Avarii in constructii – cauze si consecinte

Principalele preocupari ale ingineriei seismice s-au canalizat, in ultimele decenii, in special catre imbunatatirea sigurantei structurale iar rezultatele au fost evidente: cutremurele din ultimele doua-trei decenii au aratat performante seismice superioare pentru cladirile proiectate dupa Coduri seismice moderne (reducerea numarului de cladiri prabusite si, in consecinta, reducerea numarului de persoane decedate sau ranite).

S-a constatat, insa, ca in ceea ce priveste imbunatatirea sigurantei sistemului de componente nestructurale (CNS), progresele nu au fost tot atat de evidente, bilanturile pierderilor inregistrate fiind, mereu, severe. Avarierea componentelor nestructurale s-a produs, in multe cazuri, chiar si la cutremure cu intensitatea mai mica decat cea a cutremurului de proiectare (adica atunci cand structurile raman practic in domeniul elastic de comportare/fara avarii). Iar o parte importanta a pierderilor s-au produs prin avarierea componentelor nestructurale din zidarie (CNSz).

Literatura de specialitate este de acord, aproape in unanimitate, ca, practic in toate tarile, aceasta situatie se datoreaza in primul rand absentei totale sau insuficientei/incoerentei prevederilor reglementare referitoare la protectia seismica a CNS. Necunoasterea si/sau ignorarea, uneori deliberata, a efectelor economice reale ale avariilor partilor/elementelor nestructurale de constructie, ale instalatiilor si ale echipamentelor, constituie cauza principala a acestei situatii.

Avand in vedere ponderea importanta a componentelor nestructurale din zidarie in alcatuirea cladirilor curente, insuficienta cunoastere a cauzelor si, mai ales, minimalizarea/neglijarea, de catre unii participanti la procesul de construire, a consecintelor avarierii lor sub efectul cutremurului, articolul de fata isi propune sa traga un semnal de alarma in acest sens. Se vor prezenta si comenta, in continuare, o serie de avarii tipice constatate dupa cutremurele trecute din tara si din strainatate si se vor propune/recomanda unele solutii pentru ridicarea nivelului de performanta seismica al acestei categorii de componente nestructurale.

Actiunea comunitatii specialistilor pentru reducerea pierderilor datorate avarierii CNS a capatat o amploare mai mare numai dupa cutremurele din ultimele trei decenii, atunci cand s-au inregistrat numeroase situatii de avariere masiva si foarte costisitoare a componentelor nestructurale chiar in cazul unor cutremure de magnitudine moderata (de exemplu: Loma Prieta – 1989, magnitudine Richter MR = 7,1 si Northridge – 1994, MR = 6,7, l’Aquila – 2009, Mw = 6,3).

In aceasta situatie, preocuparile legate de imbunatatirea compor­tarii seismice a componentelor ne­structurale ale constructiilor au cunoscut o evolutie mai rapida, materializata prin:

• Numeroase cercetari teoretice si experimentale;
• Promovarea unor sisteme / alcatuiri a caror comportare favorabila a fost verificata practic la cutremurele precedente;
• Completarea si dezvoltarea sistemului de reglementari tehnice specifice;
• Extinderea mijloacelor de pregatire si de informare a proiectan­tilor.

Componentele nestructurale din zidarie se grupeaza in trei categorii, in functie de pozitia si de rolul lor:

• Elemente atasate anvelopei cladirii (A1z);
• Elementele anvelopei – elemente de inchidere verticale (A2z);
• Elemente de compartimentare interioare (A3z).

In detaliu, conform precizarilor din Codul P100-1/2013, grupele respective sunt alcatuite astfel:

A.1. Elemente atasate anvelopei constructiei (A1z):

• Finisaje, elemente de protectie termica sau decoratii din zidarie de caramida, beton, piatra, sau similare care au ca suport elementele de inchidere structurale sau nestruc­turale;
• Cosuri de fum si de ventilatie;
• Balustrade, atice, marchize, pro­file ornamentale, statui.

A.2. Elemente ale anvelopei – pereti de inchidere (A2z):

• Elementele structurii proprii ale anvelopei – panouri de perete pline sau cu goluri, montanti, rigle, buiandrugi, centuri si alte elemente care nu fac parte din structura principala a constructiei.

A.3. Elemente (pereti) de compartimentare interioara (A3z) (inclu­siv finisajele si tamplariile inglobate).

Nota. Abrevierile A1z÷A3z sunt cele date in Codul P100-1/2013, art. 10.5.1.1. Conditii pentru pro­iectarea seismica a componentelor nestructurale din zidarie (Az).

In Romania, primele informatii privind comportarea peretilor inramati sub actiunea cutremurului au fost date in lucrarea de referinta [3]:

„Se stie ca, in marea majoritate a cazurilor, la constructiunile cu sche­let de rezistenta, zidaria se exe­cuta dupa terminarea scheletului si nu are decat rolul de material de um­plutura. Crapaturile produse sunt indreptate dupa directia diagonale­lor iar forma lor este caracteristica.”

In continuare sunt semnalate situatiile in care aportul zidariilor a fost decisiv pentru limitarea degra­darilor:

„Trebuie sa evidentiem modul foarte satisfacator in care s-au comportat peretii de umplutura care au fost executati concomitent cu scheletul, astfel ca a existat o legatura puternica intre schelet si pereti. La asemenea constructiuni si scheletul de beton armat si zidariile de umplutura nu au suferit aproape nimic.”

Constatari identice sunt citate in [13] si in [1].

Cauze generale ale avariilor in constructii

O sinteza a cauzelor avariilor in constructii, intocmita de Swiss Federal Institute – Zürich, arata ca acestea provin, in primul rand, din erori care se produc in faza de proiectare:

1. Pregatire profesionala necores­punzatoare – 36%;
2. Subestimarea la proiectare a unor factori – 16%;
3. Neglijente de proiectare – 14%;
4. Omisiuni in proiecte, alte erori – 13%;
5. Preluarea unor solutii fara verificare – 9%;
6. Alte cauze – 12%.

In Romania, in ultimele decenii, sub cerintele imperioase ale eco­nomiei de piata, s-a produs fragmentarea activitatii de proiectare in unitati mici, din care lipsesc, in multe cazuri, ingineri si arhitecti cu experienta si cu nivel ridicat de pregatire. In aceste situatii, singura sursa de informatii, si cea mai facila, pentru proiectantii tineri sau chiar mai varstnici, dar care nu sunt familiarizati cu aceste pro­bleme, ramane codul sau ghidul de proiectare.

In context, despre limitele acestora trebuie, insa, sa retinem doua comentarii la o editie mai veche a Codului seismic californian:

Codul nu este un breviar pentru toate cunostintele de proiectare in materie de cutremur si nu este nici un manual pentru inginerul fara experienta.

Prevederile referitoare la actiunea seismica trebuie sa fie aplicate cu intelegerea si controlul executiei, cu judecata sanatoasa si cu experienta inginerului constructor pentru ca, prin proiectare, sa rezulte o constructie rezistenta si economica.”

Cercetand, in detaliu, mai multe cazuri concrete produse la cutremurele recente, se constata ca la originea avariilor seismice tipice ale peretilor din zidarie inramati in cadre se regasesc una sau mai multe dintre sursele indicate mai sus.

Consecintele avarierii peretilor nestructurali din zidarie

Experienta cutremurelor din trecut a aratat ca majoritatea pierde­rilor economice directe si indirecte s-au datorat avarierii componentelor nestructurale din zidarie.

Pierderile directe s-au datorat costurilor de reparare / inlocuire a componentelor avariate iar pierde­rile indirecte au rezultat din intreruperea / blocarea activitatilor de productie, comerciale, din transporturi etc.

In multe situatii, avarierea CNSz a afectat siguranta vietii locuitorilor din cladiri si din afara lor, fiind raportate un numar semnificativ de decese si foarte multe cazuri de persoane ranite. Avarierea si iesirea din lucru a unor componente nestructurale, in special din categoria instalatiilor, a condus la intreruperea functionarii unor cladiri cu functiuni esentiale pentru interventia/reactia post cutremur (spitale, de exemplu). Chiar si in cazul cladirilor curente, locuinte mai ales, avarierea unor CNSz (compartimentari, inchideri, instalatii) poate face constructia respectiva nelocuibila o anumita perioada de timp, ceea ce impune cazarea provizorie a locatarilor si costuri importante pentru reparatii.

Cauzele avariilor zidariilor inramate in cadre

Cauzele generale ale avarierii seismice a CNSz

Din punct de vedere al cauzelor care produc avarierea lor in timpul cutremurului, CNSz se clasifica in doua grupe:

1. Componente a caror avariere se produce, in principal, prin actiunea seismica directa (efectul fortelor de inertie corespunzatoare produsului dintre masa CNS si acceleratia pe care aceasta o capata in timpul cutremurului):

• fisuri, crapaturi, dislocari rezul­tate din depasirea capacitatii de rezistenta a componentei datorate solicitarilor produse de fortele de inertie;
• rasturnarea sau alunecarea componentei din cauza lipsei de ancorare sau a unei ancorari insuficiente (cazul componentelor rezemate in consola – atice, parapete, balustrade, cosuri de fum si de ventilatie etc).

1. Componente a caror avariere se produce, in principal, prin actiunea seismica indirecta (efectul deformatiilor impuse prin depla­sarile laterale relative ale punctelor de prindere/de contact cu structura principala);

• valoare mare a deplasarii relative de nivel a structurii;
• incompatibilitate intre rigidita­tea structurii si cea a CNSz;
• interactiuni necontrolate intre CNSz si elementele structurale adiacente.

Lipsa reglementarilor tehnice / reglementari necorespunzatoare

Desi, in multe cazuri, cladiri care s-au dovedit capabile sa asigure protectia vietii au fost scoase din functiune pe durate de timp mai mici sau mai mari, prin avarierea Az si/sau operatiile de reparare necesare s-au dovedit inacceptabile din punct de vedere economic, codurile din primele generatii nu s-au preocupat de limitarea nivelului de avariere a Az.

Aceasta situatie a continuat multa vreme. Astfel, chiar editia din 1999 a prestigiosului SEAOC – BLUE BOOK scria explicit:

„The code’s purpose is primarly to safeguard against major structural failures and loss of life, NOT TO LIMIT DAMAGE OR MAINTAIN FUNCTION.”

(„Scopul codurilor este, in primul rand, de a proteja impotriva avarii­lor structurale majore si a pierderii vietii, NU DE A LIMITA PAGUBELE SAU A MENTINE FUNCTIUNEA.”)

Rigiditate laterala insuficienta a structurii

De regula, cerinta de limitare a degradarilor peretilor inramati se exprima prin conditii legate de limi­tarea deplasarilor relative de nivel asociate diferitelor situatii de proiectare. Definirea acestor limite este o problema complexa si, in multe cazuri controversata, care implica luarea in considerare a mai multor categorii de parametri:

1. Obiectivele de performanta sta­bilite prin tema de proiectare;
2. Tipul si materialele structurii;
3. Tipul si materialele componentelor nestructurale;
4. Relatiile/legarile intre structura si componentele nestructurale.

Obiectivele de performanta se refera la starea de afectare a constructiei provocata de un cutremur de o anumita intensitate.

Pentru proiectare, asocierea acestor obiective cu valorile driftului reprezinta un control al satisfa­cerii cerintelor de performanta.

In ceea ce priveste limitele indicelui de drift stabilite in diferite reglementari, acestea trebuie avute in vedere in corelare cu intervalul mediu de recurenta al cutremurului pentru care asemenea limite se aplica.

Lipsa controlului deplasarilor late­rale asteptate ale cladirii, inca din faza de proiectare, nu poate avea nicio justificare, alta decat lipsa de pregatire a proiectantilor si verificatorilor, sau dezinteresul manifestat de acestia pentru protectia la cutremur a componentelor arhitecturale, chiar in conditiile in care reglementarile au prevederi clare in acest domeniu.

In timp, in Romania, reglementarile de proiectare in constructii au avut abordari diferite legate de li­mitarea deplasarilor laterale ale structurii in scopul protectiei elemen­telor arhitecturale nestructurale.

• In Normativul P13-63 nu a existat nicio mentiune privind necesitatea verificarii si limitarii depla­sarilor/deformatiilor laterale ale structurii sub efectul cutremurului de proiectare.
• In Normativul P13-70 a apa­rut o prima indicatie referitoare la necesitatea acestei verificari, dar numai la nivel de enunt, dupa cum rezulta din textul urmator:

„In cazurile in care deplasarile absolute sau relative ale elementelor de constructie ar putea produce prejudicii grave, in mod direct sau indirect, prin avarierea unor elemente de constructie, a unor elemente de finisaj sau a unor instalatii, se va verifica si conditia ca deplasarile produse de fortele seismice sa nu duca la distrugerea elementelor de constructie secundare, a elementelor de finisaj sau a instalatiilor. In aceste cazuri, de­plasarile limita se vor stabili tinand seama de caracterul conventional al fortelor seismice.”

Lipsa unei mentiuni explicite privind obligativitatea calculului deplasarilor si imprecizia formu­larilor au lasat interpretarea textului la aprecierea proiectantilor si prin aceasta, au rezultat niveluri de siguranta inegale ale componentelor nestructurale (in cazurile in care aceste verificari s-au efectuat).

• Normativele P100-78 si P100-81 au stabilit, la nivel de principiu, ca:

„Sub actiunea cutremurelor de intensitate corespunzatoare gradului de protectie antiseismica a constructiei, se admite ca aceasta sa sufere deteriorari ale elemen­telor nestructurale, precum si unele degradari locale ale elemen­telor structurale”.

Afirmatia referitoare la accepta­rea avarierii elementelor nestructurale, care a aparut in conditiile in care, in textul reglementarilor, nu se mai regasesc nici prevederile constructive minimale din P13-63 si P13-70, a incurajat neglijarea pro­iectarii seismice a acestora.

Crearea neregularitatilor structurale

Modificarea rigiditatii cadrelor, prin dispunerea necontrolata in plan a panourilor inramate, afec­teaza nefavorabil regularitatea struc­turala a cladirilor, prin deplasarea pozitiei centrului de rigiditate (C.R.) in raport cu centrul de greutate al planseului (C.G.), ceea ce antreneaza producerea sau accentuarea rasucirii de ansamblu a cladirii.

Dispunerea neregulata in eleva­tie a panourilor inramate conduce la formarea etajelor „slabe” (prin redu­cerea rezistentei) si „flexibile” (prin scaderea rigiditatii).

Etajele „flexibile” pot rezulta si prin cresterea inaltimii nivelului (de exemplu, parterul mai inalt decat etajele curente). Parterul „slab” este intalnit mai ales la cladirile cu functiuni multiple: magazine la parter si, eventual, la etajul 1 si locuinte la etajele superioare, sau la hoteluri (fig. 1). In aceste ca­zuri, asa cum se stie si este mentionat explicit in Coduri, nu mai pot fi folosite metodele simplificate de calcul care sunt permise pentru cladirile cu regularitate in plan/elevatie.

Prin ignorarea acestei prevederi, rezultatele calculelor sunt de fapt falsificate si nu evidentiaza starea reala de eforturi.

Lipsa legaturilor intre straturi, in cazul peretilor dubli cu gol de aer

O alta cauza a avariilor care s-a manifestat sistematic a fost folo­sirea, la exterior, a peretilor dublu strat, cu gol interior, dar fara legaturi intre straturi sau cu legaturi insuficiente (fig. 2, 3).

Legaturile intre straturi cu elemente ceramice (caramizi) dispuse transversal, la distante mari intre ele si probabil insuficient tesute, nu s-au dovedit capabile sa asigure nici stabilitatea stratului exterior si nici integritatea stratului interior.

Reamintim ca acest procedeu a fost folosit pe larg in Romania, in perioada interbelica (sub numele de zidarie americana), iar cladirile respective si-au dovedit sever vulnerabilitatea la cutremurele puternice din 1940 si 1977. In prezent, acest mod de legare a straturilor este interzis prin Codul P 100-1/ 2013, par.10.5.3.1.2.

Utilizarea elementelor din argila arsa, cu goluri multiple si pereti subtiri

Rezistenta panourilor de zidarie la deformatiile impuse de depla­sarile laterale ale structurii depinde, in principal, de rezistenta elementelor de zidarie. Zidurile cu elemente ceramice cu goluri au aratat, in general, o comportare mai slaba decat cele cu elemente pline.

In comunicarea [9] este pre­zentata o gama larga de avarii tipice la cadrele cu panouri de zidarie, avarii constatate la cutre­murul de la Wenchuan (2008). Comunicarea atrage atentia asupra faptului ca panourile din elemente cu goluri (fig. 4a, 4b) au prezentat mai multe avarii, protejand mai putin cadrele decat panourile din zidarie cu elemente pline (fig. 4c).

La cutremurul de la L’Aquila (2009) s-au inregistrat avarii, mo­derate sau mai severe, ale zidariilor de umplutura, la 29% dintre cla­dirile investigate. Panourile inramate folosite la aceste cladiri au fost, in marea majoritate, pereti dublu strat cu gol interior, din caramizi cu goluri orizontale (sau dispuse orizontal) si fara armaturi in rosturi [10]. Sub efectul depla­sarilor laterale ale cadrului, panou­rile s-au dezintegrat pur si simplu, elementele prezentand spar­geri explozive, ceea ce re­pre­zinta o do­vada in plus a lipsei de robustete a acestor elemente (fig. 5).

Precizari importante privind efec­tele pozitiei golurilor si ale modului de umplere a rosturilor dintre elemente au fost obtinute in cercetarea [4]. In experimente au fost folosite doua tipuri de elemente cu goluri orizontale si un tip de elemente cu goluri verticale iar rosturile dintre elemente au fost umplute cu mortar, fie complet, fie partial (rosturi „intrerupte”).

Principalele concluzii, semnificative pentru proiectare, au fost urmatoarele:

• Valorile maxime ale rezisten­telor s-au obtinut in cazul peretilor care au fost bine impanati la partea superioara, astfel incat s-a putut dezvolta mecanismul de arc;
• Rezistenta peretilor cu elemen­te cu goluri verticale a fost de circa trei-patru ori mai mare decat cea a peretilor cu elemente cu goluri orizontale;
• Pentru fiecare dintre tipurile de elemente folosite, zidaria cu rosturi continue/complet umplute cu mortar a dat rezistente cu circa 30% mai mari decat cele ale zidariei cu rosturi partiale.

Neglijarea interactiunii solicitarilor in planul cadrului si perpendicular pe acest plan

Efectele interactiunii solicitarilor panoului de zidarie in planul cadrului si perpendicular pe acest plan au fost semnalate in [12] unde se mentioneaza ca, dupa ce avarierea zidariei a fost declansata prin soli­ci­tarea in planul peretelui, rezistenta acestuia la acceleratia normala pe plan scade mult si se poate produce caderea partiala sau chiar totala, in special in cazul zidariilor din elemente cu goluri. Din acest motiv, pentru evitarea prabusirii peretilor, in cazul unui cutremur puternic este necesara limitarea deforma­tiilor panoului de zidarie perpendicular pe planul sau, simultan cu limitarea deplasarii relative de nivel a structurii. Fenomenul este amplificat in cazul zidariilor plasate pe console, in special daca peretele nu este bordat cu stalpi de beton (fig. 6) (aceasta masura de precautie este obligatorie conform Codului P 100-1/2013).

Modificarea schemei statice a cadrelor

Prevederea in proiecte a pano­urilor de zidarie „incomplete” (care nu asigura umplerea totala a cadrului) impune prevederea unor ma­suri speciale de conformare / armare, mai ales in cazul stalpilor. La pano­urile cu inaltime mai mica decat inaltimea libera a stalpului, efectul tipic este formarea stalpilor „captivi”.

Modul de rupere a stalpului depin­de de raportul intre „lungimea” stalpului scurtat si dimensiunea sectiunii transversale in planul cadrului.

In cazul din figura 7(b), in care raportul mentionat este aproximativ cinci, stalpul a cedat prin articularea plastica la ambele extremitati.

In cazul din figura 7(c) stalpul este extrem de scurt ceea ce a generat o rupere exploziva prin for­fecare, cu expulzarea betonului.

Executie neglijenta a zidariei

Executia neglijenta a zidariei com­promite, de regula, contactul direct intre panou si cadrul de beton. In primul rand, prin lipsa preocuparii pentru modularea pe verticala a caramizilor, se deplaseaza pozitia diagonalei comprimate care nu mai actioneaza in nodul rigid al cadrului, ci transversal pe stalp, producand forfecarea acestuia. Tot ca efect al lipsei de modulare, panoul de zidarie devine neomogen prin zidirea caramizilor „de completare” la marginile panoului, langa stalpi.

In figura 8(b) se observa ca in deschiderile alaturate efectele au fost mai drastice (prabusire) si cladirea nu a mai putut fi folosita, cu toate ca structura este, aparent, intacta.

Cateva propuneri pentru reducerea avariilor seismice ale peretilor nestructurali din zidarie

In contextul activitatii actuale de revizuire / actualizare a Codurilor P 100-1/2013 si P 100-3/2008, avansez cateva propuneri inspirate din examinarea unor cercetari si reglementari publicate in tari preocupate intens de reducerea pier­derilor cauzate de avarierea componentelor nestructurale ale cladirilor. Aceste propuneri sunt in concordanta cu documentul CEN/ TC250/SC8/N469, adoptat la reuniunea de la Lausanne din 15 martie 2013, care trage un important semnal de alarma:

„….In plus, cutremurele recente, in special cel de la l’Aquila (Italia), au aratat ca in multe cladiri recente, ale caror structuri s-au comportat bine, s-au produs avarii grave la panourile de zidarie… Acest fapt recomanda ca prevede­rile EN 1998-1 pentru cadre cu zidarie de umplutura sa fie extinse, impreuna cu cele privind si alte tipuri de inchideri.”

Introducerea obiectivului de performanta „avarii reparabile”

Notiunea de reparabilitate a fost introdusa, pentru prima data, in standardul japonez [8], unde s-a stabilit ca valoarea reparatiilor pentru avariile provocate de cutremurul de proiectare nu trebuie sa depaseasca 10% din costul initial al constructiei [11].

Trebuie sa remarcam faptul ca, desi in toate reglementarile tehnice se vorbeste/ se accepta, implicit, producerea unor avarii/afectari ale cladirii (elemente structurale si nestructurale), cele mai multe dintre acestea nu formuleaza limite privind amploarea acestora.

Este evident, insa, ca nivelul de avariere / afectare acceptat trebuie sa fie limitat, folosind conceptul de reparabilitate definit pe baza unor criterii cat mai obiective cu putinta, care au in vedere:

• Costul si durata lucrarilor de reabilitare, atat la nivelul unei cladiri considerate individual cat si la nivelul unei unitati administrative (cartier, oras, judet, si chiar zone intregi ale tarii);
• Complexitatea procedurilor de interventie si disponibilitatea teh­nologiilor specifice (materiale si manopera calificata).

In cazul peretilor inramati in cadre, in lucrarea [2] limita ava­riilor reparabile este considerata atinsa pentru driftul de 0,25% si este caracterizata prin dezvoltarea fisurilor inclinate pe toata suprafata peretelui, insotita de fisuri foarte subtiri (fir de par) in elementele verticale din beton si de declan­sa­rea procesului de zdrobire a zidariei comprimate; deschiderea fisurilor remanente este apreciata la 2,0 mm.

In cazul panourilor de umplutura la structuri din cadre, in aceeasi lucrare se propune limita g_lim = 0,0060 (0,60%).

Masuri pentru evitarea formarii stalpilor „captivi”

Abundenta situatilor in care se constata distrugeri cauzate de formarea stalpilor „captivi” face necesara introducerea unor prevederi constructive adecvate. Separarea parapetilor de zidarie de cadrul de beton armat a fost propusa mai demult [6] si este ilustrata in cazuri concrete in lucrarea [14].

Spatiile libere necesare pentru preluarea deplasarilor din tempe­ratura sau din actiunea seismica trebuie sa fie tratate pentru a impiedica patrunderea aerului si a umiditatii in interiorul cladirii.

Pentru asigurarea stabilitatii la­terale sub actiunile perpendiculare pe plan, parapetul se bordeaza cu stalpisori din beton armat, care au armaturi ancorate in grinda inferioara.

Verificarea rezistentei zidariei pentru actiunea seismica „in plan” si „normal pe plan”

Experienta ultimelor cutremure a aratat ca rezistenta panourilor de umplutura la actiunea seismica in planul peretelui poate fi drastic redusa in conditiile in care forta perpendiculara pe plan are valori importante.

In lucrarea [7] s-a stabilit, pe baza unui calcul neliniar cu elemente finite, o relatie de reducere a capacitatii de rezistenta in planul panoului, in functie de intensitatea solicitarii perpendiculare pe plan.

Relatia propusa pentru evalua­rea reducerii rezistentei din cauza efectului suprapunerii celor doua solicitari are forma:

• Fredus_Rd(ZIC) = k_^F_Rd(ZIC)

cu

• k_^ = 1 + 0,25p_^ – 1,25p2_^

Unde

• P_^ = F_E(^) / F_R(^)

Notatiile folosite mai sus sunt:

• F_E(^) – forta seismica uniform distribuita normala pe plan determinata, de exemplu, conform P100-1/2013, cap.10.
• F_R(^) – forta capabila uniform dis­tribuita normala pe plan determi­nata, de exemplu, conform CR6-2013, 8.8.8.
• k_^ – coeficientul de reducere a capacitatii de rezistenta in plan F_Rd(ZIC) datorita actiunii seismice perpendiculare pe plan

Proiectarea pentru optimizarea pierderilor

Acest demers are ca scop evitarea/limitarea avariilor generatoare de pierderi produse de actiunea cutremurelor frecvente, cu IMR mai mic decat cel al cutremurului de referinta.

Codul P100-1/2013 asociaza cutremurul cu IMR = 40 de ani, cu cerinta de limitare a degra­da­rilor definita astfel:

„Structura va fi proiectata pentru a raspunde actiunilor seismice cu probabilitate mai mare de apa­ritie decat actiunea seismica de proiectare, fara degradari sau scoateri din functiune, ale caror costuri sa fie exagerat de mari in comparatie cu costul structurii.”

Pentru cuantificarea conditiilor de satisfacere a acestei cerinte, se recomanda aplicarea criteriilor propuse in lucrare de sinteza [5] pentru proiectarea seismica in vederea optimizarii pierderilor (engl. Loss Optimization Seismic Design – LOSD). In acest text, se propun niveluri ale pierderilor admisibile pentru un cutremur frecvent, diferentiate in functie de clasa de importanta a cladirii astfel:

• Valoarea reparatiilor / inlocu­irii elementelor nestructurale exprimata in procente din costurile ini­tiale respective:

– 0,1% pentru cladiri de locuit;

– pana la 0,001% pentru cladiri cu functiuni esentiale.

• Timpul de intrerupere a func­tionarii:

– 0,1 zile pentru cladiri de locuit;

– 0,001 zile pentru cladiri cu func­tiuni esentiale.

• Afectarea fizica a persoanelor (procente de ranire/deces din total persoane in cladire):

– 0,1% ranire minora, 0,01% ranire grava, 0,001% decese, pentru cladiri de locuit;

– 0,001% pentru toate categoriile de afectare fizica a persoanelor, in cladiri cu functiuni esentiale.

Bibliografie

[1] Agent, R., Expertizarea si punerea in siguranta a cladirilor existente afectate de cutremure, Ed. Fast Print Bucuresti, 1997/1998;

[2] Alcocer, S. M., Arias, J. G., Flores, L. E., Some developments on performance-based seismic design of masonry structures, Institute of Engineering, UNAM, Mexico, 2006;

[3] Beles, A. A., Cutremurul si constructiile, Bucuresti, 1941;

[4] da Porto, F., Barbiero, E., Dalla Benetta, M., Modena, Cl., Comportamento fuori piano di tamponamenti in muratura di laterizio, Costruire in laterizio, vol. 117, mai-iunie 2007;

[5] Dhakal, R. P., Structural Design for earthquake resistance: past, present and future,­ Report to the Canterbury Earthquake Royal Commission, NZ, 2011;

[6] Dowrick, D. J., Earthquake Resistant Design – A Manual for Engineers and Architects, John Wiley & Sons – London, 1977;

[7] Ghassan Al-Chaar, Evaluating Strength and Stiffness of Unreinforced Masonry Infill Structures, US Army Corp of Engineers, Engineer Research and Development Center, January, 2002;

[8] Japan Engineering Standard -3001 –­1948+;

[9] Li, B, Wang, Z., Mosalam, K.M., and Xie, H., Wenchuan Earthquake Field Reconnaissance on Reinforced Concrete Framed Buildings With and Without Masonry Infill Walls, 14th WCEE, Beijing, 2008;

[10] Liel, A. B., Lynch, K. P., Vulnerability of reinforced concrete frame buildings and their occupants in the 2009 l’Aquila, Italy earthquake, Report Number 213, October 2009, Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of Colorado;

[11] Muto, K., Structural Design Method – Architectural Science Series, vol. 14, Shokoku-sha, 1954;

[12] Newmark, N. M., Rosen­blueth, Em., Fundamentals of Earthquake Engineering, Printice Hall, Inc. Englewood Cliffs, N.J. 1971;

[13] Prager, Em., Betonul armat in Romania, vol. 1, Ed. Tehnica Bucuresti, 1979;

[14] San Bartolome, A., Reparacion y Reforzamento de las Construcciones de Albanileria, Pontificia Universidad Catolica del Peru, 2007.

Autor:
prof. univ. dr. ing. Radu Petrovici 

(Din AICPS Review 1-2/2018) 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 154 – decembrie 2018, pag. 38