Implementarea normelor europene Eurocode – EC 8. Elaborarea Anexei Nationale

Cercetarea stiintifica din Romania a parcurs in ultima perioada o etapa de adaptare a sistemului national la normele europene.

In acest sens, Ministerul Transporturilor, Constructiilor si Turismului – Directia Tehnica a adoptat unele masuri fundamentale in ceea ce priveste auditul reglementarilor tehnice din domeniul ingineriei geo­tehnice, al fundatiilor si alunecarilor de teren ca instrument de aplicare a experientei europene la condi­tiile concrete din tara noastra. Aceasta reprezinta una dintre cerintele integrarii in Uniunea Europeana.

Romania este membru asociat la CEN (Comisia Europeana de Standardizare). In aceasta situatie, aderarea la sistemul Eurocode se poate face in functie de necesitati, la solicitarea factorilor de raspundere.

Asa se face ca Societatea Romana de Geotehnica si Fundatii si Centrul de Inginerie Geotehnica au initiat actiuni de codificare a reglementarilor tehnice romanesti cu denumirea CR – Coduri Romanesti, unde au fost implicati si specialisti din INCERC – Laboratorul de Geotehnica si Fundatii.

Structura codurilor romanesti va urmari problemele axate pe parametri geotehnici dinamici, aplicabili in proiectarea antiseismica, in zone cu potential de risc la miscari seismice, respectiv parametri geotehnici sub solicitari statice.

Modul de implementare al Eurocodurilor si domeniul de aplicare

Extrase din norma europeana Eurocode – EC 8 – Partea a 5-a

Statele membre ale UE si ale AELS recunosc Eurocodurile ca documente de referinta, care pot fi utilizate drept:

• mijloc de a proba conformitatea constructiilor si a lucrarilor ingine­resti cu cerintele esentiale din Directiva Consiliului 89/106/CEE;

• ca baza de specificatie pentru lucrarile de constructii;

• cadrul de specificatii tehnice armonizate pentru domeniul de constructii.

Eurocodurile, si ne referim la EC 8, cu precadere la partea a 5-a, contin reguli comune de proiectare structurala pentru calculul complet al lucrarilor ingineresti.

Conform mentiunilor facute de CEN, legatura intre Eurocoduri si reglementarile tehnice armonizate din tarile care le adopta trebuie sa cuprinda intregul text al Eurocodului (inclusiv toate anexele), textul poate fi precedat de o pagina nationala de titluri, de un preambul national si de o anexa nationala, in functie de conditiile concrete din fiecare tara.

Elemente fundamentale in elaborarea Anexei Nationale

Anexa Nationala poate sa contina informatii privind parametri nedefiniti in elaborarea reglementarii nationale, determinati insa ca parametri la nivel national, care sunt utilizati la proiectarea lucrarilor ingineresti si se pot referi la:

• valori si/sau clase unde Eurocode prevede alternative;

• valori care se pot utiliza acolo unde Eurocode prezinta numai un simbol;

• date specifice tarii respective (geografice, geologice, seismice, climatice etc.);

• procedura de utilizat cand Euro­codul indica proceduri alternative;

• decizii de aplicare a anexelor informative;

• referiri la informatii complementare care sa nu fie contradictorii, pentru a ajuta utilizatorul in aplicarea Eurocodurilor.

Rolul terenului de fundare si efectele actiunii seismice

Comportarea terenurilor la actiunea seismica

Un studiu al legaturii intre conditiile de teren si distrugerile provocate de miscarea seismica necesita luarea in considerare a unor aspecte strans corelate, a caror analiza se face, din motive metodologice, separat, care se influenteaza reciproc, uneori intr-o masura considerabila.

Comportarea terenurilor sub incarcari dinamice poate prezenta aspecte foarte diferite fata de comportarea la incarcare statica. Unele terenuri sub incarcari ciclice isi sporesc rezistenta prin compactare, exemplul nisipurile afanate, altele isi pot pierde rezistenta: nisipurile saturate sau argilele sensibile. Compactarea dinamica a terenurilor depinde de marimea deformatiilor cau­zate de durata si frecventa procesului.

Tasarea nisipurilor uscate

Nisipurile afanate, sub actiunea seismica – o miscare vibratorie – se pot compacta. Asemenea compac­tari cauzeaza tasari ale depozitului nisipos si, odata cu aceasta, tasarea fundatiilor constructiilor existente pe acest teren.

De cele mai multe ori, tasarile sunt inegale, ceea ce se rasfrange prin noi distributii ale solicitarilor in scheletul portant al constructiilor. In activitatea de proiectare, de o importanta majora se bucura aprecierea tendintei de tasare a depozitelor nisipoase. Dintre incercarile de teren, una o constituie determinarea gradului de indesare si o alta, masurarea rezistentei la pene­trarea standard. Aceste determinari au permis concluzia: nisipurile cu un grad de indesare mai mic decat 60% sau cu o rezistenta la penetrare sub 15 lovituri sunt susceptibile de tasari importante. Deci o porozitate accentuata favorizeaza fenomenul tasarii.

Determinarile de laborator arata ca:

1) cu cat gradul de indesare este mai mare, aceeasi tasare se atinge la o deformata ciclica de forfecare mai mare;

2) cu cat gradul de indesare este mai mare, aceeasi deformata ciclica orizontala cauzeaza o tasare mai mica.

O metoda simpla, acceptabila pentru prognoza tasarii nisipurilor pe durata unui cutremur, este aceea a gradului de indesare critic. Gradul de indesare critic I_Dcr reprezinta valoa­rea indesarii sub care un depozit granular se va indesa daca terenul este supus unei miscari de acceleratie orizontala a. El este dat de relatia:

I_Dcr = I_Dmin + (I_Dmax – I_Dmin) exp(-3a/4g)      [1]

Daca gradul de indesare ID al unui strat in stare netulburata depaseste valoarea critica, atunci el se va tasa cu:

unde: H este grosimea stratului; I_Dmin, I_Dmax – gradul de indesare minim, respectiv maxim;

a – amplitudinea acceleratiei miscarii aplicate;

g – acceleratia gravitationala.

Lichefierea pamanturilor necoezive

Sub actiunea unor forfecari mono­tone sau ciclice la pamanturile necoezive, se constata pierderea totala sau partiala a rezistentei la forfecare. Presiunea apei din pori creste si depozitul de nisip trece intr-un fluid mai greu decat apa, avand toate proprietatile fluidelor. Fenomenul se numeste lichefiere. Se disting doua feluri de lichefieri:

a) lichefierea propriu-zisa, prin care un pamant necoeziv saturat si afanat isi pierde o mare parte din rezistenta la forfecare si curge ca un fluid;

b) mobilitatea ciclica, care consta intr-o succesiune de lichefieri intermitente cu deformatii de curgeri limitate.

Aprecierea potentialului de liche­fiere se face prin raportarea lui la toate determinarile de laborator si de santier ale terenurilor de fundatii: gradul de indesare, rezistenta la penetrare, curba granulometrica. Tabelul 1 prezinta relatia calitativa dintre potentialul de lichefiere si gradul de indesare. In fig. 1. se reproduce familia de curbe deasupra carora este posibila lichefierea. Sunt puse in corelatie tendinta de lichefiere, adancimea, rezistenta la penetrare si acceleratia miscarii orizontale. La o aceeasi adancime, de exemplu 6 m, lichefierea este cu atat mai anevoioasa cu cat rezistenta la penetrare este mai mare.

La o aceeasi rezistenta la penetrare, cu cat stratul se gaseste mai adanc, cu atat acceleratia care il lichefiaza este mai mica.

Compozitia granulometrica a unui teren poate favoriza sau nu fenomenul de lichefiere. Astfel, se diferentiaza:

i) pamanturi lichefiabile: nisip, nisip fin, nisip mediu, nisip prafos, nisip cu intercalatii de pietris, nisip cu resturi vegetale, nisipuri cu intercalatii de argila;

ii) pamanturi nelichefiabile: pietris, argila, praf, lut, pamant organic, umplutura de suprafata, strat vegetal.

Starea de umiditate si conditiile de drenare ale stratului pot influenta aparitia sau nu a fenomenului de lichefiere. Un strat de nisip, situat deasupra nivelului apei subterane, se poate lichefia in urma lichefierii zonelor inferioare ale depozitului. Lichefierea straturilor superioare se poate produce dupa incetarea miscarii seismice datorita curentilor ascensionali de apa. Daca presiunea in exces a apei din pori se poate disipa rapid – adica exista posibilitati concrete de drenare – lichefierea nu poate avea loc. Astfel, permeabilitatea influenteaza feno­menul de lichefiere. Permeabilitatea poate conditiona insasi valoarea maxima a presiunii induse de miscarea seismica. Permeabilitatea explica de ce nisipurile cu pietris sunt greu lichefiabile. Nisipurile care contin pietris sunt mai greu lichefiabile decat cele fara pietris, iar o proportie mai mare de 50% pietris face lichefierea improbabila.

Prin pozitia pe care o ocupa stratul lichefiabil in masiv, acesta poate favoriza sau nu fenomenul lichefierii. Astfel, un masiv taluzat, versant natural, baraj, depozit de deseuri industriale prin lichefiere ciclica pot ceda sub forma unei alunecari sau curgeri noroioase. La depozitele cu suprafata orizontala solicitate ciclic, sensibilitatea la lichefiere scade odata cu cres­terea eforturilor efective, deci cu adancimea.

Potentialul de lichefiere se estimeaza prin factorul de siguranta impotriva lichefierii, F_L, exprimat de raportul:

F_L= R / L,                                  [3]

unde R este raportul dinamic al rezistentei la forfecare, iar L este raportul tensiunii de forfecare pe durata unui cutremur. Primul factor este dat de relatia:

R = c_wR_L                                   [4]

cu coeficientul corectiv pentru caracteristica miscarii terenului c_W avand valorile 1 pentru tipul de miscare I si 1.2 pentru tipul de miscare II. R_L este raportul rezistentei ciclice triaxiale. Acest factor este determinat prin teste de laborator pe probe nederanjate luate din teren prin metoda inghetarii. Raportul tensiunii de forfecare pe durata unui cutremur poate fi exprimat prin:

L = r_dk_hcs_n/s’_n                 [5]

in care intervin notatiile r_d pentru factorul modificarii cu adancimea raportului tensiunilor de forfecare, k_hc pentru coeficientul seismic de proiectare considerat la evaluarea potentialului de lichefiere, s_n pentru presiunea din incarcare totala si s’_n pentru presiunea efectiva din incarcare. Pentru tipul I de miscare a suprafetei terenului in directie orizontala k_hc = 0,3 – 0,4, iar pentru tipul II de miscare in interiorul subsolului k_hc = 0,6 – 0,8.

Influenta terenului asupra miscarii seismice

In cazul multor cutremure, geologia locala si conditiile de amplasament au avut o influenta hotaratoare asupra raspunsului seismic. Factorii de natura locala provin din:

a) Topografia rocii de baza (fig. 2.). Prin roca de baza se intelege acea zona alcatuita din straturi granitice sau bazaltice care vibreaza, cu carac­teristici relativ constante pe o arie intinsa. Ea are valori ridicate pentru densitate, modul de elasticitate si viteza undelor seismice.

Topografia diferita a rocii de baza explica configuratia diferita a spectrelor aceluiasi cutremur in amplasamente invecinate. Planurile de lunecare de tipul 1-1 sau 2-2 pot favoriza sau nu lunecarile de teren. Topografia rocii de baza are efecte diferite asupra undelor seismice, cum ar fi focalizarea sau imprastierea undelor seismice.

b) Configuratia pachetului de sedimente. Cu cat suprafata depo­zitelor L₁, L₂, este mai mare, cu atat mai mare este probabilitatea ca depunerile sa fie eterogene si cu proprietati foarte diferite (densitate, consistenta, grad de indesare etc.). Adancimea depunerilor H₁, H₂ peste roca de baza, afecteaza raspunsul seismic intrucat perioada proprie de oscilatie a terenului creste proportional cu grosimea pachetului.

c) Nivelul apei freatice al terenului reprezinta un factor hotarator in propagarea miscarii seismice. Apa reduce rezistentele mecanice ale terenurilor facand sa creasca sensibilitatea la lunecare si lichefiere. Pe de alta parte, undele secundare nu se propaga prin medii lichide.

Proprietati dinamice ale terenurilor

Principalele caracteristici ale terenurilor folosite in aflarea raspunsului seismic al constructiilor sunt: modulul de forfecare, amortizarea, coeficientul Poisson si perioada oscilatiilor libere.

Pentru deformatii mici, modulul de forfecare al terenului poate fi luat drept principala panta a curbei carac­teristice de forfecare s – g. La deformatii mari, curba tensiune – deformatie specifica devine puternic neliniara, astfel ca modulul de forfecare nu este constant. Intrucat miscarea seismica este o miscare vibratorie, intereseaza curba caracteristica s – g, in alura histeretica. Pentru aflarea modulului de forfecare se apeleaza la teoria elasticitatii in conformitate cu care G = E/2(1+m). Dar modulul de elasticitate longitudinala E variaza intre limite foarte largi, cum se arata in tabelul 2.

Metodele de laborator fac posibila determinarea modulului de forfecare din incercarea de compresiune triaxiala si incercarea de rezonanta. Cele doua incercari se completeaza reciproc. Incercarea triaxiala cu deformatii mari determina o valoare a modulului de forfecare.

Incercarea de rezonanta cu defor­matii mici conduce la alta valoare.

De aceea, ele trebuie efectuate pentru o valoare medie realista a modulului. La santier, se determina viteza undelor de forfecare V_s. In sondajele practicate in teren se introduce o sursa de vibratii, res­pectiv un traductor. Ultimul este inseriat intr-un lant de inregistrare cinematica (fig. 3).

Cunoscand distanta dintre foraje si succesiunea undelor inregistrate, se calculeaza viteza undelor de forfecare. Modulul de forfecare se determina cu relatia G = r╫V2_s, unde r este densitatea terenului. Tabelul 3 indica orientativ cateva valori pentru principalele caracteristici ale unor roci.

Concluzii

Institutul National de Cercetare – Dezvoltare in Constructii si Economia Constructiilor – Bucuresti, prin colectivul de specialisti coordonat de autorii prezentului articol, a fost implicat direct, atat in traducerea integrala a EUROCODE 8 – Partea a 5-a, cat si in comentarea acestuia in vederea intocmirii Anexei Nationale, ca parte integranta a EUROCODE 8 – Partea a 5-a, abordata din punctul de vedere al condi­tiilor geotehnice concrete din tara noastra.

In concluzie, avand in vedere cele prezentate, este relevanta pentru activitatea raportata la actualizarea normelor romanesti adaptarea la sistemul normelor ce sunt in vigoare in tarile Uniunii Europene.

Elaborarea Anexei Nationale pentru Romania, care este una dintre tarile cu conditii geotehnice dintre cele mai nefavorabile pe aproximativ 30% din teritoriu (pamanturi sensibile la umezire, pamanturi aluvionare si pamanturi cu umflari si contractii mari), la care se mai adauga in unele zone si un grad de seismicitate ridicat, sporeste dificultatea redactarii acesteia, motiv pentru care se impun anumite conditii si cerinte.

Astfel, Anexa Nationala trebuie sa fie precedata, in domeniul ingineriei geotehnice, de elemente prioritare care sa se fundamenteze printr-o activitate raportata la toate reglementarile tehnice din Romania, abordata si demarata din mai multe puncte de vedere, si anume:

1. Intocmirea unei liste actua­lizate a reglementarilor tehnice in vigoare (in perioada 2002-2003 s-a inceput o asemenea actiune in cadrul Centrului de Inginerie Geotehnica si in grupul de lucru de la RENAR – Comitetul CT1). Lista continea la acea data un numar de 177 normative, ghiduri, specificatii tehnice, instructiuni tehnice si standarde.

2. Se impune auditul reglementarilor tehnice in domeniu, care sa cuprinda revizuirea, actualizarea, comasarea sau chiar anularea unor reglementari in vigoare.

In final, comportarea conditiilor locale de teren si raspunsul acestuia la actiunea miscarilor seismice trebuie sa ocupe un loc insemnat in cadrul Anexei Nationale.

Bibliografie

1. EUROCODE 8, Partea 5, 2001:ENV 1998 Proiectarea antiseis­mica a elementelor structurale.

2. M. Stefanica, 1994: „Geotehnica. Mecanica pamanturilor. Tehnica si tehnologia lucrarilor de fundatii“. Vol I, II, III. UNITEH.

3. Comunicari ale Conferintei Internationale ELE&RR (Earthquake Loss Estimation and Risk Reduction), Bucuresti, 2002.

4. M. Stefanica, B. Slujitoru, 1996: „Evaluarea riscului producerii fenomenului de lichefiere la terenuri necoezive supuse incarcarilor statice“. A VIII-a Conferinta Natio­nala de Geotehnica si Fundatii, Iasi.

5. Comunicari ale celei de-a II-a Conferinte Mondiale de Inginerie Seismica, Mexic, 1996.

6. Eurocode 7, 1997: „Proiectare geotehnica. Prescriptii generale“.

7. Comunicari ale Conferintei Nationale de Geotehnica si Fundatii, Bucuresti, 2004.

8. Comunicari ale Conferintei Internationale de Inginerie Seismica, Skopje, 2005.

9. Codul romanesc de proiectare antiseismica P100-1992 si prenorma P100-2004.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 23 – ianuarie-februarie 2007

Autori:
Maria STEFANICA,
Elena CALARASU – Institutul National de Cercetare-Dezvoltare in Constructii si Economia Constructiilor