Gukov – Projektiranje građevina u potresnim područjima

1

PROJEKTIRANJE GRAĐEVINA PROJEKTIRANJE GRAĐEVINA U POTRESNIM PODRUU POTRESNIM PODRUČČJIMAJIMA

Igor Gukov

1. Op1. Opććenitoenito

2

Potres je prirodna pojava koja najbolje pokazuje sve greške projektiranja, izvedbe i uporabe građevina.

Uzroci potresa

1. Tektonski potresi,2. Vulkanski potresi,3. Urušni potresi i4. Umjetni potresi.

3

Litosferne ploče13 velikih i 38 manjih ploča

Tektonski potresi

4

Vrste seizmičkih valova

P valovi

S valovi

Love valovi

Rayleigh valovi

Potresni valovi

P valovi putuju oko 1.7 puta brže nego S valovi

5

Potresni valovi

Mercalli-Cancani-Siebergova ljestvica(MCS ljestvica)

Do temelja se ruši sve što je čovjek izgradio. Mijenja se izgled krajolika, rijeke mijenjajukorito, jezera nestaju ili nastaju.

Veliki katastrofalanpotres12.

Srušena je velika većina zgrada i drugih građevina. Kidaju se i ruše stijene.Katastrofalanpotres11.

Većina se kuća ruši do temelja, ruše se mostovi i brane. Izbija podzemna voda.Uništavajući potres10.

Kuće se teško oštećuju i ruše. Nastaju velike pukotine, klizišta i odroni zemlje.Pustošni potres9.

Slabije građene kuće se ruše, a jače građene oštećuju. Tlo puca.Razoran potres8.

Ruše se dimnjaci, crijepovi padaju sa krova, kućni zidovi pucaju.Vrlo jak potres7.

Slike padaju sa zida, ormari se pomiču i prevrću. Ljudi bježe na ulicu.Jak potres6.

Njišu se slike na zidu. Samo pojedinci bježe na ulicu.Prilično jak potres5.

Prozorska okna i staklenina zveče kao da je prošao težak teretni automobil.Umjeren potres4.

Tlo podrhtava kao kad ulicom prođe automobil.Lagan potres3.

Osjeti se samo u gornjim katovima visokih zgrada.Jedva osjetanpotres2.

Bilježe ga jedino seizmografi.Nezamjetljiv potres1.

Kratki opis karakteristikaNazivStupanj

Definira pojave i promjene koje potresi izazivaju kod ljudi i životinja uzocjenu veličine štete na građevinama.

6

Richterova ljestvica ilimagnitudna ljestvica (ML)

Ekstremno rijetki(nepoznati)

Nikada nisu zabilježeni.Epski10.0+

1 u 20 godinaKatastrofalni potres koji uništava većinu objekata u kruguod nekoliko tisuća kilometara.9.0-9.9

1 godišnjeMože prouzrokovati golemu štetu i po tisuću kilometaraod epicetra.

Razarajući

8.0-8.9

18 godišnjeUzrokuje ozbiljnu štetu na velikom području.Veliki7.0-7.9

120 godišnjeMože izazvati štete u naseljenim područjima 160 km odepicentra.Jaki6.0-6.9

800 godišnjeUzrokuje štetu na slabijim građevinama u ruralnimregijama, moguća manja šteta kod modernih zgrada.Umjereni5.0-5.9

6.200 godišnje(procjena)

Osjetna drmanja pokućanstva, zvukovi trešnje. Značajnijaoštećenja rijetka.Lagani4.0-4.9

49.000 godišnje(procjena)Često se osjete, no rijetko uzrokuju štetu.3.0-3.9

Oko 1.000 po danuOpćenito se ne osjete, ali bilježe ga seizmografi.Manji

2.0-2.9

Oko 8.000 po danuMikropotresi, ne osjećaju se.MikroIspod 2.0

Učestalost pojaveUčinci djelovanja potresaOpis potresaMagnituda

Seizmograf i seizmogram

Uređaj mjeri pomake tla:♦ Sjever-jug,♦ Istok-zapad i♦ Vertikalne pomake

7

Seizmograf

10 najveći potresa u posljednjih 100. godina

1. Valdivija, 1960. godine, potres na čileanskom području magnitude 9,5, ovaj potres uzrokovaoje tsunami s valovima višim od 10 metara. Poginulo je više od šest tisuća ljudi.

10. Otočje Andreanof 1957. godine.

2. Aljaska, 1964. godine, magnitude 9,2 trajao je četiri minute, 143 osobe su poginule.

3. Indijski ocean, 2004., magnitude 9,3, ovaj potres uzrokovao je tsunamije koji su uzrokovaliviše od 230 tisuća smrti na području Indonezije, Šri Lanke, Indije i Tajlanda.

4. Tohoka, 2011. godine, magnitude 9,0. Uzorkovao je tsunami s valovima visine od 40,5 metara. Poginulo je 15 tisuća ljudi, a skoro 30 tisuća bilo je ozlijeđeno.

5. Kamchatka, 1952. godine Magnitude 9, ovaj potres je uzrokovao tsunami.

6. Čile , 2010. godine, magnitude 8,8 . Trajao je oko tri minute, Potres je uzrokovao tsunami, poginulo je 500 ljudi.

7. otočje Rat, 1965. magnitude 8,7, uzrokovao tsunami s valovima višim od 10 metara.

8. Sumatra 2005. godine, 8,7 magnitude. Poginulo je 1300 ljudi.

9. Tibet - Assamski potres 1950. godine. Poginulo je 1526 ljudi.

8

Potresi u Hrvatskoj

Grad Cissa, danas Caska na otoku Pagudjelomično potonuo u potresu 361. godine

9

Potres u Zagrebu 1880. godine

• 6,3 stupnja po Richteru, s epicentrom na području Medvednice, • Jedna je osoba poginula, a 29 ih je teško ozlijeđeno• Oštećeno 1758 kuća.• Veliki broj stanovnika pobjeglo ili se iselilo u Beč, Graz, Maribor, Celje, Ljubljanu i Trst.

Potres u Dubrovniku 1667. godine• Pukotine su se pojavile u zemlji.• Golemo kamenje kotrljalo se s brda Srđ i rušilo sve pred sobom.• Izvori vode su presušili. • Uzvitlana prašina bila je toliko gusta da je zamračila nebo.• Poginulo je više od tri tisuće ljudi, pola stanovnika.• Snažan cunami poharao je luku. • More se nekoliko puta povlačilo i pri povratku razbijalo brodove.• Požar je harao 20 dana.

10

Potres u Stonu, 16. rujna 1996. godine. Imao je magnitudu 5,8 prema Richteru.

Crkva sv. Vlaha u Stonu.

2. Potresna oštećenja

11

Čile, Santiago

Čile, 2010.godine, M: 8.8

12

Montana, 1959. godine

Niigata, 1964. godine

13

14

Novi Zeland, Wellington, M:7.1

Mekano tlo

15

Likvefakcija

Likvefakcija

16

Utjecaj torzije

Utjecaj torzije

17

Utjecaj velike promjene krutosti po visini

Utjecaj mekanih etaža

18

Utjecaj mekanih etaža

Utjecaj mekanih etaža

19

Utjecaj mekanih etaža

Efekt kratkih stupova

20

Efekt kratkih stupova

♦ Vrh stupa je duktilno armiran.♦ Lom je nastao na mjestu većeg

razmaka poprečne armature.

21

Plastični zglob

Wf

M-pr

M+pr

(Ve)left (Ve)right

ln

Plastic Hinge

Plastični zglob

22

Manc

Mbnc

M lpb M r

pb

Kruti stup Kruti stup –– mekana gredamekana greda

∑ ∑≥ pbnc MM

Moment nosivosti stupa s računskom uzdužnom silom

Moment nosivostigrede

Kruta greda-meki stup

23

Kruta greda-meki stup

STUPOVI

Dimenzija stupa:Ac ≥ Nsd/(0,75·fcd) za nisku duktilnost LAc ≥ Nsd/(0,65·fcd) za srednju duktilnost MAc ≥ Nsd/(0,55·fcd) za visoku duktilnost H

bmin = 20 cm (14 cm za montažni stup)bmin = 25 cm (Ako preuzima sile potresa )

24

Dijagram interakcije

Duktilnost presjeka

yϕ uϕ

u

y

DUKTILNOST ϕϕ

=

25

Naprezanja i deformacije u trenutku: To

Naprezanja i deformacije u trenutku: Too

Uzdužna armatura stupa

ρmin = 1% ρmax = 4%

26

Poprečna armatura stupa

Lo

Lo

Armatura stupa

27

Armatura stupa

Posmik u stupu

28

Spoj greda-stup

Loše armirani čvorovi

29

3. Projektiranje potresne otpornosti konstrukcija - Eurokod

8EUROPSKA NORMA EN 1998-1 EUROPEAN STANDARD NORME

Norma EN 1998 podijeljena je na više odvojenih dijelova:• EN 1998-1 Opća pravila, potresna djelovanja i pravila za zgrade• EN 1998-2 Odredbe za mostove • EN 1998-3 Odredbe za potresno ocjenjivanje i obnovu postojećih zgrada • EN 1998-4 Posebne odredbe za silose, spremnike tekućina i cjevovode • EN 1998-5 Posebne odredbe za temelje, potporne konstrukcije i geotehnička pitanja• EN 1998-6 Posebne odredbe za tornjeve, stupove i dimnjake.

30

Osnove projektiranja

Konstrukcije treba projektirati tako da imajudostatna svojstva nosivosti i duktilnost potrebnaza apsorpciju seizmičke energije, kako bi semogle proračunavati na reducirane sile potresa.

Pretpostavke

Pretpostavlja se da tijekom izrade ili tijekom uporabe građevine neće doći do promjene nosive konstrukcije.

Ako do toga dođe potrebno je napraviti provjeru čak i u slučaju promjena kojima se otpornost konstrukcije povećava uslijed posebne prirode odziva pri potresu.

31

Općenito

Norme EN primjenjuje se za proračun i gradnju zgrada i inženjerskih građevina u potresnim područjima.

Njezina je svrha osigurati da su u slučaju potresa: • zaštićeni ljudski životi • ograničene štete i • da konstrukcije važne za civilnu zaštitu ostanu u funkciji.

Osnovni zahtjevi

Konstrukcije se u potresnim područjima morajuprojektirati i graditi tako da se ispune dvaosnovana zahtjeva, svaki s odgovarajućimstupnjem pouzdanosti:1. Zahtjev da ne smije doći do rušenja i2. Zahtjev ograničenog oštećenja.

32

Potresno djelovanje

Posebna istraživanja10

0,3g90,2g80,1g70,05g6

Proračunskoubrzanjeag

Područje intenziteta potresa u stupnjevima

ljestvice MKS-64

Određuje se preko proračunskog ubrzanja tla ag, koje odgovara povratnom periodu potresa od 500 godina.

33

Elastični spektar odziva

0

1

2

3

4

5

0 0 ,5 1 1 ,5 2 2 ,5 3 3 ,5 4T

Se (T)

0 TB TC TD

agSηβ 0

agS A

B C

D

Elastični spektar odziva0 T TB ( ) ( )⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+= 11 0ηβ

Bge T

TSaTS

TB T TC ( ) 0βηSaTS ge =

TC T TD ( )1

0

kC

ge TT

SaTS ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= βη

TD T ( )21

0

kD

k

D

Cge T

TTTSaTS ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= βη

Se(T) -ordinata spektra odgovora u jedinici ubrzanja tlaag -osnovno računsko ubrzanje tlaS -modificirani faktor tlaT -osnovni period osciliranja linearnog sustavaTB, TC -granice intervala konstantnog spektralnog ubrzanjaTD -granica koja definira početak područja spektra s konstantnim pomacimaβ0 -faktor spektralnog ubrzanjak1, k2 -eksponenti koji utječu na oblik spektra odgovora za T≥TCη -korekcijski faktor prigušenja (=1 za viskozno prigušenje 5%)

34

Tipovi tla

Nanosi tla podložnih likvefakciji, osjetljivih glina ili svaki drugi profil tla koji nije obuhvaćen tipovima A do E ili S1

S2

Nanosi koji se sastoje od, ili sadrže, sloj debljine najmanje 10 m mekih glina/praha s velikim indeksom plastičnosti (PI > 40) i velikim sadržajem vode

S1

Profil tla koja se sastoji od površinskog aluvijskog sloja s vrijednostima vs za tipove C ili D i debljinom između 5 i 20 m ispod kojeg je krući materijal s vs > 800 m/s

E

Nanosi rahlog do srednje zbijenog nekoherentnog tla (s nešto mekih koherentnih slojeva ili bez njih), ili pretežno meko do dobro koherentno tlo

D

Duboki nanosi gustog ili srednje gustog pijeska, šljunka ili krute gline debljine od nekoliko desetaka metara do više stotina metara

C

Nanosi vrlo gustog pijeska, šljunka ili vrlo krute gline, debljine najmanje nekoliko desetaka metara, s postupnim povećanjem mehaničkih svojstava s dubinom

B

Stijena ili druga geološka formacija poput stijene uključujući najviše 5 m slabijeg materijala na površini

A

Opis stratigrafskog profila Tip tla

Vrijednosti parametara koje opisuju elastični spektar odziva tipa 1

2,0 0,5 0,15 1,4 E 2,0 0,8 0,20 1,35 D

2,0 0,6 0,20 1,15 C

2,0 0,5 0,15 1,2 B

2,0 0,4 0,15 1,0 A

TD (s) TC (s) TB (s) S Tip tla

35

Vrijednosti parametara koje opisuju elastični spektar odziva tipa 2

1,2 0,25 0,05 1,6 E

1,2 0,30 0,10 1,8 D

1,2 0,25 0,10 1,5 C

1,2 0,25 0,05 1,35 B

1,2 0,25 0,05 1,0 A

TD (s) TC (s) TB (s) S Tip tla

Preporučene vrijednosti parametara koje opisuju vertikalni elastični

spektar odziva

1,0 0,15 0,05 0,45 Tip 2

1,0 0,15 0,05 0,90 Tip 1

TD (s) TC (s) TB (s) avg / agSpektar

36

Proračunski spektar odziva

0

1

2

3

4

5

0 0 ,5 1 1 ,5 2 2 ,5 3 3 ,5 4T

Sd(T )

0 TB TC TD

αSβ 0

q

αS A

B C

D

Faktor ponašanja q

Faktor koji se upotrebljava pri proračunu kako bi se smanjile sile dobivene linearnim proračunom i u obzir uzeo nelinearni odziv konstrukcije povezan s materijalom, konstrukcijskim sustavom i postupcima proračuna.

Odražava duktilnost konstrukcije te sadrži u sebi podatake o vrstielementa, vrsti gradiva i duktilnosti.

37

Faktor ponašanja

Seizmičko ponašanje mosta vezano uz faktor ponašanja

Otp

or s

eizm

icko

m d

jelo

vanj

u

Pomak

3,0

1,5

1,0

duktilno

ograniceno duktilno

idealno elasticnopretežno elasticno

Ponašanje =qd

Sustav bez prigušenja

masa

k

Pomak (x)

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 0.5 1 1.5 2

Vrijeme (sec)

Pom

ak (m

m)

38

Sustav s prigušenjem

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 0.5 1 1.5 2

Vrijeme (sec)

Pom

ak (m

m)

masa

k

Pomak (x)

c

Utjecaj prigušenja

Ako se frekvencija vanjske sile poklopi s frekvencijom prirodnog titranja sustava dolazi do povećavanja titranja, odnosno do rezonancije.

39

Spektri ubrzanja za razne veličineprigušenja

Spektri ubrzanja za akcelerogramenekoliko različitih potresa

40

Akcelerogram: El Centro, 1940. godine

Potresne kombinacije

1,00 EEdx "+" 0,30 EEdy "+" 0,30 EEdz

0,30 EEdx "+" 1,00 EEdy "+" 0,30 EEdz

0,30 EEdx "+" 0,30 EEdy "+" 1,00 EEdz

41

Učinci potresnog djelovanja izračunavaju se tako da se u obzir uzmu sva stalna i promjenjiva opterećenja koja su dana sljedećom kombinacijom djelovanja:

Koeficijenti kombinacije ψEi uzimaju u obzir

• vjerojatnost da promjenjiva opterećenja ψ2iQk,i nisu prisutna na cijeloj građevini u trenutku pojave potresa

• smanjeno sudjelovanje masa pri gibanju građevine zbog popustljivih veza među njima.

ψEi = ϕ ⋅ψ2i

( ) ( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +⋅ψ+γ+= ∑∑>1

kik,2iEdjk,dd """"""i

Ij

PQAGSS

( ) ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+ ∑∑ ik,Eijk, "" QψG

SeizmiSeizmiččka kombinacija djelovanja za zgradeka kombinacija djelovanja za zgrade

[1,0]za razrede D-F *arhivi

[0,5]drugi katovi

[0,8]katovi s povezanomzauzetošću

[1,0]najviši katneki katovi imaju povezanu zauzetost

za razrede A-C *[0,5]ostali katovi[1,0]najviši katkatovi zauzeti

neovisnoza razrede A-C *

ϕZauzetost katovaVrsta

promjenljivogadjelovanja

42

Faktor važnosti zgrade γI

0,8Zgrade manje važnosti za javnu sigurnost

IV.

1,0Obične zgrade koje ne pripadaju drugim razredimaIII.

1,2Zgrade čija je potresna otpornost važna zbog posljedica vezanih uz rušenjeII.

1,4Zgrade čija je cjelovitost neposredno nakon potresa životno važna za zaštitu ljudiI.

Faktor važnosti zgrade γI

Opis i namjena zgradeRazred važnosti zgrade

Faktor važnosti mosta γI

0,7Mostovi koji nisu nužni za promet i za koje nije ekonomski opravdano usvajanje standardne vjerojatnosti premašaja proračunskog potresa, a ni obično projektirano trajanje mosta.

Manja od prosječne

1,0Mostovi za uobičajeni promet i uobičajeno trajanje.Prosječna

1,3

Mostovi najvažniji za očuvanje prometa, posebno nakon potresa, mostovi čije bi rušenje vjerojatno uzrokovalo velik broj žrtava, te veliki mostovi za koje se zahtijeva trajanje dulje od običnog.

Veća od prosječne

Faktor važnosti mosta γI

Opis i namjena mostaRazred važnosti

mosta

43

Osnovna načela idejnog projekta

1. Jednostavnost konstrukcije 2. Jednoličnost, simetrija i prekobrojnost elemenata3. Otpornost i krutost u dva smjera 4. Otpornost i krutost na torziju 5. Kruta dijafragma u razini kata 6. Prikladni temelji.

Pravilnosti građevine - tlocrt

44

Uređaji za seizmičku izolaciju građevina

45

Uređaji za seizmičku izolaciju građevina

46

Shake-table

Shake-table

47

Pasivni sustavi u konstrukciji

48

Damper težine 9 tona

49

Aktivni sustavi zaštite