Predavanje i

RGGF TUZLA

Šk. 2015/2016

GRAĐEVINSKI ODSJEK KONSTRUKCIJE

POTRESNO INŽENJERSTVO II-ciklus

POTRESI -OPĆENITO

Dr.sc. Mirsad Topalović, dipl.ing.gadj.

ZAŠTO KOLEGIJ “POTRESNO INŽENJERSTVO” ?

ZASLUŽUJE LI, TO JE TEK JEDNO OD MOGUĆIH DJELOVANJA ?

PREPORUČENA LITERATURA: -Potresno inženjerstvo (odabrana poglavlja)- Mehmed Čaušević,

Školska knjiga,Zagreb,2001.

-Seizmička analiza zgrada - Mustafa Hrasnica, Građevinski fakultet Univerziteta u Sarajevu , Sarajevo 2005. -Aseizmičko građenje Mustafa Hrasnica, Građevinski fakultet Univerziteta u Sarajevu , Sarajevo 2012. -Zemljotresno inženjerstvo D. Aničić,P. Fajfar,B. Petrović,A.S. Nosan,

M. Tomažević, DIP „GRAĐEVINSKA KNJIGA“,Beograd 1990.

POTRES KRETANJE TLA PROUZROKOVANO AKTIVNIM TEKTONSKIM POKRETIMA DUŽ UZDUŽNIH I POPREČNIH RASJEDNIH LINIJA, ERUPCIJA VULKANA, OBRUŠAVANJE STIJENA U PODZEMNIM KANALIMA ......

POČETKOM 20-T0G VIJEKA KORIŠTENJE AKCELEROGRAFA, POČELI SE PRIKUPLJATI RELEVANTNI PODACI.

POTRES KAO PRIRODNA POJAVA Osnovni pojmovi Potres (engl . earthquake) je prirodna pojava prouzročena iznenadnim oslobađanjem energije u Zemljinoj kori i dijelu gornjega plašta koja se oč ituje kao potresanje tla. Potresna opasnost (engl . earthquake hazard) je fizikalna pojava pridružena potresu koja može biti uzrokom nepovoljnih učinaka na ljude i imovinu. Izražava se kao vjerojatnost pojave potresa određene jačine na određenom područ ju u određeno vrijeme. Potresni rizik (engl . earthquake risk) je vjerovatnoća pojave da će društvene ili ekonomske posljedice potresa premašiti određenu vrijednost na mjestu gradnje („lokaciji objekta“) ili na određenom područ ju tijekom određenog razdoblja. Izražava se

u novčanoj vrijednosti ili u broju žrtava potresa (poginulih i ranjenih).

Potresna oštetljivost (engl . vulnerability) je količina štete prouzročena datim stepenom opasnosti izražena kao dio vrijednosti ošteć enog predmeta. Rizik = potresna opasnost x potresna oštetljivost

Nijedan od ovih valova ne pojavljuju se na površini u obliku PRAVILNIH HARMONIJSKIH OSCILACIJA.

Zbog nehomogenih materijala kroz koje prolaze, zbog refleksija i refrakcija, na površinu stižu kao nestabilna TROKOMPONENTALNA OSCILATORNA KRETANJA BEZ STABILNE PERIODE I AMPLITUDE.

Na građevine najveći utjecaj imaju poprečni valovi koji daju potresnu pobudu i uzrokuju horizontalno njihanje zgrade.

Registracija potresa Vibracije tla mjere se instrumentima. - akcelerometri ubrzanje, brzina pomaci - seizmometri Najstariji su seizmografi, tj. instrumenti za mjerenje i   bilježenje   gibanja Zemljine površine. Oni rade na na čelu klatna čija je perioda titraja  višestruko dulja od perioda potresa. Njihalo, koje je pričvršćeno za okvir instrumenta miruje, a okvir pri čvršćen za temelj se giba. Relativni pomaci se bilježe.

Seizmografi su osjetljivi instrumenti koji uz veliko poveć pove ćanje pomaka mogu bilježiti i najudaljenije potrese (udaljene više tisuć tisuća km). To su ponajviše instrumenti seizmologa.

Seizmografi zapisuju vertikalne ili horizontalne pomake

Savremeni seizmograf 

Određivanje mjesta nastanka potresa - na osnovi intervala između nailaska P i S valova:

Na osnovu razlike intervala P i

S valova, može se odrediti radijus udaljenosti lokacije potres. Da bi se odredila pozicija epicentra potrebno je najmanje registracije sa 3 stanice.

ODREĐIVANJE LOKACIJE POTRESA

• Kod akcelerometara mora njihova vlastita perioda biti višestruko manja od najmanje periode koja se želi zabilježiti. Tada relativno pomicanje njihala bilježi ubrzanje tla. •   Akcelerometar za jake potrese (engl.   strong motion accelerometer )  bilježi potrese koji su od interesa za građevine. •   Aktivira se tek nakon što ubrzanje pređe neku unaprijed postavljenu granicu (npr. 0,01g). • Prvi od ovih instrumenata u široj su uporabi unazad 40 godina. •   Danas u svijetu postoji više tisuća (oko desetak) akcelerometara koji su  zabilježili više tisuća potresa širom svijeta. Europska baza podataka sadrži oko 1000 zapisa.

Empirijske formule za određivanje magnitude iz površinskih valova potresa glase: iz poznate duljine rasjeda MS = 2,02 + 1,14 logL sloma tla uz rasjed

MS = 4,15 + logA

MS = 6,80 + 1,31 logD

(L u m) iz površine

(A u km2) iz pomaka rasjeda

(D u m)

Ako postoji dovoljno podataka, moguće je izraditi karte prostorne raspodjele potresa – karte s izolinijama magnitude M S (indeks S – engl. s u r f a c e w a v e ) . Za potrese s dubokim žarištem umjesto magnituda M L i MS rabi se magnituda mb (b – od engl. b o d y )  za koju postoje razni empirijski izrazi. Vremensku raspodjelu potresa moguće je izraditi ako postoje povijesni zapisi potresa za dulje vrijeme.

Potresi magnitude veće od 5,0 mogu na slabim građevinama prouzročiti štetu. Potresi magnitude 6,0-7,0 su vrlo jaki potresi. Najveća, do danas, magnituda bila je 8,95 (Aljaska). Potres jednake magnitude može u gusto naseljenom područ ju izazvati veliku

štetu, dok u nenaseljenom poduč ju štete nema, a ako se potres dogodi na dnu oceana ljudi ga možda neće ni osjetiti. U najnovije vrijeme umjesto magnituda M L i MS rabi se vrijednost MW (momentna magnituda) koja obuhva ća cijeli spektar frekvencija potresa. Numeri čke vrijednosti različito proračunanih magnituda ponešto se razlikuju, pa je potrebno uvijek navesti o kojoj se od njih radi.

Učestalost pojave potresa u razdoblju 1900 2000 Opis

Magnituda

Prosječan broj potresa

godišnje Vrlo jak

>8

1

Jak

7,0 – 7,9

18

6,0 – 6,9

120

5,0 – 5,9

800

Slab

4,0 – 4,9

6200 (procjena)

Neznatan

3,0 – 3,9

49000 (procjena)

Neprimjetan

2,0-2,9 1,0-2,0

oko 100 dnevno oko

Snažan Umjeren

 

Za ponašanje grañevine nije mjerodavno najveće ubrzanje tj. jedan ili mali broj

vršaka u ukupnom zapisu potresa već energija koja je unijeta u konstrukciju. Stoga se vršna vrijednost zapisa ubrzanja amax ne uzima kao mjerodavna već se reducira na različite načine.

Kao karakteristična vrijednost koja prikazuje neki potres može se uzeti npr.  proračunska vrijednost koja iznosi aeff = 0,7 amax ili

karakteristična vrijednost u dijelu zapisa “jakog potresa” (>0,02g) acar = 0,9 Σai

Skala magnitude  potresa prema Rihteru

Stepen

Efekat potresa

manje od 3.5

Ne osjećaju ga ljudi, registruju ga samo seizmografi.

3.5-5.4

Osjeti se, ali ne prouzrokuje štetu

ispod 6.0

Uzrokuje manje štete na većim građevinama ali može prouzrokavati veće štete na zgradama lošijeg kvaliteta gradnje

6.1-6.9

Destruktivan u prečniku od 10km

7.0-7.9

Veliki zemljotres,uzrokuje štete na većim regijama

8 ili veći

Nijedan vještački objekat ne može opstati. Tlo i reljef mijenjaju izgled, zarušavaju se jezera, dok rijeke mijenjaju svoja korita.

Stepen

Efekat potresa

I

Ne osjećaju ga ljudi, registruju ga samo seizmografi.

II

Reaguju samo vrlo osjetljive osobe u stanju mirovanja.

III

Osjeti ga više ljudi u unutrašnjosti zgrada.

IV

U kućama ga osjeti veći dio stanovnika, a na otvorenom samo pojedinci. Posuđe i prozori zveckaju. Pojedinci se bude iz sna.

V

Osjete ga mnogi i na otvorenom prostoru. Predmeti koji slobodno vise, zanjišu se. Kod pojedinaca izaziva manju paniku.

VI

Osjete ga sve osobe i bježe iz kuća. Slike padaju sa z idova. Na slabije građenim zgradama nastaju prva ostećenja.

VII

Nastaju rušenja djelova namještaja u stanovima. Ostećenja se  javljaju i na kvalitetnijim kućama: manje pukotine na zidovima. Ruše se dijelovi dimnjaka na kućama, padaju crjepovi. Na slabijim objektima su moguća veća ostećenja.

VIII

Većina ljudi otežano ostaju na nogama. Javljaju se oštećenja na 25% kuća, neke slabije se ruše. U vlažnom tlu i na padinama  javljaju se manje pukotine.

IX

Opšta panika. Oko 50% kuća znatno je ostećeno, mnoge se ruše, a većina je neupotrebljiva za dalje stanovanje.

X

Teška ostećenja javljaju se na oko 75% objekata, a većina njih s e ruši. U tlu nastaju pukotine širine do nekoliko centimetara; Sa padina se odronjavaju stijene, stvaraju se velika klizišta u tlu.

XI

Ruše se sve zidane zgrade. U tlu nastaju široke pukotine iz kojih prodire voda sa pijeskom i muljem. Javljaju se veliki odroni.

Evropsk e makroseizmi č ke skale EMS 98 

MAGNITUDA JE INSTRUMENTALNI PODATAK

STEPENI INTENZITETA SU BAZIRANI NA PROCJENI

VEZU IZMEĐU MAGNITUDE I INTENZITETA POTRESA IZUČAVALI SU MNOGI NAUČNICI IZ OVE OBLASTI:

Io=1,5-3,5logH+3  – Gutemberg, Richter 1954 Io=1,56M-1,78 - Terzcan 1978 Io=1,52M+0,15  – Ribarič 1982 Io=1,50M-0,5  – Sikošek 1986

RAZREDBA STUPNJEVA ŠTETE ZA ZIDANE I ARMIRANOBETONSKE ZGRADE Stupanj štete stupanj

Zidane zgrade

Armiranobetonske zgrade

Zanemariva do laka

šteta (nema

konstrukcijske štete, laka nekonstrukcijska šteta)  vlasaste pukotine  fine pukotine u žbuki na u malo zidova elementima okvira ili u podnožju 

otpadanje malih

komada žbuke 

stupanj

zidova 

ponegdje pad labavih komada s gornjih dijelova zgrade

fine pukotine u pregradnim zidovima i ispunama

Umjerena šteta (laka konstrukcija

šteta, umjerena nekonstrukcijska šteta) 

pukotine u mnogim



pukotine u stupovima i gredama okvira i nosivim zidovima

Povratno razdoblje prosječno vrijeme između dva događaja zadane (ili veće) magnitude

Ako s “R” označimo povratni period tada je vjerovatnoća pojave potresa u toj godini povratnog perioda „R“ je P1=1/R. NPR: Za povratni period R=100 vjerovatnoća pojave potresa u toj godini je 0,01. Uopšteno, vjerovatnoća pojave potresa u nekom vremenu „T“ povratnog perioda „R“ je : Pt= 1-(1-P1)T

Vjerovatnoća pojave potresa povratnog perioda R=100 g. U intervalu 100g. Je: P100 = 1-(1-1/100)

100

= 0,63

Vjerovatnoća da se isti potres neće dogoditi je 1 – P100 = 1-0,67=0,37 (37%). Kako se za projektiranje zgrada uzima obično povratno razdoblje potresa

zadane magnitude od 500 godina, vjerojatnost takvog potresa u 100 godišnjem razdoblju (koje odgovara uporabnom vijeku običnih građevina) iznosi: P100 = 1-(1-1/500) 100 = 0,181 (18,1%) - da će se desiti 1-P =1-0,181= 0,819 (81,9%)  – da se neće desiti

UZ USLOV DA SE POSJEDUJE VEĆI BROJ ISTORIJSKIH PODATAKA O POTRESIMA I DA SE MOŽE USPOSTAVITI GUTENBERG – RICHTEROVA VEZA

IZMEĐU MAGNITUDE I UČESTALOSTI POJAVLJIVANJA. log N=a-b*M

„N“ – broj potresa sa magnitudom „M“ a i b – konstante zavisne od područja i vremenskog intervala a- obično se kreće od 0,75-1,45. U PROTIVNOM- REZULTATI MOGU BITI SASVIM POGREŠNI

Lokacija

Jačina

Broj žrtava

Kina, Shansi

~8

830,000

Sumatra

9.0

283,106

27. Juli 1976

Kina, Tangshan

7.5

255,000

22. Maj 1927

Kina, near Xining

7.9

200,000

16. Decembar 1920

Kina, Gansu

8.6

200,000

1. Septembar 1923

Japan, Kanto

7.9

143,000

Turkmenistan, Ashgabat

7.3

110,000

28. Decembar 1908

Italija, Messina

7.2

70,000 do 100,000

28. Decembar 1932

Kina, Gansu

7.6

70,000

31. Maj 1970

Peru

7.9

66,000

30. Maj 1935

Pakistan, Quetta

7.5

30,000 do 60,000

20. Jun 1990

Iran

7.7

50,000

Datum 23. Januar 1556 26. Decembar 2004

5. Oktobar 1948

NEKI OD ZABILJEŽENIH JAKIH POTRESA U SVIJETU OSLOBOĐENA ENERGIJA JEDNAKA BOMBI 100 GIGATONA ILI ENERGIJI KOJU SAD POTROŠI ZA 6.MJESECI

an Francisco earthquake, California, 1906, Richter 7.7-8.25 (estimate)

Intenzitet u epicentru

Vrijeme

Mjesto

Jačina

07.04.1905.

Petrovac

5,0

Io = 7

01.08.1907.

Počitelj

5,7

Io = 7-8

25.12.1908.

Vlasenica

5,3

Io = 6-7

12.03.1916.

Bihać

5,0

Io = 7

06.02.1923.

Jajce

5,0

Io = 7

14.02.1927.

Ljubinje

6,0

Io = 8

17.12.1940.

Derventa

5,1

Io = 7

31.12.1950.

Drugovići / BL

5,7

Io = 8

11.06.1962.

Treskavica

6,0

Io = 8

07.03.1967.

Srebrenica

5,1

Io = 7

27.10.1969.

Banja Luka

6,6

Io = 9

25.08.1970.

Gacko

5,0

Io = 7

29.10.1974.

Lukavac

5,0

Io = 7

10.09.2003.

Stolac-Hutovo blato

3,6

Io = 5

(Io) MCS skala °

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

Isječak Seizmološke karte SFRJ za  povratni period zemljotresa 50 godina. seizmičke MSK1964 skale

Isječak Seizmološke karte SFRJ za  povratni  period zemljotresa 100 godina. MSK-1964 skale

Isječak Seizmološke karte SFRJ za  povratni  period zemljotresa 200 godina. MSK-1964 skale

Isječak Seizmološke karte SFRJ za  povratni period zemljotresa 500 godina. MSK-1964 skale

Isječak Seizmološke karte SFRJ za  povratni period zemljotresa 1000 godina. MSK-1964 skale

INTENZITET POTRESA ZAVISI OD MAGNITUDE, UDALJENOSTI OD HIPOCENTRA I OD LOKALNIH

GEOMEHANIČKIH, GEOLOŠKIH I TOPOGRAFSKIH USLOVA, KAO I OD VRSTE I TIPA GRAĐEVINE.

JEDINI NAČIN DA SE KAO PROJEKTANTI SUPROSTAVIMO POTRESU KAO

STOHASTIČKOJ POJAVI

DA BI SE OSTVARIO OVAKAV PRISTUP PROJEKTOVANJU NEOPHODNO JE ISPUNITI

SLJEDEĆE USLOVE: 

Definisati projektni spektar dovoljne tačnosti



Postaviti ispravan i realan model

Provjeriti stanje upotrebljivosti nekom od Metoda 



Izvesti konstrukciju sa dovoljnom preciznošću u odnosu na

projektovanu

Definisati projektni spektar

Dinamika konstrukcija

SISTEMI SA JEDNIM STEPENOM SLOBODE

SISTEMI SA VIŠE STEPENI SLOBODE

Karakteristika potresa

ZAPIS STVARNOG POTRESA

DINAMIKA KONSTRUKCIJA

DINAMIČKA OPTEREĆENJA

DINAMIČKA OPTEREĆENJA prema pouzdanosti

DETERMINISTIČKA Pr: mašine i dr. strojevi

STOHASTIČKA

Pr: vjetar, potres

OSNOV DINAMIKE KONSTRUKCIJA JE TEORIJA OSCILACIJA

DINAMIČKI SISTEM U POTPUNOSTI KARAKTERIŠTU:   

KRUTOST MASA

PRIGUŠENJE

m (u  x)  kx  0

m( x  u)  hx  kx  0  /m 2

 x  2 p x  p x  u  0  p

k  

m

SISTEM SA VIŠE MASA  M ( x  u)  G x  Kx  0

NELINEARNI SISTEMI m( x  u)  hx  F ( x)  0

LINEARIZACIJA TAYLOROVIM REDOM

 F ( x  x)

F (x ) 

 F 

( x ) x

TRENUTNA

m(x  u )  hx  kt x

Rješava se nekom od metoda npr. Newmark-ovom

Nelinearni sistemi sa više masa Trenutna matrica krutosti

 M (x  u)  Gx  Kt x  0