Proiectarea Seismica

PREAMBUL

Prin proiectarea seismică curentă se urmărește asigurarea unui nivel acceptabil de performanță pentru o cladire atunci când, supusă unei mișcări seismice, aceasta trebuie să aibă capacitatea de a absorbi și disipa energie într-o manieră cât mai stabilă și pentru cât mai multe cicluri/etape de solicitare.

Esența etapelor de proiectare este bazată pe acceptarea apariției zonelor plastic-potențiale (articulații plastice) care, în urma procedurilor de design efectiv, au rolul de a disipa energia seismică dintr-o clădire spre zone cât mai puțin susceptibile a cauza colapsul general.

Pentru a se evita colapsul general și operațiunile îndelungate de reparare și consolidare structurală, în proiectarea modernă sunt folosite tot mai des o serie de dispozitive speciale cu rolul de a absorbi și/sau disipa energia indusă în structură de acțiunea seismică. Aceste dispozitive sunt folosite pentru a îmbunătăți comportarea structurii în materie de ductilitate sau pentru a prelua aproape în totalitate încarcarea seismică.

Obiective: Lucrarea de față își propune să analizeze metodic eficiența tehnologiilor neconvenționale de amortizare seismică, ca alternative viabile la tehnologiile clasice (convenționale) de conformare seismică a clădirilor.

Stadiul actual: La momentul de față, toate etapele proiectării seismice se fundamentează pe atingerea concomitentă a exigențelor de rezistență și ductilitate a materialelor structurale. La momentul producerii unor evenimente seismice, printr-un răspuns structural adecvat, este de așteaptat ca o structură să aibă o comportare elastică ca rezultat al eforturilor seismice preconizate sub limita de curgere a materialelor structurale. Ținând cont că această abordare este una strict la nivel teoretic, foarte rar apărând cazurile în care răspunsul structural este unul pur elastic, consider că este irațional să credem că o structura obișnuită poate avea un comportament elastic sau la limita inferioară a domeniului elasto-plastic. Ca atare, pentru a se preveni colapsul progresiv sau generalizat post-eveniment, tot mai multe structuri sunt proiectate să reziste la acțiuni seismice utilizându-se conceptul introducerii în sistemul structural de dispozitive speciale în vederea absorției și disipării energiei induse de către hazardele seismice.

Abordare: Lucrarea de față oferă o analiză comparativă a celor două metode tehnologice de conformare seismică a clădirilor: clasică – fundamentată pe caracteristicile de rezistență a materialelor componente [inclusiv cele dobândite în urma lucrărilor prin mjloace clasice de reabilitare] și cea neconvențională – bazată pe aportul de rezistență al sistemelor de disipare și amortizare a energiei seismice, introduse în structura de la început [în cazul structurilor noi] sau în cadrul procesul de consolidare [în cazul structurilor existente].

Rezultate: După analiza comparativă a tehnologiilor avute în studiu, s-a constatat că răspunsul structurilor expuse la hazarde de ordin seismic este semnificativ îmbunătățit în cazul utilizării de amortizoare disipatoare de energie. De asemenea, s-a fundamentat concluzia că utilizarea tehnologiilor de amortizare seimică neconvenționale conduce, în cazul construcțiilor noi sau a unora avariate, la reduceri considerabile – cu până la 40% în materie de costuri a operațiunilor de execuție a lucrărilor.

Implicații: În mod cert, atât la nivel practic cât și teoretic, clădirile au mai mult de un grad de libertate dinamic. Ca atare, pe viitor, pentru dezvoltarea unor teorii mai aprofundate legate de utilizarea tehnologiilor de amortizare seismică, consider că se impune cercetarea în detaliu a efectelor datorate tehnologiilor de amortizare seismică asupra sistemelor structurale cu mai multe grade de libertate.

Originalitate: Având în vedere faptul că mișcarea seismică are, în general, un caracter incert, am ajuns la concluzia că sporirea gradului de utilizare a tehnologiilor de amortizare seismică pentru o structură nu influențează semnificativ valorea amplitudinilor maxime a forței seismice, ci ajută ca o disipare și absorție mai rapidă a mișcării seismice să aibă loc.

ABSTRACT

In the past years, a considerable attention has been paid to the research and development of structural control devices, with regard to seismic response of civil buildings. Efforts have been undertaken to develop the structural control concept into a workable technology, and today we have many a wide variety of such systems. The focus of this dissertation is set on passive and active structural control systems. The conventional seismic conformation technologies consists of a wide range of materials and devices used for enhancing of structural stiffness and strength by means of their physical properties. In contrast, unconventional seismic damping technologies systems are used to control structural displacements, seismic response and seismic energy dissipation by means of sensors, viscous liquids properties, controllers and real-time information processing.

Objectives: This dissertion aims to outline the technological differences among seismic conformation technologies availalble on the market by underlining the fact that nonconventional seismical damping technologies yield to numerous design advantages.

Conclusions: Bearing in mind the fact that an earthquake induces unpredictable changes for a structure, I concluded that the increasing of damping coefficient, therefore the degree of seismic damping technologies usage, doesn’t influence considerably the maxim amplitude of seismic force but it helps the structure to reach a fast dissipation of seismic loads due to earthquakes.

INTRODUCERE

Soluția ideală de protejare a clădirilor la cutremure este de a controla și limita transferul de energie seismică la o construcție prin disiparea la maxim a energiei seismice transferată clădirii, fapt realizat de utilizarea unor dispozitive mecanice specializate cu ajutorul cărora se controlează comportarea seismică a clădirilor. Acest deziderat este îndeplinit de către dispozitive mecanice specializate cu elasticitate și amortizare controlată care sunt acordate la caracteristicile de inerție și rigiditate a construcțiilor, cât și la cinematica mișcărilor seismice. Odată cu evoluția tehnicilor privind proiectarea structurilor prin asigurarea unui nivel ridicat de performanță la costuri cât mai atrăgătoare, munca inginerului constructor proiectant cunoaște noi valențe conceptuale. Astfel, normele de proiectare numeroase impun ca, dintr-o paletă generoasă de opțiuni avute la îndemână, inginerul să aibă abilitatea nu numai de a proiecta durabil ci și de a satisface eficient nevoile beneficiarului în materie de costuri. Deoarece exigențele de proiectare seismică implică creșteri de costuri semnificative ale produsului final, în cele ce urmează se va analiza pas cu pas modul prin care utilizarea tehnologiilor de amortizare seismică conduce la o economie reală de resurse financiare fără a se face rabat de normele de conformitate, calitate și siguranță. La nivel conceptual, lucrarea de față tratează tehnologiile de amortizare seismică drept tehnologii constructive neconvențioanale. Prin urmare, metodele și tehnologiile clasice de conformare anti-seismică vor fi clasificate drept tehnologii convențioale. Construcțiile, pentru a prelua în condiții de siguranță încărcările dinamice din cutremure trebuie în așa fel concepute, proiectate și realizate încât transferul de energie seismică de la terenul de fundare la construcție să se realizeze cu forțe de interacțiune cât mai mici și cantitatea de energie transferată si acumulata de construcție să fie minimă. Pentru aceasta, mișcarea oscilatorie proprie a construcției trebuie să fie dezacordată față de mișcarea seismică a terenului. Așadar, dinamica hazardelor de ordin seismic impune, ora actuală, necesitatea revizuirii conceptelor primare de proiectare seismică, pentru mai bune performanțe structurale ale clădirilor și nu numai.

CAPITOLUL I. ASPECTE GENERALE

Tot mai multe clădiri, indiferent de gradul acestora de importanță, sunt proiectate să reziste la mișcarea seismică pirn utilizarea tehnologiilor de amortizare seismică. Acestea au rolul de a absorbi și mai apoi disipa energia indusă în structură de către hazardul seismic. Scopul folosirii acestora este dat de nevoia de a îmbunatăți comportarea structurii din punct de vedere al ductilității sau pentru a prelua în totalitate încarcările de ordin seismic.

Din punctul de vedere al disciplinelor corelate cu ingineria civilă, acțiunile dinamice asupra unei structuri, indiferent de natura lor, produc vibrații cărora le corespund o serie de mărimi fizice fundamentale: deplasări, viteze și accelerații. Ca atare, toate efectele și consecințele acestora (eforturi, deformații și tensiuni) caracterizează răspunsul structural al unui clădiri.

În cazul hazardelor de natură seismică, pentru a se putea determina cât mai exact răspunsul structurilor sub acțiunea seismelor, este necesară cunoașterea în detaliu a mișcării seismice și a caracteristicilor acesteia, pentru o bună evaluare a tehnologiilor de protecție seismică ce urmează a fi implementate la nivel structural.

În mod uzual, rațiunea ce stă la baza îmbunătățirii comportării structurilor, prin utilizarea tehnologiilor speciale de creștere a amortizarii, este fundamentată de ecuația generală de echilibru dinamic al structurilor:

(1.1.1.1)

unde: , , – reprezintă răspunsul structural în termeni de deplare, viteză și accelerație; M – masa sistemului; C – constantă de amortizare a sistemului; – accelerația solului; – forța de revenire a sistemului;

La nivel de sistem idealizat, schematic, Ray W. Clough, definește sistemul structural ca un sistem dinamic cu 1GDL, după cum urmează:

Fig. 1.0 – Sistem dinamic idealizat cu 1 GDL. a) componente de baza b) echilibrul forțelor (Sursa: Dynamics of Structures, 3rd Edition, RayW. Clough, Joseph Penzien, University of California, Berkley)

Constatăm, astfel, că necesitatea disipării energiei cinetice indusă de seism, ca urmare a mișcării seismice, va urmări și modifica răspunsul structural al structurilor, caracterizat de prima parte a ecuației generale de echilibru dinamic a unui sistem. În acest fel, va lua naștere un sistem disipator neconvențional de izolare seismică, prin montarea unor dispozitive speciale în zonele de rezemare ale unei structuri. Cu alte cuvinte, la nivel energetic, tehnologiile de amortizare seismică limitează transferul de energie seismică către structură.

În urma proceselor de proiectar, se ajunge ca răspunsul structural la seism al clădirilor să fie influențat de caracteristicile sistemelor și tehnologiilor de amortizare, acțiunea seismică putând fi interpretată ca un un proces aleatoriu, evolutiv și cu amplititudine variată dar în deplina concordanță cu ecuația generală de echilibru dinamic.

Mai mult decât atât, putem remarca că problematica protecției seismice neconvenționale și a utilizării tehnologiilor disipatoare ține în mare parte de identificarea corectă a proprietăților intrinsici ale dispozitielor de amortizare ce urmează a fi utilizate. Ținând cont multitudinea de situații cu care se poate confrunta proiectantul, pe parcursul conformării seismice a unui structuri, înca din faza de proiectare, dispozitivele sau elementele de protecție seismică trebuie să fie amplasate în asa fel încât să exploateze la maxim capacitatea de disipare de energiei și amortizarea răspunsului structural.

1.1 RAȚIUNI ÎN UTILIZAREA TEHNOLOGIILOR DE PROTECȚIE SEISMICĂ

Rațiunea de la baza tututor tehnologiile de conformare seismică este dată de natura hazardelor de ordin seicmic: durată scurtă, cu direcție și intensitate variabile în timp. Ca atare, cunoștiințele privind comportarea structurilor sub acțiunea seismică au contribuit la definirea unor noi concepte tehnologice cu privire la configurația și conformarea structurală, caracteristicile elementelor strucurale, cât și cu privire la procedeele și tehnicile de implementare a protecției seismice.

Scopul principal al tehnologiilor speciale disipatoare de energie seismică constă în limitarea deteriorărilor nestructurale și prevenirea avariilor funcționale la cutremure moderate și evitarea colapsului sau a avariilor structurale în cazul seismelor puternice.

La nivelul codurilor de proiectare seismică, se consideră că mișcarea seismică la baza unei structuri este aceiași ca mișcarea seismică în „câmp liber”, ca și cum structura nu ar exista. Acest aspect are implicații majore asupra utilizării tehnologiilor de amortizare a acțiunilor seismice asupra structurilor, interacțiunea dinamică dintre construcție și sol fiind cea care va influența răspunsul structural. Cu toate că solul acționează, prin conlucrarea neliniară activă cu structura, ca un filtru dinamic frecvențial brut și direct ca reazem deformabil pe o zonă activă situată în vecinătatea acesteia, în ingineria seismică  cea mai răspândită  reprezentare a unui seism este spectrul de răspuns al unui oscilator liniar. Cu alte cuvinte, se urmărește ca spectrul de răspuns în accelerații, viteze sau deplasări să pună în evidență  caracterul frecvențial al mișcării și sa furnizeze răspunsul maxim al sistemlui liniar elastic supus unui seism.

Deoarece utilizarea corectă a tehnologiilor de amortizare seismică prespune cunoașterea în amănunt a deplăsărilor unei structuri, metoda cea mai facilă folosită pentru calculul deplasării neliniare a unei structuri este regula lui Newmark, în domeniul conservării deplasărilor. Astfel, maximul deplasării relative a unui oscilator simplu cu comportare neliniară (în domeniul „elasto-plastic perfect”) este identică cu a unui oscilator simplu echivalent elastic liniar de aceeași frecvență proprie și amortizare (dar de o rigiditate redusă în raport cu rigiditatea elastică a oscilatorului inițial).

În prezent, în România cât și în multe țări din lume, soluțiile curente pentru realizarea de construcții rezistente la cutremure sau de consolidare a celor existente se bazează pe preluarea încărcărilor seismice în condiții de suprasolicitare de către elementele structurale din oțel sau beton cu apariția de deplasări locale în structura de rezistență cu articulații plastice și degradări nestructurale (fig 1.1).

Fig. 1.1 – Condiții de siguranță privind formarea articulațiilor plastice

Ținând cont de comportamentul neliniar al materialelor, acceptarea de articulații plastice la cutremure mari este soluția oficială dată codul de proiectare seismică din România – P100, cu toate că sporirea capacității de rezistență a construcțiilor la acțiuni seismice, din punct de vedere social și economic, are multe dezavantaje.

Conceptul proiectării seismice se bazează pe definirea cât mai exactă configurației structurale (dimensiuni și forme structurale, conexiuni) în funcție de caracteristicile mișcării terenului, pe proprietățile elastice și dinamice ale structurilor, de tipul infrastructurii (fundația) și pe natura mediului din amplasament (condiții locale de teren). Pe baza acestui concept, codurile de proiectare pentru construcții curente se bazează tot mai mult pe modelarea comportării structurale asemeni unui sistem cu un singur grad de libertate dinamică (Fig. 1.2) (SDOF) sau, pentru determinarea unor rezultate experimentale mai avansate, pe modelarea unor sisteme cu 2 sau mai multe grade de libertate dinamică (MDOF).

Utilitatea practică a modelelor cu un grad de libertate dinamică este dată de utilizarea facilă, ele fiind modelele la care se pot reduce structuri simple, precum infrastructurile de poduri sau cadrele pe un singur nivel. Un model SDOF este format dintr-o bară caracterizată de o rigiditate k, un coeficient de amortizare c și o masă atașată m în vârf (fig 1.2). În acest fel, gradul de libertate este dat de deplasarea pe orizontală a masei prin încovoierea structurii în timpul oscilațiilor de natură seismcă. Astfel, considerând cunoscute masa m, rigiditatea k și coeficientul de amortizare c ale unui sistem SDOF, se poate determina deplasarea relativă, viteza relativă și accelerația relativă a sistemului SDOF sub acțiunea unui cutremur.

Cu toate acestea, în vederea folosirii unor tehnologii de amortizare seismică bazate pe tehnica izolării bazei structurii (fig. 1.2a), după unii autori, modelele SDOF introduc ca efecte ale interacțiunii seismice mediu de fundare – sistem structural numai creșterea perioadei de oscilație și a amortizării pentru modul fundamental al sistemului structural, neglijând introducerea altor efecte semnificative (dispersia mișcării de input seismic, neliniarități etc.). Drept consecință, codurile de proiectare nu promovează procedee de evaluare corectă a interacțiunii seismice mediu de fundare – sistem structural în procesul de proiectare.

Un alt raționament al modelelor de calcul actuale se fundamnetează pe faptul că structură prezintă un comportament elastic la deplasări de ordin mic, pentru ca o dată cu creșterea deplasărilor aceasta să intre în curgere.

Acceptând faptul că acest comportament se menține și până la atingerea forței maxime capabile de preluare a încărcării seismice de către structură – după care forța începe să scadă o dată cu creșterea deplasărilor – în cazul în care se dorește adăugarea unor elemente suplimentare cu caracter disipativ (de tipul tehnologiilor speciale de amortizare seismică activă sau semi-activă) ecuația de echilibru dinamic (1.1.1.1) devine:

(1.1.1.2)

unde: D reprezintă matricea locațiilor de aplicare ale forțelor de control seismic u(t)

Așadar, sub aspect practic se remarcă faptul că atunci când forța proprie capabilă de disipare seismică înregistrează o reducere semnificativă față de valoarea maximă, se poate considera că structura și-a epuizat capacitatea de deformare în domeniul neelastic. Ca atare, pentru prevenirea avariilor funcționale la cutremure, este ideal ca dispozitivele de amortizare active, pasive sau semi-active să intre pe deplin în serviciu cu mult înainte ca o structură să își fi epuizat capacitatea de deformare în domeniul elasto-plastic (fig. 1.3). Putem astfel afirma că dacă se dorește respectarea ideea clasica a proiectarii pe baza considerarii capacitatii ductile a structurii, deci admitând un anumit nivel de degradare al acesteia, putem aplica o reducere a fortelor seismice de calcul cu diverse valori cuprinse intre 50% si 87.5%, în functie de diversele considerente enuntate mai sus.

Fig. 1.3 – exemplu de lucru al tehnologiilor speciale de prevenire a avariilor funcționale la cutremure (Sursa: http://www.rminternational.co.in/pdf-folder/New-technologies-retrofitting-repairs-CE-CR.pdf)

1.2 DELIMITĂRI CONCEPTUALE

Deoarece elaborarea lucrării de față a reprezentat și un demers de studiu cu privire la evoluția cunoștiințelor acumulate cu privire la tehnologiile de amortizare seismică, consider că se impune realizarea unor delimitări de ordin teoretic privind o serie de termeni cu care acest domeniu al tehnologiilor constructive moderne operează. Cu atât mai mult cu cât, în stadiul actual, foarte puține sunt lucrările științifice care tratează aplicabilitatea tehnologiilor speciale de amortizare seismică atât din punctul de vedere al ingineriei civile, a mecanicii fluidelor cât și din perspectiva ingineriei sistemelor. Conceptul proiectării seismice și al implementării tehnologiilor speciale de amortizare se bazează pe definirea și sintetizarea următoarelor noțiuni teoretice:

Retrofitarea – [eng. retrofiting] Conceptul constă în aducerea unei clădiri din zona de nesiguranță seismică în zona de siguranță “CR“ (clădire retrofitată) prin adoptarea unor soluții tehnologice de mărire a rigidității, rezistenței, ductibilității, respectiv a capacității de disipare a energiei seismice.

Tehnologii necovențioanale – lucrarea de față consideră drept neconvenționale toate tehnologiile speciale de amortizare seismică care folosesc mecanisme auxiliare de absorție și disipare a energiei seismice, altele decât cele convențioanale, prevăzute în normativele de proiectare și reabilitare seismică a structurilor.

Amortizoare TMD – [eng. Tuned Mass Dampers] Amortizoarele cu masă acordată constituie acele amortizoare disipatoare de energie seismică care folosesc tehnologii speciale de amortizare, fundamenate pe proprietățile inerțiale intrinseci ale corpurilor de greutate, pentru a controla activ deplasările structurale pe orizontală și chiar verticală. Frecvența acestor amortizoare este acordată special astfel încât, atunci când acesta sunt stimulate, vor defazat cu mișcarea unei structuri.

Amortizoare MRD – [eng. Magnetorheological dampers] Amortizoarele magnetoreolice sunt mecanisme complexe de disipare a energiei seismice pe baza principiului clasic de amortizare, formate dintr-un piston de amortizare în interiorul căruia se găsește un fluid magnetoreolic.

Amortizoare elastomerice – caracteristicile de amortizare ale acestor sisteme sunt date de natura polimerilor sintetici din componența lor, cu proprietăți plastice și elastice, care fac posibilă absorția unor mari cantități de energie seismică datorită structurii interne de tip sandwich a elastomerilor. Dezvoltatorul principal al acestor tehnologii este grupul MAURER Söhne.

Amortizoare MBD – [eng. Mega Brace Dampers] Tehnologie dezvoltată de către Taylor Devices Inc. ce presupune folosirea de amortizori vâscoși de înaltă capacitate dispuși în X ca parte integrantă a sistemului structural disipativ.

Dispozitive FPS – [Friction Pendulum System] – reazeme curbate glisante.

FRP – [Fiber Reinforced Polymer] – tehnologie de armare și ranforsare cu fibre de polimer.

Amortizoare USD – [eng. U-Shaped Dampers] – amortizoare de tipul celor elastomerice ce folosesc capacitatea de deformare plastică a metalelor (oțel, aliaje) pentru a aduce un plus de stabilitate structurală în cazul unor evenimente seismice moderate sau puternice.

Tehnologii TADAS – [eng. Added Damping and Stiffness] – Amortizoare ce se bazează pe proprietățile elastice ale metalelor cât și pe abilitatea acestora de a se deforma reversibil sub acțiunea încărcărilor seismice. Apariția temporară a unor grade de libertate (articulații plastice) pe parcursul acțiunii seismice nu afectează echilibrul structural inițial și nici nu constituie un element critic pentru stabilitatea structurală generală.

Amortizoare VFD și VEFD – [eng. Viscous Elastic Fluid Dampers] Tehnologie de disipare a energiei seismice ce se bazează pe proprietățile hidraulice ale fluidelor ce intră în alcătuirea telescoapelor pasive. Datorită forțării fluidului (din acțiunea seismică) prin orificiile capului unui piston, se creează o presiune ce se transpune în forță de amortizare.

Sistem FPS – [eng. Friction Pendulum System] Tehnologie de disipare a energiei seismice, folosită a parte consititutivă a reazemelor structurale, ce posedă capacitate de autocentrare și autoechilibrare datorită alcătuirii în sistem balansoar (roller).

Amortizoare HDRB – [eng. High Damping Rubber Bearings] Se bazează pe principiul amortizării de tip rubber layer (cauciuc multistrat) cu mențiunea că separația stratelor de material disipator se face prin inserția de plăci metalice sau de neopren pentru o mai bună conlucrare internă a amortizorului.

Tehnica izolării bazei – Tehnonologie de amortizare seismică ce este utilizată pentru sisteme cu un singur grad de libertate. Presupune deconectarea bazei unei construcții de restul structurii utilizând disipatoare pentru controlul vibrațiilor seismice prin mijloace preponderent pasive sau semi-active.

Comportare histeretică – în domeniul ingineriei seismice, noțiunea definește capacitatea tehnologiilor speciale de amortizare ce folosesc dispozitive elasto-plastice (ductile) ce se pot deforma ca efect al disipării și absorției de energie seismică datorită proprietăților de deformare plastică a materialelor constituente puternic disipative (plumb, oțel, aliaje speciale).

1.3 ANALIZA LITERATURII DE SPECIALITATE

Trebuie remarcat că la nivelul contribuțiilor științifice actuale nu există o delimitare sau clasificare clară a tehnologiilor speciale de amortizare seismică, atât pentru construcțiile civile cât și pentru lucrările de artă. Ca atare, clasificările actuale depind preponderent de tipologia amortizorilor proiectați de către diverse companii de profil.

Se poate afirma, în consecință, că piața acestor tehnologiii este dominată de atâtea tipuri de amortizoare câți producători există. Din aceast motiv, în cele ce urmează, vor fi analizate cele mai recente concepte de clasificare a tehnologiilor de protecție seismică fără a se face uz de clasificările uzuale oferite de producătorii de dispozitive din domeniu.

Pentru a menține coerența analizei, lucrarea de față își propune să analizeze tehnologiile de amortizare și de disipare a energiei din perspectiva protecției antiseismice și antivibratorie. Urmând acest raționament, se poate afirma că protecția seismică este una de natură activă – atunci când este la sursa vibrațiilor, sau este de natură pasivă – atunci când este la receptor direct al vibrațiilor. Prin urmare, sistemele clasice de protecție antiseismică pot fi de tip activ sau pasiv. În ceea ce privește amortizarea vibrațiilor structurale ala construcțiilor civile, se poate vorbi de o gamă largă de mecanisme instalate pe diverse tipuri structuri, ce sunt abordate în patru clase de bază: pasive, active, hibride și semi-active. Ca urmare a acestei clasificări, se poate considera că prin implementarea unui sistem de amortizare, frecvențele naturale ale unei structuri, modurile proprii de vibrație și factorii de amortizare corespunzători acesteia se schimbă în timpul acțiunii seismelor. O abordare mai comprehensivă a tehnologiilor de amortizare seismică se poate regăsi în lucrarea Influence of Damping Systems On Building Structures Subject to Seismic Effects, publicată Journal of Civil Engineering, unde autorul, Julius Marko, realizează o primă clasificare a acestora pornind de la premisele de proiectare și conformare seismică. Astfel, în funcție de conceptul de proiectare și tipul de analiză la nivel structural (statică sau dinamică), autorul propune următorul plan de clasificare:

Fig. 1.3.1 – clasificarea tehnologiilor de amortizare conform lui Julius Marko

O altă abordare interesantă a tehnologiilor de protecție seismică este oferită de lucrarea, Seismic Isolation and Energy Dissipation:Theoretical Basis and Applications. Noutatea adusă de această lucrare e dată de înglobarea tehnologiilor speciale de reabilitare (retrofitare) și conformare seismică în cadrul tehnologiilor de absorție și disipare a energiei seismice de la nivelul structurilor. Cu alte cuvinte, reabilitarea cu mijloace convenționale, ante sau post eveniment seismic, este încadrată în categoria lucrărilor ce utilizează tehnologii de amortizare seismică. Conform autorilor principala motivație a acestei conceptualizări aparte este dată de natura prevederilor codului italian de proiectare seismică.

Fig. 1.3.2 – Clasificare a tehnologiilor de amortizare conform teoriilor de izolare și disipare seismică

În ceea ce privește contribuțiile teoretice românești în domeniul clasificării tehnologiilor de amortizare și disipare seismică, o serie de lucrări aduc un aport important privind catalogarea tehnologiilor seismice disipative. De departe cele mai exhaustive clasificări sunt dată de lucrările Tehnici avansate în controlul vibrațiilor seismice și Rehabilitation of Buildings Using Seismic Energy Dissipation Systems. Trebuie menționat, de altfel, că prima lucrare se bazează și pe dezvoltările tehnologice din domeniul automaticii și a sistemelor de conducere automată, ce oferă suportul hardware și software pentru implementarea tehnologiilor seismice cu caracter disipativ. Dat fiind faptul că lucrările analizate în această secțiune prezintă un grupaj foarte asemănător al tehnologiilor, structura capitolului II al acestei lucrări se fundamentează pe următoarea clasificare a tehnologiilor de control structural:

TEHNOLOGII ACTIVE ȘI SEMI-ACTIVE

TEHNOLOGII HIBRIDE DE CONTROL STRUCTURAL

TEHNOLOGII PASIVE

Principiul de izolare a bazei

Amortizori cu masă acordată

Alte sisteme disipative (amortizoare histeretice, cu fluid vâscos, cu frecare)

De asemenea, în funcție de ecuația de echilibru dinamic (1.1.1.1) este posibilă clasificarea diverselor materiale și tehnologii după cum urmează:

Tab. 1.3.1.

CAPITOLUL II. TEHNOLOGII DE CONTROL STRUCTURAL

Pe întreaga durata de exploatare a unei construcții civile, amplasată în zone de hazard seismic, în timpul unui cutremur aceastea poate fi supusă unor solicitări dinamice ridicate. Deoarece tehnicile de proiectate din domeniul ingineri seismice avansează foarte rapid, în ultima vreme proiectarea antiseismică acordă o atenție tot mai sporită tehnologiilor de amortizare a vibrațiilor structurale în vederea atenuării răspunsului dinamic al clădirilor sub acțiunea undelor seismice. Tehnologiile de amortizare a vibrațiilor structurale (și implicat a undelor seismice) sunt des întânite astăzi la diferite tipuri de structuri inginerești, existînd o largă varietate tehnologii disipative.

Principalul motiv al utilizării acestor mecanisme este dat de capacitatea disipativă și de amortizare a acestora, astfel că frecvențele naturale ale unei structuri, modurile proprii de vibrație și factorii de amortizare corespunzători acesteia se schimbă radical (în sens pozitiv) în timpul acțiunii seismelor (indiferent de tipologia acestora).

Mai mult decât atât, așa cum am arătat și în capitolul precedent, în literatura inginerească de specialitate, clasificarea tehnologiilor speciale disipative și de amortizare este diversă. Ca atare, clasificarea abordată de această lucrare se face face pornind de la modul cum influențează sau cum sunt influențate aceste mecanisme de termenii corespunzători ecuației de echilibru dinamic pentru un sistem oarecare.

De asemenea, acest capitol urmărește extragerea și conceptualizarea din punct de vedere teoretic a unor modele tehnologice operaționale adecvate pentru a fi folosite în vederea proiectării sistemelor de control (disipare și amortizare) a vibrațiilor seismice: parametri generali, condiții structurale, aspecte tehnologice speciale corelate cu forma ecuațiilor de echilibru dinamic al structurilor amortizate seismic.

3.1 TEHNOLOGII PASIVE DE AMORTIZARE SEISMICĂ

Dacă am considera că, ipotetic, mișcarea unui sistem structural este formată numai din translații, forțele care intervin în orice moment al mișcării sunt împărțite în 2 categorii: forțe active (care definesc mișcarea) și forțele de inerție generate de componentele în mișcare denumite forțe pasive (care se opun mișcării) generate de caracteristicile elastice și disipative (de amortizare) ale sistemelor structurale. În categoria tehnologiilor pasive de amortizare seismică putem considera dispozitivele de amortizare dependente de deplasare (toate dispozitivele de tip elasto-plastic) cât și o parte a dispozitivelor de amortizare dependente de viteză (amortizoare cu fluid vâscos). Sistemele de amortizare pasive nu au nevoie de energie suplimentară și utilizează mișcarea structurii pentru a acționa forțele de control. Forțele de răspuns apar ca urmare a principiului acțiunii și reacțiunii, sistemele de protecție pasivă bazeazându-se pe 2 tipuri de tehninci disipative: izolarea structurală și dispozitive de control pasiv, care presupun disiparea/absorbția de energie.

În cele ce urmează se vor prezenta cele mai utilizate tehnologii pasive de disipare seismică care au cea mai mare relevanță și specificitate pentru studiul de caz din cadrul capitolului al III-lea.

3.1.1 TEHNOLOGII DE IZOLARE STRUCTURALĂ

În general, izolarea structurală seismică se fundamentează pe tehnologiile de izolare a bazei construcțiilor („decuplarea” suprastructurii de infrastructură), catalogate drept mijloace pasive de protecție antiseismică și antivibratorie. Din punct de vedere teoretic, funcționarea sistemelelor pasive de protecție antiseismică sau antivibratorie este relativ simplă (constructiv, funcțional). Deoarece nu se utilizează energie din exterior, funcționarea acestor tehnologii este dată de teoria izolării bazei. Conform acesteia, acțiunea seismică (de natură perturbatoare) asupra unei mase m se realizează prin deplasarea bazei unui sistem structural odată cu terenul în timpul producerii unui seism. Astfel, acțiunea seismului este materializată prin deplasarea bazei sistemului stuctural cu u(t) – mișcare de translație – care face ca masa m, în cauză, să aibă o deplasare relativă x(t). Deconectarea bazei sistemului structural (infrastructură) de întreaga structură – prin mijloace de amortizare și izolare specifice – face ca deplasarea relativă x(t) să fie de ordin cât mai mic astfel sporindu-se integritatatea structurală pe timpul unui eveniment seismic major (fig. 3.1.1.1)

Fig. 3.1.1.1 – Baza teoretică pentru tehnologiile de izolare a bazei

Pe langă principiul clasic, montarea unor sisteme electronice de control structural (amortizoare electrohidraulice cu senzori), face ca protecția seismică a structurilor să fie mult mai efectivă, în acest fel menținându-se un control continuu asupra structurii clădirii ca parte a strategiei de izolare seismică. Sub aspect dinamic, tehnologiile de izolare a bazei pot fi clasificate drept sisteme cu 1 grad de libertate, deoarece ele primesc numai semnalele de la senzori amplasați la nivelele inferioare ale unei structuri și, ca atare, vor folosi un singur element de acțiune în protecția seismică. Conform studiilor în domeniu, protecția antiseismică a structurilor bazată pe tehnologia de izolare a bazei este fezabilă în următoarele condiții: structura trebuie să aibă stâlpi cu rezistență mare la solicitări laterale; poziția construcției trebuie să permită deplasări laterale mai mari de 200 mm; încărcările laterale produse de vânt (sau alți factori climatici) să nu fie mai mari de 20 % din greutatea structurii.

Alcătuirea acestor sisteme este simplă și eficientă. Elementele principale sunt: reazemele elastice cauciucate (20-24 de strate de elastomer, 14mm grosime/strat), plăcuțele metalice de rigidizare (inferioare, superioare, intermediare, cu grosimea de 25mm), tije filetate tip SIRP 10.9, amortizoarele electrohidraulice, controllerele și traducoarele de mișcare (tip Fuzzy Logic sau PID), dispozitivele de transformare modală și detectorii (senzorii) de vibrații structurale.

Fig. 3.1.1.2 – Funcționarea unui sistem de amortizare bazat pe tehnologia izolării bazei HDRB

Fig. 3.1.1.3 – Reazeme cauciucate (sistem clasic) de tipul LRBD ( modul de elasticitate = 350 kN/m2 )

Fig. 3.1.1.4 – Reazem clasic LRBD în lucru

Fig. 3.1.1.5 – Sistem disipativ complex cu amortizor electrohidraulic pentru controlul oscilațiilor structurale

Spre deosebire de simplitatea principiului funcționării acestor tehnologii, montajul necesită o atenție specială. În cele mai multe dintre situațiile curente, montarea sistemelor de izolare a bazei se face după turnarea și decofrarea elementelor structurale ale unei structuri sau chiar în perioada de exploatare a acesteia. Din această cauză, greșelile tehnologice de montaj ale acestor sisteme pot produce o serie de avarii structurale iremediabile sau chiar colapsul generalizat.

Obiectivele montării acestor tehnologii sunt date de nevoia de rezistență seismică deosebită a unor structuri supuse constant hazardelor seismice majore, unde avariile structurale și nestructurale (majore) nu sunt permise. De asemenea, izolarea bazei – ca principiu tehnologic – este recomandată la structuri înalte atunci când se dorește protecția sporită a elementelor nestructurale (anvelopă, sisteme de închidere, izolație termică și fonică) ale căror defecțiuni ar putea afecta siguranța vieții umane.

Etapele efective ale montajului unui sistem de izolare a bazei constau în:

Evaluarea prealabilă și alegerea locației privind montarea sistemului disipativ(fig. 3.1.1.5).

Fixarea și montarea spirjinirilor hidraulice temporare (câte 3 pistoane pentru fiecare latură a unui stâlp) pentru preluarea încărcărilor axiale (fig. 3.1.1.6).

Amorsarea prin mijloace hidraulice a pistoanele de susținere. Operațiunea de amorsare este completă odată cu apariția unor micro-fisuri vizibile cu ochiul liber (max. 1mm) la nivelul stâlpului.

Montarea perimetrală a perdelelor de protecție împotriva prafului și trasarea la suprafața stâlpului a zonelor de tăiere a betonului armat (fig. 3.1.1.7).

Tăierea transversală progresivă a secțiunii stâlpului în etape de câte maximum 8 minute pentru a se permite evacuarea corectă a prafului și pentru verificarea obligatorie a presiunii de încarcare a pistoanelor de susținere. În cazul în care se întregistrează variații de presiune, pentru evitarea unui dezastru, se recalibrează hidraulic pistoanele până la atingerea presiunilor de stabilizare corespunzătoare (fig. 3.1.1.8).

Îndepărtarea blocului (secțiunii) de beton tăiat și evacuarea imediată a acesteia din incinta de lucru cu ajutorul unui troller special (fig. 3.1.1.9).

Montarea, fixarea (cu șuruburi) și calibrarea disipatorului cauciucat în locul secțiunii de beton proaspăt taiată. Fixarea efectivă a disipatorului se face prin aplicarea pe fețele sale a unui strat de beton de înaltă rezistență (C90/105, 2.5 cm grosime) pentru a se evita încărcarea axială neuniformă la intrarea disipatorului în sarcină (fig. 3.1.1.10).

Descărcarea progresivă a pistoanelor hidraulice până la intrarea în lucru a disipatorului cauciucat multistrat sau elastomeric.

Îndepărtarea pistoanelor hidraulice de susținere la 14 zile după montarea sistemului de amortizare. În cazul unor evenimente seismice majore, se verifică periodic – de către personal specializat – starea sistemului disipativ pentru a se constata eventuale avarii ce pot obstrucționa buna funcționare a acestuia.

În cazul în care se montează un sistem disipativ inteligent, ultima fază tehnologică constă în introducerea (la nivelurile inferioare ale clădirii) sistemului de amortizoare electrohidraulice și a senzorilor de vibrații ce permit controlul efectiv al răspunsului structural la acțiunea seismică sau încărcări din vânt (în cazul structurilor înalte), prin mijloace electronice (fig. 3.1.1.11).

Funcționarea activă a sistemului inteligent (fig. 3.1.1.12) de control al vibrațiilor seismice se face după ce un regulator de tip fuzzy este implementat la nivel structural. Ca atare, reglarea răspunsului structural la acțiunea seismică are loc după ce regulatorul fuzzy preia informațiile de la un interpretor de pertubații vibratorii (senzor extern) și le convertește în semnal de ieșire, stabilindu-se astfel valoarea semnalului de comandă pentru amortizoarele electrohidraulice. Mai apoi, în funcție de a (accelerația) și v (viteza) induse de seism în sol, un alt regulator configurează forța de control necesară a fi generată de către amortizoare. Randamentul unui asemenea amortizor cu regulator multivariabil poate fi observat în figura 3.1.1.13.

Fig. 3.1.1.12 – Funcționarea unui sistem de amortizare bazat pe tehnologia izolării bazei

Fig. 3.1.1.13 Diagrama deplasărilor la ultimul etaj – analiză comparativă (sistem neamortizat vs. amortizat)

Fig. 3.1.1.5 – Alegerea locației sistemului disipativ Fig. 3.1.1.6 – Montarea sprijinirilor hidraulice

Fig. 3.1.1.7- Montarea perdelelor de protecția a prafului Fig. 3.1.1.8- Tăierea progresivă a secțiunii stâlpului

Sursa: New Zeeland Society for Earthquake Engineering Inc., http://db.nzsee.org.nz/2004/Paper10.pdf

Fig. 3.1.1.9 – Îndepărtarea blocului de beton proaspăt tăiat

Fig. 3.1.1.10 – Montarea disipatorului cauciucat și fixarea acestuia cu beton de înaltă rezistență

De remarcat este faptul că montarea unor astfel de sisteme disipative prezintă o serie de avantaje tehnologice foarte importante: se limitează drastic daunele nestructurale în timpul unui seismic datorită disipării foarte eficace a vibrațiilor, structurile înalte pot fi proiectare și în zone cu puternice hazarde seismice iar avariile structurale după evenimente seismice repetate sunt preîntâmpinate, structurile având în acest fel o durată de exploatare mult mai îndelungată.

3.1.2 TEHNOLOGII CU AMORTIZOARE METALICE

Aspectul cel mai important aspect legat tehnologiile speciale ce folosesc amortizoare metalice îl constituie natura mecanismelor ce alcătuiesc aceaste tehnologii: defapt mecanismele de absorție a energiei seismice sunt constituite din disipatoare metalice, denumirea intrinsecă de amortizoare nefiind specifică acestora.

Din punctul de vedere al ingineriei civile, comportarea acestor dispozitive este una histeretică, ele bazându-se pe proprietățile de ductilitate a materialelor componente, fiind în același timp niste dispozitive elasto-plastice care depind de capacitatea de deformare a metalelor (oțel, plumb, aliaje speciale).

Ca alcătuire, elementele metalice componente pot avea diverse forme: pivot, semilună, fluture, sină, placă triunghiulară sau X (figura 3.1.2.1), scopul final fiind ca elementele să se deformeze plastic cât mai uniform. Părțile metalice sunt alcătuite din oțeluri speciale, cu rezistență la curgere ridicată, de tipul S355JR-S510 iar șuruburile sunt de tipul SIRP M22. De remarcat este faptul că mecanismele componente ale acestei tehnologii nu necesită procese complicate de fabricare, transport și montare. Montarea nu necesită personal specializat pentru implementarea acesteia.

Fig. 3.1.2.1 – Tipuri de forme pentru disipatoarele seismice metalice

Legat de comportarea plastică (fig. 3.1.2.2) histeretică, trebuie menționat că sistemele disipative pot fi setate/configurate pentru a se plastifica la toate cele 4 eforturi: încovoiere, forță tăietoare, forță axială și torsiune. În ceea ce privește poziționarea structurală a elementelor, amortizorii cu comportare plastică la forțe axiale pot fi folosiți și ca elemente de contravântuire sau orizontale. Mai mult decât atât, dispozitivele cu comportare plastică la forța tăietoare sau moment încovoietor se pot utiliza ca și conectori pentru diafragme din beton sau pot fi parte ale elementelor structurale în cazul construcțiilor metalice.

Fig. 3.1.2.2 – Comportarea unui reazem bazat pe tehnologia TADAS în timpul unui seism

Montajul acest tehnologii este unul etapizat, încă din fazele primare de execuție a unei structuri.

Problemele speciale apar în cazul sudurilor deoarece, în cele mai multe dintre situațiile uzuale, acestea au o comportare casantă. De asemenea, starea de tensiuni care apare în elementele dispozitivelor face ca ductilitatea acestuia să fie direct influențată de caracteristicile geometrice ale acestuia.

Avatantajele utilizării acestei tehnologii sunt date de stabilitatea și durabilitatea ridicată în timp, insensibilitate la schimbări bruște ale condițiilor de mediu, capacitate mare de disipare a energiei seismice cu deplasări relative mici cât și o bună comportare multidirecțională. Se remacă și rapiditatea schimbării elementelor sistemului, în cazul unor evenimente seismice majore care au afectectat iremediabil anumite componente ale sistemului disipativ. (ex. de fig. 3.1.2.3 – 3.1.2.6)

Fig. 3.1.2.3 – 3.1.2.4 Tehnologia TADAS utiizată în cadrul unei hale metalice

Fig. 3.1.2.5 Disipatoare metalice SIRVE

Fig. 3.1.2.6 Dispunerea disipatoarelor metalice tip SIRVE

3.1.3. TEHNOLOGII MBD/MYD

La nivelul pieței americane și europene, amortizoare MBD – [Mega Brace Dampers] sau MYD [Mettalic Yeilding Dampers] constituie o tehnologie patentată și dezvoltată în special în SUA, ce presupune folosirea de amortizori metalici de înaltă capacitate dispuși în formă de “X” (ca parte integrantă a sistemului structural disipativ) pentru a prelua suprasarcinile disipative cauzate de evenimente seismice importante. Spre deosebire de tehnologiile cu amortizoare metalice clasice (precum TADAS sau SIRVE), MBD/MYD sunt folosiți cu preponderență în cazul reabilitării unor construcții la care s-au constatat avarii structurale importante din alte cauze decât cele datorită vibrațiilor produse de cutremure (ex. evenimente climatice deosebite – tornade, taifune, tsunami). Deși etapele de montaj cât și caracterisiticile de montaj ale acestor tehnologii sunt identice cu cele ale disipatorilor metalice, trebuie menționat faptul că, spre deosebire de prima categorie de amortizori, MBD/MYD pot fi montați atât ante cât și post eveniment seismic. Unele studii de cercetare au arătat că folosirea acestei tehnologii pentru conformarea seismică a nivelurilor intermediare produce reduceri cu până la 50% a forței tăietoare introduse în stâlpi. De asemenea, această tehnologie este recomandată spre folosire în cazul structurilor înalte, săli polivalente sau stadioane.

De obicei, conectarea acestor tipuri de amortizoare se face evitând procedeele de sudură, datorită faptului că îmbinările cu sudură devin casante la încărcări de natură dinamică. Clasic, se folosesc șuruburi de înaltă rezistență de tipul M16-M22, dispuse liniar pe două rânduri. Producătorul nu recomandă realizarea îmbinărilor cu un număr inegal de șuruburi pe rândurile îmbinării (de obicei 2 la număr). Materialele folosite fac parte din clasa oțelurilor cu mare rezistență la curgere (S355JR – S510) pentru a se preveni ruperea fragilă a sistemelor de amortizare și pentru a preîntâmpina intrarea prematură în curgere.

În general, rezistența la curgere are valori cuprinse între 355 N/mm2 și maxim 510 N/mm2. Dispunerea elementelor se face în formă de X (la 45˚), sistemele neavând nevoie de operațiuni prealabile de calibrare sau pretestare.

Fig. 3.1.3.1 – Exemple privind utilizarea tehnologiilor MBD/MYD

3.1.4 TEHNOLOGII CU AMORTIZORI „U-SHAPED”

Astăzi, tot mai multe sisteme tehnologice disipative de vibrații structurale folosesc proprietățile de ductilitate a unor materiale pentru a amortiza perturbațiile de natură dinamică asupra structurilor. Se cunoaște faptul că mișcarea seismică se produce pe toate direcțiile în plan orizontal și nu numai. Ca atare, un sistem disipativ trebuie să funcționeze, în plan, contrar acțiunii seismice la 360 de grade (pe toate direcțiile). Ținând cont de această exigență de ordin tehnic, încă din 2005, Nippon Steel a introdus pe piață o variantă îmbunătățită a conceptul de clasic de amortizare vibratorie LRD: pe langă disipatorul multistrat cauciucat, reazemele elastice au în alcătuire și o serie de brațe metalice (din oțel S355, în formă de U) pentru sporirea coeficientului de amortizare dinamică a vibrațiilor (fig. 3.1.4.1-3.1.4.2).

Fig. 3.1.4.1 – 3.1.4.2 Alcătuirea unui sistem disipativ tip U-Shaped (Nippon Steel)

Caracteristicile tehnice privind capacitatea de amortizare a tehnologiei U-Shaped sunt demne de luat în considerație: rezistența la curgere – 432 kN; rigiditatea în plan orizontal: până la 11600kN/m; deformație elastică maxim admisă: 37mm; capacitate de deformare plastică maximă: 1000mm. De asemenea, pentru ingineria civilă, relevanța acestor tehnologii seismice disipative este dată de următoarele aspecte:

Caracteristicile geometrice permit acestor disipatori să intre în lucru pe orice direcție (fig. 3.1.4.3);

Prelucrarea la rece determină costuri de producție reduse și calitate sporită;

Combinația dintre disipatorul elastomeric și brațele metalice face ca rezistența la oboseală a sistemului să fie una dintre cele mai mari din categoria amortizoarelor cu comportare histeretică;

Montarea este simplă și nu necesită procedee tehnologice speciale (fig. 3.1.4.4);

Fig. 3.1.4.3 – Ansamblu general Fig. 3.1.4.4 – Prezentare schematică disipatorului U-Shaped

3.1.5 TEHNOLOGII DE AMORTIZARE CU FRECARE

Principiul după care funcționează aceste amortizoare seismice se bazează pe cantitatea de energie seismică ce se poate disipa ca urmare a frecării dintre 2 suprafețe glisante. În acest fel, acest tip de amortizoare reudce forțele laterale inerțiale și amplitudinea vibrațiilor dintr-o structură. Datorită specificațiilor tehnologice, aceste sisteme pot fi folosite pentru controlul structural pasiv cât și pentru cel semi-activ.

Principiul de funcționare a disipatorilor cu frecare face ca performanțele acestora să fie constante în timp, sigure și stabile ca ordin de mărime și comportament. În cazul acestor sisteme, alunecarea dispozitivelor disipatoare este proporțională cu deplasările structurale-în special cu deplasările relative de nivel (amortizoarele fiind intercalate între două nivele consecutive), legătura (amortizoare-structură) făcându-se prin intermediul unor elemente structurale cum ar fi diagonalele sau panourile de perete cu rigiditate finită. Varietatea mare sub care se găsesc aceste sisteme face ca materialele folosite pentru suprafețele de frecare să fie dintre cele mai diverse: placutele de frâna pe oțel (S235), oțel pe oțel sau oțel pe alamă. Schemele de montare sub care se găsesc amortizorii cu frecare sunt, de asemenea, variate: zăbrele diagonale, zăbrele orizontale sau elemente de conectare între capătul superior al unui perete și grinda de deasupra sa.Tehnologiile disipative cu frecare cele mai des folosite sunt:

Tehnologia Damptech: constă în montarea a 3 plăci metalice și a unor tampoane de frecare (2 la număr) plasate între acestea ce sunt prinse/fixate cu un șurub de tip SIRP a pentru a se menține forța de compresiune pe suprafețele de frecare. Cantitatea de energie disipată este proporțională cu rezistența la frecare ce rezultă din glisarea și rotirea relativă dintre plăcile amortizorului (fig. 3.1.5.1). Legătura disipatoare de energie (EDR – Energy Dissipating Restraint): este alcătuită dintr-un mecanism ce permite frecarea pe o zonă de mișcare, cu blocaje la capete, ce permite o directă proporționalitate între forța de frecare și deplasare.

Tehnologia Pall: sistemul disipativ este realizat dintr-un set de platbande cu găuri, tratate special pentru a produce o foarte bună frecare, platbandele fiind îmbinate între ele în așa fel încât la o anumită valoare a încărcării este permisă glisarea unora peste celelalte. (fig. 3.1.5.2 – 3.1.5.3)

Tehnologia SAEMFD (Semi-Active Electromagnetic Friction Damper) – constă într-un dispozitiv eletromagnetic destinat controlului forței de frecare ce apare în amortizor, folosind un câmp electromagnetic, suportul de frecare fiind prins între 2 plăci de oțel îmbinate cu buloane. Prin reglarea curentului ce străbate electromagnetul, bobinele reglează forța de frecare între plăcile de oțel în timp real.

Montarea acestor dispozitive nu necesită operațiuni tehnologice speciale, făcându-se la fața locului prin ridicarea acestora la nivelurile superioare folosind o macara de medie capacitate. În cazul celor 3 tehnologii, operațiunile de calibrare și verificare se fac la început și după evenimente seismice majore.(fig. 3.1.5.4)

Fig. 3.1.5.1 – Amortizor cu frecare tip Damptech

Fig.3.1.5.2- 3.1.5.3 – Amortizori cu frecare bazati pe tehnologia Pall

Fig.3.1.5.4 – Amortizor tip SAEMFD

Din punctul de vedere a ingineriei structurale, avantajele montării de sisteme disipatoare bazate pe tehnologiile de amortizare cu frecare sunt numeroase: simplitatea proiectării, realizării și implementării; eficiență și stabilitate sporită în reducerea avariilor produse de evenimente seismice; costuri și timpi de instalare convenabili; flexibilitate în montaj (pot fi montate pe diferite sisteme structurale precum beton, oțel, zidărie și cadre de lemn); sensibilitate scazută la schimbări ale condițiilor de lucru; posibilitatea reutilizării.

De asemenea, o serie de inconveniente ce apar sunt date de: necesitatea unei mentenanțe regulare; uzura fizică a mecanismelor de frecare ce trebuie schimbate la un anumit număr de cicluri de încărcare; imperfecțiunile de montaj pot compromite eficiența sistemului de amortizare.

3.1.6 TEHNOLOGII CU AMORTIZORI VÂSCOȘI

Un amortizor vâscos constă într-un cilindru închis (fig. 3.1.6.1) ce conține encapsulat un fluid vâscos (silicon, ulei sau alt fluid cu vâscozitate controlabilă/cunoscută). Dat fiind faptul că tija de acționare a pistonului este conectată la un element (disc) cu orificii, forțarea fluidului (datorită tensionării amortizorului) prin gaurile capului de piston face ca presiunea rezultată să fie transformată în forță de amortizare, disipându-se în acest fel de energie.

Având în vedere că forța de amortizare este proporțională și dependentă cu viteza de încărcare a pistonului hidraulic, sistemele disipative vâscoase sunt clasificate drept tehnologii disipatoare de energie seismică dependente de viteză. (vezi tab. 1.3.1)

Ca atare, amortizorii vâscosi sunt folosiți ca și sisteme de control pasiv, cu toate că prin controlul eficient al dimensiunilor orificiilor sau a vâscozității fluidelor ei pot fi utilizați, de asemenea, ca și sisteme semi-active de control structural. Pe lângă rolul seismic-disipator pe care îl au, tehnologiile bazate pe amortizori vâscoși reprezintă o alternativă viabilă pentru prevenirea plastificării sau cedării unor elemente structurale, în cazul unor evenimente externe ce produc vibrații importante la nivel structural.

În acest fel, avariile structurale (foarte periculoase) sunt evitate iar structura amortizată poate fi exploatată în continuare în siguranță.

Fig. 3.1.6.1 – Alcătuirea unui amortior hidraulic cu lichid vâscos

Alcătuirea sistemelor cu amortizoare vâscoase este una relativ simplă: elementul pricipal de amortizare îl constituie pistonul/pistoanele hidraulic/e cu lichid vâscos; brațele de pârghie sau de echilibrare au rolul a amplifica capacitatea disipativă a pistoanelor; tacheții de capăt au rolul de a permite calibrarea cablelor de amortizare și gradul de pretensionare a pistonului hidraulic principal (acestea sunt elemente suplimentare ce nu fac parte din sistemul de amortizare de bază); plăcile de distribuție permit prinderea capetelor pistoanelor de elementele structurale. Montajul se face conform unor scheme tehnologice predefinite care urmăresc funcționarea cât mai eficientă și la capacitate maximă a sistemului disipativ (fig. 3.1.6.2). În general sudarea elementelor nu este recomandată, folosindu-se în schimb șuruburi pretensionate de înaltă rezistență ce se montează (fixează) cu ajutorul cheilor hidraulice de elementele structurale din beton sau oțel. Este de evitat, de asemenea, supunerea la temperaturi ridicate (în faza de montaj) a manșoanelor de cauciuc, ABS sau neopren ce sunt folosite la realizarea prinderilor pistoanelor.

Fig. 3.1.6.2 – Scheme uzuale de montaj pentru amortizoare seismice cu lichid vâscos

Avantajele folosirii sistemelor de amortizare cu pistoane hidraulice sunt date în principal de: eficiența în funcționare; costurile atractive de achiziție, montaj și mentenanță; comportarea dinamică stabilă ce nu poate produce dezechilibre structurale; durabilitate ridicată. Totuși, aceste sisteme pot dovedi o sensibilitate limitată în cazul unor schimbări bruște a condițiilor de lucru deoarece sunt necesare deplasări structurale semnificative pentru ca amortizoarele hidraulice să aibe o comportare optimă. Mai mult decât, fenomenul de uzură și îmbătrânire a fluidului vâscos cât și necesitatea existenței unui forțe de revenire pot face ca aceste sisteme să se dovedească ineficiente în cazul folosirii sau utilizării deficitare.

Fig. 3.1.6.3 – 3.1.6.4 Amortizori seismici cu fluid vâscos în diferite forme de montaj

Fig. 3.1.6.5 Amortizor cu fluid vâscos pentru amortizarea și disiparea energiei seismice de la baza structurilor

3.2 TEHNOLOGII SEMI-ACTIVE DE AMORTIZARE SEISMICĂ

Caracteristica de bază a tehnologiilor disipative bazate pe sisteme de amortizare semi-active este dată de faptul că aceastea necesită o cantitate redusă de energie (non-perturbatoare) externă pentru a funcționa în parametri optimi. Principiul funcțional face ca forțele de control să fie sintetizate pe baza semnalelor de la receptorii structurali (senzori) ce măsoară excitația și/sau răspunsul structurii pentru a genera răspunsul de control structural specifice sistemului de control și amortizorului. Așadar, aceste tehnologii au capacitatea de a răspunde optim unor fenomene climatice diverse (vânt puternic, rafele) sau unor hazarde însemnate ale mediul ambiant (hazard seismic, vibrații dinamice diverse). Deoarece aceste sisteme nu introduc cantități semnificative de energie în structuri, cerințele energetice de funcționare sunt minime, precum și riscurile de a crea instabilități. Ele pot funcționa pe bază de baterii/acumulatori și sunt operaționale inclusiv atunci cand alimentarea de la rețeaua electrică este intreruptă, autonomia energetică fiind un advantaj însemnat.

Cu toate că sistemele de amortizare semi-active nu pot introduce cantități mai de energie disipatoare în structuri, acestea sunt capabile să schimbe rigiditățile și coeficienții de amortizare ai unei structuri datorită faptului că proprietățile mecanice ale acestor sisteme sunt continuu ajustate la valorile excitației cutremurului, ale deplasării, vitezei și accelerației structurii. Mai mult decât atât, forțele de control într-un sistem semi-activ sunt întotdeauna în direcția opusă mișcării sistemului structural și prin urmare influențează pozitiv stabilitatea structurii, pe când dispozitivele active pot destabiliza un sistem chiar și cu o acțiune disipativă redusă.

După tipul de pistoane hidraulice folosite pentru disipare și după tipul disipatorului, sistemele de amortizare semi-active se pot grupa în:

dispozitive electrohidraulice cu orificiu variabil (EH)

dispozitive electroreologice (ER)

dispozitive magnetoreologice (MR) cu fluid controlabil

dispozitive cu rigiditate variabilă

dispozitive cu masă acordată (TMD)

dispozitive cu fluide inteligente (cu lichid sau cu coloane de lichid acordat)

dispozitive pneumatice.

În cele ce urmează, pentru o mai bună relevanță a studiului de caz din capitolul următor, secțiunea de față se axează pe tratatea aspectelor tehnologice ce țin de tehnologiile disipative magnetoreaologice și cele cu masa acordată.

3.2.1 Disipatori și amortizoare magnetoreolice

Amortizorul cu fluid magneto-reologic este un dispozitiv de control semi-activ pe baza unui fluid controlabil care aduce amortizorului câteva caracteristici speciale. Fluidul, numit magneto-reologic, constă într-o suspensie de micro-particule într-un lichid purtător, cum ar fi uleiul sintetic, apa sau uleiul siliconic. Când este expus unui câmp magnetic, particulele captează un moment bipolar ce este aliniat câmpului extern, rezultând formarea unui lanț de particule paralel cu câmpul. Proprietatea principală a acestui fluid este abilitatea de a se modifica reversibil dintr-un lichid vâscos cu o curgere liberă liniară, într-un semisolid având rezistența la curgere controlabilă, totul realizându-se într-un timp de ordinul milisecundelor. Principiul fizic de funcționare a dispozitivelor magnetoreologice este ilustrat schematic în fig. 3.2.1.1.

Fig. 3.2.1.1 – Principiul de funcționare al unui amortizor MR (curba histeretică Bouc-Wen)

Amortizorii cu fluid MR sunt clasificați ca dispozitive de control semiactiv. Acestea nu pot introduce energie în sistemul structural și prin urmare nu au potențialul de a destabiliza sistemul, așa cum am precizat anterior. Forța de amortizare a amortizorului cu fluid MR poate fi schematizată printr-un model având un material plastic în paralel cu un amortizor vâscos. Toate dispozitivele care folosesc fluid MR pot fi clasificate ca funcționând astfel: a) în modul supapă (fig. 3.2.1.3); b) în modul tangențial direct; c) în modul de strivire; d) în combinație cu primelor trei moduri. În aplicațiile din ingineria civilă, deoarece forțele de amortizare și deplasările sunt mari din punct de vedere al amplitudinii, se folosesc de obicei modelele de tip supapă sau combinațiile acestora cu modelele tangențiale.

Standardele privind montarea și calibrarea acestor sisteme sunt identice cu cele ale tehnologiilor bazate pe amortizoare electrohidraulice, indiferent de producătorul acestora. (vezi secțiunea 3.1.1)

Fig. 3.2.1.2 Schema generală a unui amortizor magneto-reolic pentru disiparea energiei seismice

Avantajele utilizării sunt date, în principal, de ușurința montării și a proceselor de mentenanță pe durata întreagă de exploatare: eficiență și stabilitate sporită în reducerea avariilor structurale în urma cutremurelor importante; costuri și timpi de instalare convenabili; flexibilitate în montaj (pot fi montate pe diferite sisteme structurale precum beton, oțel, zidărie și cadre de lemn); sensibilitate scazută la schimbări ale condițiilor de lucru; posibilitatea reutilizării.

Fig. 3.2.1.3 – Amortizor-piston magnetoreologic în modul supapă

3.2.2 Amortizoare semi-active cu masă acordată – tip TMD

Sistemele de amortizare și disipare a vibrațiilor structurale bazate pe tehnologia TMD sunt dispozitive alcătuite dintr-o greutate (masă acordată), resorturi și o serie de amortizoare atașate unei structuri pentru a se reduce răspunsul dinamic la încărcări de natură seismică sau climatică extremă (vânt, rafale – la clădiri înalte). Principiul de funcționare este dat de faptul că frecvența amortizorului este acordată la o anumită frecvență a structurii în asa fel încât atunci când este solicitat, amortizorul să vibreze defazat (contrafază) cu mișcarea structurii. În acest fel, energia este disipată de forța de inerție a amortizorului ce influențează comportamentul structurii.

Strict din punctul de vedere al controlului structural, sistemele TMD sunt, în general, sunt clasificate ca și tehnologii pasive de amortizare și disipare a virbrațiilor structurale. Totuși, cu ajutorul altor tehnologii disipative adiționale, controlul vibratiilor cu ajutorul amortizorilor cu masa acordată poate fi pasiv,activ, semi-activ sau hibrid, în funcție de existența sau inexistența unor dispozitive de control conectate în serie la masa acordată sau în funcție de strategiile de control seismice structural programate.

Acest tip de sisteme se definesc prin masă (tunned – acordată), rigiditate și capacitate de disipare și amortizare. Ideea de bază a acestor tehnologii este dată de faptul că masa și rigiditatea amortizoarelor sunt alese în asa fel încât să sincronizeze frecvența proprie de vibrație a disipatorului cu frecvența de rezonanță a structurii de amortizat.

Alcătuirea acestor sisteme este una riguroasă – TMD-urile sunt de tip pendular, cu 8 amortizori vâscoși primari pentru preluarea socurilor datorate vântului și alți amortizori vâscoși, secundari, pentru prealuarea șocurilor produse de mișcarea seismică, masele acordate fiind realizate din blocuri de beton sau oțel (de diferite forme – în funcție de caracteristicile de amortizare, montate în interiorul clădirilor) ce oscilează în direcție opusă oscilațiilor structurii datorită resoartelor de prindere sau a pendulilor. De asemenea, amortizorii utilizați în cadrul tehnologiilor TMD sunt de tip vâscos – forța de amortizare vâscoasă produsă având caracter neliniar.

Conform clasificării anterioare (vezi tab. 1.3.1), un dispozitiv special în categoria celor dependente de accelerație îl constituie amortizorul cu masa acordată de translație bidirecțională (fig.3.2.2.1).

Relevanța acestei tehnologii speciale, pentru lucrarea de față, este dată de faptul că acesta se bazează pe dispozitive formate dintr-o masa adițională așezată pe reazeme cu funcția de role (dispuse pe două direcții), permitându-se astfel ca masa acordată să aibă o mișcare de translație relativă față de structură pe două planuri ortogonale. Resoartele și amortizorii se introduc între masa și elementele verticale adiacente care transmit forța laterală planșeului pe care sunt montate și după aceea întregului sistem structural.

Fig. 3.2.2.1 Principiul de funcționare al amortizorului cu masa acordată bidirecțional. Detaliu constructiv

După cum se poate observa și în prezentarea schematică de mai sus, sistemele de amortizare și disipare tip TMD sunt alcătuite din subansamble. În consecință, tehnologia de montare a acestora parcurge mai multe etape preliminare. În cazul structurilor înalte, prima etapă de montaj constă în realizarea sistemelor de prindere și asigurare a pistoanelor (fig. 3.2.2.2) hidraulice: se fixeaxă de elementele structurale reazeme metalice (supporting plates) pe suprafața căror vor fi mai apoi sudate capetele pistoanelor de amortizare. După fixarea temporară a pistoanelor cu lichid vâscos (doar la un capăt) se trece la turnarea in situ a blocului de beton disipator (fig. 3.2.2.3) sau la montarea și sudarea subansamblelor ce alcătuiesc masa acordată, în cazul în care această este din oțel.

Fig. 3.2.2.2 – Pistoane hidraulice cu lichid vâscos folosite în cadrul dispozitivelor TMD

Fig. 3.2.2.3 – Turnarea blocului de beton din alcătuirea unui sistem TMD bidirecțional

Calibrarea dispozitivului se face prin mijloace computerizate de către personal înalt calificat. În general, după un eveniment seismic major se va verificări de rutina ale sistemelor de prindere, amortizoarelor hidraulice sau a parametrilor de acordaj setați în memoria regulatorului disipativ dinamic. Performanțele de amortizare sunt însemnate, acest tip de tehnologie având capacitatea de a reduce cu cca. 70% din deplasările structurale în cazul unor evenimente climatice extreme sau hazard seismic. (analiză comporativă – fig. 3.2.2.4)

Fig. 3.2.2.4 – variația mărimii de amortizare ξ în cazul unui sistem fără TMD, respectiv cu TMD

Fig. 3.2.2.5 – Coeficientul de amortizare al dispozitivelor TMD în funcție de diferite coduri de proiectare

3.3 TEHNOLOGII HIBRIDE DE AMORTIZARE SEISMICĂ

Tinând cont de faptul că sistemele de control pasive au o serie de limitări, tehnologiile de amortizare hibride sunt introduse pentru a compensa o parte din acestea. În principal, prin utilizarea acestor tehnologii, se dorește un control efecient al răspunsul imediat de amortizare la încărcare seismice bruște sau la variații semnificative ale condițiilor climatice de lucru. Conform lui H. Jung, un sistem de amortizare hibrid înseamnî folosirea combinată a sistemelor de control activ și pasiv, în același timp.

Așadar, un sistem de amortizare hibrid constă în cuplarea unui dispozitiv de control activ în scopul îmbunătățirii performantelor unuia pasiv, care atașat la o structură, scade semnificativ cantitatea de energie disipată dintr-o structură. Diferența față de un sistem pasiv este dată strict de prezența unui amortizor electrohidraulic (controlat prin pulsații electrice) care se montează identic cu cele de tipul MBD.

Fig. 3.3.1 – Dispozitive de amortizare pasive echipate cu mecanisme de control disipativ activ (Winneman Technology Incorporated)

3.4 TEHNOLOGII ACTIVE DE AMORTIZARE SEISMICĂ

Având în vedere simplitatea montajului, cantitatea infimă de energie necesară funcționării și siguranța în exploatare, sistemele de amortizare seismică pasive sunt utilizate în majoritatea cazurilor pentru clădiri obișnuite. Totuși, în situații speciale (în cazul structurilor înalte, de peste 300 m), aceste dispozitive se dovedesc limitate în ajustarea parametrilor de control dinamic activ. Se impune, în acest fel, introducerea unor sisteme cu capacitate disipativă și de amortizare mult îmbunătățită – sisteme active, pentru a se echilibra eficient oscilațiile seismice induse într-o structură.

Mecanismele active au nevoie de o sursă amplă de energie externă (disipativă și de amortizare) pentru funcționarea elementelor de execuție ce generează forțele de control necesare, în parametri normali. Practic, tehnologiile active de amortizare semsică constau în sisteme semi-active (vezi secțiunile 3.1.1, 3.2.1 sau 3.2.2) de disipare a vibrațiilor cărora li s-au implementat mecanisme cu aport energetic disipativ sporit.

Funcționarea se bazează pe sintetizarea foarte precisă a perturbațiilor seismice prin intermediul semnalelor primite de la senzorii ce măsoară excitația și/sau răspunsul structural al clădirilor în cauză. Spre deosebire de sistemelor disipative pasive, în componența acestor sisteme se regăsesc sistemele de amortizare acționate electrohidraulic sau electromecanic ce sunt coordonate de un controller programat cu algoritmi de reglare în buclă închisă. Astfel, disipatorii cu masă activă operează asupra masei structurii sub formă de pendul, pentru a contrabalansa mișcarea clădirii iar forțele exterioare sunt contrabalansate de forțele generate de sistemul de control, ale căror intensități sunt stabilite pe baza răspunsului structural înregistrat de semnalele de la senzori.

Montajul presupune etape identice precum în cazul sistemelor semi-active doar că utilajele de lucru la fața locului pot sa difere: din cauza gabaritului sporit al anumitor elemente constitutive sunt necesare mecanisme de ridicare cu caracteristici speciale (utilaj macara tip Derrick). Calibrarea și mentenanța sistemelor se face atât post evenimente seismice cât și în cadrul verificărilor de rutina la 45 de zile.

Fig. 3.4.1 – Reprezentarea la scară a unui dispozitiv TMD cu pistoane agabaritice electrohidraulice

Fig. 3.4.2 – Disipator pasiv tip TMD pregătit pentru montarea sistemului activ de control structural dinamic al vibrațiilor

CAPITOLUL III. STUDIU COMPARATIV

Capitolul de față ilustrează, apelând la o analiză comparativă, trei studii de caz privind performanțele și eficiența, în cazuri practice, celor două tipuri de tehnologii disponibile pentru reabilitarea seismică și/sau conformarea seismică: convenționale (clasice) și neconvenționale (speciale). Este de remarcat faptul că, în ultima perioadă de timp, problema reabilitării (retrofitării) seismice a clădirilor avariate a devenit una de mare preocupare, datorită faptului că probabilitatea unor hazarde seismice de amploare în zonele seismice – pe termen mediu, este mare.

Conceptele care stau la baza reabilitării și/sau conformării antiseismice sunt variante, precum și soluțiile/tehnologiile disponibile. Orice tehnologie de reabilitare/conformare seismică are în vedere sporirea rezistenței generale a unei structuri sau a unui element structural, creșterea ductilității, evitarea cedărilor structurale bruște sau evitarea concentrării de eforturi în anumite zone/elemente structurale. În general, conceptele moderne de proiectare antiseismică impun tranziția de la structuri „rezistente la cutremure” la structuri „cu performanțe antivibratorii sporite”. Ca atare, performanța și siguranța structurală nu vor crește proporțional cu sporirea capacității de rezistență iar nivelul de avariere structurală – în cazul unui eveniment seismice nu se va reduce automat.

În ceea ce privește planul practic al tehnologiilor clasice de reabilitare sau conformare seismică, condițiile asociate stărilor limită trebuie să fie pe deplin satisfăcute: SLU (rezistență, rigiditate) și SLS (rigiditate). Pe langă acestea, în cazul tehnologiilor neconvenționale, sunt luate în considerație și exigențele privind deplasările structurale (în realitatea acțiunea seismică se limitează la impunerea unei deplasări la baza structurilor) și comportamentul structural neliniar ca efect al amortizării seismice.

Ținând seama de multitudinea de aspecte prezentare mai sus, în cele ce urmează voi supune atenției și analizei 3 cazuri de avarii ale unor elemente structurale care au fost retrofitate prin intermediul tehnologiilor clasice de reabilitare seismică. În paralel soluțiilor propuse și utilizate inițial, voi realiza un scenariu de utilizare a tehnologiilor neconvenționale pentru reabilitarea sau prevenirea avariilor structurale în cauză, cu menționarea comparativă a aspectelor ce țin de problematica montajului, performanțelor sau costurilor de execuție.

De menționat că toate cele 3 cazuri analizate au apărut ca și consecință a unor evenimente seismice importante, la clădiri cu diferite tipuri de sisteme structurale, situate în varii zone seismice de pe glob. Cauzele avariilor nu fac obiectul acestui studiu de caz, deoarece ma voi axa doar pe prezentarea de metode eficiente și performante de reabilitare sau prevenire a acestora. În cazul metodelor clasice de retrofitare, s-au luat utilizat 4 soluții de reabilitare: 1 – introducerea unui perete de beton armat; 2 – introducerea de contravântuiri metalice; 3 – utilizarea de polimeri armați cu fibră de carbon; 4 – înfășurarea elementelor structurale în polimeri FRP.

4.1 CAZUL 1

Descriere: Structura este situată într-o zonă cu seismicitate accentuată, unde se înregistrează frecvent cutremure cu maginitudinea de peste 6 grade pe scaca Richter (Argentina). Sistemul structural este alcătuit din cadre de beton armat cu pereți de umplutură din zidărie. Construcția are o vechime de peste 40 de ani și se dorește schimbarea modului de exploatare a acesteia: din depozit de mărfuri în clădire unde se vor desfășura procese industriale și de birouri. Reabilitarea este dată de necesitatea unei mai bune conformări antiseismice și antivibratorii datorită noii destinații a clădirii.

Avarii constatate: nu sunt, structura va fi rigidizată pentru evenimente seismice mai puternice decât cele pentru care a fost proiectată inițial.

Hazard, cauze: hazard seismic cu magnitudine peste 6.9 Richter, vibrații datorate proceselor industriale.

Evalurea avariilor: nu s-au constat avarii structurale importante premergătoare retrofitării seismice și antivibratorii.

Soluția de reabilitare (clasică) propusă: Tehnologia clasică de reabilitare a clădirii în cauză constă în rigidizarea suplimentară a stâlpilor (aport de rezistență de cca. 20-25%), prin mărirea secțiunii acestora pe nivelele inferioare (parter și etajul I) și armarea suplimentară folosind armătură post-tensionată. Pentru al doilea nivel s-a optat pentru rigidizarea secțiunii stâlpilor folosind tehnica înfășurării secțiunii în materiale polimerice compozite (FRP), pentru un aport de rezistență de cca. 20% din valorile inițiale. (fig. 4.1.1)

Fig. 4.1.1 – Reabilitarea stâlpilor folosind mărirea secțiunii (armătura post-tensionată), respectiv FRP

Reabilitare neconvențională propusă: Soluția neconvențională propusă constă în montarea de disipatoare histeretice cu frecare pe fiecare nivel, montate în sistem cross-braced (pe nivelele superioare) și sistem chevron-braced(K) la parter (fig. 4.1.2). Din specificațiile tehnice, reise că sistemul disipator are capacitatea de a aborbi și disipa, unitar, o încărcare seismică egală cu 135kN. Prin montarea acestor tehnologii de amortizare și disipare, deplasările relative de nivel s-au redus cu până la cu 50%. Anumite simulări, de tip PUSHOVER, ulterioare au arătat că operațiunile de retrofitare și-au atins cu succes obiectivele inițiale privind un raport optim performanțe-preț.

Fig. 4.1.2 – Utilizarea tehnologiei pe bază de disipatoare histeretice cu frecare

Rezultate și concluzii: Exemplul analizat ilustrează foarte bine conclucrarea dintre sistemele de reabilitarea clasice și cele neconvenționale. Din rațiuni de optimizare a costurilor și performanțelor, s-a optat pentru un sistem de reabilitare dual (mijloace clasice și neconvenționale), datorită faptului că niciuna dintre tehnologii, folosită unitar, nu ar fi condus la aceleași rezultate în privința performanțelor structurale raportate la economicitate. Alternativ, s-ar fi putut monta un sistem disipativ bazat pe izolarea bazei construcției dar viabilitatea acestui demers ar fi fost stopată datorită costurilor ridicate ale procedurii de montaj și mentenanță. Realizarea sistemului dual a presupus o economie de cca. 15-25% a resurselor financiare disponibile pentru procedura de reabilitare.

4.2 CAZUL 2

Descriere: Structura analizată este un bloc de locuințe de 4 etaje cu sistemul structural alcătuit din cadre de beton armat și pereți de închidere din zidărie. Clădirea este situată într-o zonă cu seismicitate accentuată, accelerația de vârf a solului fiind de cca. 0.45g.

Hazard, cauze avariere: hazard seismic cu magnitudine de aprox. 7.2 grade pe scara Richter. Accelerația maximă a solului în timpul seismului ce a produs avariile a fost de 0.9g.

Evalurea avariilor: s-au constat avarii structurale premergătoare retrofitării seismice în cadrul nodurilor structurale de la primul și cel de-al doilea nivel. Evaluarea fisurilor s-a făcut prin mijloace ultrasonice iar niciuna din fisuruile dispuse la 45˚ nu a ajuns în profunzimea unuia dintre elementele structurale.

Soluția de reabilitare (clasică) propusă: Reabilitarea seismică constă în două etape. Prima etapă presupune reabilitarea elementelor structurale prin acoperirea fisurilor la 45˚ utilizând mortar pe bază de rășină epoxidică (fig. 4.2.1) – tehnologia WATCO. După 14 zile de la acoperirea fisurilor, s-au montat carcasele de armătură pe exteriorul elementelor structurale avariate pentru rigidizarea acestora prin mărirea secțiunii de rezistență. Turnarea betonului s-a făcut prin torcretare sau concrete jacketing – în cazul stâlpilor (fig. 4.2.2 – 4.2.3) iar reabilitarea grinzilor s-a făcut prin supra-armarea (fig. 4.2.4) acestora cu fibre de polimer (FRP Reinforcement) aplicate manual. Pentru limitarea deplasărilor relative și generale ale structurii, nivelul inferior s-a rigidizat prin turnarea unor diafragme pe intreg perimetrul clădirii (fig. 4.2.5).

Fig. 4.2.1 – Reabilitarea fisurilor cu rășină epoxidică sau prin inserție de lapte de ciment (grouting)

Fig. 4.2.2 – Mărirea secțiunii de rezistență prin procedura de jacketing

Fig. 4.2.3 – Aspecte tehnologice ale procedurii de jacketing

Fig. 4.2.4 – Reabilitarea grinzilor cu FRP

Fig. 4.2.5 – Realizarea unor diafragme intermediare pe nivelurile inferioare

Reabilitare neconvențională propusă: Trebuie menționat că soluția neconvențională de reabilitare propusă este una simulată iar rezultatele finale sunt obținute cu ajutorul programelui (softului) SeismoStruct. De asemenea, în alegerea tehnologiei de amortizare și disipare seismică adecvate s-au folosit îndeaproape caracteristicile fizico-mecanice ale sistemelor disipative disponibile pe paginile de internet ale producătorilor. Soluția propusă constă într-un sistem structural alcătuit din disipatoare seismice cu frecare de tip PALL (dispuse în stil Xbraced) și amortizoare seismice cu fluid vâscos de tip Taylor Devices. Schema de montare propusă poate fi vizualizată în fig. 4.2.6. Caracteristicile tehnice ale sistemelor de disipative și de amortizare sunt:

Disipatoare Pall:

Specificații tehnice: forță axială rezistivă optimă – 100kN; forță tăietoare rezistivă pe cadru: 80kN; braț amortizor – tip HSS 127 x 76.2 x 6.35 mm; timp de încărcare la sarcină maximă: 20 de secunde; capacitate disipativă la încărcare ciclică maximă: 313 kNm; deplasarea limită a sistemului la încarcarea seismică maximă: 38mm; perioadă optimă de exploatare: max. 75 de ani; temperatură ambiantă optimă pentru operare: -20˚C – 48˚C; număr de cicluri de încarcare seismică maximă pe an: 5;

Disipatoare Taylor Devices

Fig. 4.2.6 – Amortizor cu fluid vâscos, respectiv sistem de prindere și ancorare

Specificații tehnice: forță axială rezistivă optimă – 890kN; presiunea maximă de operare: 138 Mpa; cicluri de încarcare din vânt pe an: maxim 300 000; cicluri de încărcare seismică pe an: maxim 5; amortizare maximă pe direcția X: 1650 kN; amortizare maximă pe direcția Y: 294 kN; perioadă optimă de exploatare: max. 35 de ani; greutatea proprie a amortizorului: 200kg; temperatură ambiantă optimă pentru operare: -0˚C – 48˚C; deplasare (drift) maximă admisibilă a sistemului: 220mm.

Schema de montaj propusă:

Fig. 4.2.7 – Schema de montaj a disipatoarelor cu frecare (verde) și a amortizoarelor cu fluid vâscos (roșu)

Rezultate și concluzii:

Fig. 4.2.8 Diagrama punctelor nevralgice din încărcarea maximă la SLU pentru: a. structura reabilitată cu tehnologii clasice, b. structura reabilitată tehnologicii disipative neconvenționale

Fig. 4.2.9 Diagrama de deplasări maxime la SLU pentru: a. structura reabilitată cu tehnologii clasice (57.4mm), b. structura reabilitată tehnologicii disipative neconvenționale (39.1mm)

Din analiza rezultatelor de pe urma simulării utilizării tehnologiilor de amortizare și disipare reiese că:

montarea unor sisteme de amortizare și disipare (precum cele menționate) înainte de darea în folosință a clădirii ar fi prevenit avariile structurale în cazul unui cutremur de 7.2 grade pe scara Richter;

deși reabilitarea clasică este una eficientă, fig. 4.2.8 scoate în evidență un comportament structural net îmbunătățit în cazul utilizării unor tehnologii neconvenționale;

în cazul sistemului neconvențional propus, nu sunt de așteptat avarii structurale ce pot afecta stabilitatea generală în cazul unui cutremur de până la 7.8 grade pe scara Richter cu o accelerație de vârf a solului de până la 0.6g.

în cazul unui cutremur de peste 7.3 grade pe scara Richter, offset-ul permanent după o încărcare seismică maximă pentru 20 de secunde este de doar 0.5 mm pentru disipatoarele seismice cu frecare;

gradul de îmbunătățire a comportamentului dinamic (față de tehnologiile de reabilitare clasice) este de 25% (fig. 4.2.8);

deplasarea (general drift) maximă la vârf pentru combinația de încărcări la SLU a fost redusă cu 31.88% în cazul utilizării tehnologiilor neconvenționale (fig. 4.2.9);

4.3 CAZUL 3

Descriere: Structura oferă poate cel mai elocvent exemplu de utilizare a tehnologiilor neconvenționale de amortizare și disipare seismică ca etapă obligatorie în reabilitarea unei structuri post retrofitare clasică. Sistemul structural este alcătuit din cadre din beton armat și diafragme de beton pentru ridigizarea generală. Structura este amplasată într-o zonă cu seismicitate pronunțată și constantă pe întreaga durată de exploatare (Tokio).

Avarii constatate: după realizarea procedurii de retrofitare utilizând tehnologii convenționale nu s-au întregistrat avarii structurale la niciunul dintre cutremurele din perioada de exploatare. Reabilitarea clasică a fost necesară datorită avariilor apărute ca urmare a cutremurului Hanshin-Awaji (Cutremurul de la Kobe- 7.2 grade magnitudine pe scarea Richter) din luna decembrie 1995.

Hazard, cauze: hazard seismic, magnitudine de aprox. 6.9 – 7.2 pe scara Richter

Evalurea avariilor: s-a înregistrat fisuri și microfisuri la nivelul structurii de rezistență, în principal în secțiunile stâlpilor din beton armat. (fig.4.3.1)

Fig. 4.3.1 – Microfisuri ale structurii de beton a stâlpilor

Soluția de reabilitare (clasică) propusă: Constituie una dintre cele mai performante tehnologii convenționale de reabilitare seismică post-eveniment a structurilor din beton armat. A fost dezvoltată de către JBDPA (The Japan Building Disaster Prevention Association) în 1997 și s-a impus ca una dintre cele mai versatile modalități de reabilitare din Japonia (și nu numai), numărând peste 500 de clădiri reabilitate cu ajutorul acesteia numai pe teritoriul Japoniei.

AF System (Aramid Fiber retrofitting system) – constă în retrofitarea prin aportul de rezistență și ridigitate a elementelor structurale datorită armării acestora cu fâșii de fibre sintetice de aramidă. Fâșiile sunt defapt role de poliamidă aromatică rigidizată cu grafit, cu grosimi între 0.193 și 0.378 mm, care se montează perpendicular pe direcția încărcărilor axiale ale unui element constructiv. Fiind un sistem de reabilitare de suprafață, aplicarea tehnologiei AF este simplă și constă în 4 etape: se curață și șlefuiește suprafața elementului constructiv (stâlp sau grindă); apoi se aplică un strat de tip primer de rășină expoxidică; după aplicarea primer-ului se trece la înfășurarea fâșiilor de aramidă perpendicular pe direcția de încărcare axială a elementului structural; la final, se finisează suprafața reabilitată prin aplicarea unui strat izolator (foc, temperaturi înalte) de rășină epoxidică de înaltă rezistență (fig. 4.3.2). Caracteristicile mecanice ale fâșiilor de aramidă sunt excelente: rezistență optimă la întindere – 2060 N/mm2; rigiditate – 118 x 103 N/mm2.

Fig. 4.3.2 – Tehnologia reabilitării stâlpilor cu fâșii de aramidă

După realizarea operațiunilor de reabilitare cu tehnologii convenționale, pe întreaga durată de exploatare a clădirii nu s-au mai înregistrat daune sau avarii la elementele de rezistență ce ar fi putut pune în pericol stabilitatea generală.

Fig. 4.3.3 – Elemente structurale reabilitate cu tehnologia AF System

Reabilitare neconvențională propusă: Cu toate că post-reabilitare seismică nu s-au mai înregistrat daune structurale ce ar fi necesitat reparații la elemente structurale de rezistență, în timpul cutremurelor cu magnitudine importantă s-au înregistrat numeroase daune la elementele nestructurale ce au necesitat în repetate rânduri reparații costisitoare (înlocuirea unor elemente de ale anvelopei clădirii, refacerea unor pereți de compartimentare și a izolației termice, alte daune materiale). Ca atare, am propus montarea unei soluții disipative pentru limitarea daunelor în timpul acțiunii seismelor ce constă în introducerea unui sistem semi-activ de izolare a bazei structurii folosindu-se LRB – Benecia Martinez ca sistem disipativ central pentru atenuarea daunelor nestructurale din timpul seismelor de peste 7.0 grade pe scara Richter, identic celui din fig. 4.3.4 – 4.3.5.

Fig. 4.3.4 – 4.3.5 Sisteme de izolare a bazei cu LRB

Caracteristici tehnice ale disipatorului: forță de inerție a sistemului: 160kN; încărcare axială maximă: 1224kN; amortizare echivalentă: 0.05kN/cm2; modul de elasticitate: 0.35Mpa; forță tăietoare maximă pe sistem: 425kN; coeficient de frecare: 0.3%; elongație maximă: 305mm; diamtru disc amortizor: 1020mm; înălțime disc amortizor: 332mm; accelerație maximă a solului: 0.76g.

Rezultate și concluzii: Din analiza cărții tehnice a disipatorului, reise că acesta este capabil să limiteze avariile nestructurale pentru clădirea în cauză, prin limitarea deplasării generale la ultimul eta cu 67%, în condițiile unei amortizări echivalente de 0.05kN/cm2.

4.4 CONCLUZII PRELIMINARE

Concluziile preliminare exprimate sunt în concordanță cu condițiile particulare în care s-au desfășurat evenimentele seismice pentru fiecare tip de avarie structurală prezentată. Din analiza comparativă a rezultatelor obținute, se desprind următoarele concluzii preliminare:

Evaluarea corectă a acțiunii seismice asupra unei structuri trebuie să țină seama de următorii factori: tipul de seism și intensitatea acestuia (rapid-lent, magnitudine), tipul de sol al amplasamentului, caracteristicile structurale (tipul de structură, materiale folosite, sistem structural). A ține seama doar de valoarea de vârf a accelerației terenului fără a lua în considerare tipul de seism posibil nu este suficientă;

În evaluarea mecanismului de formare a articulațiilor plastice – în vederea procesului de retrofitare seismică, este necesar a se lua în considerare toate caracteristicile elementelor structurale ce urmează a fi reabilitate (armare, procent de armare, tip de armare) și nu doar caracteristicile secțiunii sau rigiditățile acesteia;

Tehnologiile ce folosesc principiul de izolare a bazei structurilor s-au dovedit cele mai eficiente și viabile pentru tipurile de structuri avute în vedere. Se remarcă, astfel, o serie de exigențe de conformare antiseismică, precum: perioada proprie de vibrație a sistemului de izolare trebuie aleasă astfel încât să depășească perioadele de vibrații induse de mișcarea seismică cea mai probabilă; la structurile cu baza izolată trebuie să se asigure un coeficient din amortizare de cel puțin 10% pentru obținerea unui randament al amortizării cât mai adecvat; prin comparație cu sistemele TMD, în cazul izolarii bazei, structurile amortizate au o comportare relativ constantă pe parcursul solicitării seismice;

Gradul de reducere al acțiunii seismice depinde totalmente de sistemul structural amortizat, de tipul izolării seismice și de mișcarea seismică preconizată a fi amortizată de sistemele disipative;

Montarea unor sisteme de amortizare și disipare înainte de darea în folosință a clădirilor reabilitate convențional ar fi prevenit avariile structurale în cazul unor cutremure de peste 7.2 grade pe scara Richter;

Deși reabilitarea clasică este una eficientă, am scos în evidență că există un comportament structural net îmbunătățit în cazul utilizării unor tehnologii neconvenționale;

În cazul sistemului neconvenționale propuse, nu sunt de așteptat avarii structurale ce pot afecta stabilitatea generală pentru evenimente seismice de până la 7.8 grade pe scara Richter cu o accelerație de vârf a solului de până la 0.6g.

Gradul de îmbunătățire a comportamentului dinamic pentru tehnologiile disipative (față de tehnologiile de reabilitare clasice) este de 25%;

Creșterea amortizării generale nu ajută la micșorarea amplitudinilor seismice maxime, ci doar la o atenuare mai rapidă a mișcării, în anumite limite ale amortizării;

Există o serie de situații în care tehnologiile de amortizare seismică își dovedesc limitările:

– în anumite situații (supra-amortizare), s-a constatat că sistemele cu baza izolată au un răspuns dinamic de amortizare mult mai slab decât în cazul sistemelor fără tehnologie disipativă montată;

– în cazul sistemelor cu pistoane hidraulice, intrarea în serviciu a acestora se face doar după ce mișcarea seismică a înregistrat amplitudinea maximă;

– în cazul pistoanelor cu lichid vâscos, sunt necesare forțe de revenire pentru aducerea sistemului disipativ în starea inițială;

CAPITOLUL IV. CONCLUZII

În cadrul acestei lucrări a fost analizată și studiată posibilitatea utilizării, ca soluție alternativă la metodele convenționale de izolare și conformare seismică, tehnologiilor speciale de amortizare și disipare a energiei seismice în construcțiile civile. De asemenea, în urma studierii bibliografiei aferente – alcătuită numai din lucrări ale unor experți consacrați în domeniu, s-au formulat o serie concluzii parțiale corespunzătoare fiecarei etape de studiu specifice problematicii tehnologiilor speciale de amortizare și disipare seismică.

În general, această lucrare prezintă o gama variată de concluzii și de rezultate, atât la nivel numeric – prin calcul (cu ajutorul programelor FRP Analysis, SeismoStruct, AmQuake) cât și teoretic – tehnologic, pe baza specificațiilor tehnice privind comportarea sistemelor destinate amortizării prin sisteme antivibratorii și antiseismice a structurilor civile.

Am urmărit, totodată, și validarea teoretică a gradului de eficiență și rentabilitate a tehnologiilor neconvenționale de protecție și conformare antiseismică, a performanțelor comportării în regim dinamic a sistemelor de amortizare și disipare a vibrațiilor și a undelor de tip seismic.

În capitolul întâi, se prezintă aspectele generale privind problematica protecției seismice și rațiunea utilizăriilor tehnologiilor speciale neconvenționale de protecție și conformare antiseismică. S-a concluczionat faptul că scopul principal al tehnologiilor speciale disipatoare de energie seismică este dat de utilitatea acestora în limitarea deteriorărilor nestructurale sau prevenirea avariilor funcționale la cutremure moderate și în evitarea colapsului sau a avariilor structurale în cazul seismelor puternice. Am evidențiat, totodată, și faptul că normativul românesc P100/2011 – Cod de proiectare seismică nu prevede caracteristici pentru proiectarea seismică amortizată și nici o altă normă românească nu oferă exigențe privind tehnologiile neconvenționale de amortizare și disipare a energiei seismice.

În capitolul al doilea, se prezintă o sinteză a aspectelor tehnologice ce țin de proiectarea, montarea și exploatarea sistemelor neconvenționale de amortizare și disipare a energiei sesmice pentru construcțiile civile. Am scos în evidență faptul că cele mai stabile și eficiente tehnologii pentru prevenirea perturbațiilor seismice la construcțiile obișnuite sunt cele pasive sau semi-active. Din punctul de vedere al eficienței amortizării, se poate afirma, ținând cont de rezultatele studiilor experimentale, că cele mai adecvate soluții pentru amortizarea seismică a structurilor înalte (sau speciale) sunt date de tehnologiile de amortizare hybride sau active. Pentru asemenea structuri, una din caracteristicile sistemului de amortizare cu masa acordată, care se poate observa în urma analizelor efectuate în capitolul de față, este aceea că această tehnologie are capacitatea de a reduce efectele unei mișcari numai atunci când perioada de vibrație a mișcării se află în coincidență sau sincron perfect cu perioada fundamentală de vibrație a structurii și implicit cu a dispozitivelor TMD. De asemenea, în cazul amortizoarelor histeretice, caracterul neliniar al comportamentului elasto-plastic al sistemelor disipative face ca utilizarea acestora să fie semnificativ influențată de tipul de structură pe care vor fi montate asemenea tehnologii. În ceea ce privește tehnologiile disipative cu amortizori cu fluid vâscos, am subliniat faptul că pe lângă rolul seismic-disipator pe care îl au, tehnologiile bazate pe amortizori vâscoși reprezintă o alternativă viabilă pentru prevenirea plastificării sau cedării unor elemente structurale, în cazul unor evenimente externe ce produc vibrații importante la nivel structural, altele decât cele de natură seismică.

În ansamblu, strict din punctul de vedere al controlului structural, am arătat că fiecare dintre tehnologiile enumerate prezintă o serie de limitări specifice în ceea ce privește montajul sau utilizarea în condiții optime a sistemelor în cauză. Necunoașterea acestora sau exploatarea defectuoasă pot conduce la reale dezastre – colaps progresiv sau generalizat, deoarece mare parte dintre aceste sisteme exercită forțe de control structural ce pot fi mult mai dăunătoare decât înseși hazardele seismice, în cazurile nefericite.

Din punct de vedere teoretic, am remarcat că la nivelul contribuțiilor științifice actuale nu există o delimitare sau clasificare clară a tehnologiilor neconvenționale de amortizare seismică, atât pentru construcțiile civile cât și pentru lucrările de artă. Ca atare, clasificările actuale sunt realizate uneori empiric și depind preponderent de clasificarea variată pe care o dau diverse companii dezvoltatoare de tehnologii speciale de disipare și amortizare seismică.

Capitolul al treilea, dedicat în întregime elaborării unor studii de caz comparative între tehnologiile convenționale (clasice) și cele neconvenționale de amortizare, reliefează aspecte de ordin practic ce țin de funcționarea și performanțele tehnologiilor bazate pe sisteme antivibratorii. Am arătat că tehnologiile ce folosesc principiul de izolare a bazei structurilor suntdintre cele mai eficiente tehnologii de amortizare și disipare a energiei seismice, gradul de reducere al acțiunii seismice depinzâmd în mare măsură de sistemul structural amortizat și de mișcarea seismică preconizată a fi amortizată de sistemele disipative. Totodată ținând cont de faptul că reabilitarea clasică este una eficientă, am scos în evidență faptul că există un comportament structural net îmbunătățit al clădirilor, în cazul utilizării unor tehnologii neconvenționale de amortizare și disipare a energiei seismice. Ca ordin de mărime, la nivel teoretic, am apreciat că – în cazul sistemelor neconvenționale propuse, nu sunt de așteptat avarii structurale ce pot afecta stabilitatea generală pentru evenimente seismice de până la 7.8 grade pe scara Richter cu o accelerație de vârf a solului de până la 0.6g.

5.1 CONTIBUȚII PERSONALE

În general, asigurarea protecției antiseismice a structurilor prin utilizarea tehnologiilor speciale disipative și de amortizare este într-o continuă expansiune în ultimii ani. Am remarcat că, deși tehnologiile clasice de proiectare și conformare antiseismică a clădirilor sunt preferate în cele mai multe dintre cazuri, în următoarea perioadă de timp, datorită inovațiilor tehnologice, este de așteptat ca în următorii ani aceste soluții să fie utilizate pe scară largă.

Dintre toate contribuții personale realizate pe parcursul efectuării tezei, menționez:

abordarea exhaustivă a caracteristicilor și a clasificării tehnologiilor neconvenționale de amortizare și disipare a energiei seismice la nivelul clădirilor;

elaborarea și fundamentarea unui criteriu teoretic personal de clasificare și diferențiere a sistemelor de amortizare și disipare seismică, bazat pe concatenarea aspectelor teoretice din lucrări de anvergură în domeniu;

elaborarea unui studiu de caz comparativ între criteriile de performanță și eficiența antiseismică a tehnologiilor clasice de conformare/retrofitare seismică și cele neconvenționale;

evaluarea performațelor tuturor tehnologiilor de conformare antiseismică, prezentate pe parcursul acestei teze, s-a realizat prin intermediul calculelor folosind software de ultimă generație;

la nivel teoretic au fost formulate ipoteze de lucru clare care pot să faciliteze efectuarea unor evaluări analitice vaste asupra utilizării și specificității tehnologiilor speciale prezentate;

tehnologiile ce folosesc principiul de izolare a bazei structurilor s-au dovedit cele mai eficiente și viabile pentru structurile analize;

gradul de reducere al acțiunii seismice depinde totalmente de sistemul structural amortizat, de tipul izolării seismice și de mișcarea seismică preconizată a fi amortizată de sistemele disipative;

deși reabilitarea clasică este una eficientă, am scos în evidență că există un comportament structural net îmbunătățit în cazul utilizării unor tehnologii neconvenționale;

gradul de îmbunătățire a comportamentului dinamic pentru tehnologiile disipative (față de tehnologiile de reabilitare clasice) este de 25%;

B I B L I O G R A F I E

1. Surse principale

Ariga, Takashi, Y. Kanno, I. Takewaki, Resonant behaviour of baseisolated high-rise buildings under long-period ground motions, Los Angeles, TheStructural Design of Tall and Special Buildings, 2006.

Burtscher, Stefan, Dorfmann, Alois, Bergmeister, Konrad, Mechanical Aspects of High Damping Rubber, Viena, University of Applied Sciences – Institute of Structural Engineering, 1998.

Carlson, J. David, K.D., Weiss, A growing attraction to magnetic fluids, Machine Design, Lord Drive, SUA, 1994.

Carlson, J. David, D.M., Catanzarite, K. A., St Clair, Commercial magneto-rheological fluid devices, Sheffield, 5th Int. Conf. ER Fluids – MR Fluids and Assoc. Tech., 1995.

Caughey, Thomas, K., “Classical normal modes in damped linear dynamic systems”, în Transaction of ASME, Journal of Applied Mechanics, nr. 32, 1965.

Clough, Ray W, Penzien, Joseph, Dynamics of Structures 3rd Edition, Berkley, CA, University of Califoria, 1995.

CSI Computer & Structures Inc. SAP2000, Linear and nonlinear static and dynamic analysis of three-dimensional structures, Berkeley (CA), Comp. Struct., Inc. SAP2000®, 2004.

Fardis, Michael N., Seismic design, assessment and retrofitting of concrete buildings: based on EN-Eurocode 8, Patras, University of Patras – Department of Civil Engineering, Ed. Springer, 2009.

Ieremia, Mircea, Elasticitate. plasticitate. Neliniaritate, Bucuresti, Editura Printech, 1998.

Koh, C.G., Kelly, J.M., A simple mechanical model for elastomeric bearings used in based isolation, International Journal of Mechanical Sciences, nr. 30, 1988

Liao, Changrong, Keli Wang, Miao Yu, Weimin Chen, Modeling of Magneto-rheological Fluid Damper Employing Recurrent Neural Networks,Beijing, Center for Intelligent Structures, Chongqing Univ, 2005. 

MacRae, G. Kimura, Y. , ș.a., Effect of column stiffness on braced frame seismic behavior, Journal of Structural Engineering, ASCE, 2004.

Marko, Julius, “Influence of Damping Systems On Building Structures Subject to Seismic Effects”, în Journal of Civil Engineering, nr. 26, 2004.

Marsico, Maria Rosaria, coord. Mazzolani, Federico, Seismic Isolation and Energy Dissipation:Theoretical Basis and Applications, Napoli, Universita degli Studi di Napoli Federico 2, 2010.

Mayes, R. L., Naeim, Farzad, “Design of structures with seismic isolation”, în The Seismic Design Handbook , 2nd edition, Kluwer Academic Publishers, 2001.

Miranda, J. C., "On tuned mass dampers for reducing the seismic response of structures", în Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 34, 2005.

Murat, Dicleli, Srikanth, Buddaram, Comprehensive evaluation of equivalent linear analysis method for seismic-isolated structures represented by sdof systems, Ankara, Department of Engineering Sciences, Middle East Technical University, 2005.

Naeim, Farzad, The Seismic Design Handbook, Second Edition, Boston, Kluwer Academic Publishers, 2001.

Nagashima, Ichiro, "Optimal displacement feedback control law for active tuned mass damper", în Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 30, 2001.

Nawrotzki, Peter, „Effectiveness of Tuned-Mass Dampers in Reducing the Response of Soil-Structure Systems to Near-Source Earthquakes”, în The 11th International Conference on Soil Dynamics & Earthquake Engineering, Berkeley, USA, 2004.

Pall, Avtar, Marsh, C., Energy Dissipation in Large Panel Structures Using Limited Slip Bolted Joints, AICAP/CEB Seismic Conference, Roma, Italia, 1979.

Pătrașcu, Monica, coord. Dumitrache, Ioan, Tehnici avansate în controlul vibrațiilor seismice, București, Universitatea Politehnica București – Facultatea de Automatică și Calculatoare, 2011.

Scasserra, Giorgio, “Database for Earthquake Strong Motion studies in Italy”, în Journal of Earthquake Enginering, nr. 13, 2009.

Șerban, Viorel, Androne, Marian, Sireteanu, Tudor, ș.a., Transfer, Control and Damping of Seismic Movements to High-Rise Buildings, International Workshop on Base Isolated High-Rise Buildings, Yerevan, Armenia, 15-17 iunie, 2006.

Suzuki, Kazuaki, Wanatabe, Atsushi, Experimental Study of U-shaped Steel Damper. Summary of Technical Papers of Annual Meeting, Architectural Institute of Japan, 2000.

2. Surse electronice

Bahman, Hugo, Seismic Conceptual Design of Buildings – Basic principles for engineers, architects, building owners, and authorities, Berna, Swiss Federal Office for Water and Geology, 2003, 81 pag., http://www.asocam.org/biblioteca/phpV9FsLg.pdf.

Bazavan, Domnița, coord. Dan Ghiocel, coord. Horea Sandi, Efectele interacțiunii teren-structură la construcții parțial îngropate și îngropate, București, Universitatea Tehnică de Construcții București – FCCIA, 2010, 76 pag., http://dsd.utcb.ro/teze/Bazavan%20Eleonora-Domnita%20-%20Rezumat.pdf.

Berger, Roman, Flietner, Mario, Metzger, Willy, Old and New Combined, Bearings, Joints & Seismic Protection, 2010, 2 pag., http://www.bridgeweb.com.

Clark, W.D., Mason, J.E., Base isolation of an existing 10-storey building to enhance earthquake resistance, Wellington, New Zeeland, NZSEE Conference, 2004, 8 pag., http://db.nzsee.org.nz/2004/Paper10.pdf.

Consiglio dei Ministri, Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica, Ordinanza n. 3431, 10 mai, 2005, http://www.regione.abruzzo.it/protezioneCivile/docs/ordinanze/OPCM_3431_2005.pdf.

Constantinou, Michael, Friction Pendulum Double Concave Bearing, Buffalo, New York Univeristy at Buffalo, 2004, 48 pag., http://nees.buffalo.edu/docs/dec304/FP-DC%20Report-DEMO.pdf.

DampTech, Powerful solutions vor vibration control of buildings and structures, 2012, 12 pag., http://damptech.skanding.com/download/Damptech_brosura_ENG_web.pdf.

Di Sarno, L., Elnashai, A.S., „Hysteretic Dampers”, în Seismic Retrofiting of Steel and Composite Building Structures, Illinois, Mid-America Earthquake Center – Civil and Environmental Engineering Department, 2002, 199 pag., http://www.ideals.illinois.edu/bitstream/handle/2142/9265/Report02-01.pdf.

Gabrichidze, Guram, Giorgadze, Demur, Kapanadze, Giorgi, „On One Mathematical Model of the Linear Oscillator”, în Bulletin of the Georgian National Academy of Sciences, vol. 3, nr. 3, 2009, 4 pag., http://www.science.org.ge/moambe/3-3/Gabrichidze.pdf.

Haiducu, Adrian, Crețu, Dan, Sisteme moderne pentru atenuarea efectului acțiunii seismice, București, UTCB, 2009, 26 pag., http://cfdp.utcb.ro/catedre/rezistenta/Articole/haiducudis0609.pdf.

Kogut, N. S.,Crack resistance of homogeneous and inhomogeneous butt welded joints, Strenghts of Materials, Vol. 39, Chemistry and Materials Science, http://www.springerlink.com/content/uh7vn561p2400708/.

Kottapalli, Sesi, Bauchau, Olivier, ș.a., Analytical, first principles modeling of elastomeric dampers, California, NASA Ames Research Center, 15 pag., 2010, http://rotorcraft.arc.nasa.gov/Publications/files/KottapalliS2_AHS_2010.pdf.

Marko, Julius, Influence of damping systems on building structures subject to seismic effects, Brisbane, Australia, Queensland University of Technology, 2006, pp. 3-6, http://eprints.qut.edu.au/16318/.

Marsico, Maria Rosaria, Seismic Isolation and Energy Dissipation: Theoretical Basics and Applications, Napoli, Unversita degli Studi Di Napoli Federico II – Facolta di Ingegneria, 2010, 185 pag., http://www.fedoa.unina.it/3170/1/Arch._Maria_Rosaria_Marsico.pdf.

Medina, Ricardo, Krawinkler, Helmut, Influence of the Hysteretic Behavior on Non-linear Response of Frame Structures, Vancouver, 13th Conference of Earthquake Engineering, 2004, 14 pag., http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_239.pdf.

Nawrotzki, Peter, “Tuned-Mass Systems for the Seismic Retrofit of Buildings”, în Seventh International Congress on Advances in Civil Engineering, Istanbul, Yildiz Technical University, 11-13 octombrie, 2006, 8 pag., http://www.gerb.com/en/bibliothek/downloads/dokumente/7th-Istanbul06.pdf.

Naeim, Farzad, ș.a., Advanced Technologies in Housing Construction, Canada, British Columbia Institute of Technology, 2000, 7 pag., http://www.world-housing.net/wp-content/uploads/2011/08/Type_Advanced.pdf.

Panait, Adrian, ș.a., Metoda ȘERB – SITON pentru controlul, limitarea și amortizarea mișcărilor seismice a structurilor metalice, 2010, 12 pag., http://www.apcmr.ro/zat2007/157-168%20ZAT2007_V.Serban.pdf.

Pall, Avtar, Jason, Louie, și alții, The Use of Friction Dampers for Seismic Retrofit of the Monterey County Government Center, 2008, 10 pag., http://www.palldynamics.com/pdf/Paper009511.pdf.

Pall, Rashmi, Gauthier, Gilles, Delisle, Serge, Friction Dampers For Seismic Upgrade of Quebec Police Headquarters, Montreal, 2000, 8 pag., http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/2014.pdf.

Palazzo, Bruno, Petti, Luigi, Response of base isolated systems with hybrid mass dampers to random excitations, Dipartamento di Ingegneria Civile, Universita di Salerno, Elsevier Science Ltd. – Paper no. 73, 1996, 8 pag., http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/11_73.PDF.

Poynor, James, Innovative Designs for Magneto-Rheological Dampers, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2011, 12 pag., http://www.writing.engr.psu.edu/me5984/poynor.pdf.

Qureshi, Mohammed, Roburst Semi-Active Control of A Dry Friction Damper for a Cantilever Beam, 2001, 180 pag., http://www.mendeley.com/research/robust-semiactive-control-dry-friction-damper-cantilever-beam/.

Scordaliu, Ion, Laszlo, Eugen, Studii privind determinarea experimentală a caracteristicilor dinamice ale terenului de fundare, București, INCERC, 2010, 8 pag., http://uac.incerc.ro/Art/v1n1a14.pdf.

Shirnejad, Yousef, Improvement The Seismic Behavior Of Existing Steel Structures In Iran By TADAS Damper Modern Technology, 2011, 9 pag., http://www.5thsastech.khi.ac.ir/uploads/CIV-P-67_1532374716.pdf.

Sirve – Seismic Protection Tehnologies, SIRVE Develops Repair Project using anti-seismic technology, http://sirve.cl/en/noticias/news-item/sirve-develops-repair-project-using-anti-seismic-technology/.

Spences, B. F. Jr., Smart Damping Technologies for Dynamic Hazard Mitigation, 2011, 8 pag., http://www.pwri.go.jp/eng/ujnr/joint/34/paper/22spence.pdf.

Suzuki, Kazuaki, Saeki, Eiichiro, Wanatabe, Atsushi, Development of U-shaped Steel Damper for Seismic Isolation System, Nippon Technical Steel Report, nr. 92, 2005, 6 pag., http://www.nsc.co.jp/en/tech/report/pdf/n9211.pdf.

Talbot,  James, On the performance of base-isolated buildings: a generic model – PhD dissertation, Cambridge, University of Cambridge, 2001, http://www-mech.eng.cam.ac.uk/dynvib/research/hemh/base_isolation.html.

Talpoși, Atanasie, Alqatamin, Atef, Cercetări privind îmbunătățirea rigidității laterale a construcțiilor etajate la solicitări seismice (rezumat), Brașov, Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea de Construcții, 2011, 67 pag., http://www.unitbv.ro/LinkClick.aspx?fileticket=FYYjuaUQOis%3D&tabid=4579.

Taylor, Douglas, Mega Brace Seismic Dampers for Torre Mayor Project in Mexico City, Taylor Devices Inc., Illinois, 1998, 11 pag., http://www.taylordevices.eu/pdfs/Mega%20Brace%20Seismic%20Dampers-Taylor.pdf.

Taylor, Douglas, Duflot, Philippe, Fluid Viscous Dampers Used for Seismic Energy Dissipation in Structures, Brussels, Taylor Devices Europe, 2009, 10 pag., http://www.taylordevices.eu/pdfs/seismic%20applications.pdf.

Taylor, Douglas, Constantinou, Michael, Fluid Dampers For Applications of seismic Energy Dissipation and Seismic Isolation, New York, State University of New York at Buffalo, 2010, 25 pag., http://www.taylordevices.com/Tech-Paper-archives/literature-pdf/42-FluidDampers.pdf.

Vornicu, Liliana, “Principiile fizice ale traductoarele de vibrații”, în Traductoare de vibrații, Iași, 2009, 10 pag., http://ep.etc.tuiasi.ro/site/Senzori_si_Traductoare/Cursuri/senzori_7.pdf.

Voiculescu, Emil, Ieremia, Mircea, Evaluarea comportării structurilor la acțiunea seismică utilizând proiectarea bazată pe performanță – Teză de doctorat (rezumat), București, Universitatea Tehnică de Construcții București, 2010, 66 pag., http://dsd.utcb.ro/teze/Voiculescu%20Emil%20-%20Rezumat.pdf.

3. Alte surse consultate

Agrawal, A. K., Yang, J. N., Advanced Technology in Structural Engineering Proceedings of Structures Congress, American Society for Civil Engineers, 2000, http://dx.doi.org/10.1061/40492(2000)6.

M.T.C.T., Cod de proiectare seismcă P100/2011 – Partea I, Universitatea Tehnică de Construcții București, în Generalități –Domeniu de aplicare, http://www.apmcr.org/actualitate/cod_de_proiectare_P100-1.pdf.

Nippon Steel Corp., U-shaped Dampers, http://www.nsc.co.jp/en/product/kind/process/damper.html.

Regia Autonomă pentru Activități Nucleare – Sucursala de Inginerie Tehnologică Obiective Nucleare, Instalație de încercări experimentale de rigiditate și amortizare […] pentru controlul construcțiilor la acțiuni seismice, București, PNCDI II – Program 4 – Proiect 72-211/, 2008, 18 pag., http://www.citon.ro/PNCDI_II/PNCDI_72_211-_IIECON.pdf.

University of Tokyo – Open Courses Center, Nonlinear Finite Element Method, 2004, 13 pag., http://ocw.u-tokyo.ac.jp/wp-content/uploads/lecture-notes_eng/FS_01/N-FEM09_e.pdf.

O P I S

Imagini

Fig. 1.0 – Sistem dinamic idealizat cu 1 GDL. a) componente de baza b) echilibrul forțelor

Fig. 1.1 – Condiții de siguranță privind formarea articulațiilor plastic

Fig. 1.2 SDOF

Fig. 1.3 – exemplu de lucru al tehnologiilor speciale de prevenire a avariilor funcționale la cutremure

Fig. 1.3.1 – clasificarea tehnologiilor de amortizare conform lui Julius Marko

Fig. 1.3.2 – Clasificare a tehnologiilor de amortizare conform teoriilor de izolare și disipare seismică

Fig. 3.1.1.1 – Baza teoretică pentru tehnologiile de izolare a bazei

Fig. 3.1.1.2 – Funcționarea unui sistem de amortizare bazat pe tehnologia izolării bazei HDRB

Fig. 3.1.1.3 – Reazeme cauciucate (sistem clasic) de tipul LRBD ( modul de elasticitate = 350 kN/m2 )

Fig. 3.1.1.4 – Reazem clasic LRBD în lucru

Fig. 3.1.1.5 – Sistem disipativ complex cu amortizor electrohidraulic pentru controlul oscilațiilor structurale

Fig. 3.1.1.12 – Funcționarea unui sistem de amortizare bazat pe tehnologia izolării bazei

Fig. 3.1.1.13 Diagrama deplasărilor la ultimul etaj – analiză comparativă (sistem neamortizat vs. amortizat)

Fig. 3.1.1.5 – Alegerea locației sistemului disipativ

Fig. 3.1.1.6 – Montarea sprijinirilor hidraulice

Fig. 3.1.1.7- Montarea perdelelor de protecția a prafului

Fig. 3.1.1.8- Tăierea progresivă a secțiunii stâlpului

Fig. 3.1.1.9 – Îndepărtarea blocului de beton proaspăt tăiat

Fig. 3.1.1.10 – Montarea disipatorului cauciucat și fixarea acestuia cu beton de înaltă rezistență

Fig. 3.1.2.1 – Tipuri de forme pentru disipatoarele seismice metalice

Fig. 3.1.2.2 – Comportarea unui reazem bazat pe tehnologia TADAS în timpul unui seism

Fig. 3.1.2.3 – 3.1.2.4 Tehnologia TADAS utiizată în cadrul unei hale metalice

Fig. 3.1.2.5 Disipatoare metalice SIRVE

Fig. 3.1.2.6 Dispunerea disipatoarelor metalice tip SIRVE

Fig. 3.1.3.1 – Exemple privind utilizarea tehnologiilor MBD/MYD

Fig. 3.1.4.1 – 3.1.4.2 Alcătuirea unui sistem disipativ tip U-Shaped (Nippon Steel)

Fig. 3.1.4.3 – Ansamblu general

Fig. 3.1.4.4 – Prezentare schematică disipatorului U-Shaped

Fig. 3.1.5.1 – Amortizor cu frecare tip Damptech

Fig.3.1.5.2- 3.1.5.3 – Amortizori cu frecare bazati pe tehnologia Pall

Fig.3.1.5.4 – Amortizor tip SAEMFD

Fig. 3.1.6.1 – Alcătuirea unui amortior hidraulic cu lichid vâscos

Fig. 3.1.6.2 – Scheme uzuale de montaj pentru amortizoare seismice cu lichid vâscos

Fig. 3.1.6.3 – 3.1.6.4 Amortizori seismici cu fluid vâscos în diferite forme de montaj

Fig. 3.1.6.5 Amortizor cu fluid vâscos pentru amortizarea și disiparea energiei seismice de la baza structurilor

Fig. 3.2.1.1 – Principiul de funcționare al unui amortizor MR (curba histeretică Bouc-Wen)

Fig. 3.2.1.2 Schema generală a unui amortizor magneto-reolic pentru disiparea energiei seismice

Fig. 3.2.1.3 – Amortizor-piston magnetoreologic în modul supapă

Fig. 3.2.2.1 Principiul de funcționare al amortizorului cu masa acordată bidirecțional. Detaliu constructiv

Fig. 3.2.2.2 – Pistoane hidraulice cu lichid vâscos folosite în cadrul dispozitivelor TMD

Fig. 3.2.2.3 – Turnarea blocului de beton din alcătuirea unui sistem TMD bidirecțional

Fig. 3.2.2.4 – variația mărimii de amortizare ξ în cazul unui sistem fără TMD, respectiv cu TMD

Fig. 3.2.2.5 – Coeficientul de amortizare al dispozitivelor TMD în funcție de diferite coduri de proiectare

Fig. 3.3.1 – Dispozitive de amortizare pasive echipate cu mecanisme de control disipativ activ (Winneman Technology Incorporated)

Fig. 3.4.1 – Reprezentarea la scară a unui dispozitiv TMD cu pistoane agabaritice electrohidraulice

Fig. 3.4.2 – Disipator pasiv tip TMD pregătit pentru montarea sistemului activ de control structural dinamic al vibrațiilor

Fig. 4.1.1 – Reabilitarea stâlpilor folosind mărirea secțiunii (armătura post-tensionată), respectiv FRP

Fig. 4.1.2 – Utilizarea tehnologiei pe bază de disipatoare histeretice cu frecare

Fig. 4.2.1 – Reabilitarea fisurilor cu rășină epoxidică sau prin inserție de lapte de ciment (grouting)

Fig. 4.2.2 – Mărirea secțiunii de rezistență prin procedura de jacketing

Fig. 4.2.3 – Aspecte tehnologice ale procedurii de jacketing

Fig. 4.2.4 – Reabilitarea grinzilor cu FRP

Fig. 4.2.5 – Realizarea unor diafragme intermediare pe nivelurile inferioare

Fig. 4.2.6 – Amortizor cu fluid vâscos, respectiv sistem de prindere și ancorare

Fig. 4.2.7 – Schema de montaj a disipatoarelor cu frecare (verde) și a amortizoarelor cu fluid vâscos (roșu)

Fig. 4.2.8 Diagrama punctelor nevralgice din încărcarea maximă la SLU pentru: a. structura reabilitată cu tehnologii clasice, b. structura reabilitată tehnologicii disipative neconvenționale

Fig. 4.2.9 Diagrama de deplasări maxime la SLU pentru: a. structura reabilitată cu tehnologii clasice (57.4mm), b. structura reabilitată tehnologicii disipative neconvenționale (39.1mm)

Fig. 4.3.1 – Microfisuri ale structurii de beton a stâlpilor

Fig. 4.3.2 – Tehnologia reabilitării stâlpilor cu fâșii de aramidă

Fig. 4.3.3 – Elemente structurale reabilitate cu tehnologia AF System

Fig. 4.3.4 – 4.3.5 Sisteme de izolare a bazei cu LRB

B I B L I O G R A F I E

1. Surse principale

Ariga, Takashi, Y. Kanno, I. Takewaki, Resonant behaviour of baseisolated high-rise buildings under long-period ground motions, Los Angeles, TheStructural Design of Tall and Special Buildings, 2006.

Burtscher, Stefan, Dorfmann, Alois, Bergmeister, Konrad, Mechanical Aspects of High Damping Rubber, Viena, University of Applied Sciences – Institute of Structural Engineering, 1998.

Carlson, J. David, K.D., Weiss, A growing attraction to magnetic fluids, Machine Design, Lord Drive, SUA, 1994.

Carlson, J. David, D.M., Catanzarite, K. A., St Clair, Commercial magneto-rheological fluid devices, Sheffield, 5th Int. Conf. ER Fluids – MR Fluids and Assoc. Tech., 1995.

Caughey, Thomas, K., “Classical normal modes in damped linear dynamic systems”, în Transaction of ASME, Journal of Applied Mechanics, nr. 32, 1965.

Clough, Ray W, Penzien, Joseph, Dynamics of Structures 3rd Edition, Berkley, CA, University of Califoria, 1995.

CSI Computer & Structures Inc. SAP2000, Linear and nonlinear static and dynamic analysis of three-dimensional structures, Berkeley (CA), Comp. Struct., Inc. SAP2000®, 2004.

Fardis, Michael N., Seismic design, assessment and retrofitting of concrete buildings: based on EN-Eurocode 8, Patras, University of Patras – Department of Civil Engineering, Ed. Springer, 2009.

Ieremia, Mircea, Elasticitate. plasticitate. Neliniaritate, Bucuresti, Editura Printech, 1998.

Koh, C.G., Kelly, J.M., A simple mechanical model for elastomeric bearings used in based isolation, International Journal of Mechanical Sciences, nr. 30, 1988

Liao, Changrong, Keli Wang, Miao Yu, Weimin Chen, Modeling of Magneto-rheological Fluid Damper Employing Recurrent Neural Networks,Beijing, Center for Intelligent Structures, Chongqing Univ, 2005. 

MacRae, G. Kimura, Y. , ș.a., Effect of column stiffness on braced frame seismic behavior, Journal of Structural Engineering, ASCE, 2004.

Marko, Julius, “Influence of Damping Systems On Building Structures Subject to Seismic Effects”, în Journal of Civil Engineering, nr. 26, 2004.

Marsico, Maria Rosaria, coord. Mazzolani, Federico, Seismic Isolation and Energy Dissipation:Theoretical Basis and Applications, Napoli, Universita degli Studi di Napoli Federico 2, 2010.

Mayes, R. L., Naeim, Farzad, “Design of structures with seismic isolation”, în The Seismic Design Handbook , 2nd edition, Kluwer Academic Publishers, 2001.

Miranda, J. C., "On tuned mass dampers for reducing the seismic response of structures", în Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 34, 2005.

Murat, Dicleli, Srikanth, Buddaram, Comprehensive evaluation of equivalent linear analysis method for seismic-isolated structures represented by sdof systems, Ankara, Department of Engineering Sciences, Middle East Technical University, 2005.

Naeim, Farzad, The Seismic Design Handbook, Second Edition, Boston, Kluwer Academic Publishers, 2001.

Nagashima, Ichiro, "Optimal displacement feedback control law for active tuned mass damper", în Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 30, 2001.

Nawrotzki, Peter, „Effectiveness of Tuned-Mass Dampers in Reducing the Response of Soil-Structure Systems to Near-Source Earthquakes”, în The 11th International Conference on Soil Dynamics & Earthquake Engineering, Berkeley, USA, 2004.

Pall, Avtar, Marsh, C., Energy Dissipation in Large Panel Structures Using Limited Slip Bolted Joints, AICAP/CEB Seismic Conference, Roma, Italia, 1979.

Pătrașcu, Monica, coord. Dumitrache, Ioan, Tehnici avansate în controlul vibrațiilor seismice, București, Universitatea Politehnica București – Facultatea de Automatică și Calculatoare, 2011.

Scasserra, Giorgio, “Database for Earthquake Strong Motion studies in Italy”, în Journal of Earthquake Enginering, nr. 13, 2009.

Șerban, Viorel, Androne, Marian, Sireteanu, Tudor, ș.a., Transfer, Control and Damping of Seismic Movements to High-Rise Buildings, International Workshop on Base Isolated High-Rise Buildings, Yerevan, Armenia, 15-17 iunie, 2006.

Suzuki, Kazuaki, Wanatabe, Atsushi, Experimental Study of U-shaped Steel Damper. Summary of Technical Papers of Annual Meeting, Architectural Institute of Japan, 2000.

2. Surse electronice

Bahman, Hugo, Seismic Conceptual Design of Buildings – Basic principles for engineers, architects, building owners, and authorities, Berna, Swiss Federal Office for Water and Geology, 2003, 81 pag., http://www.asocam.org/biblioteca/phpV9FsLg.pdf.

Bazavan, Domnița, coord. Dan Ghiocel, coord. Horea Sandi, Efectele interacțiunii teren-structură la construcții parțial îngropate și îngropate, București, Universitatea Tehnică de Construcții București – FCCIA, 2010, 76 pag., http://dsd.utcb.ro/teze/Bazavan%20Eleonora-Domnita%20-%20Rezumat.pdf.

Berger, Roman, Flietner, Mario, Metzger, Willy, Old and New Combined, Bearings, Joints & Seismic Protection, 2010, 2 pag., http://www.bridgeweb.com.

Clark, W.D., Mason, J.E., Base isolation of an existing 10-storey building to enhance earthquake resistance, Wellington, New Zeeland, NZSEE Conference, 2004, 8 pag., http://db.nzsee.org.nz/2004/Paper10.pdf.

Consiglio dei Ministri, Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica, Ordinanza n. 3431, 10 mai, 2005, http://www.regione.abruzzo.it/protezioneCivile/docs/ordinanze/OPCM_3431_2005.pdf.

Constantinou, Michael, Friction Pendulum Double Concave Bearing, Buffalo, New York Univeristy at Buffalo, 2004, 48 pag., http://nees.buffalo.edu/docs/dec304/FP-DC%20Report-DEMO.pdf.

DampTech, Powerful solutions vor vibration control of buildings and structures, 2012, 12 pag., http://damptech.skanding.com/download/Damptech_brosura_ENG_web.pdf.

Di Sarno, L., Elnashai, A.S., „Hysteretic Dampers”, în Seismic Retrofiting of Steel and Composite Building Structures, Illinois, Mid-America Earthquake Center – Civil and Environmental Engineering Department, 2002, 199 pag., http://www.ideals.illinois.edu/bitstream/handle/2142/9265/Report02-01.pdf.

Gabrichidze, Guram, Giorgadze, Demur, Kapanadze, Giorgi, „On One Mathematical Model of the Linear Oscillator”, în Bulletin of the Georgian National Academy of Sciences, vol. 3, nr. 3, 2009, 4 pag., http://www.science.org.ge/moambe/3-3/Gabrichidze.pdf.

Haiducu, Adrian, Crețu, Dan, Sisteme moderne pentru atenuarea efectului acțiunii seismice, București, UTCB, 2009, 26 pag., http://cfdp.utcb.ro/catedre/rezistenta/Articole/haiducudis0609.pdf.

Kogut, N. S.,Crack resistance of homogeneous and inhomogeneous butt welded joints, Strenghts of Materials, Vol. 39, Chemistry and Materials Science, http://www.springerlink.com/content/uh7vn561p2400708/.

Kottapalli, Sesi, Bauchau, Olivier, ș.a., Analytical, first principles modeling of elastomeric dampers, California, NASA Ames Research Center, 15 pag., 2010, http://rotorcraft.arc.nasa.gov/Publications/files/KottapalliS2_AHS_2010.pdf.

Marko, Julius, Influence of damping systems on building structures subject to seismic effects, Brisbane, Australia, Queensland University of Technology, 2006, pp. 3-6, http://eprints.qut.edu.au/16318/.

Marsico, Maria Rosaria, Seismic Isolation and Energy Dissipation: Theoretical Basics and Applications, Napoli, Unversita degli Studi Di Napoli Federico II – Facolta di Ingegneria, 2010, 185 pag., http://www.fedoa.unina.it/3170/1/Arch._Maria_Rosaria_Marsico.pdf.

Medina, Ricardo, Krawinkler, Helmut, Influence of the Hysteretic Behavior on Non-linear Response of Frame Structures, Vancouver, 13th Conference of Earthquake Engineering, 2004, 14 pag., http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_239.pdf.

Nawrotzki, Peter, “Tuned-Mass Systems for the Seismic Retrofit of Buildings”, în Seventh International Congress on Advances in Civil Engineering, Istanbul, Yildiz Technical University, 11-13 octombrie, 2006, 8 pag., http://www.gerb.com/en/bibliothek/downloads/dokumente/7th-Istanbul06.pdf.

Naeim, Farzad, ș.a., Advanced Technologies in Housing Construction, Canada, British Columbia Institute of Technology, 2000, 7 pag., http://www.world-housing.net/wp-content/uploads/2011/08/Type_Advanced.pdf.

Panait, Adrian, ș.a., Metoda ȘERB – SITON pentru controlul, limitarea și amortizarea mișcărilor seismice a structurilor metalice, 2010, 12 pag., http://www.apcmr.ro/zat2007/157-168%20ZAT2007_V.Serban.pdf.

Pall, Avtar, Jason, Louie, și alții, The Use of Friction Dampers for Seismic Retrofit of the Monterey County Government Center, 2008, 10 pag., http://www.palldynamics.com/pdf/Paper009511.pdf.

Pall, Rashmi, Gauthier, Gilles, Delisle, Serge, Friction Dampers For Seismic Upgrade of Quebec Police Headquarters, Montreal, 2000, 8 pag., http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/2014.pdf.

Palazzo, Bruno, Petti, Luigi, Response of base isolated systems with hybrid mass dampers to random excitations, Dipartamento di Ingegneria Civile, Universita di Salerno, Elsevier Science Ltd. – Paper no. 73, 1996, 8 pag., http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/11_73.PDF.

Poynor, James, Innovative Designs for Magneto-Rheological Dampers, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2011, 12 pag., http://www.writing.engr.psu.edu/me5984/poynor.pdf.

Qureshi, Mohammed, Roburst Semi-Active Control of A Dry Friction Damper for a Cantilever Beam, 2001, 180 pag., http://www.mendeley.com/research/robust-semiactive-control-dry-friction-damper-cantilever-beam/.

Scordaliu, Ion, Laszlo, Eugen, Studii privind determinarea experimentală a caracteristicilor dinamice ale terenului de fundare, București, INCERC, 2010, 8 pag., http://uac.incerc.ro/Art/v1n1a14.pdf.

Shirnejad, Yousef, Improvement The Seismic Behavior Of Existing Steel Structures In Iran By TADAS Damper Modern Technology, 2011, 9 pag., http://www.5thsastech.khi.ac.ir/uploads/CIV-P-67_1532374716.pdf.

Sirve – Seismic Protection Tehnologies, SIRVE Develops Repair Project using anti-seismic technology, http://sirve.cl/en/noticias/news-item/sirve-develops-repair-project-using-anti-seismic-technology/.

Spences, B. F. Jr., Smart Damping Technologies for Dynamic Hazard Mitigation, 2011, 8 pag., http://www.pwri.go.jp/eng/ujnr/joint/34/paper/22spence.pdf.

Suzuki, Kazuaki, Saeki, Eiichiro, Wanatabe, Atsushi, Development of U-shaped Steel Damper for Seismic Isolation System, Nippon Technical Steel Report, nr. 92, 2005, 6 pag., http://www.nsc.co.jp/en/tech/report/pdf/n9211.pdf.

Talbot,  James, On the performance of base-isolated buildings: a generic model – PhD dissertation, Cambridge, University of Cambridge, 2001, http://www-mech.eng.cam.ac.uk/dynvib/research/hemh/base_isolation.html.

Talpoși, Atanasie, Alqatamin, Atef, Cercetări privind îmbunătățirea rigidității laterale a construcțiilor etajate la solicitări seismice (rezumat), Brașov, Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea de Construcții, 2011, 67 pag., http://www.unitbv.ro/LinkClick.aspx?fileticket=FYYjuaUQOis%3D&tabid=4579.

Taylor, Douglas, Mega Brace Seismic Dampers for Torre Mayor Project in Mexico City, Taylor Devices Inc., Illinois, 1998, 11 pag., http://www.taylordevices.eu/pdfs/Mega%20Brace%20Seismic%20Dampers-Taylor.pdf.

Taylor, Douglas, Duflot, Philippe, Fluid Viscous Dampers Used for Seismic Energy Dissipation in Structures, Brussels, Taylor Devices Europe, 2009, 10 pag., http://www.taylordevices.eu/pdfs/seismic%20applications.pdf.

Taylor, Douglas, Constantinou, Michael, Fluid Dampers For Applications of seismic Energy Dissipation and Seismic Isolation, New York, State University of New York at Buffalo, 2010, 25 pag., http://www.taylordevices.com/Tech-Paper-archives/literature-pdf/42-FluidDampers.pdf.

Vornicu, Liliana, “Principiile fizice ale traductoarele de vibrații”, în Traductoare de vibrații, Iași, 2009, 10 pag., http://ep.etc.tuiasi.ro/site/Senzori_si_Traductoare/Cursuri/senzori_7.pdf.

Voiculescu, Emil, Ieremia, Mircea, Evaluarea comportării structurilor la acțiunea seismică utilizând proiectarea bazată pe performanță – Teză de doctorat (rezumat), București, Universitatea Tehnică de Construcții București, 2010, 66 pag., http://dsd.utcb.ro/teze/Voiculescu%20Emil%20-%20Rezumat.pdf.

3. Alte surse consultate

Agrawal, A. K., Yang, J. N., Advanced Technology in Structural Engineering Proceedings of Structures Congress, American Society for Civil Engineers, 2000, http://dx.doi.org/10.1061/40492(2000)6.

M.T.C.T., Cod de proiectare seismcă P100/2011 – Partea I, Universitatea Tehnică de Construcții București, în Generalități –Domeniu de aplicare, http://www.apmcr.org/actualitate/cod_de_proiectare_P100-1.pdf.

Nippon Steel Corp., U-shaped Dampers, http://www.nsc.co.jp/en/product/kind/process/damper.html.

Regia Autonomă pentru Activități Nucleare – Sucursala de Inginerie Tehnologică Obiective Nucleare, Instalație de încercări experimentale de rigiditate și amortizare […] pentru controlul construcțiilor la acțiuni seismice, București, PNCDI II – Program 4 – Proiect 72-211/, 2008, 18 pag., http://www.citon.ro/PNCDI_II/PNCDI_72_211-_IIECON.pdf.

University of Tokyo – Open Courses Center, Nonlinear Finite Element Method, 2004, 13 pag., http://ocw.u-tokyo.ac.jp/wp-content/uploads/lecture-notes_eng/FS_01/N-FEM09_e.pdf.

O P I S

Imagini

Fig. 1.0 – Sistem dinamic idealizat cu 1 GDL. a) componente de baza b) echilibrul forțelor

Fig. 1.1 – Condiții de siguranță privind formarea articulațiilor plastic

Fig. 1.2 SDOF

Fig. 1.3 – exemplu de lucru al tehnologiilor speciale de prevenire a avariilor funcționale la cutremure

Fig. 1.3.1 – clasificarea tehnologiilor de amortizare conform lui Julius Marko

Fig. 1.3.2 – Clasificare a tehnologiilor de amortizare conform teoriilor de izolare și disipare seismică

Fig. 3.1.1.1 – Baza teoretică pentru tehnologiile de izolare a bazei

Fig. 3.1.1.2 – Funcționarea unui sistem de amortizare bazat pe tehnologia izolării bazei HDRB

Fig. 3.1.1.3 – Reazeme cauciucate (sistem clasic) de tipul LRBD ( modul de elasticitate = 350 kN/m2 )

Fig. 3.1.1.4 – Reazem clasic LRBD în lucru

Fig. 3.1.1.5 – Sistem disipativ complex cu amortizor electrohidraulic pentru controlul oscilațiilor structurale

Fig. 3.1.1.12 – Funcționarea unui sistem de amortizare bazat pe tehnologia izolării bazei

Fig. 3.1.1.13 Diagrama deplasărilor la ultimul etaj – analiză comparativă (sistem neamortizat vs. amortizat)

Fig. 3.1.1.5 – Alegerea locației sistemului disipativ

Fig. 3.1.1.6 – Montarea sprijinirilor hidraulice

Fig. 3.1.1.7- Montarea perdelelor de protecția a prafului

Fig. 3.1.1.8- Tăierea progresivă a secțiunii stâlpului

Fig. 3.1.1.9 – Îndepărtarea blocului de beton proaspăt tăiat

Fig. 3.1.1.10 – Montarea disipatorului cauciucat și fixarea acestuia cu beton de înaltă rezistență

Fig. 3.1.2.1 – Tipuri de forme pentru disipatoarele seismice metalice

Fig. 3.1.2.2 – Comportarea unui reazem bazat pe tehnologia TADAS în timpul unui seism

Fig. 3.1.2.3 – 3.1.2.4 Tehnologia TADAS utiizată în cadrul unei hale metalice

Fig. 3.1.2.5 Disipatoare metalice SIRVE

Fig. 3.1.2.6 Dispunerea disipatoarelor metalice tip SIRVE

Fig. 3.1.3.1 – Exemple privind utilizarea tehnologiilor MBD/MYD

Fig. 3.1.4.1 – 3.1.4.2 Alcătuirea unui sistem disipativ tip U-Shaped (Nippon Steel)

Fig. 3.1.4.3 – Ansamblu general

Fig. 3.1.4.4 – Prezentare schematică disipatorului U-Shaped

Fig. 3.1.5.1 – Amortizor cu frecare tip Damptech

Fig.3.1.5.2- 3.1.5.3 – Amortizori cu frecare bazati pe tehnologia Pall

Fig.3.1.5.4 – Amortizor tip SAEMFD

Fig. 3.1.6.1 – Alcătuirea unui amortior hidraulic cu lichid vâscos

Fig. 3.1.6.2 – Scheme uzuale de montaj pentru amortizoare seismice cu lichid vâscos

Fig. 3.1.6.3 – 3.1.6.4 Amortizori seismici cu fluid vâscos în diferite forme de montaj

Fig. 3.1.6.5 Amortizor cu fluid vâscos pentru amortizarea și disiparea energiei seismice de la baza structurilor

Fig. 3.2.1.1 – Principiul de funcționare al unui amortizor MR (curba histeretică Bouc-Wen)

Fig. 3.2.1.2 Schema generală a unui amortizor magneto-reolic pentru disiparea energiei seismice

Fig. 3.2.1.3 – Amortizor-piston magnetoreologic în modul supapă

Fig. 3.2.2.1 Principiul de funcționare al amortizorului cu masa acordată bidirecțional. Detaliu constructiv

Fig. 3.2.2.2 – Pistoane hidraulice cu lichid vâscos folosite în cadrul dispozitivelor TMD

Fig. 3.2.2.3 – Turnarea blocului de beton din alcătuirea unui sistem TMD bidirecțional

Fig. 3.2.2.4 – variația mărimii de amortizare ξ în cazul unui sistem fără TMD, respectiv cu TMD

Fig. 3.2.2.5 – Coeficientul de amortizare al dispozitivelor TMD în funcție de diferite coduri de proiectare

Fig. 3.3.1 – Dispozitive de amortizare pasive echipate cu mecanisme de control disipativ activ (Winneman Technology Incorporated)

Fig. 3.4.1 – Reprezentarea la scară a unui dispozitiv TMD cu pistoane agabaritice electrohidraulice

Fig. 3.4.2 – Disipator pasiv tip TMD pregătit pentru montarea sistemului activ de control structural dinamic al vibrațiilor

Fig. 4.1.1 – Reabilitarea stâlpilor folosind mărirea secțiunii (armătura post-tensionată), respectiv FRP

Fig. 4.1.2 – Utilizarea tehnologiei pe bază de disipatoare histeretice cu frecare

Fig. 4.2.1 – Reabilitarea fisurilor cu rășină epoxidică sau prin inserție de lapte de ciment (grouting)

Fig. 4.2.2 – Mărirea secțiunii de rezistență prin procedura de jacketing

Fig. 4.2.3 – Aspecte tehnologice ale procedurii de jacketing

Fig. 4.2.4 – Reabilitarea grinzilor cu FRP

Fig. 4.2.5 – Realizarea unor diafragme intermediare pe nivelurile inferioare

Fig. 4.2.6 – Amortizor cu fluid vâscos, respectiv sistem de prindere și ancorare

Fig. 4.2.7 – Schema de montaj a disipatoarelor cu frecare (verde) și a amortizoarelor cu fluid vâscos (roșu)

Fig. 4.2.8 Diagrama punctelor nevralgice din încărcarea maximă la SLU pentru: a. structura reabilitată cu tehnologii clasice, b. structura reabilitată tehnologicii disipative neconvenționale

Fig. 4.2.9 Diagrama de deplasări maxime la SLU pentru: a. structura reabilitată cu tehnologii clasice (57.4mm), b. structura reabilitată tehnologicii disipative neconvenționale (39.1mm)

Fig. 4.3.1 – Microfisuri ale structurii de beton a stâlpilor

Fig. 4.3.2 – Tehnologia reabilitării stâlpilor cu fâșii de aramidă

Fig. 4.3.3 – Elemente structurale reabilitate cu tehnologia AF System

Fig. 4.3.4 – 4.3.5 Sisteme de izolare a bazei cu LRB