Evolutia prevederilor de proiectare seismica pentru structurile si elementele nestructurale din zidarie in perioada 1963 – 2013 (I)

La 50 de ani de la intrarea in vigoare a Normativului de proiectare seismica P 13-63, autorul prezinta si comenteaza evolutia cerintelor de rezistenta pentru structurile si elementele nestructurale din zidarie conform reglementarilor succesive care au fost in vigoare in aceasta perioada. 

In lucrarea de fata sunt analizate succesiv:

1. Evolutia distributiei si a intensitatii fortelor seismice de proiectare pe teritoriul Romaniei, conform Normativelor si Codurilor de proiectare seismica (in acest articol):

• Normativul conditionat pentru proiectarea constructiilor civile si industriale din regiuni seismice P13-63, cu harta de zonare seismica STAS 2923-63;
• Normativul de proiectare seismica P 13-70, cu harta de zonare seis­mica STAS 2923-63;
• Normativele de proiectare seismica P 100-78 (81), cu harta de zonare seismica STAS 11100/1-77;
• Normativele de proiectare seismica P 100-92 (96), cu harti de zo­nare proprii;
• Codurile de proiectare seismica P 100-1/2004 (2006), cu harti de zonare proprii;
• Codul de proiectare seismica P 100-1/2013, cu harta de zonare proprie.

2. Evolutia Normativelor si Codu­rilor, pentru calculul rezistentei structurilor si elementelor nestructurale din zidarie, in gruparea seismica de incarcari (intr-un articol ulterior din Revista Constructiilor):

• Normativele pentru constructii din zidarie P2-75 si P2-85;
• Instructiunile tehnice pentru proiectarea si executarea peretilor si acoperisurilor din elemente din beton celular autoclavizat P104-83;
• Codurile de proiectare pentru structuri din zidarie CR 6-2006 si CR 6-2013;
• Prevederile de calcul si constructive specifice din Normativele si Codurile de proiectare seismica mentionate la pct. A de mai sus.

Reglementarile elaborate si aplicate in proiectare inainte de anul 1989 au fost aliniate documentelor CAER si au fost orientate spre economii severe de materiale si de manopera. Reglementarile elaborate si aplicate dupa anul 2000 sunt aliniate documentelor similare din UE si sunt bazate, in principal, pe conceptul de „performanta seismica“.

In final, se vor formula aprecieri de sinteza asupra nivelului de siguranta seismica al structurilor si al elementelor nestructurale din zida­rie, proiectate, pe intreg teritoriul Romaniei, pe baza reglementarilor in vigoare in ultimii 50 de ani (1963-2013).

Evolutia zonarii hazardului seismic in perioada 1963-2013

Pentru proiectare, definirea seve­ritatii hazardului seismic (fenomenul natural) se face, de regula, prin doua categorii de informatii care se refera la:

1. Valoarea de varf a acceleratiei orizontale a terenului (a_g) asociata unui interval mediu de recurenta (IMR) prestabilit.
2. Spectrele de raspuns elastice ale acceleratiei absolute orizontale, calculate in functie de accelerogramele caracteristice si de fractiunea din amortizarea critica de 5% a sistemului echivalent cu un grad de libertate dinamica.

In perioada amintita, zonarea seismica a teritoriului Romaniei, din punct de vedere al valorilor a_g si al intervalului mediu de recurenta (IMR) asociat, a fost obiectul mai multor modificari de substanta care s-au referit, in principal, la:

• numarul si conturul zonelor pe care intensitatea seismica este considerata constanta, care a trecut de la patru zone in hartile din STAS 2923-63 si din STAS 11100/1, la sase zone in harta din Normativul P 100-92 si, ulterior, la sapte zone in hartile din Codurile P 100-1/2006 si P 100-1/2013;
• masura intensitatii seismice:

– exprimata in grade pe scara macro­seismica MSK (adoptata in Romania prin STAS 3684-71), in Normativele anterioare anului 1992;

– prin acceleratia de varf a mis­carii terenului (a_g), asociata cu perioada de colt/control a spectrului de ras­puns in acceleratii (T_C), incepand cu P 100-92;

• intervalul mediu de recurenta asociat valorii de varf a acceleratiei orizontale a terenului;
• forma si parametrii spectrului de ras­puns elastic al acceleratiei orizon­tale.

Prevederi anterioare cutremurului din 1977

Normativele de proiectare seismica anterioare cutremurului din 1977 sunt P 13-63 si P3-70, asociate hartii seismice din STAS 2923-63 (fig. 2a), care a inlocuit harta similara din STAS 2923-52, introducand reduceri importante ale intensitatii seismice de proiectare in mai multe zone. Din aceasta reducere, a rezultat inca­drarea unui numar mare de localitati in zona de grad macroseismic 6 MSK pentru care, conform Normativelor in vigoare, nu se cerea conformarea si dimensionarea structurilor si a componentelor nestructurale sub efectul fortelor seismice, indiferent de materialul din care acestea erau realizate.

Aceasta prevedere a condus la situatia ca intreg fondul construit realizat intre 1963÷1977, in zonele de grad 6 MSK, aratate in harta din figura 2a, nu este calculat la actiunea fortelor seismice, iar la pro­iec­tarea cladirilor nu au fost obligatorii nici cel putin masurile constructive prevazute, minimale de altfel. Vom reaminti ca in aceasta perioada s-au construit, in special in orasele mari, capitale de judet si municipii importante, cladiri de locuit si hoteluri, ajungand pana la 8÷10 niveluri, spitale, scoli, sali de sport si de spectacole etc. (a se vedea casetele posate din tabelul 3).

Normativele P 13-63 si P 13-70 au atribuit zonelor seismice exprimate in grade MSK valori ale parametrului intensitatii seismice, notat K_s, (tabelul 1), folosit pentru evaluarea efectelor actiunii seismice prin „metoda fortelor statice echivalente“. In Normativul P 13-70 se observa o crestere cu 20% a coeficientului K_s pentru zonele de grad 7 MSK, care se refera la o suprafata importanta a teritoriului si o reducere, tot de 20% a acestuia, pentru zonele de grad 9 MSK, care se refera la o arie redusa.

Normativele mentionate nu au specificat intervalul mediu de recurenta asociat valorilor K_s.

Valorile coeficientului K_s conform Normativelor P 13-63, P 13-70 si P 100-78 (81) sunt prezentate in tabelul 1.

Asa cum se va arata intr-un articol viitor, valoarea fortelor seismice de proiectare pentru structurile si elementele nestructurale din zidarie, rezultate din aplicarea acestor norme, este mult inferioara cerintelor din Codul P 100-1/2013, ceea ce atrage atentia asupra necesitatii unor masuri sistematice de evaluare si, dupa caz, de reabilitare seismica, in special pentru localitatile in care cladirile nu au fost calculate la actiunea cutremurului.

Prevederile Normativelor P 100-78 (81)

Dupa cutremurul din 4 martie 1977, reglementarile de proiectare seismica au suferit modificari importante. In primul rand, a fost modificata zonarea seismica a teritoriului, harta de macrozonare STAS 2923-63 fiind inlocuita cu harta din STAS 11100/1-77 (fig. 2b) pentru a se avea in vedere efectele constatate cu ocazia acestui cutremur. Normativul P 13-70 a fost inlocuit, intr-o prima etapa, cu Normativul P 100-78, urmat, in 1981, de versiunea imbunatatita, P 100-81.

La acest cutremur s-a obtinut si prima accelerograma inregistrata pe teritoriul Romaniei (INCERC), la un cutremur sever, care a fost utilizata apoi, ca reper, pentru zonarea teritoriului din punct de vedere al accele­ratiei orizontale si pentru stabilirea spectrului elastic de raspuns.

Totodata, P 100-78 a introdus obli­gativitatea proiectarii seismice pentru amplasamentele din zonele de grad 6 MSK (cu exceptia unor categorii de cladiri cu risc redus).

Tinand seama de distrugerile mari inregistrate in 1977, a fost sporit, local, nivelul de hazard cu 1/2 grad MSK pentru orasele Craiova, Iasi, Zimni­cea si Turnu Magurele (intensitate 7½ MSK cu K_s = 0,160) iar Munici­piul Bucuresti a devenit o insula cu intensitatea 8 MSK in zona de intensitate 7 MSK din Muntenia. Aceasta solutie este conceptual discutabila si are, mai ales, un caracter conjunctural, pentru a „linisti“ populatia loca­litatilor respective.

Reglementari elaborate dupa 1990

In reglementarile elaborate dupa 1990, zonarea teritoriului Romaniei pentru proiectarea constructiilor la actiunea seismica s-a facut prin doua criterii, dupa cum urmeaza:

In Normativul P 100-92 s-a folosit combinatia valorilor:

• raportului K_s ­intre acceleratia terenului pentru proiectare (a_g) si acce­leratia gravitatiei (g);
• perioadei de colt/de control a spectrului elastic de raspuns in acceleratii notata T_C.

Conform criteriului K_s, teritoriul a fost divizat in sase zone (K_s = 0,08 ÷ 0,32) iar conform criteriului T_C, teritoriul a fost impartit in trei zone (T_C = 0,7 sec, T_C = 1,0 sec, T_C = 1,5 sec).

Echivalarea noilor incadrari (K_s si T_C) cu cele anterioare (grade MSK) a fost stabilita prin Anexa A la Norma­tivul P 100-92 conform tabelului 2.

Normativul P100-92 este primul care a folosit notiunea de IMR –interval mediu recurenta – cu referire la un singur nivel de severitate, prin urmatoarea precizare (data in Anexa A):

A.5. Perioadele de revenire ale intensitatilor cutremurelor corespunzatoare zonelor seismice din harta sunt aproximativ 50 de ani pentru zonele in care predomina influenta focarului Vrancea si de ordinul a 100 de ani (sau mai mult) pentru zonele in care predomina influenta altor focare.

In Codul P 100-1/2006 s-au folosit valorile:

• acceleratia terenului pentru proiectare, notata a_g;
• perioada de colt / de control a spectrului elastic de raspuns in acceleratii, notata T_C. Conform crite­riului a_g, teritoriul a fost divizat in sapte zone (a_g = 0,08 g ÷ 0,32 g cu interval da_g = 0,04 g) iar conform criteriului T_C, teritoriul a fost impartit in trei zone (T_C = 0,7 sec, T_C = 1,0 sec, T_C = 1,6 sec).

Codul P 100-1/2006 a introdus doua niveluri de severitate pentru cele doua cerinte de proiectare:

1. „Acceleratia terenului pentru proiectare pentru fiecare zona de hazard seismic corespunde unui interval mediu de recurenta de refe­rinta IMR = 100 de ani“ cu precizarea ca intervalul se refera la magnitudini si fara a mai tine seama de tipul cutremurului predominant (intermediar/crustal). Aceasta intensitate este folosita pentru calculul asociat cerintei de siguranta vietii;
2. Un cutremur cu IMR = 30 de ani este mentionat in legatura cu cerinta de limitare a degradarilor.

In Codul P 100-1/2013 s-au folo­sit aceiasi parametri pentru descrierea hazardului ca si in versiunea anterioara, dar s-au facut urmatoarele modificari esentiale pentru proiectare:

• Pentru cutremurul de proiec­tare la starea limita ultima (ULS), valoa­rea Intervalului Mediu de Recurenta a fost sporita la IMR = 225 de ani (probabilitate de depasire a valorii acceleratiei 20% in 50 de ani).
• Actiunea seismica folosita pentru cerinta de limitare a degradarilor (SLS) corespunde unui interval mediu de recurenta IMR = 40 ani, (probabilitate de depasire de 20% in 10 de ani).
• Valorile acceleratiei de varf a terenului, pentru proiectarea la ULS, au fost majorate cu 25%, uniform, pe intreg teritoriul tarii, independent de sursa seismogenetica dominanta; contururile zonelor de egala accele­ratie sunt identice cu cele din P 100-1/2006.
• Valorile acceleratiei de varf a terenului pentru cerinta de limitare a degradarilor (SLS), sunt egale cu 50% din valorile pentru ULS, independent de clasa de importanta a cladirii.
• Contururile zonelor T_C sunt identice cu cele din P 100-1/2006.

Prin transformarile mentionate, valoarea fortelor seismice de proiec­tare a cladirilor realizate in aceasta etapa, in diferite localitati, a fost variabila in timp si, prin urmare, nivelul de siguranta seismica initiala al acestora este neuniform si, de regula, inferior cerintelor reglementarii actuale, Codul P 100-1/2013, asa cum rezulta din tabelul 3 pentru orasele capitale de judet.

Evolutia spectrelor elastice de proiectare

Spectrele elastice ale acceleratiei orizontale a terenului adoptate de Normativele P 13-63 si P 13-70, care au fost preluate din reglementarile americane si sovietice, sunt tipice pentru cutremure de suprafata, inregistrate pe teren tare si nu cores­pund conditiilor de focar de adancime si de teren din Romania. Aceste spectre au dat forte scazute pentru cladirile inalte (cu perioade proprii │1,0 sec) dar au avantajat cladirile cu pereti structurali din zidarie (cu perioade proprii ú0,5÷0,7 sec) asa cum rezulta din figura 4.

O modificare deosebit de importanta care a intervenit in Normativul P 100-78 se refera la spectrul elastic de raspuns S_a(T), care a fost stabilit in concordanta cu spectrul cores­punzator al inregistrarii de la 4 martie 1977 (componenta N-S). Acest spectru acopera uniform toate tipurile de cladiri, pentru toate valorile perioadelor proprii, inlaturand, astfel, deficienta majora a spectrelor din Normativele anterioare. Palierul spectrului (b_max) este extins conven­tional pana la valoarea T_C, in functie de caracteristicile terenului (dar fara a tine seama de conditiile geoteh­nice locale).

In Codul P 100-1/2006 spectrele elastice pentru acceleratii au fost diferentiate in functie de sursa seismogenetica, dupa cum urmeaza:

• pentru zona seismogenetica Vrancea: trei spectre asociate valorilor T_C;
• pentru zona seismogenetica Banat: un spectru specific, asociat valorii T_C = 0,7 sec pentru zonele cu a_g = 0,16 g si 0,20 g si spectrul Vrancea pentru zonele seismice a_g = 0,08 g si 0,12 g.

Codul P 100-1/2013 a adus noi modificari ale spectrelor elastice de raspuns in acceleratii, la care s-au facut urmatoarele interventii:

• Valoarea palierului a fost redusa de la b₀ = 2,75 la b₀ = 2,5 (reducere 10%);
• Valoarea de colt (inceputul palierului) a devenit T_B = 0,2 T_C fata de T_B = 0,1 T_C;
• Pentru sursa seismogenetica Banat se foloseste acelasi spectru ca si pentru sursa Vrancea.

Reducerea valorii palierului spectrului cu 10%, menita, in conceptia autorilor, sa compenseze partial cresterea valorii acceleratiei cu 25%, are efect numai in cazul procedeelor „liniare“ de calcul dar nu opereaza in cazul analizelor de tip „time-history“ si nici pentru calculul componentelor nestructurale.

Autor:
prof. dr. ing. Radu Petrovici 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 110 – decembrie 2014, pag. 50