 |
3 |
3 |
TD, s |
Modificarea perioadelor de colt cu intervalul mediu de recurenta considerat
se datoreaza modificarii continutului de frecvente a miscarii seismice a
terenului in functie de magnitudinea
cutremurului.
Spectrele normalizate de raspuns pentru
acceleratie (x=0.05) pentru conditiile seismice si de
teren din Romania sunt reprezentate in Figura 3.4 pe baza valorilor TB, TC si TD din Tabelul 3.1.
Spectrul normalizat de raspuns pentru acceleratie
din Figura 3.5 se foloseste in Banat in zonele caracterizate de acceleratia ag = 0.20g si ag = 0.16g.
Spectrul de raspuns elastic
pentru componenta orizontala a acceleratiei terenului in amplasament, SAe(T)
este definit astfel:
(3.6)
Spectrele
de raspuns elastic pentru deplasare pentru componentele orizontale ale miscarii
terenului, SDe(T) se obtin
prin transformarea directa a spectrelor de raspuns elastic pentru acceleratie SAe utilizand urmatoarea
relatie:
(3.7)
(9) Componenta verticala a actiunii seismice este reprezentata prin spectrul de
raspuns elastic pentru componenta verticala a acceleratiei. Formele normalizate
ale spectrelor de raspuns elastic pentru componenta verticala a acceleratiei bv(T), fractiunea din amortizarea critica x =0.05 si pentru conditii de teren caracterizate de perioadele de control (colt) TBv, TCv, TDv sunt descrise de ecuatiile urmatoare:
T< TBv (3.8)
TBv<T£ TCv bv(T) = b0v (3.9)
TCv<T£ TDv (3.10)
T> TDv (3.11)
unde bov = 3.0 este factorul de amplificare dinamica maxima a componentei
verticale a acceleratiei terenului de catre structura avand fractiunea din
amortizarea critica x=0.05.
Figura 3.4 Spectre normalizate de
raspuns elastic pentru componentele orizontale ale acceleratiei, pentru
conditii de teren caracterizate simplificat prin perioadele de control (colt): Tc = 0.7, 1.0 si 1.6s.
Figura 3.5 Surse crustale in Banat: spectre normalizate de raspuns elastic
pentru componentele orizontale ale acceleratiei pentru conditii de teren
caracterizate simplificat prin perioada de colt: Tc = 0.7s.
Perioadele de control (colt) ale spectrelor de raspuns normalizate pentru
componenta verticala a miscarii seismice se considera simplificat astfel:
TBv = 0.1 TCv (3.12)
TCv = 0.45 TC (3.13)
TDv ³ TD (3.14)
Spectrul de raspuns elastic
pentru componenta verticala a acceleratiei terenului in amplasament, SAev
este definit astfel:
(3.15)
Valoarea de varf a componentei verticale a acceleratiei terenului, agv se evalueaza simplificat
ca fiind:
agv = 0.7 ag. (3.16)
(10) In
municipiul Bucuresti, exista evidenta instrumentala a perioadei predominante
lungi, Tp=1.4¸1.6s a vibratiei terenului in timpul
cutremurelor Vrancene de magnitudini moderate si mari (magnitudine
Gutenberg-Richter M ³ 7.0; magnitudine moment Mw³ 7.2). Din acest motiv, in Bucuresti se
recomanda evitarea structurilor cvasiresonante cu aceste perioade predominante
ale terenului. Definirea perioadei predominante a vibratiei terenului este data
in Anexa A.
Miscarea seismica se poate reprezenta si prin variatia in timp a acceleratiei terenului.
Atunci cand este necesar un model de calcul spatial, miscarea seismica
trebuie sa fie caracterizata prin trei accelerograme simultane corespunzatoare
celor trei directii ortogonale. O aceeasi accelerograma nu poate fi utilizata
simultan pe cele doua directii orizontale.
Accelerogramele artificiale
trebuiesc generate astfel incat sa fie compatibile cu spectrul de raspuns
elastic in amplasament SAe(T).
Durata accelerogramelor trebuie sa fie compatibila cu magnitudinea si cu
alti parametri care caracterizeaza evenimentul seismic definitoriu pentru
stabilirea valorii acceleratiei de
proiectare ag .
Atunci cand nu sunt disponibile date specifice, durata minima a partii
stationare a accelerogramei este 10 secunde.
Setul de accelerograme trebuie astfel ales incat:
a) Numarul minim de accelerograme este [5];
b) Media valorilor acceleratiilor de varf ale
accelerogramelor generate nu este mai
mica decat valoarea ag
pentru amplasamentul respectiv;
c) In domeniul de perioade TB ¸ TC valorile spectrului mediu calculat din toate
accelerogramele (si calculat pentru un numar suficient de perioade) nu sunt mai
mici decat valoarea ag × b0 ;
d) Nici o valoare a spectrul mediu calculat pentru
oricare dintre accelerograme nu este mai mica cu mai mult de 10% decat valoarea corespunzatoare a spectrului
elastic de raspuns.
Utilizarea accelerogramelor inregistrate - sau a
accelerogramelor generate prin simularea mecanismului sursei si a drumului
parcurs de unda seismica - este permisa daca acestea (care nu trebuie sa fie
mai putine de [3]) sunt conforme cu caracteristicile sursei seismice,
conditiile de teren din amplasament si cu valoarea maxima a acceleratiei
comparabila cu nivelul de hazard seismic pentru proiectare in zona considerata,
ag.
Pentru
structurile cu caracteristici speciale, cum ar fi cele in cazul carora nu se
poate aplica ipoteza excitatiei uniforme a tuturor punctelor de reazem,
trebuiesc utilizate modele spatiale ale actiunii seismice.
Asemenea modele spatiale trebuie sa fie compatibile cu spectrul de raspuns
elastic utilizat la definirea actiunii seismice.
3.2 Factorul de
importanta-expunere
Factorul de importanta-expunere are
valorile din Tabelul 3.2.
Tabel
3.2 Factorul de importanta-expunere gI
Clasa de importanta-
expunere |
gI |
Clasa 1. Cladiri
si structuri esentiale pentru societate |
1.4 |
Clasa 2
Cladiri si alte structuri ce constituie un pericol substantial pentru viata oamenilor in caz de avariere |
1.2 |
Clasa 3
Toate celelalte cladiri cu exceptia celor din clasele 1, 2 si 4. |
1.0 |
Clasa 4
Cladiri temporare, cladiri agricole, cladiri pentru depozite, etc. caracterizate de un pericol
redus de pierderi de vieti omenesti in caz de avariere la cutremur |
0.8 |
3.3 Forta seismica de proiectare
Forta seismica de proiectare la baza
structurii pentru fiecare directie orizontala principala considerata in
calculul structurii o directie data se determina cu relatia:
(3.17)
unde:
m este masa constructiei
G – greutatea constructiei: greutatea
proprie caracteristica plus o fractiune din incarcarea caracteristica datorata
exploatarii
g
- acceleratia
gravitationala
c - coeficientul seismic global definit cu
relatia:
(3.18)
in care:
gI este factorul de importanta-expunere al constructiei
T - perioada constructiei/structurii in modul fundamental de vibratie
Sd(T) - ordonata spectrului de
raspuns inelastic pentru acceleratie corespunzatoare perioadei T:
0
< T £
TB (3.19)
T > TB
. (3.20)
q este factorul de comportare al structurii (factorul de
modificare a raspunsului elastic in raspuns inelastic), cu valori in functie de
tipul structurii si capacitatea acesteia de disipare a energiei.
Valoarea minima a coeficientului seismic
global pentru proiectarea la starea limita ultima este:
(3.21)
3.4 Combinarea actiunii seismice
cu alte tipuri de actiuni
Valoarea pentru proiectare a efectelor
actiunilor pentru constructii amplasate in zone seismice se determina din
urmatoarele combinatii de baza:
(i) Pentru proiectarea la starea limita
ultima:
1.2 S
Gj + 1.0 FIMR=100ani + 0.5 S Qi + 0.2
Qz,IMR=50ani (3.21)
0.9 S
Gj + 1.0 FIMR=100ani + 1.6 QH (3.22)
(ii) Pentru proiectarea la starea limita
de serviciu:
S Gj + 1.0 FIMR=100ani
+ S
Qi + Qz,IMR=50ani (3.23)
0.6 S Gj + 1.0 FIMR=100ani + QH (3.24)
unde:
“+” semnifica
“se combina cu”,
S semnifica “efectul combinat al”,
Gj valoarea
caracteristica a actiunii permanente j,
F valoarea de proiectare a
actiunii seismice,
y2i coeficientul de
combinare pentru actiunea variabila i
,
Qi valoarea caracteristica a actiunii
variabile i
Qz valoarea caracteristica a actiunii
zapezii (simplificat se poate considera Qz,IMR=50ani
= 1.6 Qz,IMR=10ani)
QH valoarea caracteristica a
actiunii provocata de impingerea laterala a pamantului, apei sau materialelor
pulverulente.