«

»

Aspecte referitoare la actiunea seismica de proiectare in viitoarea generatie de coduri (I)

Share

In cadrul acestei lucrari, sunt discutate mai multe aspecte referitoare la evaluarea actiunii seismice de proiectare din codul P100-1/2013 [1] si care trebuie corectate/imbunatatite odata cu noua generatie a codului seismic european Eurocode 8 [2]. Informatiile si datele colectate, precum si diferitele analize efectuate in cadrul unor proiecte de cercetare (spre ex. BIGSEES, RO-RISK) care s-au desfasurat din momentul intrarii in vigoare a codului P100-1/2013 [1], permit o serie de imbunatatiri ale modului de definire a actiunii seismice de proiectare.

 

Evaluarea conditiilor de teren si spectrul de proiectare

Analiza conditiilor de teren pentru amplasamentul considerat este o etapa esentiala in evaluarea actiunii seismice de proiectare. Codul seismic de proiectare P100-1/2013 [1], precum si variantele anterioare din 1992 [3] si 2006 [4], propun o evaluare a conditiilor de teren pe baza perioadei de control (colt) TC care reprezinta granita dintre palierul de acceleratii constante si palierul de viteze constante ale spectrului de proiectare. Eurocode 8 [5] si codul american ASCE 7-16 [6] propun o evaluare a conditiilor de teren pe baza vitezei medii a undelor de forfecare pe primii 30 m de teren – vs,30. In functie de valorile parametrului vs,30, se poate considera o anumita clasa de teren pentru amplasamentul vizat. Un prim draft al viitoarei generatii de Eurocode 8 [2] abordeaza conditiile de teren tot pe baza vitezei medii a undelor de forfecare pe primii 30 m de teren – vs,30, insa constructia spectrului de proiectare nu se mai bazeaza pe acceleratia maxima a terenului (asa cum se face in acest moment conform P100-1/2013 si Eurocode 8), ci pe acceleratiile spectrale pentru perioade scurte (SS) si perioade medii (S1), o abordare similara cu cea din ASCE 7-16 [6]. Pentru evaluarea conditiilor de teren ale amplasamentului considerat sunt utilizati factori de amplificare pentru perioade scurte (FS) si perioade medii (F1), in locul factorului de teren S din varianta actuala a Eurocode 8 [5]. Pitilakis et al. [7] a propus recent o alta schema de clasificare a terenului bazata atat pe vs,30, cat si pe geologia locala si pe perioada fundamentala a amplasamentului – T0. Pentru determinarea perioadei fundamentale a amplasamentului se pot utiliza atat inregistrari ale unor miscari seismice, cat si inregistrari de vibratii ambientale. Apoi, pe baza hazardului seismic definit la nivelul rocii de baza ingineresti si a categoriei de teren (in functie de care sunt definiti factorii de amplificare), se poate construi spectrul de proiectare dependent de amplasament. Astfel, se pot obtine spectre de proiectare cu caracteristici diferite pentru starea limita de serviciu (SLS) si starea limita ultima (SLU). Deci, evaluarea caracteristicilor dinamice ale terenului reprezinta o necesitate care trebuie introdusa si in viitoarea generatie a codului P100-1, in special pentru cladirile din clasele de importanta-expunere I si II.

Conditiile de teren in viitoarea generatie a codului de proiectare seismica P100-1 pot fi evaluate considerand geologia locala, caracteristicile inregistrarilor seismice din zona de interes, spectre ale raportului spectral orizontal/vertical (HVSR) [8], precum si o serie de alte instrumente, precum harta globala de vs,30 bazata pe metoda topografica propusa de [9] si [10] sau harta grosimilor  straturilor de sedimente [11]. Hartile claselor de teren conform Eurocode 8 [5] si de grosime a straturilor de sedimente pentru Romania sunt ilustrate in figura 1 si in figura 2.

Din figura 1 si din figura 2, se poate observa faptul ca o serie de amplasamente din partea de sud si din partea de vest a Romaniei sunt caracterizate de viteze relativ mici ale undelor de forfecare si de grosimi semnificative ale straturilor de sedimente. Pentru astfel de amplasamente analiza raspunsului seismic pe baza caracteristicilor dinamice ale terenului este recomandata pentru evaluarea dependentei amplificarilor locale de nivelul de input al acceleratiei terenului. Rezultatele unei astfel de analize a raspunsului seismic dependent de amplasament sunt ilustrate in figura 3 pentru un amplasament din Bucuresti – INCERC [12]. Profilul vitezelor undelor de forfecare de pe amplasamentul analizat este preluat din teza de doctorat a lui [13]. Rezultatele din figura 3 arata o influenta considerabila a nivelului acceleratiei maxime de input a terenului si a perioadei spectrale asupra factorului median de amplificare calculat pe baza profilului undelor vitezelor de forfecare si a litologiei amplasamentului analizat. Acest aspect a fost observat si in cazul altor amplasamente din Bucuresti pentru care sunt disponibile foraje adanci [12].

In lucrarea lui Guéguenet et al. [14] este propus un indicator simplu pentru evaluarea comportarii neliniare a terenului de forma:

unde cel de-al doilea termen al ecuatiei este calculat pentru PGV/vs,30 < 10-5%, ceea ce poate fi considerat ca o limita a raspunsului elastic al terenului [15]. In relatia (1), PGA si PGV sunt valorile de varf ale acceleratiei, respectiv vitezei orizontale a terenului.

O alta categorie de amplasamente pentru care este nevoie de o evaluare mai detaliata a conditiilor de teren sunt cele situate in zona depresiunilor din Muntii Carpati. In cazul acestor amplasamente, situate pe terenuri sedimentare destul de adanci, amplificarea miscarii seismice pentru domeniul de perioade medii si lungi poate fi semnificativa. In figura 4 sunt ilustrate rapoartele medii HVSR [8] pentru statiile seismice de la Turnu Rosu si de la Joseni, ambele caracterizate de TC = 0,7 s, conform P100-1/2013 [1]. Se poate observa cu usurinta faptul ca perioadele predominante ale acestor amplasamente se situeaza in domeniul perioadelor lungi.

 

Utilizarea accelerogramelor compatibile cu spectrul

Codul P100-1/2013 [1], la fel ca si Eurocode 8 [5] specifica utilizarea a minimum trei accelerograme artificiale pentru evaluarea raspunsului dinamic al structurilor. Spectrul de acceleratii al accelerogramelor artificiale trebuie sa fie apropiat de cel al amplasamentului analizat. Totodata, este permisa si utilizarea accelerogramelor naturale daca acestea sunt compatibile cu conditiile locale de teren si cu nivelul de hazard al amplasamentului analizat. Tinand cont de cresterea importanta a numarului de inregistrari seismice disponibile, codul american ASCE 7-16 [6] recomanda utilizarea a cel putin 11 accelerograme compatibile cu hazardul seismic al amplasamentului analizat. In acest context, [16] au aratat faptul ca variabilitatea raspunsului seismic este dependenta de marimea esantionului de accelerograme utilizat. Astfel, in contextul analizelor de fragilitate seismica si de risc seismic, pentru care incertitudinea raspunsului seismic este un parametru deosebit de important, este necesara utilizarea unor inregistrari seismice compatibile cu hazardul seismic al amplasamentului (fie accelerograme naturale, fie accelerograme simulate stochastic). Utilizarea in continuare, pentru evaluarea raspunsului dinamic neliniar al structurilor, a accelerogramelor artificiale obtinute pe baza teoriei vibratiilor aleatoare, compatibile cu spectrul de proiectare si care nu au nicio legatura cu hazardul seismic al amplasamentului analizat, nu mai poate fi acceptata ca o solutie decat pentru cladiri simple si de importanta obisnuita. Pentru cladirile din clasele de importanta-expunere I si II, sau pentru cladirile cu neregularitati evidente, utilizarea accelerogramelor naturale sau simulate stochastic [17], [18] [19] pentru evaluarea raspunsului neliniar reprezinta singura solutie acceptabila.

 

Interactiunea teren-structura

Interactiunea teren-structura reprezinta un alt aspect care trebuie dezvoltat in viitoarea generatie a codului de proiectare seismica P100-1 plecand de la dezvoltarile recente cuprinse in ASCE 7-16 [6], FEMA P-2091 [20], ASCE 41-17 [21] sau NIST GCR 12-917-21 [22]. O astfel de recomandare din FEMA P-2091 [20], care arata daca efectele interactiunii teren-structura (indicator SSI) pot influenta raspunsul structural, este:

unde h’ este inaltimea efectiva a structurii masurata de la baza structurii pana la centrul de masa asociat modului fundamental, T reprezinta perioada de vibratie a structurii in ipoteza incastrarii la baza, iar vs este viteza efectiva medie a undelor de forfecare. O procedura de evaluare a impactului interactiunii teren-structura care poate fi aplicata tuturor tipurilor de structuri este propusa tot in FEMA P-2091 [20]. Este evident faptul ca si in acest caz o investigare a conditiilor de teren si o evaluare a caracteristicilor dinamice ale acestuia este necesara pentru a putea considera in mod adecvat efectele interactiunii teren-structura.

Variatia indicatorului SSI in functie de perioada structurii, regimul de inaltime si viteza undelor de forfecare este ilustrata in figura 5. Reprezentarile grafice din figura 5 sunt cu scop ilustrativ si nu este luata in considerare legatura dintre inaltimea structurii si perioada de vibratie a structurii. Se poate observa faptul ca pentru amplasamente caracterizate de viteze mici ale undelor de forfecare, regimul de inaltime al cladirilor pentru care efectele interactiunii teren-structura sunt importante este destul de scazut.

Este evidenta necesitatea evaluarii caracteristicilor dinamice ale terenului pentru evaluarea corecta a efectelor interactiunii teren-structura care poate avea atat efecte pozitive, cat si efecte negative din punctul de vedere al amplificarii raspunsului seismic [23], [24].

 

Evaluarea factorilor de amplificare a deplasarilor

In lucrarea [25] sunt propusi o serie de factori de amplificare a deplasarilor pe baza analizei miscarilor seismice inregistrate in timpul cutremurelor vrancene de adancime intermediara din 1986 si 1990. Trebuie subliniat faptul ca valoarea actuala a coeficientului de amplificare a deplasarilor pentru SLU in codurile de proiectare P100-1/2006 [4] si P100-1/2013 [1] a fost calibrat folosind o baza de date de accelerograme compatibile cu spectrul de proiectare [26]. Relatia de regresie propusa de cei doi autori pentru factorul de amplificare a deplasarilor c este de forma:

O comparatie intre factorul de amplificare a deplasarilor propus de catre [25] si cei din codurile P100-1/2006 si P100-1/2013 este ilustrata in figura 6. Se poate observa faptul ca factorul de amplificare a deplasarilor calculat utilizand inregistrari seismice reale obtinute in timpul cutremurelor vrancene de adancime intermediara din 1986 si 1990 este mult superior celui din codurile P100-1/2006 [4] si P100-1/2013 [1]. Calibrarea corecta a acestui parametru utilizand inregistrari seismice naturale, in locul celor artificiale, este un alt aspect care trebuie rezolvat in viitoarea generatie a codului P100-1.

(Din AICPS Review 1/2020)

(Va urma) 

Autori:
conf. dr. ing. Florin Pavel, prof. univ. dr. ing. Radu Vacareanu – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Constructii Civile, Industriale si Agricole

 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 190 – aprilie 2022, pag. 52

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: https://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2022/04/01/aspecte-referitoare-la-actiunea-seismica-de-proiectare-in-viitoarea-generatie-de-coduri-i/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.