INCARCARI SI ACTIUNI CARE SOLICITA CONSTRUCTIILE

ÎNCARCARI SI ACTIUNI CARE SOLICITA CONSTRUCTIILE

q       CRITERII DE APRECIERE - CLASIFICARI

intensitatea încarcarii / actiunii (valoarea maxima, valoarea medie);

precizia cu care este determinata intensitatea;

durata de manifestare a încarcarii / actiunii;

frecventa de aparitie în timp a încarcarii / actiunii;

modul de aplicare pe constructie;

încarcari permanente;

încarcari temporare:

- de lunga durata (cvasi-permanente);

- de scurta durata (variabile);

încarcari exceptionale;

Actiunile indirecte pot proveni din:

mediul natural, care poate impune constructiei deformatii sau deplasari prin:

variatii climatice de temperatura, diurne sau sezoniere;

tasari diferentiate ale terenului de fundare;

miscari seismice ale terenului, etc;

proprietatile specifice ale materialelor din care este realizata constructia (proprietati reologice, cum sunt contractia si curgerea lenta, pentru structurile din beton armat sau din beton precomprimat);

Dupa modul de variatie pe intervale scurte de timp:

încarcari/actiuni statice: care nu produc acceleratii semnif 10110u2017k icative ale constructiei sau ale partilor componente; eforturile si deformatiile corespunzatoare au variatii neglijabile, pe intervale scurte de timp;

încarcari/actiuni dinamice: care produc acceleratii semnif 10110u2017k icative ale constructiei sau ale partilor componente si dau nastere la forte de inertie care nu pot fi neglijate în raport cu intensitatile altor tipuri de încarcari;

Starea de eforturi si de deformatii a unei constructii este rezultatul suprapunerii sau interactiunii mai multor tipuri de actiuni:

"grupari de încarcari/actiuni"

ÎNCARCARI PERMANENTE

o       Încarcari datorate greutatii proprii

Lemn g = 600 - 800 kg/m³ (în functie de esenta lemnului)

Otel g = 8000 kg/m³

Zidarie g = 1800 kg/m³

Tencuiala g = 2000 kg/m³

beton armat g = 2500 kg/m³

Greutatea totala a cladirilor etajate curente variaza între:

1.2 - 1.4 tone/m²/nivel pentru cladiri de locuit si similare moderne

2.0 - 2.2 tone/m²/nivel pentru cladiri cu înaltimi de nivel mari si finisaje grele

Greutatea totala a structurilor pentru cladiri curente variaza între:

structuri pentru cladiri etajate:

din beton armat : 0.60 - 0.75 tone/m²/nivel

din otel : 0.40 - 0.50 tone/m²/nivel

structuri pentru cladiri tip "sala/hala"

cu acoperis din beton precomprimat :  0.25 - 0.45 tone/m²

cu acoperis din otel : 0.015 - 0.075 tone/m²

o       Încarcarea datorita împingerii pamântului;

o       Încarcarea datorita presiunii apei subterane;

Exemplu pentru evaluarea incarcarilor la nivelul stalpilor la halele parter:

;

;

;

;

;

ÎNCARCARI UTILE (DE EXPLOATARE)

greutatea mobilierului fix;

greutatea persoanelor;

greutatea utilajelor, a materiei prime si a produselor finite;

greutatea materialelor sau obiectelor depozitate (cartile din biblioteci, marfurile din magazine, autovehiculele din garaje si parcaje);

o       Încarcari utile pentru cladiri curente

- Încarcari utile pe plansee (150 - 500 kg/m²);

- Încarcari utile pe elementele nestructurale;

- Încarcari utile datorate peretilor despartitori usori;

- pentru pereti foarte usori (pâna la 150 kg/ml), încarcarea echivalenta = 50 kg/m²;

- pentru pereti cu greutatea de 150-300 kg/ml încarcarea echivalenta = 150 kg/m²;

o       Încarcari utile datorate autovehiculelor

(pentru calculul planseelor garajelor si parcajelor, pentru rampele de acces si pentru planseele superioare ale constructiilor îngropate sub pasajele si curtile carosabile)

- Pentru autovehicule mici încarcarea echivalenta uniform distribuita = 400 kg/m²;

- Încarcarile utile din autovehicule se majoreaza cu un coeficient dinamic (20%);

ÎNCARCARI DATORATE ACTIUNILOR
PROVENITE DIN MEDIUL NATURAL

q       Actiunile pot fi cuantificate numai prin prelucrarea statistica a datelor disponibile;

q       Pentru definirea completa a actiunii trebuie sa se recurga la anumiti parametri:

o       intensitatea maxima probabila;

o       perioada medie de revenire asociata intensitatii;

q       Efectul agentilor asupra constructiilor este influentat de caracteristicile constructive:

o       arhitectural/structurale (forma, dimensiuni si proportii, forma acoperisului);

o       materialul si tipul structurii;

o       conditiile generale ale mediului construit;

q       Actiunile provenite din mediul natural sunt:

actiuni temporare : zapada, vântul, variatiile de temperatura climatica;

actiuni exceptionale : actiunea seismica cu intensitatea de proiectare (cutremurul "de calcul");

ACTIUNEA CUTREMURULUI. ÎNCARCARI SEISMICE.

MECANISMUL PRODUCERII CUTREMURELOR

deformatii si deplasari în interiorul scoartei (cutremure tectonice);

eruptii vulcanice (cutremure vulcanice);

prabusiri si alunecari de teren (cutremure de prabusire);

q       In zonele de convergenta ale deplasarilor, placile pot patrunde una sub alta (fenomenul de subductie) sau pot aluneca lateral una în raport cu cealalta;

q       Faliile geologice reprezinta planurile de contact între placile sau sub-placile adiacente pe care se produc miscarile

q       Punctul de pe falie în care se declanseaza ruperea este definit ca "focarul" sau "hipocentrul" cutremurului;

q       Proiectia focarului pe suprafata pamântului se numeste "epicentru";

q       Distanta de la epicentru la focar reprezina "adâncimea focarului";

q       Distanta dintre un amplasament oarecare si focar este denumita "distanta focala" iar distanta dintre un amplasament oarecare si epicentru (masurata la suprafata globului terestru) este denumita "distanta epicentrala";

q       Aria afectata de cutremur creste odata cu cresterea adâncimii focarului.

EVALUAREA SEVERITATII CUTREMURELOR

q       Criterii obiective: masurarea caracteristicilor miscarii terenului în timpul cutremurului;

q       Criterii subiective: efectele produse de cutremur asupra mediului natural, asupra constructiilor si asupra oamenilor;

q       Criterii mixte: combina rezultatele înregistrarilor cu aprecierea efectului cutremurului asupra mediului natural si asupra mediului construit;

APRECIEREA OBIECTIVA A SEVERITATII CUTREMURELOR:

q       "Magnitudinea" - cantitatea de energie eliberata în focar în timpul cutremurului;

o       Magnitudinea se determina prin masurarea amplitudinii maxime a oscilatiilor, în timpul cutremurului, a unui pendul standard situat la distanta conventionala de 100 km de epicentru;

o       Pentru compararea magnitudinilor se foloseste scara logaritmica RICHTER definita prin numere întregi si zecimale. Pe aceasta scara o crestere de 0.2 unitati reprezinta dublarea energiei eliberate în focar (cutremurul din Vrancea-1940 cu magnitudinea M = 7.4 a eliberat o cantitate de energie dubla în raport cu cutremurul din 1977 care a avut M = 7.2). Scara magnitudinilor nu este limitata superior (cel mai puternic cutremur nu poate depasi M = 9.0);

o       Cea mai mare magnitudine a unui cutremur produs în zona Vrancea în ultimul mileniu este atribuita cutremurului din 1802 : M = 7.5;

o       În ultimii 100 ani s-au produs în România 100 cutremure cu M > 5;

q       Acceleratia maxima: - masura a severitatii unui cutremur pe un amplasament;

o       Accelerograma unui cutremur este reprezentarea grafica a variatiei acceleratiei solului în timpul miscarii seismice. Înregistrarile se realizeaza cu aparate denumite accelerografe;

o       Accelerograma pune în evidenta si perioada dominanta a miscarii vibratorii a solulului definita prin numarul mediu de schimbari de semn ale acceleratiei în unitatea de timp precum si durata miscarilor violente ale terenului. Perioadele dominante ale miscarii terenului la un amplasament sunt functie de conditiile geologice locale (caracteristicile straturilor superficiale ale terenului peste nivelul rocii de baza);

o       Pe baza datelor istorice, a cunostintelor privind structura geologica si a acceleratiilor înregistrate la ultimele cutremure s-a realizat zonarea teritoriului României din punct de vedere al acceleratiilor maxime probabile prin intermediul coeficientilor k_s care reprezinta raportul dintre acceleratia maxima probabila (a_max) si acceleratia gravitatiei (g):

q       Spectrul de raspuns - cel mai complex criteriu de apreciere obiectiva a severitatii cutremurului la un amplasament dat;

o       tine seama atât de miscarea terenului (identificata printr-o accelerograma înregistrata) cât si de proprietatile dinamice ale constructiilor (perioada proprie de oscilatie, fractiunea din amortizarea critica);

o       Spectrul de raspuns permite identificarea claselor de structuri cu sensibilitate deosebita la un anumit tip de cutremur prin domeniul perioadelor proprii pentru care se dezvolta raspunsul maxim;

APRECIEREA SUBIECTIVA A SEVERITATII CUTREMURELOR:

q       Intensitatea observata: - la un amplasament dat este un criteriu subiectiv de apreciere a severitatii unui cutremur prin efectele constatate asupra oamenilor, constructiilor si mediului natural;

o       scara intensitatilor (scara MERCALLI are 12 grade de intensitate notate I -XII MM);

o       Efectul unui cutremur la nivelul unor zone mai întinse din teritoriu (efectul macroseismic) poate fi sintetizat, pe baza intensitatilor observate la un anumit cutremur, prin trasarea curbelor care unesc punctele de egala intensitate. Aceste curbe sunt denumite izoseiste;

o       Macrozonarea seismica a teritoriului tarii (harta macroseismica generalizata) se stabileste ca înfasuratoare a hartilor macroseismice corespunzatoare diferitelor cutremure din trecut;

o       Scara intensitatilor observate a fost perfectionata prin introducerea unor elemente de apreciere obiective care se refera la valorile înregistrate ale parametrilor miscarii seismice (valori corelate pentru acceleratia, viteza si deplasarea terenului) si la statistica avariilor de diferite categorii. Aceasta scara, cu caracter mixt, obiectiv si subiectiv, are tot 12 grade si este cunoscuta sub numele de scara MSK (Medvedev-Sponheuer-Karnic).
Scara MSK este utilizata în mod curent în practica internationala

EFECTELE CUTREMURELOR ASUPRA MEDIULUI NATURAL
SI ASUPRA CONSTRUCTIILOR

Efectele cutremurelor asupra mediului natural

q       Formarea unor falii de suprafata;

q       Producerea unor alunecari de teren;

q       Lichefierea straturilor de nisip saturat cu apa;

q       Producerea unor tasari în straturile de teren afânate;

q       Formarea de valuri înalte (seise) în lacurile naturale sau de baraj;

q       Formarea în larg si propagarea catre tarm a valurilor înalte (tsunami);

Efectele cutremurelor asupra constructiilor

În întreaga constructie se dezvolta forte de inertie egale cu produsul dintre masa fiecarui element de constructie si acceleratia pe care aceasta masa o capata în timpul cutremurului.

oscilatii plane deplasari alternative orizontale, în doua plane verticale ale cladirii;

oscilatii de torsiune deplasari alternative, în plan orizontal, prin rotirea cladirii în raport cu un ax vertical;

Pentru constructiile si elementele de constructie cu deschideri mari (poduri, acoperisuri suspendate) trebuie luate în considerare si oscilatiile plane reprezentate prin deplasari alternative, în plan vertical, în raport cu pozitia initiala.

Evaluarea fortelor seismice care actioneaza asupra constructiilor

Caracteristicile fortelor de inertie sunt functie de mai multi factori:

caracteristicile miscarii seismice (acceleratia maxima a solului si perioada dominanta a miscarii oscilatorii a terenului);

starea de eforturi si deformatii care se dezvolta în structura (deformatii elastice - reversibile sau deformatii inelastice - ireversibile);

caracteristicile dinamice ale constructiei (perioadele proprii de vibratie, formele modurilor proprii de vibratie);

Metoda simplificata cea mai cunoscuta si cea mai raspândita în practica mondiala este metoda fortelor static echivalente.

În România: "Normativ pentru proiectarea antiseismica a constructiilor"- indicativ P100-92

Calculul si distributia fortelor seismice

- coeficient seismic global corespunzator modului de vibratie r;

- coeficient de importanta a constructiei in functie de clasele de importanta;

- coeficient functie de zona seimica de calcul a amplasamentului;

- coeficient de amplificare dinamica in modul r de vibratie, functie de compozitia spectrala a miscarii seismice pe amplasament;

- coefient de reducere a actiunii seismice tinand seama de ductilitatea structurii, de capacitatea de redistributie a eforturilor, de ponderea cu care intervin rezervele de rezistenta neconsiderate in calcul, precum si de efectele de amortizare a vibratiilor, altele decat cele asociate structurii de rezistenta;

- coeficientul de echivalenta intre sistemul real si un sistem cu un grad de libertate corespunzator modului propriu r;

- rezultanta incarcarilor gravitationale pentru intreaga structura (determinata in gruparea speciala de incarcari);

Coeficientii diferentiaza nivelurile de protectie antiseismica ale constructiilor in functie de clasele lor de importanta.

Coeficientul k_s reprezinta raportul dintre acceleratia maxima a miscarii seismice a terenului (considerata cu o perioada medie de revenire de 50 de ani) corespunzatoare zonei seismice de calcul si acceleratia gravitatiei.

Coeficientul de amplificare se determina in functie de perioadele oscilatiilor proprii T_r ale constructiilor si de conditiile seismice ale zonei caracterizate prin perioadele de colt T_c cu relatiile:

pentru ;

pentru ;

Coeficientul se determina cu relatia:

unde:

- componenta dupa gradul de libertate k a vectorului propriu de ordinul r;

- rezultanta incarcarilor gravitationale ale nivelului k ;

Incarcarea seismica care actioneaza la nivelul k pe directia gradului de libertate corespunzator modului de vibratie r se poate determina cu relatia: