8/2/2019 Proiectarea Seismica a Podurilor

1/6

8/2/2019 Proiectarea Seismica a Podurilor

2/6

Dinamica Structurilor i Inginerie Seismic. [v.2010] http://www.ct.upt.ro/users/AurelStratan/

144

domeniul inelastic. Din aceast cauz, forele seismice sunt reduse fa de cele corespunztoare unui rspunselastic, folosind valori supraunitare ale factorului de comportare q.

Alegerea principiului de proiectare (disipativ sau slab-disipativ) este la latitudinea proiectantului, raiunileprincipale fiind cele de natur economic. n general, n zonele de seismicitate medie i ridicat (cu valoareade calcul a acceleraiei de vrf a terenului ag > 0.1g), proiectarea pe baza principiului de comportaredisipativ este mai economic. Principiul de proiectare disipativ sau slab-disipativ a podurilor este identic

cu cel aplicat i altor tipuri de structuri. Pentru detalii suplimentare vezi seciunea 6.10.

9.2. Calculul structural la aciunea seismicn cele mai multe cazuri analiza structural a podurilor poate fi realizat pe dou modele plane: unul pedirecia longitudinali altul pe direcia transversal. Metoda uzual de calcul a structurilor pentru poduri laaciunea seismic este analiza elastic folosind metoda de calcul modal cu spectre de rspuns (vezi seciunea6.3.2). n cazul n care rspunsul structurii este guvernat de un singur mod propriu de vibraie, se pot folosimetode simplificate de calcul, dup principiul forelor laterale din seciunea 6.3.1 aplicabile pentru structurimultietajate. EN 1998-2, 2003 folosete denumirea de metoda modului fundamental pentru acest tip deanaliz. Rspunsul seismic al unui pod este guvernat de un singur mod de vibraie atunci cnd masa pilelorpoate fi neglijat n comparaie cu masa tablierului (20%) i atunci cnd structura podului este regulat nplan orizontal (excentricitatea dintre centrul de masi cel de rigiditate este mai mic de 5% din lungimeatablierului).

Pentru metoda de calcul modal cu spectre de rspuns, aciunea seismic este definit prin spectre de rspuns(vezi seciunea 6.2): dou componente orizontale i una vertical. Componenta vertical poate fi n generalneglijat, n special n zonele de seismicitate redus. Totui, componenta vertical a micrii seismice trebuieconsiderat n urmtoarele cazuri (EN 1998-2, 2003): n cazul tablierelor realizate din beton precomprimat pentru analiza efectelor asupra reazemelor i rosturilor atunci cnd obiectivul proiectat se afl n proximitatea unei falii active (componenta vertical a micrii

seismice este important n apropierea zonei epicentrale)

Majoritatea structurilor au dimensiuni n plan relativ mici n comparaie cu lungimea de und a micriiseismice, astfel nct aciunea seismic poate fi considerat aceeai pentru ntreaga fundaie a cldirii. Lastructurile cu deschideri mari, cum sunt podurile, atunci cnd dimensiunea n plan este comparabil culungimea de und a undelor seismice, punctele n care acioneaz micarea seismic (prinderea n fundaii apilelor i culeelor) pot nregistra micri diferite. La limit, elementele de rezemare ale unui pod

nregistreaz micri n contrasens, inducnd deformaii i eforturi suplimentare n structur. Micareadifereniat a punctelor de rezemare a structurii se datoreazvariabilitii spaiale a aciunii seismice. Acestfenomen poate fi important la structurile cu deschideri mari, iar condiiile geologice i topograficeaccentueaz manifestarea acestuia. Conform EN 1998-2 (2003), variabilitatea spaial a micrii seismicetrebuie considerat la determinarea rspunsului seismic al structurilor pentru poduri n urmtoarele cazuri: atunci cnd exist discontinuiti geologice (de exemplu un teren slab situat direct peste roc) atunci cnd terenul are o topografie variat dac lungimea podului depete 600 metri9.3. Ductilitatea i conformarea seismic a structurilor pentru poduriPodurile pot fi realizate din diverse materiale de construcie, iar principiile de asigurare a ductilitii la nivelde material, seciune i element sunt aceleai cu cele descrise n capitolul 7 (pentru structurile metalice) icapitolul 8 (pentru structurile din beton armat).

Aspectele specifice podurilor sunt cele referitoare la asigurarea ductilitii la nivel de structur. La structurilepentru poduri, zonele disipative sunt amplasate n pile, de obicei la baza acestora. Aceste zone, care suntsupuse unor deformaii inelastice importante, trebuie proiectate i detaliate astfel nct s dezvolte oductilitate ct mai bun. Cerinele specifice sunt cele discutate n capitolele 7 i 8. n cazul structurilor din

beton armat este esenial armarea zonelor disipative care s asigure o confinare adecvat a betonului,prevenirea cedrii din for tietoare i dispunerea nndirilor n afara zonelor disipative. n Figura 9.2a esteprezentat un exemplu de avariere datorat armrii insuficiente a zonei disipative de la baza unei pile din b.a.,

8/2/2019 Proiectarea Seismica a Podurilor

3/6

9. Proiectarea seismic a podurilor

145

iar n Figura 9.2b o cedare fragil din for tietoare. n cazul structurilor metalice, cerinele fundamentale deasigurare a unui rspuns ductil n zonele disipative sunt prevenirea flambajului la nivel de element i avoalrii la nivel de seciune.

(a) (b)

Figura 9.2. Avarierea unei pile de la viaductul Hanshin n timpul cutremurului din 1995 din Kobe, Japonia(a) i cedarea din for tietoare la pilele unui viaduct la cutremurul

San Fernando , SUA, din 1971 (b), Moehle i Eberhard, 2000.

Tablierul trebuie proiectat astfel nct s aib un rspuns n domeniul elastic sub aciunea seismic deproiectare. Sunt permise avarii minore la elementele secundare, cum ar fi rosturile de dilataie, parapete, etc.Astfel, suprastructura (tablierul, reazemele, rosturile de dilataie) reprezint elemente nedisipative. O cerin

important este ca tablierul s nu se deplaseze de pe reazeme n urma deformaiilor suferite n timpul aciuniiseismice. Un exemplu de cedare a unui pod din cauza incapacitii aparatelor de reazem de a preluadeformaiile excesive induse de cutremur este cazul podului Showa, avariat grav n timpul cutremurului din1964 din Niigata, Japonia (vezi Figura 9.4a).

Rspunsul elastic al elementelor nedisipative (tablier, reazeme) se asigur pe baza principiilor de proiectarebazat pe capacitate (vezi seciunea 6.10.1). Astfel, eforturile de calcul din elementele nedisipative sedetermin pe baza echilibrului de fore la formarea mecanismului plastic, corespunztoare eforturilor dinarticulaii plastice, innd cont de suprarezistena acestora (din cauza consolidrii i a rezistenei reale maimari dect cea caracteristic).

(a) (b)

Figura 9.3. Exemple de poduri cu distribuii nefavorabile ale rigiditii ntre pile n plan longitudinal (a)EN1998 -2, 2003, i n plan transversal (b) Duan i Chen, 2003.

8/2/2019 Proiectarea Seismica a Podurilor

4/6

Dinamica Structurilor i Inginerie Seismic. [v.2010] http://www.ct.upt.ro/users/AurelStratan/

146

n cazul structurilor disipative, o ductilitate de ansamblu superioar se obine atunci cnd articulaiile plasticese formeaz simultan n ct mai multe pile. Exist multe cazuri cnd configuraia terenului poate conduce lapile cu rigiditi foarte diferite (vezi Figura 9.3). Atunci cnd tablierul este continuu, pilele cu rigiditatea maimare vor atrage fore seismice mai mari, ceea ce determin o solicitare neuniform a acestora i cedarea lorprematur. De aceea, pilele trebuie s aib pe ct posibil o distribuie ct mai uniform a rigiditii irezistenei. Atunci cnd nu este posibil asigurarea unei rigiditi uniforme, o soluie alternativ estedispunerea unor reazeme simple (de alunecare) sau din elastomeri ntre suprastructuri pilele cu rigiditatemare, care s elimine sau s limiteze transmiterea forelor de inerie de la suprastructur la pile.

Lapodurile oblice axa longitudinal a tablierului nu este perpendicular pe elementele infrastructurii (pile iculee). Tablierul acestor poduri are tendina s se roteasc n plan orizontal, ceea ce conduce la deplasarea depe reazeme a tablierului. Din acest motiv podurile oblice i cele curbe nu sunt recomandate n zone seismice.n acest sens, EN 1998-2, 2003 recomand evitarea podurilor cu un unghi oblic mai mare de 45 n zonele deseismicitate ridicat. n Figura 9.4b este prezentat colapsul unui viaduct oblic ca urmare a deplasriitablierului la rosturile de dilataie.

(a)

(b)

Figura 9.4. Cedarea podului Showa n timpul cutremurului din 1964 din Niigata, Japonia datorit deplasriide pe reazeme (a) - http://cee.uiuc.edu/i cedarea viaductului Gavin Canyon la cutremurul din 1994 din

Northridge, SUA (b) - http://www.its.dot.gov/

n general, structurile continue au o comportare seismic mai bun dect cele care au un numr mare dereazeme simple (de lunecare) i rosturi de dilataie. Acestea din urm sunt ns necesare pentru a limitaefectele variaiei de temperatur.

9.4.

Tipuri de structuri i factori de comportareCa i n cazul structurilor pentru cldiri, metoda standard de analiz n cazul structurilor pentru poduri estemetoda de calcul modal cu spectre de rspuns (un calcul elastic). n cazul proiectrii pe baza principiului decomportare disipativ a structurii, capacitatea structurii de a se deforma n domeniul inelastic (cu degradareaelementelor structurale, dar fr a ajunge la colaps) este reflectat de factorii de comportare q. Valoarea dereferin a factorilor de comportare q pentru diferite tipuri de structuri este prezentat n Tabelul 9.1.

Valorile factorilor de comportare q din Tabelul 9.1 reflect ductilitatea diferitelor tipuri de elementedisipative (a tipului de structur), a diferitelor materiale folosite i principiul de proiectare folosit laproiectare. Astfel, structurile mai ductile sunt caracterizate de factori de comportare mai ridica i. Lastructurile din b.a., fora tietoare reprezint un mod de solicitare fragil. Cu ct raportul dintre lungimea i

nlimea seciunii (s=L/h) unei pile este mai mic, cu att fora tietoare corespunztoare formrii

articulaiei plastice la baza pilei va fi mai mare, favoriznd o cedare fragil. De aceea, factorul de comportareq are valori reduse n cazul pilelor cu un raportL/h redus, atunci cnd elementul structural este susceptibil lacedare din for tietoare.

8/2/2019 Proiectarea Seismica a Podurilor

5/6

9. Proiectarea seismic a podurilor

147

n cazul structurilor metalice, se poate observa c structurile necontravntuite i cele contravntuite excentricsunt cele mai ductile, iar cele contravntuite centric cel mai puin ductile. Aceast observaie reflect faptulc la structurile metalice, deformaiile inelastice de ncovoiere i de forfecare sunt foarte ductile ncomparaie cu cele de ntindere (vezi capitolul 7).

La structurile de poduri la care suprastructura este prins rigid de culee, rezult o structur cu rigiditateafoarte mare n plan orizontal. Structurile care sunt foarte rigide oscileaz solidar cu terenul de fundare,

rezultnd deplasri relative apropiate de zero i acceleraii ale structurii apropiate de acceleraia terenului.Aceste structuri nu nregistreaz amplificri importante ale micrii seismice i se proiecteaz pe baza unuifactor de comportare q = 1 (n cazul structurilor foarte rigide T 0.03 s) sau q = 1.5 (n cazul structurilormai puin rigide T> 0.03 s).

Tabelul 9.1. Valoarea de referin a factorului de comportare q (dup EN 1998-2, 2003).

ComportareTipul elementului ductil

slab-disipativ disipativPile din beton armat:

Pile verticale supuse la ncovoiere (a)Pile nclinate supuse la ncovoiere (b)

(a) (b)

1.51.2

3.5(s)2.1(s)

Pile metalice:Pile verticale necontravntuite [supuse la ncovoiere] (a)Pile nclinate necontravntuite [supuse la ncovoiere] (b)Cadre contravntuite centric (c)Cadre contravntuite excentric (d)

(a) (b) (c) (d)

1.51.21.5-

3.52.02.53.5

Culee prinse rigid de suprastructur:n generalStructuri "fixe" (cu perioada proprie de vibraie n direcia

orizontalT

0.03 s)

1.51.0

1.51.0

Arce 1.2 2.0

s =L/h, undeL este distana de la articulaia plastic pn la punctul de moment zero, iar h este nlimeaseciunii pe direcia de aciune a momentului ncovoietor din articulaia plastic

8/2/2019 Proiectarea Seismica a Podurilor

6/6

Dinamica Structurilor i Inginerie Seismic. [v.2010] http://www.ct.upt.ro/users/AurelStratan/

148

Pentru s 3 (s) =1.0

Pentru 3 > s 1 ( ) 3s s =

Factorii de comportare q din Tabelul 9.1 reprezint valori de referin, care pot fi folosite n proiectare,atunci cnd structura ndeplinete toate condiiile care s-i asigure un comportament ductil. Printre situaiilecare pot conduce la o ductilitate sczut i care necesit reducerea factorilor de comportare se numrurmtoarele (EN 1998-2, 2003): Structuri cu o alctuireneregulat. Solicitarea neuniform a elementelor disipative conduce la

concentrarea deformaiilor inelastice n cteva elemente structurale (pile), ducnd la o ductilitate redus lanivelul ntregii structuri i la o capacitate redus de disipare a energiei seismice.

n cazul structurilor din b.a., valori ridicate aleforei de compresiune pot reduce ductilitatea articulaiilorplastice de ncovoiere. Valorile factorului de comportare din Tabelul 9.1 sunt valabile pentru fore axialedin gruparea seismic de ncrcri care nu depesc 30% din rezistena seciunii la compresiune. Pentrufore axiale care depesc 30% din rezistena seciunii la compresiune, este necesar folosirea unui factorde comportare redus. n cazurile n care fora axial de calcul depete 60% din rezistena seciunii lacompresiune, nu se poate conta pe un comportament disipativ al structurii, ncrcarea seismic fiind

determinat pe baza unui factor de comportare q = 1.Proiectarea pe baza conceptului de comportare disipativ implic acceptarea unor degradri n elementeledisipative n urma aciunii seismice de proiectare. Eventualele degradri ale elementelor de rezisten trebuies poat fi inspectate i remediate. De aceea,zonele disipative trebuie s fie accesibile. Atunci cnd acesteanu sunt accesibile pentru inspecie i lucrri de remediere (de exemplu baza pilelor aflate n ap de adncimemare) este necesar utilizarea unor factori de comportare redui fa de valorile de referin. Proiectarea pebaza unor factori de comportare redui va implica o cerin de ductilitate mai mic, adic degradri maireduse ale elementelor disipative. EN 1998-2 (2003) recomand multiplicarea valorilor de referin afactorului de comportare q cu0.6 atunci cnd zonele disipative nu sunt accesibile.