Subiecte rezolvate seism

Subiecte Inginerie Seismică (CCIA)

1. Elemente de seismologie – Structura Pamantului si cauzele producerii cutremurelor.

2. Cutremure tectonice – placi tectonice, principalele cauze şi fenomene care stau la baza producerii

cutremurelor tectonice.

3. Cutremure tectonice – elemente specifice cutremurelor tectonice, clasificarea cutremurelor

tectonice, unde seismice.

4. Cutremure tectonice – efectele cutremurelor, inregistrarea si masurarea cutremurelor,

seismicitatea Romaniei.

5. Proiectarea in zone seismice – ecuatia de bilant energetic, reducerea cantitatii de energie induse in

cladire, cresterea capacitatii constructiei de a disipa energie (proiectarea in sistem conservativ).

6. Proiectarea in zone seismice – ecuatia de bilant energetic, cresterea capacitatii constructiei de a

disipa energie (proiectarea in sistem neconservativ, utilizarea sistemelor de control structural).

7. Raspunsul seismic al sistemelor cu un singur grad de libertate dinamica in domeniul elastic utilizand

metoda integrarii directe a ecuaţiei de miscare – Metoda β-Newmark.

8. Raspunsul seismic al sistemelor cu un singur grad de libertate dinamica in domeniul elastic utilizand

spectre seismice de raspuns – obtinerea spectrului seismic pentru proiectare.

9. Raspunsul seismic al sistemelor cu un singur grad de libertate dinamica in domeniul inelastic

utilizand metoda integrarii directe a ecuatiei de miscare.

10. Raspunsul seismic al sistemelor cu un singur grad de libertate dinamica in domeniul inelastic

utilizand metode aproximative de calcul – notiunea de ductilitate, metoda energetica.

11. Raspunsul seismic pentru sisteme cu mai multe grade de libertate dinamica – ipoteze

simplificatoare, modele dinamice de calcul.

12. Raspunsul seismic in domeniul elastic pentru SMMGLD utilizand spectre seismice de raspuns –

metoda fortelor seismice statice echivalente.

13. Distributia fortelor seismice la elementele verticale de rezistenta.

14. Metoda de calcul modal cu spectre seismice de raspuns.

15. Combinarea efectelor componentelor actiunii seismice.

16. Conformarea seismica - conformarea de ansamblu a constructiilor.

17. Conformarea seismica a sistemelor in cadre din b.a. – asigurarea ductilitatii de ansamblu.

18. Asigurarea ductilitatii zonelor critice ale elementelor – zone critice in care comportarea inelastica

este data, in principal, de momente incovoietoare; zone critice cu forte taietoare mari.

19. Asigurarea ductilitatii zonelor critice ale elementelor – zone critice in care comportarea inelastica

este controlata de forte axiale mari; zone critice cu forte taietoare mari.

20. Conformarea seismica a cadrelor din b.a. – conformarea riglelor.

21. Conformarea seismica a cadrelor din b.a. – conformarea stalpilor.

22. Interactiunea dintre cadre si peretii de umplutura.

23. Sisteme de control structural.

Ingineria seismică este un domeniu al ingineriei care are ca scop reducerea efectelor cutremurelor de pământ asupra construcţiilor inginereşti.

Ingineria seismica se ocupa cu:

• (1) – investigarea şi soluţionarea problemelor cauzate de cutremure;

• (2) – implementarea în practică a soluţiilor propuse.

1. ELEMENTE DE SEISMOLOGIE

• Seismologia reprezintă o ramură a Geofizicii care are ca obiect studiul teoretic şi experimental al apariţiei şi cauzelor cutremurelor, al propagării şi înregistrării undelor seismice, ca şi a multor fenomene înrudite .

• Seismologia inginerească are ca obiectiv principal punerea la dispoziţia inginerilor constructori a datelor seismologice privind caracterul şi mărimea acţiunilor seismice .

1. 1. STRUCTURA PĂMÂNTULUI

In funcţie de proprietăţile chimice ale straturilor componente:- scoarţa terestră;- mantaua;- nucleul.

In funcţie de proprietăţile mecanice ale straturilor componente:-litosfera;-astenosfera;-mezosfera;-nucleul extern;-nucleul intern.

1. 1. STRUCTURA PĂMÂNTULUIScoarţa terestră :Scoarţa terestră de tip continental:-o structură complexă;- este alcătuită dintr-o mare varietate de roci bogate în siliciu şi aluminiu (SIAL),- densitate medie de 2.7g/cm³.Este alcătuită în general din trei pături: - -- sedimentară (grosimi de până la 15-20 km);- granitică (grosime variabilă între 5-20 km);- bazaltică (grosime variabilă, între 10 -40 km).

Scoarţa terestră de tip oceanic :-constituţie foarte uniformă;-foarte apropiată de cea a rocilor bazaltice;- bazaltele oceanice sunt bogate în siliciu şi magneziu, fiind denumite SIMA;- scoarţa oceanică este mult mai subţire în partea centrală a oceanelor, unde ajunge la o grosime între 5-20 km.


Mantaua este alcătuită din două părţi:

Mantaua inferioară (grosime aprox. 2000 km):-între adâncimea de 660 km şi 2900 km;-temperatură de cca. 2000 °C. -densitatea variază între 4.3g/cm³ şi 5.4g/cm³.

Mantaua superioară (grosime aprox. 9000 km):-începe de la adâncimea de 410 km şi se întinde spre suprafaţă până la graniţa cu scoarţa terestră.

La suprafaţa mantalei se găsesc roci bazaltice de natură petrografică apropiată de bazaltele oceanice, SIMA.


Nucleul:- 31,5 % din masa totală a Pământului - numai 16,2 % din volumul acestuia, - densitatea medie de 10 g/cm³ (densitatea medie a globului estede numai 5,5 g/cm³)

Nucleul intern- între adâncimile de 5100 şi 6371 km;- un amestec solid de fier şi nichel;- presiunea din acest strat atinge milioane de bari;- temperaturi între 4000 şi 5000 °C.

Nucleul extern- între adâncimile de 2900 şi 5100 km;- topitură de fier şi nichel care probabil conţine urme desulf şi oxigen (stare de agregare fluidă);- temperaturi de cca. 2900 °C.


Litosfera-crusta (continentală sau oceanică)+exteriorul mantalei superioare.- grosimea variază de la câtiva km (in zonele de rift din oceane) pană la 250-300 km sub zonele plăcilor continentale ;- grosimea medie cca 100 km.

Astenosfera-un strat slab , in stare vâscoasă;-astenosfera este situată între adâncimea de 100km şi 200km.

1.2. CUTREMURELE DE PĂMÂNT1.2.1. Cauzele cutremurelor

- impactul meteoriţilor;

- explozii naturale sau

produse de oameni;

- cutremure de prăbuşire;

- cutremure de natură vulcanică;

- cutremure tectonice.

1.2.1. Cauzele cutremurelor - Impactul meteoritilor

Arizona. (diametru: 1,186 kmvechime; 49000ani)

1.2.1. Cauzele cutremurelor - explozii naturale sau produse de oameni;

-test nuclear: 9 octombrie 2006, Coreea de Nord, cutremur cu magnitudinea de 4.2 pe scara Richter - staţia seismică Mudanjiang, China, (aproximativ 330 km de epicentru).

-25 mai 2009-seism de magnitudine 4,7 grade, la 375 de kilometri nord-est de Phenian şi o adâncime de numai zece kilometri.

1.2.1. Cauzele cutremurelor - cutremure de prăbuşire

Cutremurele provocate de surpările rocilor carstice-prăbuşirea tavanului unor mine şi caverne;- desprindere explozivă a unor mase mari de rocă de pe pereţii minelor din cauza tensiunilor acumulate-Canada şi Africa de Sud. -alunecările de teren masive.

Cutremurele provocate de prăbuşirea unor roci sub greutatea apei din lacurile de acumulare pentru baraje-Umplerea rezervorului cu apă duce la creşterea stării de tensiune din roci şi generează alunecarea sau/si presiunea apei din fisuri micşorează rezistenţa faliei.

-25 aprilie 1974, Peru, de-a lungul fluviului Mantaro, din 25 aprilie 1974, (cutremur cu magnitudinea de 4.5).-volumul alunecarii 1,6x109 m³;-450 de persoane.

Barajul Koyna (vestul Indiei)-înălţime de 103m.-10 decembrie 1967 (magn. 6.5)-200 morti, 1500 raniti

1.2.1. Cauzele cutremurelor - cutremure de natură vulcanică

Cutremurele de pământ de natură vulcanică:-exploziile vulcanice;- mişcarea magmei;- prăbuşirea magmei solidificate de pe coşul vulcanului pe vatra acestuia.

Cei mai mulţi vulcani sunt amplasaţi pe marginile active ale plăcilor tectonice. -vulcani intra-placă (insulele Hawai)

-Hawaii, regiunea Ka’u (1868). - magnitudinea acestuia a fost estimata a se situa intre 7.5 si 8.1;-valuri de noroi, valurilor tsunami;- 79 de victime.

1.2.2. Cutremure tectonicePlăci tectonice

- Teoria tectonicii globale sau tectonica plăcilor

Pangaea – fragmentarea în alte plăci tectonice.

Litosfera este fragmentată în 8 plăci tectonice mari şi mai multe plăci mici.


Principalele plăci tectonice:Placa AfricanăPlaca AntarcticăPlaca AustralianăPlaca IndianăPlaca EuroasiaticăPlaca Nord-AmericanăPlaca Sud-Americană

Plăci tectonice mici:ArabicăCaraibeJuan de FucaCocosNazcaMarea Filipinelor Scoţia


Deplasarea plăcilor tectonice presupune existenţa unor forţe puternice, care seconsideră că pot fi convecţia termică din mantaua pământului şi circuitul masei pământului, provenite din marile diferenţe de temperatură şi densitate din structura pământului.


Principale fenomene şi cauze pentru cutremurele tectonice:- alunecările reciproce dintre plăci; (frecarea placilor -falia San Andreas din California).- formarea şi apariţia de noi plăci tectonice oceanice;- comprimarea reciprocă a plăcilor tectonice.


Formarea şi apariţia de noi plăci tectonice oceanice (mişcare divergentă) Noile plăci tectonice, se formează în dreptul dorsalelor oceanice (lungime totală de aproximativ 80000km).

Dorsala din Atlantic - separa Placa Euroasiatică de Placa Nord-Americană (în Atlanticul de Nord) şi Placa Africană de Placa Sud-Americană (în Atlanticul de Sud).


• Distribuţia dorsalelor oceanice în lume


Comprimarea reciprocă a plăcilor tectonice (mişcări convergente):- gropi abisale (fose sau transee oceanice): Groapa Marianelor, (10911m adancime)- crearea lanturilor muntoase: placa Indiana intra sub placa Euroasiatica – lantul muntilor Himalaya;-crearea unor lanturi de insule (Japonia)Japonia - Placa Pacificului şi placa Filipinelor se scufundă sub placa Euroasiatică din vest. (40 activi şi circa 150 inactivi) (circa 1500 cutremure pe an)


-Faliile tectonice se dezvolta la contactul dintre plăcile tectonice.

Clasificare, in functie de geometrie si directia de alunecare relativa:-falie inversă - alunecarea la o are loc în plan vertical (paralel cu panta), placa superioară faliei înclinate deplasându-se în sus faţă de placa inferioară.- falie normală alunecarea are loc în plan vertical (paralel cu panta), placa superioară a faliei înclinate deplasându-se în jos faţă de placa inferioară;- falie transcurentă implică deplasarea blocurilor de rocă paralel cu falia.

1.2.2. Cutremure tectonice

Elemente specifice:

-focar sau hipocentru-epicentru-antipod-distanta epicentrala-adancimea focarului


Clasificarea cutremurelor:1.Dupa marimea distantei epicentrale se deosebesc:• Cutremure locale (∆e foarte mic)• Cutremure apropiate (∆e <1000km)• Cutremure departate (∆e <10000km)• Cutremure foarte departate (∆e >10000km)

2. Dupa adancimea focarului se deosebesc:• Cutremure normale sau de suprafata (h≤(60-70)km )• Cutremure intermediare ( (50-70)km<h≤300km)• Cutremure de adancime (h>300km ), adancimea focarului

putand ajunge pana la 700-800km


Intensitatea undelor seismice este influentata de:- Rocile si straturile geologice;- Conditiile geotehnice locale ale amplasamentului.

Unde seismice:-de adancime: unde primare P sisecundare S. -de suprafata (undele Rayleigh R si undele Love L)

1.2.2. Cutremure tectoniceUndele primare P - unde elastice, longitudinale, (succesiune de comprimari si dilatari, in sensul directiei de propagare dupa raza pamantului).Undele secundare S - unde transversale, de forfecare sau echivolumetrice, (nu modifica volumul mediului), sunt normale pe directia razei pamantului.

Undele Love - unde superficiale transversale, avand miscarea particulelor materiale paralela cu suprafata libera si perpendiculara pe directia de propagare a undei.Undele Rayleigh - unde de suprafata longitudinale, care se dezvolta in plane perpendiculare pe suprafata libera, iar miscarea particulelor materiale este de forma eliptica.


Undele primare:-au cea mai mare viteza de propagare(7-8 km/s)

Undele secundare:- viteza de propagare 4-5 km/s.

1.2.3. Efectele cutremurelor

- forţele de inerţie induse în structură datorită mişcării seismice;- incendiile cauzate de cutremurele de pământ;- modificarea proprietăţilor fizice ale terenului de fundare (tasări, lichefieri);- deplasarea directă a faliei la nivelul terenului;

- alunecări de teren;- schimbarea topografiei terenului;- valuri induse de cutremure, cum ar fi cele oceanice (ţunami) sau cele din bazine şi lacuri ("seiche").

1.2.3. Efectele cutremurelorColapsul parţial al unei structuri din b.a. la Bucureşti în timpul cutremurului din 4 martie 1977 din Vrancea

Distrugerea parţială a parterului unei clădiri de birouri în timpulcutremurului din 16 ianuarie 1995 de la Kobe, Japonia

1.2.3. Efectele cutremurelorCutremurul din 1906 de la San Francisco, doar 20% din pierderile totale s-au datoratdistrugerilor directe din cauza mişcării seismice, restul de 80% datorându-se incendiilor care audevastat oraşul timp de trei zile şi care au mistuit 12 kilometri pătraţi şi 521 de blocuri din centrul oraşului.

Kanto, 1923

Administrator

Typewritten Text

1.2.3. Efectele cutremurelorCutremurului din Niigata din 1964 -folosirea unor terenuri proaste din fosta albie a râului Shinano a avut ca efectlichefiereia terenului de fundare. Un număr de 3018 clădiri au distruse şi9750 au suferit degradări medii până la severe.

Sine de tren indoite (produse ca urmare a deplasarilor terenului), San Francisco, 1906.

1.2.3. Efectele cutremurelorAlunecări de teren în La Conchita, California, 1995

Partea de sud-est a golfuluiIzmit, inundat ca urmare a subsidenţei în timpul cutremurului din 17 august 1999 din Izmit, Turcia.

1.2.4. Inregistrarea si masurarea cutremurelor

-Primele instrumente folosite au fost seismoscoapele .Cel mai vechi seismoscop China, Chang Heng (136 B.C.).

-Seismografe, care pot inregistra in mod continuu miscarea pamantului in timp, inregistrarile obtinute numindu-se seismograme.

- Seismometre, care pot preciza elementele fizice pentru determinarea cu precizie mai mare sau mai mica a parametrilor miscarii scoartei terestre, folosind inregistrarile prin seismografe.


SeismografConceptual, un seismograf este alcătuit dintr-un de un pendul sau o masă ataşată unui arc. În timpul unui cutremur, rola de hârtie fixată de baza seismografului se mişcă odată cu terenul în timp ce pendulul împreună cu stiloul ataşat acestuia rămân în repaus înregistrând mişcarea seismică.


-accelerometre. Accelerogmetrele se monteaza mai ales in zona de vecinatate a epicentrului, pentru a inregistra caracteristicile miscarilor distrugatoare, inregistrandu-se de obicei acceleratiile dupa 3 directii.


- accelerometrul pendular S.M.A.C. (Strong Motion Acceleration Committee), care intra in functiune numai dupa ce a fost depasita acceleratia orizontala a pamantului de 10cm/s2 (1/100g) inregistrand acceleratii orizontale cuprinse intre 1/100 din acceleratia gravitationala si acceleratia gravitationala.

Inregistrarea unui seismometru in timpul cutremurului din Mexico, 1985 (M=8.1)


Scari subiective de intensitate seismica Scara internationala M.S.K., cu 12 grade de intensitate seismica.Scara Mercalli modificata MM, asemanatoare cu MSK(12 grade de intensitate seismica)

Scari bazate pe inregistrariScara magnitudinilor (Richter)Scara intensitatii spectrale (Housner)Scara actiunii spectrale Medvedev


Magnitudinea se defineste ca logaritmul in baza 10 al amplitudinii maxime a inregistrarii, in microni, facuta de un seismograf de torsiune etalon, cu perioada proprie de 0,8s (seismograful Wood Anderson), in timpul unui cutremur avand epicentrul la o distanta de 100km.

Relatia intre energia eliberata de cutremur si magnitudine :logE=11.8+1.5xM

Magnitudinea este deci o masura a energiei cutremurului, in timp ce intensitatea seismica este masura potentialului de distrugere locala a cutremurului.

1.3. Seismicitatea RomânieiHazardul seismic din România este datorat contribuţiei a doi factori:- contribuţia majoră a zonei seismice subcrustale Vrancea- alte contribuţii provenind din zone seismogene de suprafaţă, distribuite pe întreg teritoriul tării.

Microplacile tectonice din zona Vrancea: microplaca interalpina, placa est-europeana, microplaca Marii Negre, microplaca Moesica.

Cutremure normale, de suprafata:Cutremurele pontice;Cutremurele danubiene;Cutremurele banatice;Cutremurele transilvanice;Cutremurele prebalcanice;Cutremurele fagarasene.

Epicentrele cutremurelor ce au avut loc în România în perioada 984 – 1999

1.3. Seismicitatea României

Cutremure zona Vrance:-26 Octombrie 1802, magnitudinea (7.5 şi 7.7). -10 Noiembrie 1940 (M=7.4) şi adâncimea de 140-150 km. -4 Martie 1977 (M=7.2), adâncimea focarului h=109 km, distanţa epicentrală faţă de Bucureşti 105 km. În Bucureşti:-peste 400 pierderi de vieţi omeneşti;- prăbuşirea a 23 construcţii înalte dinbeton armat;- 6 clădiri multietajate din zidărie realizate înainte de cel de al doilea război mondial-3 clădiri înalte din beton armat construite în anii ’60 - ‘70.

Cel mai puternic cutremurBănăţean din sursa Moldova Nouă în secolul XX a fost cutremurul din 18 Iulie 1991, M=5.6, h = 12 km iar din sursa Timişoara a fost cutremurul din 12 Iulie 1991, M =5.7, h = 11 km.

1.3. Seismicitatea RomânieiZonarea intensităţii seismice a României conform SR

11100/1 din 1993

1.3. Seismicitatea RomânieiZonarea teritoriului României in termeni de valori de vârf ale acceleraţiei terenului pentru

proiectare ag pentru cutremure având intervalul mediu de recurentă IMR = 100 ani,(P100 – 2006).

Documents

Subiecte rezolvate seism