CONDITII DE TEREN SI ACTIUNEA SEISMICA

Conditii de teren

Generalitati

(1)P  Se vor desfasura incercari adecvate pentru a identifica conditiile de teren in concordanta cu tipurile date in 3.1.2.

Alte indicatii privind cercetarea terenului si clasificarea sa sunt date in EN 1998-5:2004, 4.2.

Amplasamentul ca si natura terenului de fundare trebuie in mod normal sa nu prezinte riscul unei rupturi a terenului, instabilitate la lunecare ca si o tasare permanenta provocata prin lichefiere sau compactare in cazul unui seism. Posibilitatea de producere a unor asemenea fenomene trebuie cercetata in concordanta cu EN 1998-5:2004, Sectiunea 4.

In functie de clasa de importanta a structurii ca si de conditiile particulare ale proiectului, trebuie sa fie realizate incercari in teren si/ori studii geologice pentru a determina actiunea seismica.

NOTA  Conditiile in care incercarile in teren aditionale celor necesare pentru proiectare la actiuni neseismice pot fi omise si folosita clasificarea implicita a terenului pot fi specificate in Anexa Nationala.

Identificarea tipurilor de teren

Terenurile de tipul A, B, C, D si E descrise prin profilele stratigrafice si parametrii dati in Tabelul 3.1 si expuse in continuare, pot fi utilizate pentru a se tine cont de influenta conditiilor locale de teren aspra actiunii seismice. Aceasta se poate face de asemenea prin luarea in considerare a influentei geologiei profunde asupra actiunii seismice.

NOTA Schema de clasificare a terenului tinand cont de gelogia profunda pentru utilizarea ei intr-o tara poate fi specificata in Anexa Nationala, incluzand valorile parametrilor S, T_B, T_C si T_D care definesc spectrul elastic de raspuns in concordanta cu 3.2.2.2 si 3.2.2.3.

Tabelul 3.1: Tipurile de teren

Amplasamentul trebuie sa fie clasificat in concordanta cu valoarea medie a vitezei undei de forfecare, n_s,30 , daca este disponibila. Altfel, se va utiliza valoarea lui N_SPT.

Valoarea medie a vitezei undei de forfecare n_s,30 trebuie sa fie calculata cu urmatoarea expresie:

Unde h_i si n_i sunt grosimea (in metri) si viteza undei de forfecare (la nivelul deformatiei de forfecare de 10^-5 sau mai putin) ale formatiunii sau stratului i din totalul celor N existente in cei 30 m de la varf.

(4)P  Pentru amplasamentele cu conditii de teren care se potrivesc cu una dintre cele doua tipuri speciale S₁ sau S₂, se cer studii speciale pentru definirea actiunii seismice. Pentru aceste tipuri si in particular pentru S₂, trebuie luata in considerare posibilitatea de cedare a solului sub actiunea seismica.

NOTA O atentie speciala trebuie acordata daca depozitul este de tipul de teren S₁. Pentru asemenea soluri sunt tipice valori foarte mici ale n_s , o amortizare interna redusa si un domeniu neobisnui de extins al comportarii liniare si deci poate sa se produca o amplificare neobisnuita pe amplasament ca si efecte de interactiune sol-structura (vezi EN 1998-5:2004, sectiunea 6). In acest caz, trebuie sa fie elaborat un studiu special pentru a defini actiunea seismica, pentru a stabili dependenta spectrului de raspuns de grosime si de valoarea n_s a stratului moale de argila/aluviuni ca si de contrastul dintre rigiditatea acestui strat si a materialelor de sub el.

Actiunea seismica

Zone seismice

(1)P Conform scopului lui EN 1998, teritoriile nationale trebuie sa fie subdivizate de catre Autoritatile Nationale in zone seismice, in functie de hazardul local. Prin definitie hazardul din fiecare zona este considerat constant.

Pentru cele mai multe aplicatii ale lui EN 1998, hazardul este descris in functie de un singur parametru, adica valoarea de referinta a varfului acceleratiei terenului pentru tipul A de teren, a_gr . Parametrii aditionali necesari pentru diverse tipuri de structuri sunt dati in partile relevante ale EN 1998.

NOTA Varful acceleratiei de referinta a terenului de tip A, a_gR , pentru utilizarea intr-o tara sau intr-o parte a acesteia poate fi dedus din harta de zonare care se afla in Anexa Nationala

Varful acceleratiei de referinta, ales de catre Autoritatea Nationala pentru fiecare zona seismica corespunde perioadei de revenire de referinta a actiunii seismice, T_NCR aleasa pentru cerinta de non-colaps (sau echivalent, probabilitatea de depasire de referinta in 50 ani, P_NCR) de catre Autoritatile Nationale (vezi 2.1(1)P). Un factor de importanta γ_I egal cu 1.0 este asociat acestei perioade de revenire de referinta. Pentru perioadele de revenire altele decat cele de referinta (vezi clasele de importanta in 2.1(3)P si (4)), acceleratia de proiectare, de referinta a terenului de tip A, a_g este egala cu a_gR multiplicata cu factorul de importanta γ_I (a_g = γ_I a_gR). (Vezi Nota la 2.1(4)).

In cazurile de seismicitate redusa, se pot utiliza proceduri reduse sau simplificate de proiectare pentru anumite tipuri sau categorii de structuri.

NOTA Selectia categoriilor de structuri, a tipurilor de teren si a zonelor seismice intr-o tara pentru care se aplica prevederile de seismicitate redusa pot fi gasite in Anexa Nationala. Se recomanda sa fie considerate cazuri de seismicitate redusa fie acelea in care acceleratia de proiectare a terenului de tip A, a_g nu este mai mare decat 0.08 g (0.78 m/s²), sau acelea la care produsul a_g S nu este mai mare decat 0.1 g (0.98 m/s²). Valorea ag sau a produsului a_g S ce trebuie alese pentru a fi utilizate intr-o tara la definirea pragulului de seismicitate redusa pot fi gasite in Anexa Nationala.

(5)P  In cazurile de seismicitate foarte redusa, prevederile lui EN1998 nu este nevoie sa fie respectate.

NOTA Selectia categoriilor de structuri, tipurile de teren si zonele seismice dintr-o tara pentru care prevederile EN 1998 nu este nevoie sa fie respectate (cazurile de seismicitate foarte redusa) poate fi gasita in Anexa Nationala. Se recomanda sa se considere ca seismicitate foarte redusa cazurile in care fie acceleratia terenului, de proiectare pentru terenul de tip A, a_g nu este mai mare de 0.04 g (0.39 m/s²), ori acelea la care produsul a_g S nu este mai mare de 0.05g (0.49 m/s²). Selectia cazurilor in care se folosesc fie valoarea lui a_g , ori produsul a_g S poate fi gasita in Anexa Nationala.

Reprezentarea de baza a actiunii seismice.

Generalitati

(1)P In conceptia lui EN 1998 miscarea seismica intr-un punct dat la suprafata este reprezentata de spectrul de raspuns elastic, al acceleratiei terenului, denumit de acum inainte "spectrul de raspuns elastic".

(2) Forma spectrului de raspuns elastic este luata ca fiind aceiasi pentru cele doua nivele ale actiunii seismice prezentate in 2.1(1)P si 2.2.1(1)P pentru cerinta de non-colaps (starea limita ultima - actiunea seismica de proiectare) si pentru cerinta de limitare a avariei.

(3)P Actiunea seismica orizontala este descrisa prin doua componente orizontale presupuse independente si reprezentate prin acelas spectru de raspuns.

(4) Pentru cele trei componente ale actiunii seismice, pot fi adoptate una sau mai multe forme alternative ale spectrului de raspuns., in functie de sursele seismice si de magnitudinile cutremurelor generate de acestea.

NOTA 1 Selectia formei spectrului de raspuns elastic pentru a fi utilizat intr-o tara sau intr-o parte a tarii poate fi gasita in Anexa Nationala.

NOTA 2 Pentru a selecta forma adecvata a spectrului se va lua in considerare magnitudinea cutremurului care contribuie cel mai mult la hazardul seismic definit in scopul evaluarii probabiliste a hazardului, mai curand decat limitele superioare conservative (de exemplu Cutremurul Maxim Credibil) definite in acest scop.

(5) Cand cutremurele care afecteaza un amplasament sunt generate de surse care difera in limite largi, trebuie luata in considerare posibilitatea de a utiliza mai multe forme ale spectrului pentru ca actiunea seismica de proiectare sa fie reprezentata adecvat. In aceste circumstante, pentru fiecare tip de spectru si cutremur se vor cere valori diferite pentru a_g.

(6) Pentru structuri importante (γ_I > 1,0) se vor lua in considerare efectele de amplificare topografica.

NOTA Anexa A, informativa, a EN 1998-5:2004 prevede informatii pentru efectele de amplificare topografica.

(7) Se pot utiliza reprezentarile time-history ale miscarii cutremurului (vezi 3.2.3).

(8) Pentru diferite tipuri de structuri poate sa se ceara permisiunea de a se varia miscarea terenului in spatiu si timp (vezi EN1998-2, EN 1998-4 si EN 1998-6).

Spectrul de raspuns elastic orizontal

(1)P  Pentru componentele orizontale ale actiunii seismice, spectrul de raspuns elastic Se(T) este definit prin urmatoarele expresii (vezi Figura 3.1):

(3.3)

(3.4)

(3.5)

Unde:

S_e(T) este spectrul de raspuns elastic

T este perioada de vibratie a unui sistem liniar cu un singur grad de libertate;

a_g este acceleratia terenului, de proiectare pentru un teren de tip A (a_g = γ_I a_gR

T_B este limita inferioara a perioadei pe ramura acceleratiei spectrale constante;

T_C este limita superioara a perioadei pe ramura acceleratiei spectrale constante;

T_D este valoarea care defineste inceputul domeniului cu deplasare constanta a spectrului de raspuns;

S este factorul solului

este factorul de corectie a amortizarii cu referire la valoarea η = 1 pentru amortizarea vascoasa de 5%, vezi (3) al acestui aliniat.

(2)P Valorile perioadelor T_B,T_C si T_D si factorul de sol S care descriu forma spectrului de raspuns elastic depind de tipul terenului.

NOTA 1 Valorile de atribuit pentru T_B, T_C, T_D si S la fiecare tip de teren si spectru (forma) pentru a fi utilizate intr-o tara pot fi gasite in Anexa Nationala a acesteia. Daca pentru geologia profunda nu se justifica altceva (vezi 3.1.2(1)), alegerea recomandata este folosirea a doua tipuri de spectru: Tipul 1 si Tipul 2. Daca cutremurele care contribuie in cea mai mare masura la hazardul seismic definit pe amplasament in scopul evaluarii probabiliste a hazardului nu au magnitudinea M_s a undei de suprafata mai mare decat 5,5, se recomanda adoptarea spectrului de Tip 2. Pentru cele 5 tipuri de teren A, B, C, D si E se recomanda valorile parametrilor T_B, T_C, T_D si S date in Tabelul 3.2 pentru spectrul de Tip 1 iar in Tabelul 3.3 pentru spectrul de Tip 2. Figurile 3.2 si 3.3 arata formele pentru spectrele de Tip 1 si Tip 2, respectiv, normalizate cu a_g si pentru 5% amortizare. In anexa Nationala pot fi definite spectre diferite daca aceasta se justifica pentru geologia profunda.

Tabelul 3.2: Valorile parametrilor care descriu Tipul 1 recomandat pentru spectrul de raspuns elastic

Tabelul 3.3: Valorile parametrilor care descriu Tipul 2 recomandat pentru spectrul de raspuns elastic

NOTA 2 pentru terenurile de tip S₁ si S₂ valorile pentru T_B, T_C, T_D si S vor fi determinate prin studii speciale.

Valoarea factorului η de corectie a amortizarii se poate determina cu expresia:

(3.6)

unde x este coeficientul amortizarii vascoase a structurii exprimat in procente.

Daca in cazurile speciale se utilizeaza un coeficient de amortizare diferit de 5%, aceasta valoare este data in partea relevanta a EN 1998.

P  Spectrul de raspuns elastic, al deplasarii S_De(T) trebuie sa se obtina direct prin transformarea spectrului de raspuns elastic, al acceleratiei, S_e(T), cu urmatoarea expresie:

(3.7)

Expresia (3.7) ar trebui in mod normal sa fie aplicata pentru perioadele de vibratie care nu depasesc 4,0 s. Pentru structurile cu perioade de vibratie mai mare de 4,0 s este posibila o definire mai completa a spectrului de deplasare elastica.

NOTA Pentru spectrul de raspuns elastic de Tip 1 referit in Nota 1 la 3.2.2.2(2)P o asemenea definire este prezentata in anexa informativa A in termenii spectrului de raspuns al deplasarii. Pentru perioade mai mari de 4,0s spectrul de raspuns elastic, al acceleratiei poate fi dedus spectrul de raspuns elastic, al deplasarii prin inversarea relatiei (3.7).

Spectrul de raspuns elastic vertical

(1)P Componenta verticala a actiunii seismice trebuie sa fie reprezentata de un spectru de raspuns elastic, S_ve(T) , dedus cu expresiile (3.8) - (3.11).

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

NOTA Valorile care trebuie atribuite pentru T_B, T_C, T_D si a_vg la fiecare tip (forma) de spectru vertical ce trebuie utilizat intr-o tara pot fi gasite in Anexa Nationala a acesteia. Alegerea recomandata este folosirea a doua tipuri de spectre verticale: Tipul 1 si Tipul 2. Ca si pentru spectrele care definesc componentele orizontale ale actiunii seismice, daca cutremurele care contribuie cel mai mult la hazardul seismic definit pe amplasament in scopul evaluarii probabiliste a hazardului au o magnitudine M_s a undei de suprafata care nu depaseste 5,5, se recomanda adoptarea spectrului de Tip 2. Pentru cele 5 tipuri de terean A, B, C, D si E valorile recomandate pentru parametrii care descriu spectrul vertical sunt date in tabelul 3.4. Valorile recomandate nu se aplica pentru tipurile speciale de teren S₁ si S₂.

Tabelul 3.4: Valorile recomandate ale parametrilor care descriu spectrul de raspuns elastic vertical

Deplasarea de proiectare, a terenului.

(1) Daca studii speciale bazate pe informatii disponibile nu indica altceva, deplasarea de proiectare, a terenului, d_g, corespunzatoare acceleratiei de proiectare, a terenului, poate fi estimata prin intermediul urmatoarei expresii:

(3.12)

cu a_g, S, T_C si T_D definite in 3.2.2.2.

Spectrul de proiectare pentru calculul elastic

Capacitatea sistemelor structurale de a rezista la actiunile seismice in domeniul neliniar permite, in general, proiectarea lor la forte seismice mai mici decat acelea corespunzatoare unui raspuns liniar elastic.

Pentru a evita la proiectare un calcul inelastic explicit, capacitatea structurii de a disipa energie, mai ales printr-o comportare ductila a elementelor sale si prin alte mecanisme este luata in considerare prin calculul elastic bazat pe un spectru de raspuns redus in raport cu cel elastic, denumit de acum inainte "spectru de proiectare". Aceasta reducere este realizata prin introducerea factorului de comportare q.

Factorul de comportare q este o aproximare a raportului dintre fortele seismice la care ar putea fi supusa structura daca raspunsul sau ar fi in totalitate elastic cu 5% amortizare vascoasa si fortele seismice care pot fi utilizate in proiectare, cu un model de calcul elastic conventional, asigurand un raspuns satisfacator al structurii.Valorile factorului de comportare q, luand in considerare influenta unei amortizari vascoase diferita de 5% sunt date pentru diferite materiale si sisteme structurale, in concordanta cu clasele relevante de ductilitate, in diversele parti ale EN 1998. Valoarea factorului de comportare q poate fi diferita pe diferite directii orizontale ale structurii, desi clasificarea ductilitatii trebuie sa fie aceiasi pe toate directiile.

(4)P Pentru componentele orizontale ale actiunii seismice spectrul de proiectare, S_d(T), trebuie sa fie definit prin urmatoarele expresii:

(3.13)

(3.14)

(3.15)

(3.16) unde

a_g, S, T_C si T_D  sunt definite in 3.2.2.2;

S_d(T) este spectrul de proiectare;

q este factorul de comportare

este marginea inferioara a factorului pentru spectrul orizontal de proiectare

NOTA Valoarea care se atribuie pentru β ca sa fie folosita intr-o tara poate fi gasita in Anexa Nationala. Valoarea recomandata pentru β este 0,2.

Pentru componenta verticala a actiunii seismice, spectrul de proiectare este dat prin expresiile (3.13) pana la (3.16), cu acceleratia terenului, de proiectare pe directie verticala, a_vg inlocuind a_g , S este luat egal cu 1,0 iar ceilalti parametri asa cum sunt definiti in 3.2.2.3.

Pentru componenta verticala a actiunii seismice trebuie in general sa se adopte la toate materialele si sistemele structurale factorul de comportare q cu valoarea pana la 1,5.

Adoptarea de valori q mai mari de 1,5 pe directie verticala trebuie sa fie justificate printr-o analiza adecvata.

Spectrul de proiectare asa cum este definit mai sus nu este suficient pentru proiectarea structurilor cu izolare la baza sau cu sisteme de disipare a energiei.

Reprezentari alternative ale actiunii seismice

3.2.3.1 Reprezentarea biografica (time-history)

Generalitati

Miscarea seismica poate fi de asemenea reprezentata in termenii time-history a acceleratiei terenului si a cantitatilor legate de aceasta (viteza si deplasare).

Cand se cere un model spatial al structurii, miscarea seismica va consta in trei accelerograme care actioneaza simultan. Aceiasi accelerograma nu poate fi insa utilizata simultan de-a lungul celor doua directii orizontale. Simplificarile sunt posibile in concordanta cu partile relevante ale EN 1998.

In functie de natura aplicatiei, ca si de informatiile practic disponibile, miscarea seismica poate fi descrisa prin utilizarea accelerogramelor artificiale (vezi 3.2.3.1.2), inregistrate sau prin accelerograme simulate (vezi 3.2.3.1.3).

Accelerograme artificiale

(1)P Accelerogramele artificiale vor fi generate astfel incat sa corespunda spectrului de raspuns elastic dat in 3.2.2.2 si 3.2.2.3 pentru amortizarea vascoasa de 5%(x

(2)P Durata accelerogramei trebuie sa fie compatibila cu magnitudinea si alte trasaturi relevante ale evenimentului seismic care sta la baza stabilirii lui a_g.

(3) Cand datele specifice amplasamentului nu sunt disponibile, durata minima T_s a partii stationare a accelerogramei trebuie sa fie egala cu 10 s.

(4) Seria accelerogramelor artificiale trebuie sa respecte urmatoarele reguli:

a) trebuie utilizate minimum 3 accelerograme;

b) media valorilor acceleratiilor raspunsului spectral pentru perioada zero (calculate din accelerogramele individuale) nu trebuie sa fie mai mica decat valoarea lui a_g S pentru amplasamentul considerat.

c) in domeniul perioadelor dintre 0,2T₁ si 2T₁ unde T₁ este perioada fundamentala a structurii, pe directia pe care va fi aplicata accelerograma; nici o valoare a spectrului elastic amortizat 5% mediu, calculata pentru toate accelerogramele, nu trebuie sa fie mai mica de 90% din valorile corespunzatoare ale spectrului de raspuns elastic amortizat 5%.

Accelerograme simulate sau inregistrate

(1)P Accelerogramele inregistrate, sau accelerogramele generate printr-o simulare fizica a sursei si a mecanismului caii de transmitere, pot fi utilizate cu conditia ca modelele utilizate sa fie adecvate calitativ trasaturilor seismogenetice ale surselor ca si conditiilor de sol adecvate amplasamentului, iar valorile lor sa fie scalate la valoarea a_g S a zonei considerate.

(2)P Pentru analizele de amplificare a solului ca si pentru verificarea stabilitatii la lunecare dinamica vezi EN 1998-5:2004, 2.2.

(3) Secventa de inregistrari sau de accelerograme simulate de utilizat trebuie sa satisfaca 3.2.3.1.2(4).

3.2.3.1.4 Modelul spatial al actiunii seismice

(1)P Pentru structurile cu caracteristici speciale la care ipoteza aceleiasi excitatii in toate punctele de sprijin nu este rationala, vor fi utilizate modele spatiale ale actiunii seismice (vezi 3.2.2.1(8)).

(2)P Aceste modele spatiale vor fi compatibile cu spectrul de raspuns elastic folosit pentru definitia de baza a actiunii seismice in concordanta cu 3.2.2.2 si 3.2.2.3.

Combinatii ale actiunii seismice cu alte actiuni

(1)P Valorea de proiectare E_d a efectelor actiunilor intr-o situatie de proiectare seismica trebuie sa fie determinata in concordanta cu EN1990:2002, 6.4.3.4.

(2)P Efectele inertiale ale actiunii seismice de proiectare trebuie sa fie evaluate luand in considerare prezenta maselor asociata cu toate incarcarile gravitationale care apar in urmatoarele combinatii de actiuni:

(3.17)

Unde

y_E,i  este coeficientul combinatiei pentru actiunea variabila i (vezi 4.2.4).

(3) Coeficientii y_E,i ai combinatiei iau in considerare probabilitatea ca incarcarile Q_k,i sa nu fie prezente pe intreaga structura in timpul cutremurului. Acesti coeficienti pot sa ia in considerare o participare redusa a maselor la miscarea structurii datorita conexiunilor dintre ele care nu sunt rigide.

(4) Valorile y_2,i sunt date in EN 1990:2002 iar valorile y_E,i pentru cladiri sau alte tipuri de structuri sunt date in partile relevante ale EN 1998.