ACTIUNEA SEISMICA IN ROMANIA - Reprezentarea actiunii seismice pentruare

ACTIUNEA SEISMICA

ACTIUNEA SEISMICA

1. Reprezentarea actiunii seismice pentru proiectare   

1.1. Descrieri alternative ale actiunii seismice   

1.2. Accelerograme artificiale

1. Accelerograme inregistrate   

1.4. Variabilitatea in spatiu a actiunii seismice   

2. Spectrul de proiectare

Combinarea actiunii seismice cu alte tipuri de actiuni

Reprezentarea actiunii seismice pentru proiectare

Pentru proiectarea constructiilor la actiunea seismica, 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. Nivelul de hazard seismic indicat in prezentul cod este un nivel minim pentru proiectare.

Hazardul seismic pentru proiectare este descris de valoarea de varf a acceleratiei orizontale a terenului ag determinata pentru intervalul mediu de recurenta de referinta (IMR) corespunzator starii limita ultime, valoare numita in continuare "acceleratia terenului pentru proiectare".

Acceleratia terenului pentru proiectare, pentru fiecare zona de hazard seismic, corespunde unui interval mediu de recurenta de referinta de 100 ani. Zonarea acceleratiei terenului pentru proiectare ag in Romania, pentru evenimente seismice avand intervalul mediu de recurenta (al magnitudinii) IMR = 100 ani, este indicata in Figura 1 si se foloseste pentru proiectarea constructiilor la starea limita ultima.

 

Figura 1 Zonarea teritoriului Romaniei in termeni de valori de varf ale acceleratiei terenului pentru proiectare a_g pentru cutremure avand intervalul mediu de recurenta IMR = 100 ani

Miscarea seismica intr-un punct pe suprafata terenului este descrisa prin spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii absolute.

Actiunea seismica orizontala asupra constructiilor este descrisa prin doua componente ortogonale considerate independente intre ele; in proiectare spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii absolute se considera acelasi pentru cele 2 componente.

Spectrele normalizate de raspuns elastic pentru acceleratii se obtin din spectrele de raspuns elastic pentru acceleratii prin impartirea ordonatelor spectrale cu valoarea de varf a acceleratiei terenului a_g.

Conditiile locale de teren sunt descrise prin valorile perioadei de control (colt) T_C a spectrului de raspuns pentru zona amplasamentului considerat. Aceste valori caracterizeaza sintetic compozitia de frecvente a miscarilor seismice.

Perioada de control (colt) T_C 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). T_C se exprima in secunde.

In conditiile seismice si de teren din Romania, pentru cutremure avand IMR = 100 ani, zonarea pentru proiectare a teritoriului Romaniei in termeni de perioada de control (colt), T_C, a spectrului de raspuns obtinuta pe baza datelor instrumentale existente pentru componentele orizontale ale miscarii seismice este prezentata in Figura 2.

Figura 2 Zonarea teritoriului Romaniei in termeni de perioada de control (colt), T_C a spectrului de raspuns

Formele normalizate ale spectrelor de raspuns elastic pentru componentele orizontale ale acceleratiei terenului, b(T), pentru fractiunea din amortizarea critica x =0.05 si in functie de perioadele de control (colt) T_B, T_C si T_D sunt:

T T_B (2)

T_B<T T_C b (T) = b₀ (3)

T_C<T T_D (4)

T> T_D (5)

unde:

b(T) spectrul normalizat de raspuns elastic;

b₀ factorul de amplificare dinamica maxima a acceleratiei orizontale a terenului de catre structura;

T perioada de vibratie a unei structuri cu un grad de libertate dinamica si cu raspuns elastic.

Perioada de control (colt) T_B poate fi exprimata simplificat in functie de T_C: T_B =0,1T_C. Valorile T_B sunt indicate in Tabelul 1.

Perioada de control (colt) T_D 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 (vezi Anexa A). Valorile T_D sunt indicate in Tabelul 1.

T_B si T_C sunt limitele domeniului de perioade in care acceleratia spectrala are valorile maxime si este modelata simplificat printr-un palier de valoare constanta.

Tabelul 1 Perioadele de control (colt) T_B, T_C, T_D ale spectrului de raspuns pentru componentele orizontale ale miscarii seismice

Spectrele normalizate de raspuns elastic (x=0.05) pentru acceleratie pentru conditiile seismice si de teren din Romania sunt reprezentate in Figura 3 pe baza valorilor T_B, T_C si T_D din Tabelul 1.

Spectrul normalizat de raspuns elastic pentru acceleratie din Figura 4 se foloseste in Banat in zonele caracterizate de acceleratia ag = 0,20g si ag = 0,16g. Pentru zonele din Banat in care ag = 0,12g si ag = 0,08g se utilizeaza spectrul normalizat din Figura 3 pentru TC 0,7s.

TC = 0.7s

TC ≤ 0.7s x =0.05

TC = 1.0s

0.7s<TC ≤ 1.0s x =0.05

TC = 1.6s

1.0s<TC ≤ 1.6s x =0.05

Figura 3 Spectre normalizate de raspuns elastic pentru acceleratii pentru componentele orizontale ale miscarii terenului, in zonele caracterizate prin perioadele de control (colt): T_C = 0.7, T_C = 1.0 si T_C = 1.6s.

Figura 4 Surse crustale in Banat: spectru normalizat de raspuns elastic pentru acceleratii pentru componentele orizontale ale miscarii terenului pentru zonele in care hazardul seismic este caracterizat de a_g = 0,20g si a_g = 0,16g.

Spectrul de raspuns elastic pentru componentele orizontale ale acceleratiei terenului in amplasament S_e(T) este definit astfel:

(6)

Spectrul de raspuns elastic pentru deplasari pentru componentele orizontale ale miscarii terenului, S_De(T), se obtine prin transformarea directa a spectrelor de raspuns elastic pentru acceleratie S_e(T) utilizand urmatoarea relatie:

(7)

Componenta verticala a actiunii seismice este reprezentata prin spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii pentru componenta verticala a miscarii terenului. Formele normalizate ale spectrelor de raspuns elastic pentru componenta verticala b_v(T), pentru fractiunea din amortizarea critica x =0,05 si in functie de perioadele de control (colt) pentru spectrul componentei verticale T_Bv, T_Cv, T_Dv sunt descrise de relatiile urmatoare:

T T_Bv (8)

T_Bv<T T_Cv b_v(T) = b_0v (9)

T_Cv<T T_Dv (10)

T> T_Dv (11)

unde b_ov = 3,0 este factorul de amplificare dinamica maxima a acceleratiei verticale a miscarii terenului de catre structura avand fractiunea din amortizarea critica x=0,05.

Perioadele de control (colt) ale spectrelor de raspuns normalizate pentru componenta verticala a miscarii seismice se considera simplificat astfel:

T_Bv = 0,1 T_Cv (12)

T_Cv = 0,45 T_C (13)

T_Dv = T_D. (14)

Spectrul de raspuns elastic pentru componenta verticala a miscarii terenului in amplasament S_ve este definit astfel:

. (15)

Valoarea de varf a acceleratiei pentru componenta verticala a miscarii terenului a_vg se evalueaza ca fiind:

a_vg = 0,7 a_g. (16)

In municipiul Bucuresti, exista evidenta instrumentala foarte clara a perioadei predominante lungi (T_p=1,4 1,6s) a vibratiei terenului in timpul cutremurelor Vrancene de magnitudini moderate si mari (magnitudine Gutenberg-Richter M magnitudine moment M_w 7,2).

Definirea perioadei predominante a vibratiei terenului este data in Anexa A.

Proiectarea de structuri cvasiresonante cu perioada predominanta a vibratiei terenului trebuie evitata.

Descrieri alternative ale actiunii seismice

In calculul dinamic al structurilor miscarea seismica este descrisa prin variatia in timp a acceleratiei terenului (accelerograma).

Atunci cand este necesar un model de calcul spatial, miscarea seismica trebuie sa fie caracterizata prin trei accelerograme simultane corespunzatoare celor trei directii ortogonale (doua orizontale si una verticala). Pe cele doua directii orizontale se folosesc simultan accelerograme diferite.

Accelerograme artificiale

Accelerogramele artificiale sunt accelerogramele generate pe baza unui spectru de raspuns elastic pentru acceleratii in amplasament, S_e(T).

Spectrul de raspuns elastic al accelerogramelor artificiale trebuie sa fie apropiat de spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii in amplasament.

Pe baza spectrului de raspuns elastic pentru acceleratii in amplasament S_e(T) trebuie generat un set de accelerograme artificiale care sa respecte urmatoarele conditii:

a) Numarul minim de accelerograme sa fie 3 (trei);

b) Media aritmetica a valorilor acceleratiilor de varf ale accelerogramelor generate sa nu fie mai mica decat valoarea a_g pentru amplasamentul respectiv;

c) Toate valorile spectrului mediu calculat prin medierea aritmetica a ordonatelor spectrelor elastice de raspuns pentru acceleratii corespunzand tuturor accelerogramelor artificiale generate trebuie sa nu fie mai mici cu mai mult de 10% din valoarea corespunzatoare a spectrului elastic de raspuns in amplasament S_e(T).

Accelerograme inregistrate

Accelerogramele inregistrate pot fi utilizate daca ele sunt inregistrate in apropierea amplasamentului in cauza, cu conditia ca valoarea maxima a acceleratiei inregistrate sa fie scalata astfel incat sa fie aceeasi cu valoarea a_g in amplasament, iar continutul de frecvente sa fie compatibil cu conditiile locale de teren.

Se pot utiliza si accelerograme inregistrate in alte amplasamente, cu respectarea urmatoarelor conditii: acceleratia maxima sa fie scalata, caracteristicile surselor seismice, distanta sursa-amplasament si conditiile de teren din amplasament sa fie similare.

In toate cazurile trebuie utilizate cel putin 3 (trei) accelerograme.

Toate valorile spectrului mediu al accelerogramelor inregistrate care se vor utiliza sa nu fie mai mici cu mai mult de 10% decat valoarea corespunzatoare a spectrului elastic de raspuns in amplasament S_e(T).

Variabilitatea in spatiu a actiunii seismice

Pentru structurile cu caracteristici speciale, cum ar fi cele in cazul carora nu se poate aplica ipoteza excitatiei uniforme a tuturor punctelor de reazem, se recomanda utilizarea de modele spatiale ale actiunii seismice care sa ia in considerare variabilitatea miscarii terenului de la un punct la altul.

Trebuie verificata compatibilitatea dintre spectrele de raspuns ale accelerogramelor din diferite puncte si spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii in amplasament S_e(T) recomandat de normativ, la fel ca in cazul accelerogramelor artificiale.

Spectrul de proiectare

Spectrul de proiectare pentru acceleratii S_d(T) este un spectru de raspuns inelastic care se obtine cu relatiile 17 si 18:

0 < T T_B (17)

T > T_B . (18)

unde,

S_d(T) se exprima in m/s².

T perioada, in secunde.

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.

Valorile factorului de comportare q sunt indicate pentru diferite tipuri de materiale si de sisteme structurale in capitolele prezentului normativ.

Valoarea factorului de comportare q poate fi diferita pe directii orizontale diferite ale structurii, dar clasificarea ductilitatii trebuie sa fie aceeasi indiferent de directia considerata.

Spectrul de proiectare pentru componenta verticala a miscarii seismice se obtine in mod asemanator. Valoarea factorului de comportare in acest caz se considera simplificat 1,5 pentru toate materialele si sistemele structurale, cu exceptia cazurilor in care valori mai mari pot fi justificate prin analize speciale.

Spectrele de proiectare mai sus mentionate nu se utilizeaza pentru proiectarea structurilor care utilizeaza izolarea bazei sau sisteme de disipare a energiei.

Combinarea actiunii seismice cu alte tipuri de actiuni

Pentru proiectarea la starea limita ultima a constructiilor amplasate in zone seismice, valoarea pentru proiectare a efectelor combinate ale actiunilor se determina din gruparile de incarcari conform standardelor in vigoare.