INGINERIA CUTREMURELOR DE PĂMÂNT

  CUPRINS:
CUPRINS VOLUMUL I

Capitolul 1. CONCEPTE GENERALE DE PROIECTARE A CLADIRILOR LA ACTIUNI SEISMICE 27
1.1. Definirea sintagmei de „sistem structural 27
1.2. Elemente referitoare la proiectarea unui sistem structural 28
1.3. Caracterizarea suprastructurii unui sistem structural 29
1.3.1. Aspecte referitoare la suprastructura unui sistem structural de beton armat 29
1.3.2. Aspecte referitoare la suprastructura unui sistem structural din otel 32
1.3.3. Aspecte referitoare la suprastructurile de tip dual ale cladirilor 41
1.3.4. Aspecte referitoare la suprastructura unei cladiri inalte 45
1.3.5. Elemente referitoare la conceperea judicioasa a suprastructurii 77
1.3.6. Elemente referitoare la substructura sistemului structura 78
1.3.7. Elemente referitoare la structura de fundare 81
1.3.8. Masivul de pamant 87
1.4. Baza unui sistem structural 96
1.4.1. Introducere 96
1.4.2. Definirea notiunii de „baza” in publicatiile SEAOC si UBC 97
1.4.3. Comentarii asupra definirii notiunii de „baza” in SEAOC si UBC 99
1.4.4. Aspecte privind pozitia bazei unui sistem structural 101
1.5. Mecanism total de colaps plastic static 106
1.6. Conceptul de „baza” structurala in viziunea inginerului Emilian Titaru 109
1.7. Stabilirea bazei unui sistem structural pentru o cladire noua 112
1.8. Stabilirea bazei unui sistem structural pentru o cladire existenta 113
1.9. Consideratii finale asupra conceptului de baza a unui sistem structural 114
1.10. Concepte de proiectare 127
1.10.1. Elemente introductive 127
1.10.2. Concepte ale proiectarii sistemelor structurale cu baza fixa 129
1.10.3. Configuratia structurala in plan si in elevatie a unei cladiri 129
1.10.4. Influente ale configuratiei structurale 130
1.10.5. Configuratie structurala optima pentru actiuni seismice 131
1.10.6. Conceptul de cladire cu greutate redusa 132
1.10.7. Conceptul de simplitate si de simetrie 133
1.1.10.8. Lungimea in plan 135
1.1.10.9. Forma in elevatie 136
1.10.10. Distributia continua si uniforma a capacitatii de rezistenta si a rigiditatii 137
1.10.11. Criterii privind conceptul de rigiditate 138
1.10.12. Mecanisme de cedare structurala 140
1.10.13. Componentele fara rol structural ale cladirilor 145
1.10.14. Caracteristici fizice generale 148
1.10.15. Caracteristici de raspuns generale 148
1.10.16. Interactiunea „sistem structural - componente nestructurale” 150
1.10.17. Comportarea „structurala” a unora dintre elementele nestructurale 151
1.10.18. Importanta componentelor nestructurale in procesul de proiectare a cladirilor la actiuni seismice 159
BIBLIOGRAFIE 161

Capitolul 2. CRITERII DE REGULARITATE STRUCTURALA 163
2.1. Criterii de regularitate sau de lipsa de regularitate in plan 164
2.2. Implicatii ale regularitatii sau a lipsei de regularitate in plan 170
2.2.1. Implicatii ale regularitatii in plan asupra modelelor de calcul structural 170
2.2.2. Excentricitati accidentale 172
2.2.3. Implicatii ale lipsei de regularitate in plan ale factorului de comportare „q” 173
2.3. Criterii de regularitate in elevatie 174
2.4. Implicatii ale neregularitatii in elevatie asupra procesului de proiectare 176
2.4.1. Implicatii ale regularitatii in elevatie asupra metodelor de calcul 176
2.4.2. Implicatii ale regularitatii in elevatie asupra factorului de comportare „q” 177
BIBLIOGRAFIE 177

Capitolul 3. NEREGULARITATI STRUCTURALE IN PLAN 178
3.1. Neregularitatea structurala care favorizeaza manifestarea solicitarii de torsiune 179
3.2. Neregularitatea structurala care favorizeaza manifestarea solicitarii de torsiune extrema 184
3.3. Neregularitatea structurala de tip „colt intrand” 186
3.4. Neregularitatea structurala generata de configuratia diafragmelor 191
3.4.1. Structura de planseu rigida 197
3.4.2. Structura de planseu flexibila 200
3.4.3. Structura de planseu semi-rigida 201
3.5. Neregularitatea structurala de tip „decalare in afara planului” 203
3.6. Neregularitatea structurala de tip „sisteme neparalele” 204
3.7. Unele preocupari internationale recente 205
BIBLIOGRAFIE 206

Capitolul 4. CLADIRI CU NEREGULARITATI STRUCTURALE GEOMETRICE VERTICALE 207
4.1. Introducere 207
4.1.1. Aspecte generale 207
4.2. Neregularitatea structurala verticala de tip „nivel slab ca rigiditate” 210
4.2.1. Introducere 210
4.2.2. Definirea nivelului slab ca rigiditate 212
4.2.3. Efecte ale miscarii seismice asupra unei cladiri care are un nivel slab ca rigiditate 213
4.2.4. Exemple de avariere a cladirilor cu parter „slab ca rigiditate” 215
4.2.5. Consideratii finale si solutii de consolidare 223
4.3. Neregularitatea structurala „extrema” de tip nivel slab ca rigiditate 224
4.4. Neregularitatea structurala verticala generata de distributia neuniforma a greutatii unei cladiri 224
4.5. Neregularitatea geometrica verticala 226
4.6. Neregularitatea geometrica verticala de tip „discontinuitate in plan a unui element structural rezistent la forte laterale” 233
4.7. Discontinuitate a capacitatii de rezistenta la incarcari laterale: neregularitate
de tip „nivel slab ca rezistenta” 234
4.8. Discontinuitate a capacitatii de rezistenta la incarcari laterale: neregularitate
structurala extrema de tip „nivel slab ca rezistenta” 235
BIBLIOGRAFIE 236

Capitolul 5. EVOLUTIA ISTORICA. DEFINIREA SPECTRELOR DE RASPUNS 237
5.1. Informatii istorice 237
5.1.1. Seismoscopul cu pendul vertical, Andreea Bina (1751) 237
5.1.2. Conceptul de utilizare a pendulilor imaginat de Jared Brooks 238
5.1.3. Seismograful lui Giovanni Maria Cavalleri (1857) 239
5.1.4. Ideea de pionierat a lui John Milne 242
5.1.5. Frecventmetrul cu lamele vibrante 244
5.1.6. John R. Freeman si Romeo R. Martel 245
5.1.6.1. John R. Freeman (1855-1932) 246
5.1.6.2. Romeo R. Martel (1890-1965) 247
5.1.7. Kyoji Suyehiro (1877-1932) 248
5.1.7.1. Analizorul vibratiilor seismice conceput de K. Suyehiro 251
5.1.7.2. Congresul mondial dedicat ingineriei din anul 1929 253
5.1.7.3. Prelegerile lui Suyehiro in Statele Unite 255
5.1.7.4. Perioada predominanta a miscarii seismice 257
5.1.7.5. Unele observatii finale 260
5.1.8. Theodore von Karman si Maurice Anthony Biot. Formularea matematica a spectrului de raspuns 261
5.1.9. Articolul lui Hugo Benioff si teza lui Maurice Biot 272
5.1.10. George W. Housner (1910-2008) 274
5.2. Definirea spectrelor de raspuns 283
5.2.1. Introducere 283
5.2.2. Ecuatia de miscare a sistemului dinamic cu 1 GLD in cazul excitatiei seismice 284
5.2.3. Determinarea prin calcul a „raspunsului instantaneu” al sistemului dinamic cu 1 GLD 287
5.2.4. Reprezentari spectrale ale raspunsului unui sistem dinamic cu 1 GLD 292
5.3. Spectre de raspuns 298
5.3.1. Spectre de raspuns exprimate in deplasari relative - DR 299
5.3.2. Spectre de raspuns exprimate in pseudo-viteze relative - PSV 301
5.3.3. Spectre de raspuns exprimate in pseudo-acceleratii absolute - PSA 302
5.3.4. Factori care influenteaza spectrele de raspuns 304
5.3.4.1. Mecanismul sursei seismice si conditiile geologice 305
5.3.4.2. Efectul distantei epicentrele 305
5.3.4.3. Efectul magnitudinii seismice 306
5.3.4.4. Efectele conditiilor locale de amplasament 308
5.3.4.5. Efectele perioadei proprii si fractiunii din amortizarea critica 314
5.3.5. Ilustrare schematica a spectrului de raspuns 316
5.3.6. Prezentarea unui instrument seismic didactic 318
5.3.7. Unele observatii asupra spectrelor de raspuns 319
5.4. Spectre de raspuns specifice cutremurelor de pamant din Romania 321
5.4.1. Aspecte anterioare miscarii seismice de la 4 martie 1977 321
5.4.2. Cutremurul de pamant de la 4 martie 1977 325
5.4.2.1. Situatia instrumentelor seismice existente 325
5.4.2.2. Scurta descriere a instrumentelor instalate in Romania (partea 1). Accelerograful SMAC-A (standard) si SMAC-B 325
5.4.2.3. Inregistrari efectuate cu accelerograful japonez SMAC-B 331
5.4.2.4. Prelucrari efectuate de catre U.S. Geological Survey (USGS) 334
5.4.2.5. Prelucrari efectuate de catre Japan International Cooperation Agency (JICA) 335
5.4.2.6. Unele concluzii privind variatiile in raport cu timpul ale miscarii seismice 336
5.4.2.7. Spectre de raspuns (4 martie 1977) 337
5.4.2.8. Scurta descriere a instrumentelor instalate in Romania (partea 2). Accelerograful Mecano - Optic (MO-2). Scurt istoric. Alcatuire 345
5.4.2.9. Accelerograful Mecano - Optic (MO-2) in reteaua de monitorizare INCERC 346
5.4.2.10. Inregistrari efectuate cu accelerograful MO-2 347
5.4.2.11. Scurta descriere a instrumentelor instalate in Romania (partea 3).
Inregistrari ale miscarii seismice cu seismoscopul Wilmot (WS-1) 349
5.4.3. Cutremurul de pamant din data de 30 august 1986 (Mw 7,1) 351
5.4.4. Cutremurele de pamant din 30 si 31 mai 1990 355
5.4.5. Spectre Fourier. Spectre de putere/Densitate spectrala de putere 359
5.4.5.1. Spectre de amplitudine Fourier 360
5.4.5.2. Transformata Fourier 366
5.4.5.3. Relatia dintre spectrul de amplitudine Fourier si spectrul de raspuns exprimat in viteze relative, in absenta amortizarii 367
5.4.5.4. Spectre de putere 372
5.5. Unele concluzii. Pozitia inginerului Emilian Titaru 376
BIBLIOGRAFIE 381

Capitolul 6. CALCULUL SPECTRELOR DE RASPUNS 385
PREAMBUL 385
6.1. Aspecte introductive 385
6.2. „Calculul” spectrelor de raspuns. Scurt istoric 386
6.3. Abordari instrumentale si intuitive 390
6.3.1. Maurice A. Biot 391
6.3.2. Frank Neumann 392
6.3.3. Merit P. White 393
6.3.4. Donald E. Hudson 394
6.3.5. N.J. Hoff 394
6.3.6. Pendulul de torsiune 394
6.3.7. George W. Housner 395
6.3.8. Alte aspecte 399
6.4. Calculul spectrului de raspuns. Abordarea „Nigam - Jennings” 401
6.5. Algoritm pentru determinarea spectrului de raspuns prin metoda Nigam - Jennings 405
6.6. Reprezentarea tripartita a spectrelor de raspuns 406
6.7. Construirea spectrelor de raspuns 414
6.8. Raspuns structural maxim din spectrul de raspuns 415
6.9. Caracteristici ale spectrelor de raspuns tripartite 415
6.10. Observatii asupra spectrelor de raspuns tripartite 422
6.11. Spectre de raspuns destinate procesului de proiectare 424
6.11.1. Repere istorice 424
6.11.2. Definirea spectrului de raspuns dedicat procesului de proiectare 428
6.11.3. Diferente intre spectrele de raspuns si spectrele de raspuns pentru proiectare 430
6.11.4. Spectre de raspuns pentru proiectare 435
6.11.5. Strategia de proiectare a constructiilor la actiuni seismice 438
6.11.6. Unele concluzii 439
6.12. Spectre de raspuns pentru sisteme structurale cu comportare in domeniul inelastic 441
6.12.1. Elemente introductive 441
6.12.2. Curbe „incarcare-deformare” in cazul solicitarilor ciclice severe 442
6.12.3. Aspecte cu privire la comportarea materialelor 449
6.12.3.1. Elastic versus inelastic 449
6.12.3.2. Liniar versus neliniar 450
6.12.3.3. Neliniaritate de material 452
6.12.3.4. Energia de deformare a unui element infinitezimal in domeniul elastic. Cazul solicitarii de tip „efort unitar uniaxial” 454
6.12.3.5. Energia de deformare a unui element infinitezimal in domeniul elastic. Cazul solicitarii de tip „forta taietoare” 455
6.12.3.6. Energia de deformare a unui element infinitezimal in domeniul elastic. Cazul starilor de solicitare multiaxiale 456
6.12.3.7. Diagrame „efort unitar-deformatie specifica” la incarcari si descarcari repetate 457
6.13. Diagrame idealizate „tensiune - deformatie” 460
6.14. Efecte ale comportarii histeretice asupra raspunsului sistemelor structurale la incarcari generate de actiuni seismice 462
6.14.1. Comportarea in domeniul elasto-plastic 462
6.14.2. Comportarea de tip „consolidare a rezistentei” 464
6.14.3. Comportarea de tip „degradare a rigiditatii” 465
6.14.4. Comportarea de tip „gatuire” a curbei de histerezis 466
6.14.5. Degradarea de rezistenta in cazul incarcarii ciclice 468
6.14.6. Combinatia „degradare a rigiditatii” si „degradarea de rezistenta ciclica” 469
6.14.7. Degradare de rezistenta in cadrul unui ciclu de deformare 471
6.14.8. Diferentele dintre „degradarea de rezistenta in cazul incarcarii ciclice” si „degradarea de rezistenta din interiorul unui ciclu de incarcare” 472
6.15. Modele histeretice dedicate avarierii structurale 475
6.15.1. Aspecte generale 475
6.15.2. Curba de referinta pentru modele histeretice 476
6.16. Descriere succinta a unor modele histeretice 478
6.16.1. Modelul Ramberg-Osgood 478
6.16.2. Modelul histeretic elasto-plastic 482
6.16.3. Modele histeretice fara degradare 489
6.16.4. Modelul histeretic biliniar fara degradare ciclica 494
6.16.5. Modele histeretice ale betonului armat 502
6.16.5.1. Elemente generale 502
6.16.5.2. Modele histeretice. Unele definitii 505
6.16.5.3. Modelul histeretic „Hisada” 506
6.16.5.4. Modele histeretice „Clough” si „Clough - Johnston” 507
6.16.5.5. Modelul histeretic „Nielsen-Imbeault” 516
6.16.5. Modelul histeretic „Anagnostopoulos” 517
6.16.5.7. Modelul histeretic cu degradare „Takeda” 518
6.16.5.8. Modelul histeretic „Q - Saiidi si Sozen” 520
6.16.5.9. Modelul histeretic tri-liniar cu degradare de rigiditate 522
6.16.5.10. Modelul histeretic cu trei parametri 524
6.17. Definirea spectrului de raspuns in domeniul neliniar 529
6.17.1. Calculul spectrului de raspuns in domeniul neliniar 531
6.17.2. Algoritm pentru determinarea spectrului de raspuns in domeniul neliniar 535
BIBLIOGRAFIE 537

Capitolul 7. METODE DEDICATE CALCULULUI STRUCTURAL 543
7.1. Filozofia de proiectare structurala 543
7.2. Scurta caracterizare a modelelor de calcul structural 545
7.3. Influenta computerelor asupra dezvoltarii ingineriei cutremurelor de pamant 547
7.4. Aspecte actuale privind calculul structural 551
7.5. Relatia „arhitect - inginer constructor” 553
7.6. Rolul calculului structural in cadrul proiectului de inginerie structurala 560
7.7. Calculul unui sistem structural 562
7.7.1. Calculul unui sistem structural la incarcari statice in domeniul liniar (SL) 563
7.7.2. Calculul unui sistem structural la incarcari aplicate static in domeniul neliniar (SN) 567
7.7.3 Calculul unui sistem structural la incarcari aplicate dinamic in domeniul liniar (DL) 569
7.7.3.1. Metoda diferentelor finite centrale 571
7.7.3.2. Metoda Houbolt 576
7.7.3.3. Metoda Newmark 580
7.7.3.4. Metoda acceleratiei medii constante 588
7.7.3.5. Metoda acceleratiei liniare 593
7.7.3.6. Metoda Wilson 598
7.7.3.7. Consideratii finale privind stabilitatea si precizia metodelor de integrare numerica 603
7.7.4. Calculul unui sistem structural la incarcari aplicate dinamic in domeniul neliniar (DN) 604
7.7.4.1. Aspecte generale 604
7.7.4.2. Conceptul de calcul in domeniul neliniar 610
7.7.4.3. Exprimarea ecuatiei de echilibru dinamic incremental in cazul unei actiuni directe 611
7.7.4.4. Exprimarea ecuatiei de echilibru dinamic incremental in cazul unei actiuni indirecte 613
7.7.4.5. Solutia ecuatiei de miscare incrementala 617
7.7.4.6. Unele consideratii finale 621
7.7.4.7. Rolul calculului unui sistem structural in domeniul neliniar 623
7.7.4.8. Implementarea graduala a metodelor de calcul in domeniul neliniar 625
7.7.4.9. Calculul raspunsului unui sistem structural in raport cu timpul, in domeniul neliniar 627
7.7.4.10 Calculul raspunsului unui sistem structural la incarcari statice, in domeniul neliniar 628
7.7.4.11. Comportarea „forta taietoare de baza-deplasare” in cazul degradarii de rezistenta 632
7.7.4.12. Avantajele calculului structural de tip „pushover” 634
7.7.4.13. Limitari ale calculului structural de tip „pushover” 635
7.7.4.14. Limitari ale calculului structural de tip „pushover” 636
7.7.4.15. Filozofia de proiectare a inginerului Emilian Titaru637
BIBLIOGRAFIE 639

Capitolul 8. METODA COEFICIENTULUI SEISMIC 641
8.1. Ideea conceptului de coeficient seismic 641
8.2. Jean-Baptiste le Rond d’Alembert 641
8.3. Robert Mallet 642
8.4. Restauratia „Meiji” 643
8.5. John Milne 647
8.6. Charles D. West 647
8.7. Cutremurul de pamant de la Mino - Owari 650
8.8. Cutremurul de pamant de la San Francisco 652
8.9. Cutremurul de pamant de la Messina 656
8.10. Legile lui Newton 662
8.11. Perioada cuprinsa intre anii 1915-1919 665
8.12. Primele coduri pentru cladiri 667
8.13. Cutremurul de pamant de la Kanto 668
8.14. Cutremurul de pamant de la Santa Barbara 671
8.15. Codul de proiectare „Palo Alto” 673
8.16. Initiativa ”Uniform Building Code” 675
8.17. Primul accelerograf pentru miscari seismice puternice 677
8.18. Impactul cutremurului de pamant de la Long Beach 677
8.19. Legea lui Field 679
8.20. Legea lui Riley 685
8.21. Codurile districtului si orasului Los Angeles (date suplimentare) 686
8.22. Cutremurul de pamant de la Helena, Montana 692
8.23. Codul pentru cladiri din California 692
8.24. Legea Garrison 694
8.25. Cutremurul de pamant de la El Centro, California 695
8.26. Codul orasului San Francisco. Codul lui Vensano 696
8.27. ”Separate 66” 698
8.28. ”Bluebook” 705
8.29. Earthquake Engineering Research Institute (EERI) (Institutul de cercetare dedicat ingineriei cutremurelor de pamant) 712
8.30. Evolutia codurilor destinate proiectarii structurale in Mexic 714
8.31. Evolutia codurilor destinate proiectarii structurale in regiunile seismice ale URSS 720
BIBLIOGRAFIE 722

CUPRINS VOLUMUL II

Capitolul 9. EVOLUTIA LEGISLATIEI SEISMICE IN ROMANIA. METODA FORTEI LATERALE ECHIVALENTE 27
9.1. Perioada 1940-1960 27
9.2. Contributia Romaniei la codul CAER 42
9.2.1. Introducere 42
9.2.2. Cadrul general al intalnirii romano - sovietice de la Moscova 43
9.2.3. Componenta delegatiilor 44
9.2.4. Obiectivul si desfasurarea lucrarilor 46
9.2.5. Structura formulei fundamentale pentru determinarea incarcarilor seismice 47
9.2.6. Formula fortei seismice din prescriptiile sovietice SN-8-5 47
9.2.7. Formula fortei seismice din proiectul de prescriptii romanesc (Titaru-Cismigiu) 48
9.2.8. Introducerea „efectului dinamic” al vibratiilor pachetului superficial pentru determinarea incarcarilor seismice 49
9.2.8.1. Prescriptiile sovietice SN-8-57 49
9.2.8.2. Proiectul de prescriptii pentru proiectare si Reguli de baza
de proiectare (CAER) elaborate de Romania 50
9.2.9. Introducerea efectului „amortizarii” in formula de calcul a incarcarii seismice 51
9.2.10. Problema parametrului de echivalenta „ ” 51
9.2.11. Alte aspecte 51
9.2.12. Concluziile deplasarii delegatiei romane la Moscova 52
9.2.13. Concluzii personale ale conferentiarului Alexandru Cismigiu 52
9.2.14. Decizia C.S.C.A.S. in urma deplasarii la Moscova 54
9.2.15. Importanta modului propriu fundamental in procesul de proiectare a sistemelor structurale 55
9.2.16. Comentarii cu privire la elaborarea formulei de baza a fortei seismice 59
9.2.17. In loc de final 63
9.3. Evolutia codului de proiectare in perioada 1963-1996 67
9.3.1. Normativul P.13-63 67
9.3.1.1. Aspecte generale 67
9.3.1.2. Macrozonarea si microzonarea seismica 74
9.3.1.3. Prezentarea normativului P.13-63 80
9.3.2. Normativul P.13-70 84
9.3.3. Normativul P.100-78 99
9.3.4. Unele comentarii generale asupra normativelor P.13-70 si P.100-78 103
9.3.5. Normativul P.100-81 106
9.3.6. Normativul P100-92 107
9.3.7. Unele comentarii pentru Normativul P100-92 114
9.3.7.1. Aspecte existente in normativ 114
9.3.7.2. Definirea parametrilor cinematici EPA si EPV in ATC-3-06 (1978, 1984) 116
9.3.7.3. Introducerea conceptului perioadei de colt in Normativul P100-92 119
9.3.7.4. Unele aspecte privind expresiile coeficientului de amplificare „beta i” 121
9.3.7.5. Stabilirea perioadelor de colt Tc=0,7 s, Tc=1,0 s si Tc=1,5 s 121
9.3.8. Unele concluzii generale 122
9.4. Evolutia codului de proiectare in perioada 1997-2025 124
9.4.1. Introducere 124
9.4.2. Codurile de proiectare P100-1/2004, P100-1/2006 si P100/1-2013 127
9.4.2.1. Aspecte administrative 127
9.4.2.2. Elemente de cod 128
9.4.3. Perioade de control (de colt) 131
9.4.4. Metoda fortei laterale echivalente 137
9.4.4.1. Introducere 137
9.4.4.2. Conceptul metodei 138
9.4.4.3. Domeniul de aplicare 139
9.4.4.4. Aspecte ale metodei in codul P100-1/2013 140
9.4.4.5. Forta taietoare de baza 141
9.4.4.6. Perioada proprie fundamentala de vibratie „T1” 143
9.4.4.7. Distributia fortei taietoare de baza (FTB.) 162
9.4.4.8. Moment de rasturnare 181
9.4.4.9. Deplasarea relativa de nivel 183
9.4.4.10. Efectul de ordinul doi (Efectul P-delta) 189
BIBLIOGRAFIE 191

Capitolul 10. METODA SUPERPOZITIEI MODALE 194
10.1. Prezentare generala 194
10.2. Metoda superpozitiei modale 197
10.2.1. Dezvoltarea istorica a metodei 197
10.2.2. Conceptul metodei superpozitiei modale 200
10.3. Analiza modala experimentala 202
10.4. Aplicarea metodei superpozitiei modale 204
10.4.1. Rezolvarea unei probleme produsa de vibratii 204
10.4.2. Corelarea modelului de calcul structural bazat pe utilizarea elementelor finite si rezultatele investigatiilor instrumentale 205
10.4.3. Modificari structurale 206
10.4.4. Analize de sensibilitate 206
10.4.5. Reducerea dimensiunilor modelelor de calcul structural 207
10.4.6. Predictia raspunsului fortat al unui sistem dinamic 207
10.4.7. Identificarea fortelor perturbatoare 207
10.4.8. Predictia raspunsului unui sistem dinamic 208
10.4.9. Cuplarea substructurilor 208
10.4.10. Determinarea avarierilor structurale 208
10.5. Metoda superpozitiei modale experimentale. Exemple 209
10.6. Date de intrare in metoda superpozitiei modale 213
10.7. Avantaje si dezavantaje ale metodei superpozitiei modale 216
10.8. Analiza modala a raspunsului unui sistem dinamic 216
10.9. Metoda superpozitiei modale. Cazul actiunilor dinamice aplicate direct 219
10.9.1. Aspecte generale 219
10.9.2. Ecuatii de miscare in raport cu coordonatele de miscare „k” 219
10.9.3. Decuplarea matricei de amortizare 222
10.9.4. Ecuatii de conditie exprimate in coordonate modale 230
10.9.5. Metoda superpozitiei modale. Cazul actiunilor armonice sincrone 241
10.10. Metoda superpozitiei modale. Cazul actiunilor dinamice aplicate indirect 245
10.10.1. Definirea actiunilor indirecte 245
10.10.2. Avantajele utilizarii metodei superpozitiei modale in cazul actiunii seismice 246
10.10.3. Ecuatii de miscare in coordonate dinamice 246
10.10.4. Ecuatii de miscare in coordonate modale 247
10.10.5. Solutia unei ecuatii diferentiale decuplate 250
10.10.6. Raspuns structural in termenii raspunsurilor modale 251
10.10.7. Raspuns structural maxim (raspuns total) 257
10.11. Raspuns structural maxim utilizand spectre de raspuns 258
10.11.1. Raspuns modal maxim in termenii ordonatelor spectrului de raspuns 258
10.11.2. Reguli de combinare a raspunsurilor modale defazate 262
10.11.3. Separarea raspunsurilor modale in componente „defazate” si componente „in faza” 277
10.11.4. Unele concluzii asupra metodelor de combinare prezentate 288
10.11.5. Proprietatile factorilor de participare modali 289
10.11.6. Determinarea fractiunilor din amortizarea critica modale in cazul actiunii seismice 291
10.11.7. Numarul necesar de moduri proprii de vibratii 293
10.11.8. Prezentare finala sintetica a metodei superpozitiei modale in utilizarea spectrelor de raspuns 295
10.12. Evaluarea fortelor seismice 297
10.13. Metoda spectrului de raspuns 301
10.14. Unele erori ale compunerii modale 303
10.15. Combinarea componentelor miscarilor seismice 304
10.16. Unele concluzii finale 314
BIBLIOGRAFIE 319

Capitolul 11. METODA INTEGRARII DIRECTE A ECUATIILOR DE CONDITIE 323
11.1. Aspecte generale 323
11.2. Metode de calcul 325
11.2.1. Metoda superpozitiei modale (E) 326
11.2.2. Metoda superpozitiei modale cu spectre de raspuns 326
11.2.3. Metoda integrarii directe a ecuatiilor diferentiale ale miscarii 327
11.2.4. Metode explicite 332
11.2.5. Metode implicite 333
11.3. Calcul incremental la incarcari dinamice 334
11.3.1. Elemente introductive 334
11.3.2. Bazele calculului incremental (IDA). Cazul unei singure inregistrari seismice 335
11.3.3. Aspecte privind calculul incremental la incarcari dinamice (IDA) 337
11.3.4. Calcul dinamic incremental. Cazul mai multor inregistrari seismice 340
11.3.5. Unele consideratii finale 340
BIBLIOGRAFIE 343

Capitolul 12. CALCULUL SISTEMELOR STRUCTURALE IN DOMENIUL NELINIAR 344
12.1. Aspecte generale 344
12.2. Unele aspecte privind metodele de calcul in domeniul neliniar 345
12.3. Calculul unui sistem structural la incarcari statice in domeniul neliniar 347
12.3.1. Introducere 347
12.3.2. Definirea conceptelor: cerinta, capacitate, performanta 348
12.3.2.1. Estimarea „capacitatii la actiuni seismice” 349
12.3.2.2. Estimarea „cerintei seismice” 350
12.3.2.3. Conceptul de performanta 351
12.3.2.4. Procedee „pas-cu-pas” pentru estimarea „capacitatii” la actiuni seismice 351
12.3.2.5. Procedee „pas-cu-pas” pentru determinarea „cerintei seismice” 352
12.3.2.6. Metoda spectrului de capacitate 353
12.4. Scurt istoric 355
12.5. Contributiile profesorului Helmut Krawinkler 362
12.6. Scopul calculului de tip „pushover” 363
12.7. Aspecte de baza ale calculului de tip „pushover” 365
12.8. Calculul „pushover” in domeniul neliniar la incarcari aplicate static 369
12.8.1. Modelarea matematica a unei cladiri pentru calculul structural de tip „pushover” 370
12.8.2. Distributia incarcarii laterale 370
12.8.2.1. Distributia fixa a incarcarii 371
12.8.2.2. Distributia variabila a incarcarii 371
12.8.3. Descrierea calitativa a metodei de calcul structural „pushover” in Eurocode 8 (EC8) 372
12.8.3.1. Deducerea curbei „pushover” a sistemului structural al unei cladiri 377
12.8.3.2. Determinarea si calculul unui sistem dinamic cu 1 GLD echivalent 381
12.8.3.3. Evaluarea nivelului de performanta la actiuni seismice 383
12.8.4. Avantajele utilizarii procedeului de calcul structural „pushover” 385
12.8.5. Limitari ale procedeului de calcul „pushover” 390
12.9. Procedee de calcul „pushover” avansate 391
12.9.1. Procedeul de calcul „pushover” conventional 391
12.9.2. Metode de calcul „pushover” multimodale 393
12.9.3. Metode de calcul „pushover” adaptate 401
12.9.4. Procedee „pushover” pentru cladiri cu configuratii neregulate 406
BIBLIOGRAFIE 409

Capitolul 13. CALCULUL SISTEMELOR STRUCTURALE LA INCARCARI SEISMICE IN DOMENIUL INELASTIC DE COMPORTARE A ACESTORA 414
13.1. Aspecte introductive 414
13.2. Avantajele si dezavantajele calculului istoriei raspunsului unui sistem structural in domeniul neliniar 416
13.2.1. Avantaje 416
13.2.2. Dezavantaje 417
13.3. Cauzele neutilizarii curente a metodei de calcul DNL 418
13.4. Aplicarea metodei de calcul al unui sistem structural la incarcari dinamice in domeniul neliniar 418
13.4.1. Introducere 418
13.4.2. Selectarea accelerogramelor 421
13.4.3. Selectarea modelelor histeretice de comportare a elementelor structurale 423
13.4.4. Aspecte generale privind amortizarea unui sistem structural 425
13.4.5. Modelarea proprietatilor de amortizare ale sistemului structural 428
13.5. Reprezentari alternative ale actiunii seismice 431
13.5.1. Reprezentarea de tip ”time-history” 431
13.5.2. Accelerograme artificiale 431
13.5.3. Accelerograme inregistrate sau simulate 434
13.5.4. Prevederi din Eurocode 8 436
13.5.5. Amplificarea undelor seismice 438
13.5.6. Modelul spatial al actiunii seismice 449
13.6. Factori care afecteaza miscarile seismice produse de cutremure de pamant puternice 449
13.6.1. Introducere 449
13.6.2. Efectele sursei seismice 450
BIBLIOGRAFIE 453

Capitolul 14. PROGRAME DE CALCUL SPECIFICE ANALIZEI SISTEMELOR STRUCTURALE IN DOMENIUL NELINIAR 456
14.1. Aspecte generale 456
14.2. Programele de calcul DRAIN 456
14.3. Programul de calcul ANSYS (1970) 462
14.4. Programul de calcul MARC-CDC (1971) 462
14.5. Programul de calcul ANSR-I 463
14.5.1. Caracteristicile si limitarile programului de calcul ANSR-I 463
14.6. Programul de calcul structural IDARC 468
14.7. James M. Kelly 473
14.7.1. Programul de calcul N-PAD 473
14.7.2. Programul de calcul 3D-BASIS in viziunea Kelly (1997) 474
14.7.3 Programul de calcul SADSAP 474
14.8. Programele de calcul PERFORM-3D, SAP si ETABS 475
14.8.1. Seria de programe de calcul PERFORM-3D 476
14.8.2. Programele de calcul din familia SAP 477
14.8.3. Programele de calcul TABS 490
14.8.4. Programul de calcul DRAIN-TABS 492
14.8.5. Programul de calcul CTABS 80 493
14.8.6. Programul de calcul ETABS 494
14.9. Programe de calcul ADINA 503
14.10. Programe de calcul specifice izolarii bazei fizice structurale 506
14.10.1. Programele de calcul din seria 3D-BASIS 507
14.11. Programul de calcul RUAUMOKO 513
14.12. Activitatea de cercetare si proiectare asistata de calculator in Romania 515
14.12.1. Programul de calcul ANELISE 515
14.12.2. Programul de calcul BIOGRAF 521
14.13. Implementarea unora dintre programele prezentate in Romania 522
BIBLIOGRAFIE 523

Capitolul 15. METODA ELEMENTULUI FINIT. RETROSPECTIVA ISTORICA 529
PREAMBUL 529
15.1. Prezentarea evolutiei „Metodei Elementului Finit” 536
15.1.1. Introducere 536
15.1.2. Surse documentare existente si utilizate 540
15.2. Istoria „Metodei Elementului Finit” (M.E.F.) 546
15.2.1. Scurt cuvant introductiv 546
15.2.2. Aspecte de natura istorica (pana in anul 1940) 548
15.2.3. Conceptele de baza ale „metodei elementului finit” 556
15.2.4. Teoria variationala in mecanica 559
15.2.4.1. Contributiile aduse de Lord Rayleigh si Walther Ritz 563
15.2.4.2. Contributiile aduse de Boris Galerkin (1871-1945) 566
15.2.5. Scurta prezentare a perioadei 1940-1950 566
15.2.5.1. Contributiile aduse de Alexander P. Hrennikoff 567
15.2.5.2. Contributiile aduse de Douglas McHenry 571
15.2.5.3. Contributiile aduse de Richard Courant 572
15.2.5.4. Contributiile aduse de Samuel Levy 575
15.2.5.5. Contributiile aduse de John L. Synge 578
15.2.5.6. Contributiile aduse de Nathan M. Newmark 579
15.2.5.7. Formularea matriceala a metodei fortelor. Contributii timpurii 580
15.2.5.8. Formularea matriceala a metodei deplasarilor 594
15.2.5.9. Contributiile aduse de John H. Argyris 594
15.2.6. Etape ale evolutiei M.E.F. in perioada 1950-1960 600
15.2.6.1. Contributiile aduse de M. Jonathan (Jon) Turner 600
15.2.6.2. Contributiile aduse de profesorul Ray W. Clough 609
15.2.6.3. Contributiile aduse de profesorul Harold C. Martin 617
15.2.6.4. Contributiile aduse de matematicianul Feng Kang 619
15.2.6.5. Contributiile aduse de profesorul Olgierd C. Zienkiewicz 620
15.2.6.6. Contributiile aduse de profesorul Yan Kai Cheung 625
15.2.6.7. Contributiile aduse de Bruce Moncur Irons 627
15.2.7. Epoca de aur a metodei elementului finit: 1962-1972 634
15.2.7.1. Contributiile aduse de Leonard R. Herrmann 638
15.2.7.2. Contributiile aduse de Baudoin Fraeijs de Veubeke 640
15.2.7.3. Contributiile aduse de profesorul J.S. Przemieniecki 644
15.2.7.4. Contributiile aduse de inginerul John S. Archer 646
15.2.7.5. Contributiile aduse de profesorul Ivo Babuška 646
15.2.7.6. Contributiile aduse de profesorul Theodore H.H. Pian 647
15.2.7.7. Contributiile aduse de Robert J. Melosh 648
15.2.7.8. Contributiile aduse de inginerul Ian C. Taig 649
15.2.7.9. Contributiile aduse de inginerul Bertram Klein 651
15.2.8. Etapa a III-a de consolidare a metodei elementului finit (1972-1992) 654
15.2.8.1. Contributiile aduse de profesorul Hayrettin Kardestuncer 659
15.2.8.2. Contributiile aduse de profesorul Thomas J,R. Hughes 662
15.2.8.3. Contributiile aduse de profesorul Richard H. Gallagher 664
15.2.8.4. Situatia M.E.F. la nivelul anilor 1990 665
15.2.9. Etapa moderna de utilizare a metodei elementului finit (1992-2023) 668
15.2.9.1. Scurta prezentare generala 668
15.2.9.2. Evocarea M.E.F. efectuata de K.K. Gupta si J.L. Meek 671
15.2.9.3. Manual pentru calculul numeric (Ciarlet si Lions, 1996) 671
15.2.9.4. Viziunea profesorului Carlos A. Felippa 674
15.2.9.5. Carlos A. Felippa: o piesa de teatru in trei acte 676
15.2.9.6. Situatia M.E.F. in anul 2014 prezentata de Erwin Stein 686
15.2.10. Metoda elementului finit versus metoda diferentelor finite 690
15.2.11. Avantajele si dezavantajele utilizarii metodei elementului finit 694
15.2.12. O noua era privind metoda elementului finit 698
15.3. Metoda Elementului Finit in Romania 700
15.3.1. Situatia existenta in cadrul INCERC si I.P.C.T 700
15.3.2. Utilizarea microcalculatoarelor 706
15.3.3. Situatia in cadrul Institutului de Constructii Bucuresti (I.C.B.) 706
BIBLIOGRAFIE 718
  PREZENTARE:
„Ingineria cutremurelor de pamant“ prezintă principalele aspecte ale dezvoltarii istorice a disciplinei, conceptele, procedeele de calcul si modul de reflectare a acestora in codurile de proiectare a constructiilor.
  PREFATA:
PREFATA

Ingineria cutremurelor de pamant este o disciplina de studiu fascinanta, practic nelimitata din punctul de vedere al domeniilor de cercetare asociate acesteia.

O bautura buna nu are nevoie de o eticheta spectaculoasa pentru ca faima pe care si-a cucerit-o in timp preceda prezenta acesteia la vanzare. Volumul pe care il prezint cu greu poate fi imbunatatit printr-o „Prefata”, dar avertizez cititorul ca am urmarit sa realizez „o claritate a exprimarii”, sa utilizez „un limbaj tehnic adecvat” si sa facilitez o cat mai „buna intelegere” a conceptelor prezentate.

Desi exista o supraabundenta de referinte in contextul tratarii/abordarii subiectelor dedicate ingineriei cutremurelor de pamant, nu exista lucrari de referinta care sa prezinte aceasta disciplina relativ tanara intr-o maniera cuprinzatoare, versatila si unificata. In acest sens, evenimentul major generat de incidenta unei miscari seismice puternice are un impact cu multe fatete asupra operatiunilor de zi cu zi ale serviciilor publice si private, care au crescut foarte mult expunerea acestora riscurilor seismice.

Exista o singura lucrare conceputa pentru a reprezenta o referinta care sa acopere aspectele majore ale stiintei ingineriei cutremurelor de pamant. Titlul acesteia este ”Encyclopedia of Earthquake Engineering” publicata de editura Springer in anul 2015 (4 volume, 265 de contributii, 4002 pagini). Este prima enciclopedie de referinta unica, de o asemenea amploare, care reuneste aspectele stiintifice, ingineresti si tehnologice ale cutremurelor de pamant si constructiilor.

Dupa iesirea la pensie (1 octombrie 2020) am avut mai mult timp sa revad o serie de materiale scrise in perioada 2010-2020, unele dintre acestea facand parte dintr-o serie de lucrari publicate la diverse conferinte internationale dedicate ingineriei cutremurelor de pamant. Cand am luat decizia de a scrie aceasta carte m-am gandit NU cum aceasta va fi primita, ci ce anume din ea va fi receptat, cat si de catre cine.

Un al doilea aspect la care m-am gandit a fost acela ca, in domeniile de interes ale volumului, exista mii de tratate, carti, rapoarte si articole stiintifice, eu insumi avand in format fizic toate cartile importante incepand cu anul 1932 si in format electronic numeroase carti, rapoarte si articole. In cadrul aspectului mentionat si-a facut loc cea de a doua intrebare: „de ce este nevoie sa mai scriu si eu in acest domeniu ” Mi-am raspuns singur: pentru ca tinerii ingineri dedicati procesului de proiectare si mai putin procesului de cercetare (din pacate) nu dispun de sumele necesare pentru a cumpara carti (in medie 100 euro fiecare) si articole de inalt nivel stiintific (30-50 euro fiecare). Un fapt precis este acela ca aceste sume de bani sunt descurajante in Romania, in special in contextul cheltuielilor, din ce in ce mai mari si timpului, din ce in ce mai redus, alocat studiului dupa incheierea cursurilor universitare.

Cel de-al treilea motiv, unul extrem de important, este legat de dorinta initiala de a publica o carte in care sa prezint toate realizarile mele practice in domeniul investigatiilor experimentale efectuate in cadrul expertizarii constructiilor existente. Este vorba de achizitia de date instrumentale utilizand ca excitatie „vibratiile ambientale” pentru identificarea parametrilor modali ai constructiilor existente, monitorizarea comportarii la incarcari de natura dinamica pe termen lung a unei serii de echipamente si pe baza carora au fost stabilite masuri de interventie. In acest sens sunt necesare cunostinte din diverse discipline, cum ar fi: matematica, mecanica, calcul structural, automatica si electronica, in conditiile existentei unor calculatoare puternice si programe de calcul adecvate prelucrarii si analizei datelor instrumentale. De aceea am considerat ca multe dintre aspectele esentiale si necesare unui inginer constructor sa fie prezentate intr-un volum separat.

In final, dar nu in ultimul rand, justificarea efortului meu de a scrie aceasta carte, lucru care nu a fost tocmai usor, este aceea de a-mi mentine sanatatea, stimuland-o prin „exercitii mentale” care sa-mi asigure o „functionare” fizica si cognitiva nealterata. Altfel spus, m-am supus sloganului „ajuta-te singur sa imbatranesti frumos”.

Prefata unei carti tehnice este adesea singurul loc in care un autor se simte liber sa-si exprime opiniile personale despre unele aspecte mai mult sau mai putin controversate, fara sa depaseasca insa asteptarile unei etichete stiintifice.

Textul acestui volum a fost inspirat de prelegerile concepute pentru cursurile „Ingineria cutremurelor de pamant”, respectiv „Investigarea postseismica a cladirilor prin investigatii instrumentale”. Am predat aceste doua cursuri la doua serii de absolventi cu specializari diferite ale ciclului de studii universitare de licenta si care au optat sa continue pregatirea de inginer prin intermediul programelor de studii universitare de master. Trebuie mentionat urmatorul fapt: in cadrul studiilor universitare de licenta (ciclul I) studentii participau la cursul „Calculul sistemelor structurale la incarcari dinamice si ingineria cutremurelor de pamant”. Autorul acestei lucrari a predat acest curs de-a lungul anilor la seriile de studenti de la Facultatea de Constructii Civile, Industriale si Agricole (F.C.C.I.A.) si, in plus, celor de la Facultatea de Inginerie in Limbi Straine (F.I.L.S.), sectia francofona.

Degradarea invatamantului universitar din Romania s-a accelerat dupa „Declaratia de la Bologna”, semnata de catre ministrii educatiei din 29 de tari europene, de la data de 19 iunie 1999. Acest document a fost semnat de profesorul Andrei Marga, pe atunci Ministrul Educatiei Nationale din Romania. Trecand timpul, in anul 2019, acesta a publicat volumul „Educatia responsabila. O viziune asupra invatamantului romanesc.”, in care a afirmat: „Declaratia de la Bologna” s-a aplicat GRESIT in Romania, iar decidentii au lasat lucrurile in voia sortii”. Prezint doar un singur aspect: aceasta declaratie NU A CERUT reducerea duratei studiilor universitare. A CERUT compatibilizarea sistemelor universitare europene intr-un efort de a tine pasul cu performantele institutionale educationale din Statele Unite. Aplicarea gresita a acestei Declaratii” a inceput cu Legea nr. 288 din 24 iunie 2004 prin organizarea studiilor universitare pe trei cicluri: studii universitare de licenta, studii universitare de masterat si studii universitare de doctorat.”

In cadrul Universitatii Tehnice de Constructii Bucuresti reforma curriculara a insemnat, printre altele, reforma planurilor de invatamant si a programelor disciplinelor de studii. In acest fel disciplina „Ingineria cutremurelor de pamant”, care se preda in anul IV, a fost restransa si „inghesuita” cu forta in disciplina „Calculul sistemelor structurale la incarcari dinamice”, care se preda in anul III de studiu. Au ramas alocate doar patru cursuri, evident total insuficiente. Fara sa dau mai multe amanunte, studentii absolveau studiile universitare de licenta fara cunostintele necesare ale disciplinei „Ingineria cutremurelor de pamant”. Acest fapt grav nu a fost de interes” pentru conducerea F.C.C.I.A. de la acea vreme, desi a fost avertizata de titularii mai multor cursuri, printre care m-am numarat si eu. Conducerea catedrei din care am facut parte a luat, din pacate, „pozitia de drepti”. In consecinta, multi dintre studenti prezentau proiecte la sesiunile de licenta in majoritatea lor copiate, adaptate sau chiar „cumparate”. La sesizarile mele conducerea facultatii a luat hotararea care-i convenea cel mai bine: m-a eliminat din comisia de licenta.

Aceasta era situatia in care, la studiile universitare de masterat, a trebuit sa concep cursuri noi prin care sa incerc sa „recuperez” o lipsa de cunostinte aproape totala, inclusiv de la cursurile de specialitate. Stradaniile mele depuse in perioada 2010-2020 au fost finalizate in perioada 2020-2025, luand forma acestui „manual tehnic”.

Volumul „Ingineria cutremurului de pamant” a fost deci conceput ca un manual pentru a servi studentilor si tinerilor ingineri dedicati procesului de proiectare care doresc sa se initieze in aspectele fundamentale ale acestei discipline.

Am cautat ca nivelul la care a fost scris textul sa respecte gradul stiintific ridicat al surselor de informare utilizate si presupune faptul ca cititorii acestuia sa aiba pregatirea de baza inginereasca in domeniul calculului la incarcari dinamice al sistemelor structurale ale cladirilor si al calculului unor categorii de constructii, altele decat cladiri.

Autorul acestui volum nu si-a propus o rezolvare definitiva a subiectelor abordate, unele dintre acestea fiind prezentate in mod intentionat succint, cu scopul ca acestea sa devina teme de cercetare (sau macar de aprofundare) pentru cei cu preocupari in domeniu.

In cadrul lucrarii s-a pus accent pe conceptele si procedeele care dirijeaza proiectarea cladirilor/constructiilor la actiuni seismice.

In consecinta „Capitolul 1” intitulat „Concepte generale de proiectare a cladirilor la actiuni seismice” clarifica definirea sintagmei „sistem structural”, caracterizarea componentele acestuia si se incheie cu prezentarea conceptelor de proiectare a cladirilor la actiuni seismice.

Capitolele 2, 3 si 4 sunt dedicate criteriilor de regularitate structurala, neregularitatilor structurale in plan si a celor geometrice verticale.

Capitolul 5 si Capitolul 6 sunt dedicate evolutiei istorice, definirii si calculului spectrelor de raspuns, atat pentru sisteme structurale cu comportare in domeniul elastic, cat si pentru sisteme structurale cu comportare in domeniul inelastic.

Urmatoarele doua capitole descriu metodele dedicate calculului structural (Capitol 7) si o istorie detaliata a metodei coeficientului seismic (Capitolul 8).

Capitolul 9 este dedicat prezentarii evolutiei legislatiei seismice in Romania, in contextul metodei de calcul a fortei laterale echivalente.

Urmatoarele doua capitole prezinta in extenso „metoda superpozitiei modale” (Capitolul 10) si „metoda integrarii directe a ecuatiilor de conditie” (Capitolul 11).

In Capitolul 12 sunt prezentate aspecte ale calculului unui sistem structural la incarcari statice in domeniul neliniar (calcul de tip pushover), iar Capitolul 13 incearca sa acopere calculul sistemelor structurale la incarcari seismice in domeniul inelastic de comportare a acestora.

In cadrul cursurilor pe care le-am prezentat studentilor inscrisi la studiile universitare de masterat, fiecare student primea de la inceput o tema la care lucra tot semestrul si care avea o pondere insemnata in cadrul verificarii cunostintelor. La multe dintre temele propuse de-a lungul anilor, studentii trebuiau sa utilizeze metoda elementului finit. Am descoperit ca marea majoritate a studentilor nu stia aproape nimic despre metoda elementului finit si, desi le puneam la dispozitie calculatoare si programe de calcul performante cu licenta, multi nu erau in stare sa le utilizeze si solicitau schimbarea temei primite initial. Aspectele care vor fi prezentate in cadrul Capitolelor 14 si 15 sunt limitate la un domeniu restrans al metodei elementului finit si anume calculul elementelor si sistemelor structurale ale cladirilor, respectiv al structurilor constructiilor
ingineresti.

Fara experienta practica adecvata in domeniu, autorul si-a pus o intrebare fireasca si anume: „Ce ar trebui sa cunoasca un inginer constructor despre metoda elementului finit ” Cu acest gand am inceput sa ma documentez, sa cumpar carti, rapoarte si articole avand ca subiect metoda elementului finit. Desi nu facea parte din preocuparile mele curente, am acordat mult timp gasirii raspunsului la intrebarea anterior mentionata. Deoarece perioada la care ma refer facea parte din era „calculatoarelor personale” (microcalculatoarelor) care captase o cota mare de piata, nu am considerat necesara o abordare mai larga a ceea ce este cunoscut sub denumirea ”hardware”. Am punctat insa unele date istorice de interes. M-am concentrat mai mult asupra unor programe de calcul (software).

Capitolul 14 abordeaza succint istoria trecuta si recenta a evolutiei unora dintre programele de calcul structural utilizate de inginerii constructori, a caror selectie a fost decisa si de disponibilitatea lor in cadrul „Centrului National pentru Inginerie Seismica si Vibratii” (C.N.I.S.V.). Ultimele doua paragrafe ale Capitolului 14 prezinta pe scurt unele programe de calcul elaborate in Romania. Ramane ca viitorii vizionari - ingineri proiectanti si ingineri dedicati cercetarii - sa descopere si sa implementeze schimbarile revolutionare ale proceselor de calcul structural, care sa conduca la metode de calcul structural mai puternice si mai precise.

Capitolul 15 constituie o retrospectiva a reperelor istorice in evolutia „metodei elementului finit” pe plan international si modul in care aceasta a fost si este prezenta in Romania. Am decis cu greu scrierea acestui capitol deoarece sunt departe de a ma considera un cunoscator si un practicant al metodei elementului finit. Ideea s-a nascut din lipsa unor raspunsuri pe care nu le-am primit de la cei care se considerau „specialisti” in acest domeniu. Prin selectia facuta am cautat ca acest capitol sa fie radical diferit de asa numitele „scurte introduceri” care sunt disponibile fie in carti, fie in articole de sinteza. Dificultatea demersului este ilustrata prin doua exemple. In anul 1991, profesorul Ahmed K. Noor de la Universitatea din Virginia a publicat in revista ”Applied Mechanic Review” (Vol. 44, Nr. 6) articolul ”Bibliography of Books and Monographs on Finite Element Technology”. Dupa afirmatiile sale, la nivelul anului 1991 in intreaga lume existau peste 50.000 de utilizatori ai metodei elementului finit si a estimat o cheltuiala de 1 miliard $ anual pentru calculul cu elemente finite. Incepand cu anul 1967 (data publicarii primului manual dedicat metodei elementului finit) si pana in anul 1991 au vazut lumina tiparului 387 de carti si 338 de volume ale conferintelor desfasurate pe aceasta tema. Articolul scris de profesorul Noor are 10 pagini, dintre care 8 contin 239 de referinte. Manualul ”Introduction to Finite Element Methods” (Felippa, C.A., 2004) are nu mai putin de 796 de referinte.

Dupa ce am citit tot ce am avut la dispozitie si m-am gandit o vreme, am constatat ca marea majoritate a celor care utilizau „metoda elementului finit” din cadrul universitatii la care am activat habar nu avea de istoria acesteia, plasandu-se pe pozitii de „butonatori”. Acesta a fost motivul hotarator pentru scrierea acestui capitol cu rol educativ si care prezinta, intr-un concept propriu, aspecte „istorice” practic necunoscute in Romania.

Daca prezenta lucrare ar fi considerata „manual” ar trebui sa precizez faptul ca aceasta a rezultat prin asamblarea intr-o maniera proprie a cunostintelor generate de un numar mare de autori. De aceea fiecare capitol este insotit de o bibliografie selectiva existenta in totalitate in biblioteca personala. Recunoasterea meritelor acestor autori este realizata atat in cadrul textului, cat si in cadrul referintelor bibliografice mentionate anterior. Data fiind perioada lunga de timp in care a avut loc gestatia si scrierea acestei carti, este posibil ca anumite contributii sa nu fie citate, sau sa fie incomplet citate. Autorul prezinta scuze celor care, fara voie, ar putea fi afectati de lipsa de prezentare a contributiilor acestora. Avand in vedere volumul mare de materiale consultate din domeniile matematicii si ingineriei este inevitabil sa nu existe erori si/sau inconsecvente. Fiind prima editie in limba romana a unui asemenea text sunt binevenite sugestii pentru corecturi si imbunatatiri ulterioare.

Aceasta carte se adreseaza celor care doresc o educatie elementara in ingineria cutremurelor de pamant si in istoria metodei elementului finit. Este, in acelasi timp, o atentionare adresata universitatilor de profil si organizatiilor profesionale, avand in vedere faptul ca studentii sunt astazi viitoare victime sigure ale unui sistem programat sa produca incompetenta. Ceea ce este si mai grav este faptul ca in acest „stat esuat”, ministerele de profil, incarcate pana la saturatie cu functionari slab pregatiti profesional, gestioneaza in mod lamentabil resurse financiare importante. De aceea atat cladirile noi, cat si cele din fondul construit existent, maresc numarul celor care devin vulnerabile la actiuni seismice puternice care se vor produce intr-un viitor mai apropiat, sau mai departat.

Sper ca pentru unii absolventi care au participat la cursurile prezentate de mine, acest manual sa reprezinte o amintire a ceea ce pentru cel care l-a scris a fost la vremea aceea valoros si onorant si, in plus, sa fie folositor inginerilor din generatiile actuale si viitoare pentru ridicarea statutului lor profesional.

21 iulie 2025
Dr. ing. Ion VLAD
  CUVINTE CHEIE: