lntoducere

1INTRODUCERE

I.I

ASPECTEGENERALE

Orice constuctie este supusd actiunilor mediului in care este amplasatd, Prin construclie nu trebuie sa avem in vedere numai clddirile care adapostesc oameni. Constructiile sunt de foarte multe tipuri, astfel cd pe ldngd clddirile de locuit sunt: drumuri, poduri, baraje, diguri, hale industriale, constructii agmzootehnice, rezervoare de diferite tipurigi destinalii, constructii subterane, castele de apd, coguri de fum, tuneluri, turnuri cu funcduni diferiteetc.

ci in raport cu amplasarea intr-un teritoriu, lunctie de speciticul acestuia, acliunile pot fi diferite ca tip si intensitate, deci 9i construcliile vor fi astfel alcituite incAt si fie capabile si reziste $i sa indeplineasca cerintele pentru care au fost concepute.Evident Printre actiunile care apar in anumite zone sunt $i cuhemurele de pim6nt, ca fenomene

naturale de natura tectonice, vulcanicS etc., sau ca fenomene induse, ca umare aintervenliei omului asupra mediului. Astfel prebu$irea unor galerii de mind, acumulSrile de apd din lacuri prin infiltratiile in teren, antrenarea unor falii pdn greutatea unor constructii pot genera, chiar in zone fer6 activitate seismice, culremure. Prin modul lor de manifestare, cutremurele sunt total diferite de celelalte actiuni in raport cu o construclie, datoritd efecfului indirect de aplicare. Spre deosebire de alte actiuni cum ar fi zepada, vantul etc., care se aplicd direct asupra

constructiei si sunt preluate de structura acesteia, seismele produc mi$carea intregii construclii, datorita mi$cerii terenului, iar fo(ele apar ca forle de ine(ie (Fi) generate degreutatea elementelor componente, fig,1.1,

Uneori $i acliunea vantului poate avea un caracter dinamic, prin aparilia de rafale, dar care de obicei pentru constructiile curente nu genereazd fo(e de inerlie importante. Evident cd existd qi alte actiuni, cum ar fi cele din trafic, utilaje in migcare etc,, care pot genera fo(e de ine(ie dar aplicarea lor este punctualS pe elementele structurale

Ei cel mai important lucru este faptuldeterminali.

ci

au parametri cunosculi sau care pot

fi

Multi vreme, de$i cuno$tintele de mecanica, rezistenle gi dinamicd erau in totalitate cunoscute, constructiile erau tratate, in raport cu actiunea seismicd, ca sisteme infinil rigide. Astfel nivelul maxim al acceleratiei terenului era considerat ca static gi se evaluastarea de e{orturi din structure.

lnginefie seisnica

rig.r.r clmportarea

unei clediri sub actiunea uantutri actiunea seismicd (b.)

j.1

qi

t,

A trebuit se treacd decenii de observatii, de distrugeri si pierderi de vieti omene$ti ca urmare a unor cutremure, pAnd cand, la jumatatea secolului XX, conceptul de abordaredinamicd sd fie aplicat Si in cazul structurilor de construc{ii la ac(iunea seismicd. In aceste conditii s-a conturat o noua $tiintd gi anume Ingineria seismice care se ocupa de

efectele locale ale cutremurelor, de efectele lor asupra constructiilor 9i de modul deconcepere 9i realizare a protectiei, siguranlei gi fiabilitelii acestora la acliunea seismelor. Cercetdrile din domeniul ingineriei seismice au generat gi conceplii diferite de abordare a

capabiliEtii structurilor de constructii de

a fi mai putn vulnerabile $i mai sigure la

culremure, scopul principal fiind evitarea pierderilor umane gi materiale.

Ceea ce esle mai dificil de cuantificat, in acesl context, rim6ne insi actiunea prin caracterul sau aleatoriu, prin cunoa$terea limitatd a mecanismelor de producere gi de propagare a undelor seismice, prin imprevizibilitate, la care se adaugi conditiile dinamice specifice ale fiecirui amplasament. De aceste fenomene se ocupa Seismologia care este $tiinta cutremurelor de pemant, sau a seismelor gi reprezintd o ramurd a Geofizicii. Are ca obiect studiul teoretic $i experimental al aparitiei gi cauzelor cuttemurelor, propagarea gi inregistrarea undelor seismice.In cadrul seismologiei s-a dezvoltat in ultimii ani ramura Seismologiei ingineregti, care are ca obiectiv principal punerea la dispozilia inginerilor a datelor seismologice speciflce, necesare concep(iei gi proiectdrii in zone seismice.

I

lntoducere

1.2 ISTORICUL CUTREMURELOR DE PE GLOBDin observaliile cercetetorilor se constata cd pemantul in evolutia sa, mai bine spus scoa{a acestuia, a suferit numeroase transformeri care evident nu se puteau produce ldrd cutremure. once formi noud de relief sau schimbare de mediu a fost generate decedarea qi distrugerea rocilor, de eruptii vulcanice, lunecdri de teren Qi chiar tenomene tsunami (valuri produse de cutremur cu epicentrul in ocean).Nu toate aceste transformdri ale scoa(ei sunt bine cunoscute, dar istoria mai recent5, de cand omul a ,inregistrat" evenimentele, prezintd numeroase efecte ale cutremurelor prin consecintele asuDra mediului construit. Fenomenele geologice incadrate in categoria seismelor prezintd o activitate foarte bogatd

in comparalie cu alte fenomene natunle produse la nivel planetar. O statisticd UNESCo

arati ci incep6nd cu

1970 cutremurele de pamant provoacd anual aproximativ 14.000 de victime omene$ti gi distrug bunuri in valoare de miliarde de dolari.

Primele informatii despre cuhemure sunt datorate civilizatiei grece$ti care mentioneazi ca

cel mai important cutremur cel produs in 464 iHr in Sparta, din Peloponez, [1]. Sursa istorice indicd distrugerea in mare parte a oragului gi un numdr mare de pierderi de vieliomenegti, peste 20.000 de oameni (cifrd controversatd).

Un alt cutremur important menlionat de istorie este cel din 225 iHr, cand una din cele $apte minuni ale lumii, statuia de 33 m a Colosului din Rodos, s-a pribugit, [21. Aceeaqi sursd istoricd menlioneazi gi eruplia vulcanului de pe insula Santorini, din 1470 iHr, ce a produs pe lingd migcdri ale scoa(ei gi fenomenele tsunami cu efecte devastatoare pe coasta Anatoliei, Turcia. Urmeazd o perioadd de timp de peste 300 de ani in care nu sunt date despre seisme importante, cel putin in zone unde civilizatia a fost capabile s6 transmitd informatia gi si fie preluald de istorie, sau efectele seismice au fost nesemnificative, Abia in anul 110 se aminte$te de seismul din Dian Kingdom, regiunea Yunnan din China, urmat de cel din 365 din Creta, Grecia. unde in ambele cazuri se estimeazd ca numdrul victimelor se ridicd la c6teva mii de oameni [3]. Se oare ci orintre cutremurele care au facut un numdr foarte mare de victime se numera cel din anul 526, din Antioch, Siria (in prezent Antakya in Turcia), unde numerul victimelor a fost estimat la 250.000 la o populatie de circa 300.000 de oameni, [3]. In anul 1042 in lran este distrus oraqul Tabriz inregishindu-se cca 40,000 de victime. Este interesant de amintit qi cutremurul din anul 1303, care s-a produs in Creta, dar care a provocat fenomene tsunami care au produs distrugeri importante la Alexandria in Esipt, [4],Urmeaze cutremurul cu cele mai multe victime peste 830.000 de oameni care s-a produs in anul 1556 in regiunea Shaanxidin centrul Chinei, [3].

nginerie seismici

Aceaste listd poate continua cu alte cutremure produse in: ltalia - '1570, Chile - 1575 si 1604, China - 1605, Dubrovnik in Croaga - 1667, Shemakha in Azerbaijan cu 80.000 de victime - 1667, Anatolia in Turcia 1668, Lima in Peru -1687, Port Royal in Jamaica '1692, Provincia Catania in Sicilia cu circa 60.000 de victime 1693, alte cutremure in '1730, diferite zone ale ltaliei - '1694, 1700 9i 1703, Japonia 1707, Chile Ai China Peninsula Kamciatka 1737, Concepci6n in Chile 1751, urmat in anul 1755 de un cutremur important in nordul Persiei unde s-au inregistrat circa 40,000 de victime,

-

-

-

-

-

-

-

La Lisabona, in Portugalia, la 1 noiembrie 1955 s-a produs unul dintre cele mai putemice cutremure din Eumpa gi nordestul Afticii. Aproximativ 75% din oraq (15.000 de clSdiri) a fost complet distrus gi numarul victimelor a ajuns la 60.000 de oameni (dupi alte surse 80.000) din cauza prSbugirilor, incendiilor gi tsunami. Aceste valuri de 15 m iniltime au distrus cheiurile 9i digurile pe care se refugiaserd oamenii de frica fldcirilor. Mari distrugeri au fost provocate $i de incendiile care nu au putut fi stinse din cauza imposibilitdlii interventiilor datoritd strdzilor foarte inguste gi ddrAmiturilor. La construc{ia oragului autoritelib au luat misuri de sistematizare corespunzetoare - strdzi largi, piele la intersectiile strdzilor principale, diguri gicheiud inalte $i rezistente, Cu aceastd ocazie sa realizat prima instalatie pentru incerciri experimentale ale construclirlor, care a constat dintr-o platformd din lemn rezematd pe stAlpi flexibili tot din lemn (pari) pe care sa executat o incepere din zidarie de cdrdmidd (primul model experimental). Platforma a

fost lovite cu ciocane mad din lemn astfel inc6t'modelul" a fost testat la vibratiileprovocate de $ocurile create. Din analiza datelor pdvind producerea seismelor pe glob se constatd cd in acela$itimp cu dezvoltarea zonei apar mai multe informatii, ceea ce inseamnd cd numerul cutremurelor a fost mult mai mare in trecut, la fel ca $i distributia lor.

Dupd cutremurul din anul 1755 din Lisabona sunt cunoscute din ce in ce mai multe cutremure cu o distribute mult mai largd pe glob dupd cum urmeaze: Boston, SUA 1755, Estul Mediteranei 1759, Trinidat Tobago 1766, Port au Prince, Haiti - 1770, Guatemala 1773, lran 1780. unde numarul victimelor s-a ridicat la oeste 200.000 de oameni, Calabria, ltalia -1783, cu 50.000 de victrme, Peru -1797, Sumatra, Indonezia -

-

-

-

-

1797, San Diego, California, SUA

-

'1800.

Revenind la cutremurul din 5 februarie 1783 din Calabda, sudul ltaliei, trebuie notat ce 20.000 de victime din cele 50.000 inregistrate au provenit din epidemiile provocate de cadavrele in descompunere de sub diramdturi, Este prima relatare despre un numdr atet de mare de oersoane ucise de bolile aodrule ca urmare a unui seism. Timp de 100 de ani s-au inregistrat peste 50 de cutremure in diferite zone pnntre care aminlim: Vrancea, Romania - 1802, Creta - 1810, Missouri, SUA - 1811 $i doua seisme in anul 18'12, Califomia doud cutremure la Wrightwood $i Santa Barbara - 1812, lsrael 1837, Japonia, mai multe cutremure 1847 9i 1854, Noua Zeelandd -'1855, Falia San

-

Andreas, California, SUA

-

1857, Zagrb, Croalia

-

'1880, India

-

1897 etc.

10

lntroducere

Cutremurul din regiunea l\4ino-Owar din insula Honsu, Japonia, a avut loc Ia 28 octombrie 1891 gi s-a resimlit pe un teritoriu de cca 1 milion de km2, diskugerile fiind produse pe o arie de '135.000 km2 (197.530 case prebugite, 7,300 victime, 17.000 renit). Pe durata

cutremurului, de-a lungul unei linii tectonice cu o lungime de 100 km s-au produs deplaseri relative intre fetele faliei Ia suprafala scoa(ei de 4 m pe onzontald $i de 6-7 m pe verticalS. Valoarea maximd a acceleraliei a fost de 0,259 $i a deplasddlor de 22 cm. In urma acestui cutremur profesorul Fusakichi Omori a infiintat la Tokio Institutul de cercetiri in cutremure, pundnd astfel bazele cercetdrilor sistematice de seismologie inginereasce gi ulterior de inginerie seismici. in anul 1900 profesorul Omori propuneprima relalie de calcul al fo4elor seismice, relatie care-i poartd numele.

Dupi 1900 datele despre cutrcmure sunt mult mai complete avand in vedere apari!a gi dezvoltarea aparaturii de inregistrare, definirea unor procedee de evaluare a acliuniiseismice in locul producerii acesteia giin diverse puncte de pe scoa(a etc. Ceea ce trebuie de remarcat este ce in cele mai multe cazuri, acolo unde sunt aglomer5ri de oameni, efectele cutremurelor se cupleazi cu lunecdri de teren, incendii $i valuri tsunami. Tot in acest sens se menlioneazd cutremurul "cel mai mare din lume" care s-a produs la '12 iulie 1897 in Assam, India, resimlit pe un teritoriu de 4 milioane de km2. Toate

9i

clidirile au fost distruse dupd unii autori pe o arie de 75.000 km2 (accelerata maximi fiind de 0,59 9i deplasarea maxima de 30 cm) 9i, dupd alli autori, pe o arie de 350.000 km,, acceler4ia maximd fiind de 1..1,2g. in urma cutremurului rAurile gi-au schimbat cursul, au aparut noi izvoare, dislocdrile in teren au depdgit 12 m, multe clddiri s-au scufundat interen chiar p6nd la acoperi$.

Celebru este cutremurul din 18 apdlie 1906 din San Francisco, care a provocat mari pagube materiale. Seismul a durat cca 1 minut 9i a fost resimlit pe o arie de 1 milion km2, fiind provocat de deplasdrile relative ale marginilor faliei San Andreas. Aceaste falie

strdbate coasta Californiei pe

o

lungime

de 1.200 km de la nord-vest la

sud-est,

traversand degertul, fiind vizibild de la indl[ime. Deplasarea orizontale a fost de 7 m, rupand toate conductele subterane, ondulend goselele 9i ginele de tramvai, fi9.1.2. Incendiile provocate de scurt circuite gi de gaze au devastat timp de 3 zile o mare parte din orag, fi9.'1.3, neput6nd fi controlate din lipsi de ape. Cataclismul s-a soldat cu 3.000 de victime gi 250.000 de persoane fdrd adapost ca urmare a distrugerii a peste 28.000 de case gi 490 de blocuri de locuinle. Cu aceasE ocazie s-a pus in evidenti lipsa unui

sistem sigur

9i

independent de inmagazinare

gi

alimentare

cu ape. Cladirile

construite pe terenuri tari gi cele proiectate la actiunea vgntului s-au comportat bine. In urma acestui cutremurs-a elaborat primul cod (normativ) de calcul al conshucfiilor la actiuni seismice.

in strdmtoarea Nlessina, in Sicilia, s-a produs un seism la 28 decembrie 1908 care a inregistrat peste 100.000 de victime in localitilile Messina gi Reggio-Colabria. Ambele orage au fost distruse in propo(ie de 98% datorite, in special, slabei calitati a zidiriilor11

lnginerie seisnicd

cledirilor Si a terenului de fundare aluvionar. Numerul mare de victime s-a datorat densitatii populatiei, de 172 persoane/km2.

Fig.'1.2 San Francisco 1906 fenomene geologice

Fig.1.3 San Francisco dupd incendiul provocat de cutremurul din 1906

12

Intoducerc

La 1 septembrie 1923 a avut loc in regiunea Kantu "marele cutremur japonez" (epicentrul in golful Sagami), care a distrus ora$ele Tokio $i Yokohama, aflate la 104 km respectiv 60 km de epicentrul seismului. Cutremurul, incendiile, taifunul gi tsunami au provocat 150.000 de victime 9i 150,000 de rdnili. Au fost distruse de seism 1.286,261 de case, 447.127 au fost arse gi 868 au fost luate de valuri. Cele mai mari distrugeri s-au inregistrat la construcliile fundate pe aluviuni de loess, Fo(a gocului seismic a fost de

3...5 ori mai mare in acest caz decat oentu cledirile fundate in terenuri tari. De asemenea, s-a scos in evidenld faptul cd materialele de constructie tradilionalebambusul, cartonul gi hArtia fiind deosebit de inflamabile sunt neindicate pentru execulia cu mare densitate a clSdirilor. In urma cutremurului. s-au impus indllimi maxime pentru construclii. Astfel, indllimea clddirilor cu structura din pereli de ziddrie s-a limitat la 9 m iar

-

a construcliilor cu structura din otel 9i beton armat la 31 m (10 niveluri) pentru clidiri publice gi la 20 m (7 niveluri) pentru clddirile de locuit, In prezent aceste inaltjmi s-aumodificat.

in anul 1935 s-a produs la Quetta, Pakistan, un cutremur care s-a soldat cu 35.000 devictime.

La Ezican, in vecindtatea faliei Nord Anatoliene care traverseazd Turcia de la est la vest, considerata ca una dintre cele mai active falii din lume. s-a orodus in anul 1939 un cutremur care a distrus toate localitdlile pe o razd de 35 km, inregi$randu-se 39.000 de mo(i.

in octombrie 1948 in Aghabad, Turkmenistan, s-a produs un seism cu magnitudinea de7.3 care s-a soldat cu 110,000 mo(i,

Lista cu cele mai importante seisme care au avut loc incepind cu anul '1950 cuprindeurmetoarele evenimente:

, .

Kamciatka, Rusia, 1952;

Agadir, Maroc, 1960 (15,000 de victime) oragul fiind complet distrus, inclusiv constructii cu structura in cadre din beton armat proiectate dupi normele valabilela acea vreme;

Chile, 1960, cel mai putemic cutremur inregistrat, in aceastd tar6 9,5;Skoplje, Serbia, 1963 (1.100 mo4i);

Alaska, 1964, considerat cel mai putemic seism de pe teritoriul SUA, care a afectat 129.500 km2 iar valudle tsunami care s-au format au devastat nordul Califomiei,ajungdnd pAnd la Antarctica; insula Celebes, 1968 (68.200 mo(i);

Peru, 1970, considerat cel mai distrugdtor cuhemur din emisfera sudic6, cu 66.000

de mo(i gi disp5ruti, 200.000 de rdnig 9i cca 800.000 de oameni rimagi fdrdlocuinte;l\4anagua, Nicaragua, 1972 (100.000 de victime);

t3

lnginede

sebnici

in

1976, in Guatemala, capitala a fost dishusi de un putemic seism ce a inregistrat peste 22.000 de mo(i, 77.000 de rdniti gicca 250.000 de case distruse;tot in anul 1976 a avut loc un cutremur in Tangshan, la 150 km sud de Beiiing, China, care s-a soldat cu 650.000 - 800.000 de morti, oficial au fost 242.000 de

mo4;

lran, cutremurdistruse;

in

1978 cu 25.000 de mo(i, numeroase victime 9i construclii

la 3 septembrie 1978 are loc la Albstadt in Germania un cutremur care a produs pagube in valoare de milioane de mdrci;

in noiembrie 1980 s-a inregistrat in sudul ltaliei un cutremur care a inregistrat cca 31.000 de mo(i;

in 1985 la Mexico City are loc un cutremur in urma caruia s-au prdbuqit mai ales clidiri cu 16...21 niveluri, cu structuri din otel gi perioade proprii de 2,0...2,4 s,perioada predominantd a seismuluifiind de 2,0 s;

la 17 octombrie 1989, in zona muntelui Loma Pieta, la 15 km de Santa Cruz dinCalifornia s-a produs un seism care prin efectele asupra metropolei San Francisco este cel mai impofiant tate de cel care a avut loc in '1906, cauza cutremurului a fost ruperea unui tronson de 40 km din falia San Andreas - majoritatea clidirilor construite dupi sisteme antiseismice au rezistat, ca gi cei '113 km de galerii de metrou, dar au exista gi distrugeri dintre care cele mai importante sunt: viaductul autorutier Bay Bridge, Cypress Bridge Interstate 990, Embarcadeo Viaducte,

Struve Slogh Bridge, degradiri ale qoselelor, numeroase lunecari de teren;num5rul viclimelor se ridici la 62 de mo(i $i 3.757 de renili, iar pierderile materiale au depdgit 6 miliarde de dolari;

cel mar devastator cutremur din lran este considerat cel produs la 21 iunie 1990, care s-a resimtit pe o suprafa[d de peste 600.000 km2, cu 80.000 de morli, 40.000 de sinistrati 9i peste 500.000 de case distruse; durata cutremurului a fost de 50 s, fiind urmat de numeroase replici; seismul de la Roermond, Olanda, din 13 aprilie 1992 este considerat cel mai important din zona nord-vestic6 a Europei, iar efectele au fost resimtite in Olanda, Belgia, Germania gi estul Frantei - in aceastd zond au mai avut loc cutremure cu mai pulin imporlante in anii 1640, 1756, 1878, 1951; cel mai devastator cukemur din anul 1993 a avut loc in vestul Indiei care s-a soldatcu cca 30.000 de victime;

la 16 ianuarie 1995 ora 5,46, cand majoritatea oamenilor dormeau, cel mai mare cutremur care a lovit centrul Japoniei in ultimii 50 de ani s-a abdtut asupra oraguluiKobe, s-au inregistrat peste 6.000 de mo(i 9i peste 400.000 de rdniti, ai fost distruse cca 11,800 de imobile gi a ldsat firi locuinle 200.500 de persoane, portul Kobe a rdmas paralizat cateva luni de zile, regiunea industriala Kansai a fostcomplet devastate, iar pagubele matenale au depe$it 100 milioane de dolari;

't4

lntoducerc

, . . -

cutremurulin nord-vestul Turcieiin 1999 cu 17.840 de victime;cufemure in 2001 in Gujarat, India (50.000 mo(i) giin 2003 in Bam, lran (43.000 de nnrli);

la 26 decembrie 2004 are loc un cutremur in largul insulei Sumatra (lndonezia), cu rezultate catastrofale datoritd valurrlor tsunami, care s-au resimtit pand in Africa de nord, numerul victimelor qi dispirulilor a fost peste 232.000 de persoane - dupa acest cutremur s-a infiinlat Centrul Pentru Alerte de Tsunami din Pacific; la 8 octombrie 2005 s-a produs un seism resimtit in lndia gi Pakistan, iar numirul victimelor a depesit 86.000 de oameni; la 8 ianuarie 2006 s-a produs un cutremur in Grecia, cu epicentrul la cca 200 km sud-vest de Atena;

in Norvegia s-a inregistrat la 2'1 februarie 2007 cel mai putemic cutremur produs inaceastd tard;

la 16 decembrie 2008 s-a produs in Suedia cel mai putemic cutremur din ultimii100 de ani;

cutremurul din ltalia, cu epicentrul in zona l'Aquila, produs la 6 aprilie 2009 a fost inregistrat ca cel mai grav seism din ultimii 10 ani, deoarece a fost urmat $i de cca 280 de replici puternice;

la 5 august 2009 s-a produs un cutremur in Marea Neagrd, in regiunea Shabla,Bulgaria, care a fost simlit in Rom6nia pe o arie destul de mare.

Cel mai recent cutremur devastator a fost cel produs pe 12 ianuarie 2010 in Haiti, la o ad6ncime de 13 km qi au fost inregisfate 33 de replici, Se estimeaze ca au fost afectate de

mo( s-a ridicat la 200,000, Seismul a provocat daune majore in capitala Port-au-Prince unde constructii importante au fost grav avariate la care s-a addugat lunec5ride teren 9i prdbugirea a numeroase locuinte, fig, 1,4,cutremur circa 3 milioane de oameni, iar numdrul celor

Fig.1.4 PrAbugirea a numeroase locuinte in Port-au-Prince, Haiti,2010

15

hginerte seisnice

La 25 octombrie 2010 are loc un cutremur in apropierea coastei Sumatrei, Indonezia, Cutremurul a fost urmat de tsunami 9i erup[ia vulcanului Merapi de pe insula Java. Multe localititi au fost distruse in intregimeLa cutremuruldin Chimbote din Peru, ce s-a produs in 1970, a avut loc o alunecare gigantici de teren care a dus la moarlea a 25.000 de p,ersoane, reprezentend mai mult de o treime din btalul morllor din acel cubemur. Cutremurul din 2001 din San Salvador $i Guatemala a condus la 16.000 de alunecdride teren cauzAnd pribugirea a 200.000 de case.

1.3 ISTORICUL CUTREMURELOR DIN ROMANIACrcnicile $i insemnerile din vechime au consemnat pe teritoriul provinciilor romAnesti numeroase cutremure localizate mai ales in lVuntenia $i Moldova $i mai pulin in Transilvania, Studiile actuale de hazard seismic au confirmat ca riscul seismic este mai ridicat in sudul gi estul lirii, iar in Transilvania $i extremitatea de vest a Rom6niei este maiscazut,

Din punct de vedere al efectelor cutremurelor asupra mediului construit existd putine informatii intrucat in perioada medievald zonele urbane erau mai pulin dezvoltate. In general nu exishu construclii inalte, cu exceplia tumurilor unor cetali qi a lurlelor qiclopotnitelor de la biserici $i mdnestiri,In general unele seisme produse pe teritoriul Romaniei au avut efecte limitate, dar marea

majoritate au fost resimlite pe arii extinse chiar Qisuprafete importante din centrul si sud-estul Europei.

in lerile vecine, unele

afectdnd

Primul cutremur pentru care exist5 mai multi informalie s-a produs in 147'1, fiind descris de cronicarul Grigore Ureche in timpul domniei lui $tefan cel Mare, cand o aripe a tumului Nebuisei din Cetatea Sucevei s-a pribugit.

Au urmat o sene de cutremure in 1620, apoi in 1681 in timpul domnitorului $erban Cantacuzino. UrmStorul cutremur imoortant a fost in 1701. urmat de un altul in 1738 - in timpul domniei lui Constantin l\ilavrocordat, care este mentionat intr-o insemnaregreceasce ca un ,cutremur foarte cumplit",

Cel mai mare cutremur mentionat in literatura vremii a fost cel din '1802 care a provocat incendii in Bucuregti, prebuqirea Turnului Collei, fig.1.5, a bisericii

Niscitoarei de Dumnezeu din Vdlenii de l\llunte, Ministirea lui Adam din {inutulTutovei, Biserica Sf. llie din Calea RahoveiBucuregti, Mdndstirea Plumbuita, Biserica Sf. Spiridon din la$i, Biserica Domneascd din Barlad etc. Nu sunt dateprecise cu privire la pierderile de vieti omenegti, dar de atunci s"a produs o schimbare important in configuralia Bucure$tiului.

-

Ulterior anului 1802 au mai fost inregistrate cateva cutremure cu efecte mai pulinimportante in anii 1821 9i 1829.

16

lntroducere

Fig.l 5 Turnul Coltei inainte de cutremur (a.)

$i dupd cutremur

(b.)

[5]

Cutremurul vrdncean din 1838, a fost unul din suita cutremurelor putemice din Romenia $i se men(ioneazd distrugerea in Bucuregti a 36 de case, iar conform datelor inregistrate la prefecturd au fost 8 mo(i, 14 rdnili, cifre controversate de datele prezentate de consulul

a provocat modificeri privind aspectul morfologic al teritoriului extracarpatic, unde prdbugirea unei zone muntoase (alunecare de teren) a blocat albia r6ului Verescheu care a condus la acoperirea unei zone de codru secular si formareafrancez. CutremurulLacului Rogu, fig.1.6.

'll.'-.'Fig.1 ,6 Lacul Rugu gi trunchiurile copacilor din codrul

secular

17

lngine e seismici

lstoria consemneazd un alt cutremur in august 1894 care a generat prebu$irea malurilor o lungime de peste 500 de metri in judelul Gala(i, la care se adaugd distrugerea mai multor case de la periferia Bucuregtiului.

Prutului pe

ln octombne 1908 s-a inregistrat un culremur cu trei replici consecutive, la care durata a fost de circa '180 minute, care a produs avarierea mai multor case vechi din Bucuregti gidin estul Munteniei si sudul Moldovei.

A urmat o perioadd de circa 30 de ani fdri cutremure, dar care a insemnat $i o dezvoltare urband importanti a Rom6niei.Seismul din 10 noiembde 1940 ca o replicd a celui din octombrie 1940, a reprezentat cel mai important cutremur de pimdnt din perioada Romdniei contemporane, Cu aceastd ocazie s-au str6ns primele date de baze gi concluzii utile in privinta comportarii construc(iilor la cutremure, lucru care a culminat cu apari[ia primelor instruct uni de

pmiectare privind acliunea seismica. Efectele distructive ale acestui cutremur au fost importante in pd(ile centrale gi de sud ale Moldovei, precum gi in subcarpalii Munteniei. La Bucure$ti s-a produs pribugirea blocului Cadton,0 structurd de beton armat, cu dou6 subsoluri, sald de cinematograf, dezvoltat pe parter gi 12 etaje, fig. 1.7.

Fig.1.7 Blocul Carlton din Bucuregticare s-a prdbu$itin 1940

Cifrele exacte ale victimelor omenegti produse de cutremurul din 1940 nu sunt cunoscute, deoarece informaliile de presi erau cenzurate fiind perioada rdzboiului, Cu toate acestea s-a aprecial cd au fost circa 1.000 de mo(i, majoritatea in zona Focaani 9i Moldova gi circa 4.000 de rdniti.

18

lntrcducere

Punctul de cotiturd in dezvoltarea domeniului inginenei seismice

fa constituit cutremurul

martie 1977, carc deqi a eliberat mai putind energie dec6t cel din 1940 este considerat, datoritd efectelor sale, ca cel mai distrugdtor seism care a lovit Romdnia in epoca modernS. Efectele importante ale seismului cu epicentrul in Vrancea au avut

din

4

orientarea pe direc!a S-V, spre Bucuregti gi Zimnicea.

In urma seismului s-au pdbu$it peste 33 de clddiri gi blocuri de locuinte la Bucuregti, fig.1.8. La nivelul intregii tiri s-a degradat peste 33.000 de locuinle. Numdrulcelor care Eiau pierdut viala s-a ridicat la 1.571, din care numai in Bucuregti 1 .424, iar numdrul renililor a depdsit 1 1.000 de oameni. Nivelul pierderilor matenale calculate la acea vreme s-a ridicat la peste 2 miliarde de dolari.

Fig.1.8 Pribugirea blocului Casata, Bucureqti 1977 [6] lVulte constructii cu deficien[e de proiectare si execulie s-au prabu$it pa(ial sau au suferit degraddri importante. Un exemplu concludent este blocul de locuin!e, parter qr trei etaje, cu structura din ziddrie si beton armat monolit de la Valea Cdlugdreascd care s-a prebugit pe verticald circa 3 m prin ruperea st6lpilor de la parter, fig. 'l .9.

Acestui cutremur i-a urmat mai multe cutremure, cel mai important fiind in 1986, care a fost fdrd efecte importante la noi, dar care a generat la Chisindu prebu$irea a patru blocuri de locuinle. UrmAtoarele cutremure din 1990, 2004, 2009 qi 2010 nu au produs pagubesemniflcative,

tngtnene selsmtca

Fig. 1.9 Disparitia parterului unui bloc de locuinte la Valea Cdlugereasca

fl

1.3 PROIECTAREA LA ACTIUNI SEISMICEInca din cele mai vechi timpuri cei ce construiau in zone seismice igi puneau problema unor mesuri prin care edificiile sd nu aibi de suferit. Pribusirea unor construclii i-a determinat si introduci ziduri din ce in ce mai groase legate cu contrato4i, care nu totdeauna s-au dovedit eficiente, fiind vorba de cresterea greutdtii construc{iei gi prin urmare gi a ine(iei deci implicit gi de cre$terea efectelor actiunii seismice. Experienta a generat in unele zone evitarea acestor construc(ii supradimensionate prin inkoducerea unor misuri ingenioase, care acum sunt in actualitate.

Primul exemplu dateaz6 din secolul lV-Vl iHr gi este vorba de un sistem de proteclie seismice descoperit la templul grec de la Ponticapea, din regiunea stramtorii Bosfor, la nord de Marea Neagra. Procedeul aplicat consta in decuplarea suprastructurii de infrastructura prin introducerea unor popi scu(i din lemn, fig.1,10. In felul acesta suprastructura, datoritd ine(iei, nu era decat in micd mdsurd antrenat5 de miscareapdmantului produsd de cutremur.

piese din lemn

su0rastructura

infrastructura

Fig. 1.10 Sistemul de fundare utilizat la templul grec de la Ponticapea

20

lntroducere

Templul grecesc al ora$ului Chokrak de pe malul m6rii Azov, construit in secolul lll iHr., a fost realizat prin introducerea la nivelul fundaliei a doud straturi de pietrig, unul de

dimensiuni mrjlocii iar cel de al doilea din pietdg m6runt, fi9.1.11, iar o solulie asemdndtoare s-a folosit $i la protectia seismicd a amfiteatrului lui Flaviu din Roma,cunoscut sub numele de Coliseum, realizat in secolul I iHr.

I L

T-____lT---.1 I ll ,l lL i+ 'l

suorastructura

Fig.1 ,11 Sistemul de

fundare la templul grecesc al orasului Chokrak, sec. lll iHr

Aceste exemple pot contrnua, interesul omului in cresterea sigurantei construc{iilor fiind o preocupare permanentd. Astfel in anul 1870, francezul Jules Touaillon a depus un brevet

la Biroul de Inventii din San Francisco, California, cuprinzdnd un sistem de izolare a structurii clddirii de fundalie prin intermediul unui "lage/'cu bile, fig.'1.12, [9].

f,nilrd $tntr.ri {istrilf @ffiu.Jtrt/x$ ToualltoN,

or 8l.ir xRrlclflto, ca]]tfol_Ilt,!A&4hd .&n

/h.ryYF.

/i8fr

$s*t

I-Y;!

ilCOCI@CCCI lr-\,alf--

W:.!lss_

S-.

b/ ffi')$:\ss$-$.r.r- Js!t\\s!' g+!a|.j;t*4-

(Q4

&"t*

1i i.!

ftg,r-iir+g';".. ,Uq,blffil)mRr.

Fig.'1.12 Primul brevet de invenlie al unei clddiri izolate seismic

lngine e sebmici

Introducerea betonului armat in alcdtuirea structurilor in secolul XIX a insemnat o revolulie $i din punctul de vedere al protectiei la acliunea seismici. Degi acliunea seismice nu era abordatd conceptual in pmiectarea structurilor din beton armat, rezervele de capacibte portanta, de disipare a energiei prin formarea de articulalii plastice a ajutatmulte constructi s5 reziste la seisme putemice fere colaps.

Pdmele abordiri prin calcul al constructiilor la ac{iuni seismice fecute in prima parte asecolului y\X considerau constructiile infinit rigide, astfel ce acceleralia maxime a terenului

era consideratd in calculul fodei de ine(ie. In felul acesta nu se linea seama de flexibilitatea structurii $i de amplificdrile dinamice. Mai mult, conceplia de proiectare nu avea la baz5 principii clare de abordare a stabilirii rdspunsului strucfurii la acliuneaseismic6. Pe baza studiilor efectuate asupra efectelor unor cutremure au inceput se se cristalizeze concep(iile de abordare ale calculului la acliuni seismice. Una din cerinlele fundamentale

in

proiectarea constructiilor la actiunea cutremurului conste asigurarea unei adaptabilit6ti a stucturii de rezistenlS, astfelincat eventualele degraddri care pot apare sd nu puni in pericol ansamblul. Mai mult, pentru anumite structuri speciale gi instalatii, cerinlele de proiectare impun ca functionarea acestora se nu se intrerupa dupa un seismdistugetor.

in

In anul 1967 normele SEAoC - Structural Engineering Association of California - au fundamentat conceplia actuald de proiectare a structunlor amplasate in zone seismice, care a fost apoi larg acceptata de normativele de calcul seismic din majoritatea tirilor.Principalele criterii care stau la baza normelor sunt:

i.ii,iii.

Ia cutremurele de mici intensitate, structurile trebuie sa reziste de avarie, adici sd lucreze in domeniul elastic;

fird nici un fel

dar sunt

pentru migcirile seismice moderate nu sunt admise avarii in structura de tzistenF, accephte avarii nestructunle (in elementele neportante);

in cazul producerii cutremurelor catastrofale, pentru protejarea vietilor omenegti gi a bunurilor de mare valoare, degradirile structurale posibile se nu conduci la colaps (pribugire totale),

de proiectare la actiuni seismice se bazeazd in prezent pe conformarea (adaptarea) structuni, astfel inc6t energia sa capabile lormate din energia cinetica, energia potentiald, energia de disipare in domeniul elastic gi incursiuni in inelastic (conceptul de ductilitate), sd depe$easce energia probabild indusS.ConceptiaPractica a demonstrat ce acest concept bazat pe ductilitate conduce la degraddri datorate cerinlelor de incursiuni in domeniul plastic, care se traduc in final prin chelluieli de consolrdare. Estimirile au ardtat cd sunl necesare costuri insemnate pentru remedieri gi consoliddri, ce pot aiunge pane la 30% din valoarea de inlocuire a clddirii [], dar care nu intotdeauna pot conferi structurii siguranla necesare in exploatare.

22

lntroducerc

De asemenea, studiile experimentale arati ci mecanismele de absorblie ale energiei prin deforma$i inelastice la incdrcirile ciclice sunt "imprevizibile", constat6ndu.se degradiri gi modificeri ale modurilor de cedare ce pot pune in pedcol structura de rezistenle. De foarte multe ori mecanismele de cedare propuse in grinzi nu se adeveresc, rezultdnd ceddri la nivelul stilpilor prin mecanisme total diferite de cele luate in considerare, fig.1,13.

Fig,1.13 Cedarea stAlpilor unei clddiri cu structurd in cadre din beton armat, Kobe 1995

Producerea unor degradSri structurale importante poale conduce uneori la probleme

de consolidare extrem de dificile, in situatia in care nu se impune chiar demolarea construcliei. Dacd problemele economice pot fi rezolvate in anumite situatii relativugor, aspectele lehnice precum cele legate de scoaterea din uz a unor construc{ii de maximd importantd pentru economie sunt adesea foarte complexe gi greu de rezolvat. De multe ori este mai dificil sa consolidezi o conshuclie decat se o construie$ti din nou, datoritd restrictiilor gi riscurilor care complici conceplia 9i executia [8].

Eneqia induse int-un sistem depinde de fapt de caracteristicile sale dinamice, dedeformabilihte gi de capacitatea de disipare energetica, in stensi lEdturi cu tipul acliunii.

Dupd cutremurul din San Femando (1971), specialigtii americani P.C. Jennings $i G.W. Housner aminteau ce: "Pentru limitarea potentialului distrugator al cutremurelor, unele structun speciale gi instalatii trebuie se fie proiectate astfel inc6t si nu fie intreruptd funclionarea lor dupd un cutremur distrugdtor. Pentru mentinerea principalei func(iuni a

tnginefie selsmlcl

unei structud va fi necesar, in multe cazuri, de a proiecta un raspuns aproape elGtic pentru structuna de rezistenta 9i o congtiincioasi alcdtuire constructivS a elementelor nestructurale'. In aceste condilii apare evidente necesitaba altemativei rispunsului exclusiv elastic (liniar) pentru anumite lipuri de structuri, ceea ce ar putea crea conceptul de protectie

seismici 'integrale", ln proiectarea curent5, acesta are insa dezavantaiul cd este prohibitiv din punct de vedere economic Ai nejustificat de durata de viatd limitatd(normate) a construcliilor. Sub anumite aspecte, excluzandu-l pe cel economic, chiar utilizarea rispunsului elastic, pentru anumite tipuri de structuri, cum sunt cele din beton amat nu prezinE in totalitate

solutia ideale deoarece, pe lenga faptul cd elenpntele devin foarte rigide, sunt posibile produced de lichefied la nivelul terenului de fundae, f9.1,14, care in multe situalii potantrena gi lunecari de teren.

Fig.1.14 R5stumaca unorclidiri rigide ln Japonia, Niigata 1964

Pruteclia seismicd "integral6'este necesard pentru structuri vitale pentru societate, sigurantd publice Si sdndtate: clidirile guvernamentale, milibre, administrative, centre de

comunicalie, centrale nucleare, uzine chimice, spitale etc, $i structuri ce cuprind aglomerdd de oameni: teatle, cinematografe, gcoli, biserici gi construclii cu conlinut prelios. In cele mai multe cazud este necesard pistrarea integrit{ii conlinulului valoros al acestor cBliri gi ce este cel mai important, protejarea vie$i oamenilor. Mai mult, in

24

lntrcducerc

conditiile centralelor nucleare, atAt pentru structuri cat

$i penku echipamente sunt necesare masun mult mai severe, carc vizeaze nu numai un rispuns elastic linia dar 9i un grad de secudtate ridicat, orice avarie putand avea efecte dezastruoase asupramediului inconjurdtor.

Plecand de la aceste principii generale au fost concepute in multe ldri norme de proiectare, care la inceput reprezentau o suma de mdsuri constructive specifice constructiilor din zonele seismice, Apoi pbcand de la inregistrarea de la lmperial Valley El Centro din '1940 normele s-au dezvoltat, a apdrut aprecierea acliunii in raport cu caractensticile dinamice ale structurii, s-a trecut la conceptele probabilistice desuprapunere a efectelor, la principiile de calcul neliniar etc.

Prima normi in Romdnia a apdrut dupd seismul din 1940 si anume decembrie 1941, denumitd "lnstrucliuni provizorii pentru prevenirea deteriorerii constructiilor din cauza cutremurelor gi penlru refacerea celor degradate", av6nd la bazi o normd italiand dinanul 1938. Dupd aceaste normi, abia in 1963 apare primul ,,Normativ conditonat pentru proiectarea constructiilor civile 9i industriale din regiuni seismice", P'13-63, elaborat in concordantd cu de bazd pentru proiectarea constructiilor in regiuni seismice" redactate in cadrul "Regulile CAER. In 1970 a apdrut o editie revizuitd a lui P'l3-63 cu denumirea ,,Normativ pentru proiectarea construcliilor civile 9i induslriale din regiuni seismice", P13-70, conlin6nd unele coreldn legate de modificerile din normele strdine gi cercetdrile de specialibte efectuate in tard gi

strdinabte, Efectele cutremurului din 1977 qi concluziile obtinute in urma observatiilor distrugerilor provocate in Bucure$ gi prima inregistrare a unui seism fecute pe teritoriul Rom6niei a condus la elaborarea succesivi a doue noi reglementeri: ,Normativ pentru proiectarea antiseismice a constructiilor de locuin{e social culturale, agrozootehnice $i industriale", P100-78 (cu aplicare experimentali) 9i a Normativul P100-8'1.Pe baza cercetdrilor ce au umat si a numeroaselor inregiskiri fdcute in statiile seismice de pe teritoriul Rom6niei s-a elaborat Normativele P100-91 9i P100-92.

cu cele din Uniunea Europeand a aperut codul de proiectare seismicd ,,Prevederi de proiectare pentru clediri Partea 1", indicativ P'100-1/2004, elaborat pe scheletul Si in formatul codului european EC8 (SR EN 1998- 1:2004).Ulterior privind armonizarea reglementerilor din tara noastrd

-

Diferen(ele semnificative ale codului P100-1/2004 fata de normativul Pl00-92 se referd la reprezentarea actiunii seismice, la cerinlele de performant5, la detalierea prevedenlor

specifice diferitelor tipuri de conskuc{ii, cum sunt cele din beton armat, metal, ziddrie, lemn 9i compozite olel-beton, la componentele neslructurale, la controlul rdspunsuluistructural prin izolarea bazei Si, nu in ultimul rand, la notatiile $i relatiile de calcul.

lnginerie

seisnici

Bibliografie

1.

2.

Armijo, R., Lyon-Caen, H. & Papanastassiou, D. '1991. A possible normaffault rupture for the 464 BC Sparta earthquake. Nature, 351, 137-139. Erel, T.L. & Adatepe, F. 2007. Traces of Histodcal earthquakes in the ancient city life at the lvlediterranean region. J. Black Sea/Meditenanean Environment, 13, 241-252.http://en.wikipedia,org/wiki/Historical_earthquakes

Papadopolous, G.A.; Daskalaki E., Fokaefs A, & Giraleas N. (2007)."Tsunami hazards in the Eastem l\4editerranean: strong earthquakes and tsunamis in the

5.A

East Hellenic Arc and Trench system". Natural Hazards and Earth System Sciences 7: 57-64. Retrieved 26 July 2010. http://enciclopediaromaniei.ro/wiki/Turnul_Coltei http://www.hotnews,ro/zoom.htrnl?desc=Foto:%20Rompres&imgUrl=htQ//media,h otnews.ro/media_serverl /image.2008-034-24991 3 1 4 1 -blocul-casata-bulevardulmagheru.jpg ** Comment reparer les batimenb endommages par un seisme, Nation Unies,New York, 1977.

7.

LV,

Lupan, M., Remedierea gi consolidarea constructiilor avariate de cutremur, Cutremurul de pimant de la 4 martie 1977, Editura Academiei R.S.R., 1982. Touaillon, J., San Francisco, California, Patent nr. 99973, 15 febr. 1870, United StatesPatent Office, USA.

zo

Ivolri'fi i de seismorogie inginereasci

3NOTIUNI DE SEISMOLOGIE INGINEREASCA

2.1 ASPECTEGENERALENo$unile de seismologie inginereasci sunt necesare oricdrui inginer constnrlor pentru a intelege mecanismul de poducere al cutremurelor, modul de propagare al undelor seismice in scoa(i teresrd gi in straturile de suprafa[d, parametrii caracteristici ale acestora etc. Aceste elemente sunt necesare in vederea stabilirii vulnerabilitdlii, hazardului seismic $i a hd(ilor de zonare seismica necesare inginerilor proiectanli de structuri. Fenomenele geologice incadrate in categoria seismelor prezintd o activitate foarte bogat6, dace o compardm cu alte fenomene naturale ce se produc la nivel planelar, Se apreciazd cd in decursul unui an au loc peste un milion de cutremure de pdmant, adicd circa 120 pe ora, putine sunt insd cele ce pot fi simtite de om gi au efecte distrugitoare [3].La originea seismelor stau atat cauze nafurale cat gi cauze artificiale.

Cauzele naturale care produc migcdri ale scoadei terestre aufenomene:

la bazl doud tipuri

de

-

exogene - reprezintd cica

1-3o/o

- constau in pribugiri ale cavitdtilor gi cavemelor

formate de apele subterane, caden de meteori{igi prdbugiri de stAnci;

endogene - eruplii ale vulcanilor, care produc sfir6marea rocilorin vatra vulcanici la adancimi cuprinse intre 5-50 km, sau ceddrile rocilor la nivelul plicilor tectonicedatoritd migcdrilor materiei din inveligurile superficiale ale globului terestru.

Acliunea fenomenelor exogene se resimte pe suprafete restanse cu o razd de c6tiva kilometri in jurul focarului. Sunt cazuri insd, cum a fost alunecarea de teren de pe fluviul Mantaro din Peru, din 1974, care a generat unde seismice ce au fost percepute la sute dekilometri distantd (magnitudinea Richter a fost consideratd de 4.5).

Se mai pot produce cutremure datonti dislocirilor prin explozii, exploziilor subterane, prdbugirii galeriilor de mini, prdbugiri ale straturilor de roci ca urmare a extractiilor, cedarearocilor in apropierea acumulSrilor de apd, deplasdrilor de utilaje etc.

Pnntre cele mai puternice seisme artificiale rdman insa exploziile nucleae. Astfel, o explozie nucleard efectuati in 1968, in Nevada, a fost simtita la Las Vegas, localitate aflati la 50 Km distantd 9i a avut o durati de peste 10 secunde.Acumulerib mari de ap5 pot produce aga numita seismicitate indusi, generatd prin cedarea rocilor sau dislocarea unor zone slabe de-a lungul fracturilor din zona rezervorului. Astfel, in

lnginerie sokmici

acest sens, pol

fi date numeroase exemple de banje, unde au avut loc seisme cu magnitudini cupnnse intre 5 9i 7: barajul Hsinlengkiang din China (1961), Kariba din

Zimbabwe (1963), Kremasta din Grecia (1966), Koyna din India (1967) etc. Fenomenele endogene de origine vulcanici au o razi relativ micd de acliune, de circa 307o/o din totalul seismelor. Reprezentative in acest sens sunt erupliile vulcanului Krakatau (1883) 9i ale unui vulcan din Kamciatka (1955) care au generat seisme deosebit de puternice,

50 Km in jurul vulcanului gi reprezint6 pAnd la

Fenomenele endogene de naturd tectonici reprezintd pAni la g5% din cutremurele ce se produc pe glob, fiind resim!te pe arii intinse, uneoride sute de kibmetri distantd. Pentru a inlelege fenomenul seismic in raport cu globul terestru este necesare cunoa$terea structuni acestuia sievolutia in timp.

2.2 STRUCTURA GLOBULUI TERESTRUPlaneta Pimdnt este a treia din sistemul solar, fiind la o depirtare medie de Soare de 1'19.5 milioane km gi are forma unui geoid (poate fi generat prin rotirea unei elipse in jurul uneia din axele sale), sau mai simplu o sfere u$or turtitd la cei doi poli, cu raza medie de 6370 km. Principalele caracteristici geometrice gi fizice ab Pemantului sunt:

- semiaxa ecuatonala: 6377,397 km; - raza ecuatoriali (r"): 6378,16010,015 km; - semiaxa de rotalie: 6356,079 km; - raza polard (ro): 6356,631 10,015 km; - turtirea (elipticitatea): (r"- t)i r"= 1/300; - circumferinta ecuatoriald: 40076,592 km; - circumferinta polard: 40009,152 km; - atiai 5.101 10e km2: - volumul: 1.083 km3 - masa: 5.976 t: - densitatea medie: 5,5181012'1021

Um3.

Structura interna a gbbului terestru s-a stabilit pe baza a numeroase cercetdri de naturd geologice (foraje, galerii miniere), seismologicd (inregistriri seismometrice produse de cutremure naturale sau pmvenite din explozii controlate), geofizice (gravitationale, geomagnetice, geoelectricitate, georadioactivitate, geotermie), vulcanologice, pe bazacompozitiei chimice gi fizice a meteoritilor etc.

ln timp, studiile asupra structurii inteme a Pemantului au evoluat, astfel cd primul model, denumit modelul clasic, a fost conceput de Wiechert in 1897. Acest model considerhglobul terestru ca flind format din doud geosfure separate de o discontinuitate la adancimea de 2900 km,

28

Noliuni de seisnologie inginercascd

Urmdtorul model, denumit modelul clasic cu inveliguri de ordinul l, a fost o completare a modelului clasic, unde au avut o contribulie importanti Oldhman (1906), Mohorovidid (1909) gi Gutenberg (1909). Modelul este fomal din trei geofere in care se evidentieazd nucleul, mantaua $i scoa4a.

Contributia lui Mohorovidid din 1909 se bazeaza pe studiile unui cutremur din peninsula Balcanica la care a observat o schimbare brusca a propagarii undelor la o adincime de 50 70 Km. Astfel, a stabilit existenta unei discontinuitati, care definesc doua zone distincte,scoafta de la suorafata terenului si mantaua.

Cercetdrile ulterioare efectuate de Lehmann (1936), Bulben (1936) 9i Jejjveys (1939) au

condus la elaborarea unui al treilea model al structurii interne a pemanlului denumit modelul clasic cu inveliguri de ordinul ll, cu urm6toarele geosfere: scoa{a tereEtrA sau crusta, formate in principal din scoa(a continentald 9i scoa(a oceanicd;

-

-

. . .

mantaua formata din:mantaua supenoad cu grosimea medie de 400 km gi un volum de 0.1667 din volumul globului terestru, mantaua de tranzilie cu grosimea medie de 600 km 9i un volum de 0.1231, mantaua inferioard cu grosimea medie de 1900 km gi un volum de 0.4280; nucleul exterior cu grosimea medie de 2080 km gi unvolumde0.1516, nucleul de tranzilie cu grosimea medie de 140 km 9i un volum de 0,0028, gi nucleul interncugrosimeamediede1217kmgi un volumul de 0.0076,

nucleul fomat din:

. . .

Mdsuritorile efectuate asupra parametrilor undelor seismice ce se propage in globul terestru au demonstrat la anumite adancimi existenla unor suprafe(e sau shaturi de separatie, rezultand astfel un numdr de straturi concentrice numite geosfere sau inveliguri separate de suprafete de discontinuitate sau discontinuit6ti seismice.

In delimitarea acestor geosfere se remarcd cinci discontinuiteti, denumite discontinuitabaMohorovidi6 sau Moho, discontinuitatea A, discontinuitatea Repetti, discontinuitatea WiechertGutenberg, discontinuitatea Lehmann, gi dicontinuitatea Oldhman-Gutenberg, fig. 2.'1.

Pe baza studiilor efectuate dupe anii 1960 s-a conturat un nou model denumit modelul generalizat al structurii interne a Pamdntului, format din patru geosfere: litosfera, astenosfera, mezosfera 9i centrosfera. Litosfera sau scoa(a este primul inveli$ al Pimdntului, este solid gi are grosimi cupnnse

intre 5 si 40 km, cu o densitate de 2,8 ...2,9 g/cm3. Acest strat este alcdtuitd din rocicomplexe, variate din punct de vedere fizico-chimic, in care predomind siliciul 9i aluminiul. Ceea ce este important de retinut este ca scoarta are o anizotropie accentuat6 $i este putemic fragmentatd, cu zone de separarc a cdror capacitate portanta este redus6, numite

falii sau suprafete de fracturi.

lngine e seismici

scoorto oceonico 5-15 Km

scoorto coniinenlolo 30-d0 Km

SCOARTA

di$conlinuitoteo MohoMANTAUA SUPERIOARA

400 Km

discontinuitoteo

A

I\,IANTAUA DE TRANZITIE

L000 Km discontinuiiqteo RepettiMANTAIJA DE INFERIOAM

2.900 Km 4.980 Km 5.120 Km

dhcontinulioieo Wieched-GulenbergNUCLEUL EXTERN

discontinuiloleo LehmonNUCLEUL DE TRANZIIIE

disconlinu loteo Oldhmon-GLJtenbergNUCLEUL INTERN

6,370 Km

Fig.2,1 Structura internd apimdntului

Din punct de vedere al pozifionirii in structura litosferei, scoa(a situatd la nivelul medlor gi oceanelor poada denumirea de scoarta oceanici, iar cea de la nivelul uscatului de

scoa(i continentali.Scoaia continentala o putem considera ca fiind formate din trei straturi neomogene cugrosimi totale cuprinse intre 30 $i 40 Km, iar in unele locuri aceste grosimi pot fi gi mai mari de pdni la 150 Km, Primul strat sau stratul superior, este format din depozite sedimentare stratiflcate, cu grosimea de pdnd la 3 - 4 km, aperute ca urmare a diverselor fenomene de eroziune generate de apd qi vdnt. Stratul intermediar este discontinuu $i are grosimea de 10

pAnd la 15 km, fiind compus din granite qi din roci de tip granitic. ultimul strat, stratul inferiol este format din rcci bazaltice $i este cuprins intre discontinuitdtile Conrad gi Moho.

Scoa{a oceanici are o structufd mai uniformd decat scoa(a continentale, este mai sub[ire, cu grosimi de la 5 la 15 km qi are numai doui straturi, stratul sedimentar cu grosimi micigi baza bazalticd cu densitate gicompozitie diferita de bazaltele continentale.

30

Ivoliuni de seismologie inginercasce

Astenosfera, aflatb imediat sub scoa46 $i este format6 dintr-un amestec de minerale

la

limita dintre solid si lichid, mai bine spus o stare stare plastic-vescoase, Aceasti stare a materiei permite, datoritd energiei termice din interiorul Pdmentului, transmiterea cSldurii spre suprafate gi formarea unor curenli de conveclie (ascendenti $i descendenli),

2.3 ELEMENTE DETECTONICA in anul 1858 Antonio Snider-Pelligrini a eviden[iat simrlitudinea conturului unor continente,fi9.2,2, ceea ce a condus la efecluarea de numeroase studii geologice $i geografice pentruexplicarea acestei observalii, Mai t6ziu, in secolul XX, sudiile geologice $i geografice efectuate au generat ala numita teorie a derivei continentelor, acceptat6 si confirmatd prin cercetdrr recente. ldeea derivei conlinentelor se datoreaza geologilor americani Frank B.Taylor (1908) qi Howard B.Baker (1911), Pe aceastd bazd geofizicianul german A.Wegener (1912) a completat teoria cu numeroase argumente gtiintilice pentru sus[inerea acestei toriei, liind considerat pionierul derivei continentelor si oceanelor.

AFRICA

Fig.2.2 Similitudinea conturulur unor continente (Antonio Snider-Pelligrini 1858)

Teoria derivei continentelor avanseazd ideea cd in urmi cu circa 200 milioane de ani a existat un sigur supercontinent denumit Pangaea, inconjurat de un ocean universal Panthalassa, Mai taziu, in urmi cu circa 135 milioane de ani, placa unica Pangaea s-a dislocat in doui blocuri continentale. Blocul nordic, denumit Laurasia, cuprindea Americd de Nord, Groenlanda, Europa qiAsia. Blocul sudic, denumit Gondwana, cuprindea Amenca

tngtnene setsmtce

de Sud, Africa, Australia, Antarctica gi India, Ulterior din Gondwana se separi fiecarecontinent, iar India incepe sd migreze spre nord, spre continentul Asiatic.

Din continentul nordic $i sudic se consideri cd in urme cu circa 65 milioane de ani s-au desprins cele doui Americi formAndu-se oceanul Atlantic, ajung6ndu-se mai tiziu la forma actuala. Evolulia $i formarea acestor continente au fost prezentate de grofizicienii americani R, Dietz gi J. Halden in 1970, fig,2.3 [7],

acum 200 mil. ani

ocum 135 mll. ani

acum 65 mrl. sni

rn

prelnl

-r-*>Fig.2.3 Evolutia $i formarea continentelor, dupd DieE $i Holden [6]

Notiuni de seisnologie inginereasci

Fundamentarea teoriei derivei continentelor este facute abia

in anul

1962 prin

explicarea expansiunii fundului oceanic de catre F.J.Vive si D.H.Mattews, [6].Pe fundul oceanelor s-a constatat, abia dupa cel de-al doilea razboi mondial, existenta unor

lantun muntoase brdzdate cu crdpdturi, denumite rifturi prin care se revarsi materiaincandescent6. Prin reformarea scoartei oceanice s-a observat o miscare a funduluioceanic cu o viteza de 2-12 cm oe an.

Atat scoa(a continentald cat qi scoa(a oceanici sunt formate din plSci uriage rigide, care plutesc Ai alunecd incet datorita curentilor de convecfie pe asthenosfera, In zonele cu crepeturi de la nivelul scoa(ei oceanice, denumite riftud, magmi bazaltici din ad6ncime

pdtrunde, ricindu-se pe fundul oceanelor form6nd dorsalele medio-oceanuce sub denumirea de munfi de tip Guyot. In felul acesta se produce o mi$care, ca a unei benzi rulante ce genereazd o continua transformare a scoa(ei, fig. 2.4.Pdtrunderea scoa4ei oceanice sub cea continentala poartd denumirea de subductie $i se rcalizeaze sub aga numitul plan Benioff. Scoa(a oceanice ajunge se scufunde in astenosferi, unde datoflte temperatunlor ridicate se retopegte, In alte zone presiunile

si

exercitate de scoarta oceanici la nivelul scoartei continenlale conduce la formarea unorcatene munloase...o'

(

qf

scoarta 0ceanrca

nI

rIsubdudie

do$ala medi0oceanica muntide tip Guyotcatene muntoase scoarta continentala

ASTENOSFERA

Fig.2.4 Mecanismul de regenerare al scoa(ei

In esentd efeclul expansiunii fundului oceanic se caracterizeaze prin urmAtoarele fenomene:

-

dezvoltarea unor zone de fracturi ale dorsalelor ce produc decroqarea rifturilor,n0.2.5:

dlzvoltarea munlilorde tip guyot de formd tronconicd pe fundul ocenelor;formarea foselor ca mad depresiuni de pe fundurile oceanelorl aparilia fenomenelor de subduclie a scoa(ei ocenice sub cea continentale; formarea unor zone munloase la impactul scoatei oceanice cu cea continentald, care uneori este caracteriza6 si orin aoaritia unor vulcani,

lngine e seisnici

Conceptul tectonicii pldcilor se refera la impe{rea litosterei intr-un numar de placi rigide, care se deplaseaze pe orizontald intr-un proces geodinamic complex. La limitele de contact dintre pldci se produc fenomene de interacliune, prin deplasarea lor relative, ceea cegenereazd o intensd actlvitate tectonicd si seismicd.

J.W.Morgan imparte litosfera in sase plSci pnncipale: Pacificd, Indo-Aushaliana, Antartice, AmericanA, Africani gi Euroasiatice, Dupd acumularea de noi informa[ii, s-a reugit sA se nominalizeze ince $ase pldci intermediare ca marime: Nazca, Cocos, Somalia, Caraibe, Filipinezi 9i Arabi, fi9,2,5. Pe lengd aceste pldci se adaugd multe altele zonemai micica extindere, numite micro0l6cisau subol6ci.PLACA PAC FICA PI-ACA A]\4ERICANAPLACA ANTARTICA PLACA AFRICANA PLACA EUROASIATICA PIACA NDO,AUSTRATIANA

PLACA COCOS

PLACA NAZCAPTACA CARAIBE PIACA ARABA PLACA SOI,\4ALEZA PI.ACA F tIP NEZA

Fig. 2.5 Pldcile tectonice.

Fenomenele de contact la limita dintre plici sunt incluse in cadrul general al dinamicii placilor. In zonele de expansiune de la nivelul rifturilor marginile pldcilor se depdrteazd fa[d de axa dorsalei concomitent cu producerea unei scideri de presiune, iar materia din astenosfere se ridicd pdna la fundul oceanului transformdndu-se in crustd noud.

34

Notiuni de seienologie inginercasci

Alunecarea pldcilor invecinate, pe astenosferd, produce in zonele de contact compresiuni. Energiile generate de fenomenele de compresiune gi frecare produc deformeri tectonice, ceconduc la aparilia focarelor de cutremure.

Zonele de subduclie se caracterizeazd prink-o frecvenld ridicata a funomenelor seismice. Peste 85% din energia elastica eliberata de cutremure intr-un an pe glob revenind acestor regiuni. Totalitatea cutremurelor de medie adincime (60 - 300 Km) si mare adincime (peste300 Km) apar in zonele de subductie,

Pentru demonstrarea mi$cerilor continui la nivelul placibr tectonice este suficient sd se observe modul de deolasare a unor teritorii:

-

Corsica s-a deplasat in ultimii 80 de ani cu 12 metri spre est; peninsula Arabi se deplaseazi spre nord-est cu circa 2 cm pe an, ceea ce poate confirma presupunerca cd Marea Rogie 9i Golful Aden s-au format datorite deplaserii peninsulei; Groenlanda se apropie de America cu 32 cm pe an;Noua Zeelandd, care s-a rupt din Australia se deplaseazd spre est cu 15 cm pe an; California se deplaseazi spre nord-est cu o viteza de 1 cm pe an, etc.

Observatiile fScute asupra pldcilor tectonice conduc la concluzia ci acestea se reAnoiesc anual, cu circa doi kilometri, prin materia venita din astenosfera, Previziunile dinamicii plScilor s-ar putea materializa in viitor in mirirea suprafefelor oceanelor Atlantic gi Indian, concomitent cu micgorarea Oceanului Pacific, ingustarea Marii Mediterane, placa Arabe se va lipi de placa Eurasiaticd, Peninsula lbericd se va desprinde de Europa, America de Nordse va separa de America de Sud etc.Pe teritoriul Romaniei sunt prezente urmatoarele segmente litosferice, prezentate in fig. 2.6:

-

segmentul nord-estic

al

microplecii Interalpine

-

situat

in zona depresiuniigi

transilvano-oanonicd: partea de sud-vest a plicii Eurasialice;

segmentul nordic al micmpldcii Moesice

- ce avanseazi din sud de Carpali

pitrunde sub Carpatii Meridionali;segmentulveslic al micropldcii Marii Negre.

Dupd caracterul slab al seismicitdtii dintre subpldcile Interalpine si Moesice, pe zona vesticd a limitei dintre ele, este de presupus cd cele doud subpleci sunt astezi aproape sudate spre interiorul curburii Carpatilor Meridionali. In zona de est, spre placa Eurasiatici sunt incd fracturi adanci, activate frecvent de focarele seismice subcrustale ale Vrancei. De asemeni fenomenele de subduc{ie din Nord, dintre placa Eurasiaticd gi InteralpinS s-au conservat, fenomenele seismice ramanAnd active.In zona de curburd a Carpalilor existi un fenomen de subductie al microplacii Madi Negre, cirei migcare este generatd de transmiterea unei impingeri exercitate de placa Arabd. a

JJ

hginerte seisnici

r,/ .tl

',.-.i

,r.AcA EURA'TATT.A

\.'-

1

I,IICROPLACAIN]ERATPINA

'rl--\-_MICROPTACA

MICROPIACA

ii *t'tIV1ARII

1\----'.,t

l.r'

NEGRE

\..

,

I,4OEZICA

I

Fig. 2.6 Segmentele litosferice de pe teritoriul Romdniei.

2.4 ORIGINEA SI CAUZELE CUTREMURELOR

DE PAMINT

Locul unde se produce cataclaza, fenomenul de zdrobire cu mare intensitate a rocilor sub acliunea unor procese dinamice din scoa(d, poarti denumirea de hipocentru, iar punctul terestru situat pe verticala acestui loc reprezinta epicenku, fig.2,7.

Fig. 2,7 Locul unde se produce cataclaza - falie, hipocentru gi epicentru

36

Alof uni de

seismologie inginorcesce

Seismele se pot clasifica din mai multe puncte de vedere, dar cea mai uzitata este in functie de ad6ncimea hipocenlrului:

-

cutremure normale, la care focarul este situat pdnd la 60 km adancime, suntseisme extrem de violente, dar afecteazd zone limitate de la suprafata pemantului, iar in aceastd categorie se includ seismele de pe tdrmurile Pacificului, bazinul mediteranean, zona Banat din Romania etc.i

cutremure intermediare, cu focarul localizat intre 60-300 km, au o durate moderate qi se inregistreazd pe arii destul de mari in jurul epicentrului; astfel de seisme sunt identificate in Romdnia cu focarul Vrancea, lvlexic, Columbia,Afgansitan etc.

-

cutremurele de mare adancime, cu focarul semnalat intre 300-700 km, sunt maipulin studiate din lipsi de informa(ii.

Studiind harta distributiei seismelor pe suprafala pim6ntului se disting mai multe zone de seismicitate ridicatd, situate in mod special in lungul dorsalelor oceanice, iar altele suntlegate de fosele oceanice, fig. 2.8.ocearu Pacilic, Amica d flod, [rlox Amedci Cenfal , AfrE.ica deJ

Sud.

aFon

a,

[k

azb, Polinezii, Noua Zeelandr, Fiii Solom('l , Noua

GLr

nee

Azol! Spania Maroa Algeda,lbla lugoSavia, Rorndnia Turcia. l( lGn,caucaz, Abanblan, Fal sbf.India. Nepal,N

inralaia.

sunrata9

Bonreo

Fig, 2,8 Distribulia zonelor seismice pe glob

17

lnginerie seismici

Cele mai importante zone seismice de pe glob sunt localizate astfel:

-

cercul seismic circumpacific ce cuprinde oceanul Pacific, America de Nord, lvexic, America Centrald, America de Sud, Japonia, Malaezia, Polinezia, Noua Zeelandd,Fiji, Solomon, Noua Guinee etc.;

cordonul de seisme transmediteranean cupnns intre Insulele Azore, Spania, Maroc, Algeria, ltalia, lugoslavia, Romdnia, Turcia, lrak, lran, Caucaz, Afganistan, Pakistan,India, Nepal, Himalaia, Sumatra gi Bomeo; zona Pamir - Baikal din centrul Asiei; centura din centrul Oceanului Indian; zona bazinului central al Oceanului Pacific, din jurul insulelor Hawai.

-

Din punct de vedere seismic, pe teritoriul Romdniei in afara zonei Vrancea, sunt localizateurmetoarele zone: zona Cempulung Muscel; zona Banatului meridional (cutremure danubiene); nord-estul Criganei;

nord-vestulMaramuregului;zona Rddduti; zona Fagera$ului; zona Dobrogei meridionale (cutremure pontice).

2.5 MECANISMUL PRODUCERII CUTREMURELOR SI UNDELE SEISMICEFunclie de adancimea la care se produc, cutremurele tectonice conduc la efecte diferite la suprafata terenului. Cuhemurele normale sau de suprafal6 au arii mai mici de influenli gi sunt radial uniforme, iar efectele provocate de stratunle geologice este minima. geologicd propagarea undelor seismice iar in general intensitatea maximd este afecteazd semnificativ mai mice decat la cutremurele de suprafatd sau normale.

La cutremurele adanci, zonele de influenld sunt mult mai mari, structura

Cutremurele de suprafate se produc atuncicend scoarla cedeazd de-a lungul unei zone in care existi plane de ruptura verticale sau inclinate, denumite falii preexistente. Prin tensiunile ce apar in scoada, in zonele de falie, se acumuleaze cantit5ti uriage de energie potenliala ce se degaia brusc la depa$irea capaciteli portante a rocilor. In zonele adiacente faliilor pot apare diverse tipuri de migcdri, fig. 2.9.

Cutremurele adinci se produc prin apadlia fenomenului de subduc(ie, asociat regenerdrii scoatei, cum esle gi cazul cutremurului de la 4 martie 1977, sau de sferamare a rocilor cum sunt cutremurele produse in mun[ii Himalaya in anii 1889, 1905, 1934, 1950.In general la producerea unui cutremur apar o serie de fenomene particulare, indiferent de

natura sa, ale cdror cauze sunt incd neelucidate. Astfel s-au constatat la numeroase seisme

Jd

lvofruni de seismorog ie inginercasci

necoincidenla epicentrului cu punctele in care se produc degajdrile maxime de energie. Exemplu concludent este cutremurul de la Napoli, din 1857, la care epicentrul a fost determinat la Caggiani, iar intensitatea maxima s-a produs la 60 km distantS, la l\,lontemuro. Similar, la cutremurul din '1923 de la Long Beach, California, intensitatea maximi s-a inregistrat la 35 km de epicentru.

K2)

N,

regenerarea scoartei

deplasdri

laterale

deplasdri verticale

Fig, 2,9 Migceri posibile ale scoa(ei

De asemenea s-au constatal forme alungite ale ariilor de influenld ale seismelor chiar in zone cu straturi geologice uniforme. Toate aceste fenomene sunt puse pe seama modului de propagare a undelor seismice in diversele straturi geologice. Pnmele teorii asuora modului de oroducere a cutremurelor au fost formulate de H.Reid (teoria destinderii elastice) cu ocazia seismului de la San Francisco din 1906. Astfel in roci, ca urmare a mecanismului tectonic global, se acumuleaza o cantitate de energie potenliald, Cand intr-o anumita zoni se depdgegte capacitatea portanta a rocilor se produc destinderi, denumite de Reid "elastic rebound" [4], urmale de unde care se propaga in scoa(d. Efectele destinderilor, manifestate prin cediri ale scoa4ei, se pot produce uneori la un anumit interval de timp prin aga numitele replici seismice sau "aftershocks", Un exemplu concludent in acest sens este cutremurul din Armenia din 198B, la care replicile au avutmagnitudini de 5.8 9i au mndus la distrugeri importante.

Similar, un cutremur poate

precedat, uneori la intervale mari de timp, chiar ani, de destinderice se manifestd prin seisme de mice intensitate, aga numitele "foreshocks". Astfel de fenomene sunt imoortante in orezicerea seismelor imDortante.

fi

39

lngine e seismica

Ini(ial modelul propus de Reid a avut in vedere cutremurele de suprafald, dar ulterior, studiile asupra seismelor de addncime, au confirmat gi in acest caz valabilitatea acesluimooet.

in focar se propaga in intreg globul terestru sub forma unor trenuri de unde. In vecindtatea sursei, in hipocentru, acolo unde se produce cataclaza, undele au caracteristici preponderent neliniare, dar la o anumita distan[d pot fi considerate liniare gi nu produc distorsiuni importante in momentul propagarii lor prin straturile geologice. Componentele cu amplitudrni mari sunt localizate in spectrul deEnergia eliberatd

frecvente in intervalul0-10 Hz.Undele seismice care se propagd in globulterestru sunt de doui feluri, fig.2.'10:

-

unde longitudinale sau primare (P) - se propaga prin succesiuni de comprimiri si dilatiri, prin medii solide, lichide sau gazoase, cu viteze cuprinse intre 7 $i B km/s, este percepute la suprafata pdmantului ca o migcare verticald, nu este periculoasddeoarece transportd aproximativ 20% din energia cutremurului;

unde transrrersale sau secundare (S) - se propagd prin deformalii de forfecare care nu modifici volumul, de aceea se transmit numai prin mediisolide $i au viteze cuprinse intre 4 gi 5 kmis, este percepute la suprafata pimAntului ca un balans

orizontal este periculoasi deoarece transportd aproximativ 800/o din energiacutremurului.

0

2900 km

Fig. 2.10 Propagarea undelor principale gi secundare

40

Notiuni de sebmologie inginereasci

In propagarea lor, undele P gi S, intdlnesc zone de discontinuitate care conduc la formarea unor unde de reflexie gi refrac[ie de tipul: PP, PS, SP, SS etc.

Pe distante mari, undele seismice nu mai au traiectorie dreapta ci curbilinie (legea luiSnelius), iar viteza de propagare cre$te cu ad6ncimea. La un moment dat, la addncimea de circa 2900 km, undele secundare dispar, iar undele principale sufera o reducere brusce a vitezei de propagare, ceea ce indic6 atingerea unui mediu fluid, fig. 2.10.

La suprafata pemantului efectele unui cutremur se manifesti prin aparilia a doud feluri de unde: Rayleigh, care sunt unde longitudinale cu traiectorie elipticd, perpendiculare pe suprafalS $i produc deformatii de volum gi form5, fig, 2,11 gi Ldve care sunt undetransversale, situate in planul tangent, la care migcarea particulelor este perpendiculare pe direclia de propagare a undei, fig. 2.12.

iEffiffir@Fig, 2,1 1 Undele Rayleigh

Fi0.2.12 Undele Liive Propagarea undelor seismice

in

scoa4e poate

fl

inregistrate

cu ajutorul

aparatelor

seismometrice. In principiu un aparat seismometric este format dintr-o masd m legata la teren cu un resort, cu rigiditatea k, un amortizor cu caracteristica c, fig. 2.13 gi un sistem dein reg istrare.

in repaos, iar migcarea seismica antreneazd restul componentelor. Inregistrarea obtinutd contine deplasdnlor provocate de actiunea seismice, iar ansamblu se numegte seismometru [3]. Pentru inregistrarea acceleratiilor produse de ac(iunea seismicd rigiditatea resortului trebuie si fie foarte mare,Dacd resortul aparatului este flexibil, masa ramaneiar aparatul seismic se numegte accelerometru,

41

Ingineie seismice

Fig.2,13 Seismograf Kinemetrics gi principiul de funclionare

in repaos, iar migcarea seismica antreneaza restul componentelor. Inregistrarea oblinute contine deplasdrilor provocate de actiunea seismici, iar ansamblu se numegte seismometru [31. Pentru inregistrarea acceleraliilor produse de actiunea seismicd rigiditatea resortului trebuie sd fie foarte mare,Dacd resortul aparatului este flexibil, masa rdmaneiar aparatul seismic se numegte accelerometru.

Primul instrument modem pentru inregistrarea seismelor, denumit accelerograf, a fost montat in anul 1931, iar prima inregistrare inshumentala a unei migcdri putemice a fostoblinutd in timpul cutremurului din Long Beach, California, la 10 mafiie 1933.

0 inregiskare tipicd pentru actiunea seismica efectuatd la suprafate p6mantului este cea din fig. 2.14, in care este prezentate succesiunea apariliei diverselor tipuri de unde, Primele unde care se inregistreazd sunt cele principale P, dupa care apar undele secundare S, iarin final undele de suprafa[d.unde

principale

unde de suprafata

unoe secunoare

Fig. 2.14 Seismogramd cu undele seismice in succesiunea inregistrbrii lor [4]42

Noliuni de seisnologie ingrlnereasci

Pentru inregistrarea parametrilor mi$cdrii seismice este necesar ca aparatul de m6surare si fie completat cu un dispozitiv inregistrator (mecanic, fotografic, magnetic etc.). Inregistrarea astfel oblinut6 poarti denumirea de accelerogrami sau seismograme.

producerii unei actiuni seismice poate fi exprimate in deplaseri, viteze $i acceleratii. Forma inregistrdrilor gi caractedsticile pot varia, astfel inc6t Newmark gi Rosenblueth [3], au ficut urmdtoarea clasificare:

Mi$carea unui punct de pe scoa(d

in timpul

i.

cutremure cu un singur virf, care se inregistreaze la distanle epicentrale reduse

gi

focare profunde in terenuri tari, cele mai reprezentative exemple fiind: Port Hueneme din California 1957, fig. 2.15, Agadardin N4aroc 1960 9i Skopje din Serbia 1963;

5.g

0.10

$

o,os

3o0.05 0.10

6'E'

10

$o 'r510

'=2E

E Cl

s0.2

t [s]

1.0

2.0

Fig.2.'15 Inregistrarea de la Port Hueneme, direclia E-V, 18 martie 1957

componenli spectrale complexa, inregistrate la distanle epicentrale mediiin terenuri dure; un exemplu foarte cunoscutmoderate

cutremure

cu durati

gi o

lnginede

seisnici

este inregistrarea de la El Centro, Califomia, fig. 2,16, din 1940 (este pdma accelemgramd semnilicativd inregistrafi din istoria ingineriei seismice), precum gimajoritatea seismelor care se produc in zona pldcii Pacifice;

E;.g

0.3{

?

0.40

r0.0Fig. 2.16 Inregistrarea de la El Centro, direclia N-S,

20.0

l8 mai

1940

iii. culremure cu durati lungi 9i perioade predominante mari, care sunt produse de undele seismice ce traverseaze straturi de teren neconsolidat; cutremurele din Mexic, din 1964 9i din '1985; inregistrarea de la 4 martie 1977 de la INCERC Bucuregti, flg. 2.17 gi 2.18, sunt cateva exemple de seisme care fac parte dinaceasti categorie;

iv. cutremure care produc deformatii remanente in teren, exemple caracteristicefiind cutremurele din Anchorage, Alaska '1964 9i din Niigata, Japonia 1964.

44

Notiuni de selsnologh inginercasce

il:.g

300

EU g300

AA

V

A. ^* A. YU' rv|5.0

,,,,\^

. .

A^

-.u llt

Y'\lYt\lflYv-vY

t

lsl

10.0

ll

E

9n=v

80

A A,^, \lt0.0

I

lll

=30 LE

s-0 \/--

t tsl

15,0

Fig.2.17Inregistrarea de la INCERC Bucure$ti,4 martie 1977, directia N-S

Fig.2.18Inregistrarea de la INCERC Bucure$ti,4 martie 1977,pe seismoscopul Wilmot WS-l, [1]

15

lnginerie seismicd

2.6 EVALUAREA MISCARILOR SEISMICE

Inci din cele mai vechi timpuri producerea unui cutremur a reprezentat o preocupare. Evident efectele cutremurelor au fost pe primul plan qi s-a incercat gdsirea unor solulii, astfel incat distrugerile se fie minime. Preocuparea insd a remas multa vreme la nivel decuantificare a,,puterii" acestuia, a zonei si directiei din care se propagd.

Cel mai elocvent exemplu este seismoscopul inventat in 132 iHr. de matematicianul Zhang Heng (78-139) in perioada Dinastiei Han. Chiar dacd acest dispozitiv nu putea evalua ,,puterea" unuicutremur indica direclia din care se producea. In fig.2.19 este prezentat acest dispozitiv reficut de seismologul japonez, de la Univeritatea din Tokyo, Akitsune lmamura in'1939. In prezent astfel de replici, cu unele modificdri, se gesesc amplasate in multemuzee ale lumii [8].

t

!ii1

Fig.2.19 Replici gi principiulde funclionare al seismoscopului conceput de matematicianul Zhang Heng

ln principiu seismoscopul lui Zhang Heng se baza pe ine(ia unui pendul amplasat intr-un vas, care prin intermediul a 8 brate avea posibilitatea de a actiona bilele din gurile unor dragoni. Cdderea bilelor din gurile dragonilor situali pe fetele opuse ale vasului in gurileunor broagte, amplasate la baza vasului, permitea sd se precizeze ce s-a prcdus un seismgi de asemenea se putea aprecia directia din care veneau undele seismice.

46

Noliuni de seisnologie inginereasci

Evaluarea cantitative a ac[iunii seismice este strans legatd de energia degajatd in zona in care se produce cataclaza (strivirea rocilor), Prin propagarea undelor in scoarle, in stranse legiturd cu addncimea la care s-a produs cutremurul, la diferite distan[e de zona epicentrala se vor inregistra migcari diferite, greu de apreciat $i uneori total diferite de zone chiar mai apmprate. In aceste conditii, in decursul timpului seismologii au stabilit doud modalitdti de evaluare a unui seism. Aceste doui metode dau posibilitatea evaludrii cantitative a cutremurului prin aga numita scard a magnitudinii gi permit o evaluare in teritoriu, la orice distante de epicentru bazat5 pe observalii privind comportarea mediului pnn intermediul unor scari

subiective.Scara magnitudinii, cunoscute in mod obignuit sub denumirea de scara Richter, a plecat de la o idee onginald a lui K. Wadati din 1931, formulate in 1935, fiind ulterior modificatd 9i imbundtdlitd de B. Gutenberg Si C. Richter. In conformitate cu definitia originald datd de Richter, magnitudinea mesoare energia cutremurului eliberatd in focar 9i este dati de logaritmul zecimal al amplitudinii miscerii seismice, mesurate in microni, la 100 de km. de epicentru cu ajutorul unui seismograf standard Wood - Anderson, lntre doue grade succesive migcarea terenului inregistrata este de 10 ori mai mare, ceea ce corespunde unei cregteri a energiei de 30 de ori.In raport cu magnitudinea s-au stabilit urmdtoarele cnterii de definire a cutremurelor:

-

M < 2 sunt microcutremure ce nu sunt simlite de oameni gi sunt inregistrate doar de seismografele locale;M 6 - cutremure marii M >8 - cutremure majore (megacutremure).

Scara Richter nu are, teoretic, limita superioad, iar cel mai mare culremur produs pane in prezent pe glob a avut 8,8 grade $i s-a produs in China. Ca o compara{ie gradul 8 pe scara magnitudinii mrespunde detonarii unei bombe de 6 milioane tone TNT. Scara propusd de Richter mai poarte denumirea de scara magnitudini locale ML fiind deflniti pentru Californiade sud, pentru cutremure de suprafat6, gi distanle epicentrale mai mici de 600 km. Ulterior au mai fost definite urmdtoarele magnitudini:

-

magnitudinea undelor de suprafati (Ms) definite de Guttenberg pentru distante epicentrale mai mari de 2000 km, care mdsoard amplitudinea undelor de suprafald cu perioada de 20 secunde; magnitudinea undelor de volum (mb) a rezultat in urma produceni cutremurelor de addncime care sunt caracterizate de unde de suprafatd nesemnificative - se determina pe baza amplitudinii undelor P, care nu sunt afectate de ad6ncimeahioocentrului:

lngine e seisnici

-

magnitudinea moment (Mw) este o medme in rela(ie directi cu dimensiunea sursei seismice gi a apdrut datoritd dificultetilor de mdsurare cu alte magnitudini,atunci cand este vorba de cutremure foarte putemice.

Magnitudinea momenl sau momentul seismic este preferata de unii cercetetori

in datorita

corespondentei acesteea cu proprietdtile fizice ale sursei din zona cataclazei. Pentru aprecierea cutremurelor vechi sau a celor in care se degajeaze cantitdli mici de energie magnitudininea moment poate fi determinati grosier. De aceea, in aprecirea cutremurelorse preferd incS folosirea magnitudinii localelVlL.

Pentru a nu se face confuzie intre scara cantitative a magnitudinii, care se referi la zona

undelor seismice, reflectate, retractale, compuse etc,, intr-un punct situat la o anumite distantd in teritoriu, Richter propune analogia din fig. 2.20. Astfel magnitudinea unui cutremur o putem considera prin. analogie cu puterea de emisie al unei stalii radio, iar la distantd dupd trecerea undelor prin diferite obstacole, un receptor inregistreazd un nivelul atenuat al undelor inifiale, La fel, pentru actiunea seismicd in teritoriu la distanla de zona epicentrului aprecierea unui cutremur se face prin intensitatea seismici. nivel emisie

in care se produce cutremurul $i ceea ce se inregistreazd prin propagarea

ffi*u@ffi ffi

tr ffi ffi ffi tr r&ffi & ao ae"* *..l'jrj":tPlil

statie radio

obstacole

recepror

Fig. 2.20 Analogia dintre scara magnitudinii gi intensitatea seismice

Intensitatea seismice este strSns legatd de efectele produse de un cutremur atat asupra constructiilor, oamenilor, mediului inconjuritor gi scoa(ei terestre, ea descnind potentialul

distructiv al seismului intr-o manierd subiectivi. Primele preocupdri privind aprecierea cutremurelor in funclie de intensitatea seismicd au apdrut inci din secolul al Xv-lea, prindescrierile pagubelor produse de cutremure fAcute de Poardi

in

1627.

Prima scard pentru aprecierea intensititii unui cutremur a fost conceputd in secolul XIX (1873) de profesorul italian L.S.D. Rossi $i avea 10 grade. 0 scare similare, tot cu 10 grade,

48

Notiuni de seisnologie inginercesci

mai precise, a fost realizata simultan in Elvetia de profesorul S.A. Forell. Din 1883 a rezultat

ca urmare a colabordrii celor doi, scara Rossi.Forell, pnma scari a aprecierii intensitaliiseismice bazatd pe efectele asupra oamenilor gi constructiilor, care a fost larg rdsp6nditd. Tot in '1883 apare o afta scard pentru aprecierea intensitatii seismice, propuse de Nlercalli,care in 1902 a fost modificatd gi adoptati in ltalia.

E,S. Holden (SUA) in 1888 propune o scard cu 9 grade la care atribuie gradelor gi un nivel al acceleratiilor cuprins intre 20 mmis gi 1500 mm/s.

In 1923 dr. A,Sieberg propune pe baza unor dezvoltdri fecute de F.Omori 9i A.Cancani asupra scdrii Mercalli, o noud scard la care s-a stabilit pentru fiecare grad de intensitate limitele corespunzitoare in accelera$i.Mai tdziu in 193'1 H.O.Wood $i F.Neuman aduce unele corectii scirii l\,lercalli realizAnd aga numita scara Mercalli modificata (MM), utilizata si astdzi in mai multe l6ri. Scara are 12 grade ce se exprimi functie de efectele actunii seismice asupra oamenilor, obiectelor, construcliilor etc.

Degi aparent scdrile subiective sau ale intensitdtii seismice au un grad de incertitudine, totugi au avantajul cd nu implicd aparature $i specialigti pentru o apreciere cantitativiexact6, care pentru teritoni mari ar fi imposibil de realizat, Intensitatea seismici luru din scara Mercalli modificatd este o merime practic independente de once alt parametru fizic ce ar caracteriza migcarea seismicd, Cu toate acestea exista rela$i matematice empirice care leagd [vu cu caracteristicile cinematice ale migcdrii seismice pentru anumite tentoni. De exemplu, Lomnitz oferi o rela$e de acest tip, intre logaritrnul zecimal al valorii maxime a acceleratiei terenului gi intensitatea seismici:

loot- ='""in care

t{

JI

-

'

(2 1)

a,

se mdsoard in cm/ s2.

In Europa de Est este utilizate scara MSK care a fost sugeratd de S. l\4edvedev gi modificati in 1964 de W. Sponheuer $i V, Karnik. In versiunea sa originali, pentru a definicele zece grade de intensitate seismicS, s-au folosit conceplii 9i defini!i asemenetoare celor utilizate in cazul sceni Mercalli Modificatd. Dar, in acelagi timp s-a folosit gi un pendul

standard pentru a corela aceste grade de intensitate seismicd cu valonle maxime ale deplasirilor produse de cutremur, Ulterior scara a cipitat 12 grade 9i seamni in mare

mdsuri cu scara MM.Toate scdrile apreciazd fiecare giad atribuindu-i denumiri in raport cu intensitatea acestora. Spre exemplu scara Rossi-Forell utilizeazd denumirile gradelor astfel: goc microseismic, extrem de slab, deosebit de slab, slab, moderat, destul de puternic, putemic, foarte putemic, extrem de putemic si de intensitate extreme.

49

lngine e seisnice

Pentru exemplificare

in tabelul 2.1 se prezinte o comparatie intre principalele elemente

componente ale scerilor de intensitate seismic6 MM gi MSK.

Tabelul 2.1 Comparatie inke scdrile MM gi MSK SCARA MMCutremurul nu este prcepul decet de puline oersoane aflate in conditii favorabile. Se simte de putine percoane, in special de cele

SCARA MSKCutremurul este imperceptibil, iar intensilalea seafla sub limita sensibilitatii oamenilor

.

mt.

se aasesc la elaiele suDerioare ale clAdirilor.

Se percepe in interiorul clSdirilor, mai pronuntat la elajele supenoare. Durala poate fi apreciali.In timpul zilei este resimlil de multe persoane care se aflS in inle orulcl6dirilor. In exteior este outin oerceotibil.

Itliscare foarle slabd, reslmtile numai de oersoanele care locuiesc la etaiele suoerioare , Se produc oscilatii slabe, similare celor pmduse de orculatia autocamioanelor usoare, fiind sesizat de maiorilatea Dercoanelordin in-teriorul locuintelor.O.irern!ru| este deslul de putemic, vibralii simihE celor produse de dnsil4ia autocamioanelor grele. Otiectelesusoenoate. Drecum

si drbde

din vase oGcileazi.

Este simlil aproape de toti oamenii. U$oare degradiri ale lencuielilor, iar unele obiecteinslabile se resloarne. llliscarea este simtite de loatd lumea oroducend

Se percepe de loate pe$oanele din intenorul locuinlelor 9i de majoritatea celor din exterior.obiecleie usoare. nefixate, se restoarne. Misarea este simttd in infqin poducnd panici, obiectele grele se deplaseaza. Degradid moderatein elemefltele nestructurale ale conslructiilor. majontatea Cutremurul produce panici, oamenilor 0ardsesc locuintele. In clddirile slab executate apar avariiim@rtante sau chiar distrugeri. In mnstructiile proiectate $i execulale corespunzator s inregistreaza degradlri moderale. Co$urile de fum se disbce oubmic sau d.

panic:. Tencuiala cade, clSdi le sureri avar.

v

.

Avarii neansemnate la cledrrile slab xecutale Produce panica, iar oamenii paresesc locuinlele. Avarii u$oare pana la moderate la structurile de

iar

rezistenl} obiinuile. Avarii considerabile

construclijleorabusesc.

slab execulate

la

nemrespunzetor proiectate.

sau Cogurile se

v

t.

Avarii uFoare la structuile prciectate seismic. Avarii considerabile la clddirile obisnuite.Prabusirea struclurilor de rezistente defectuos executate. Drslocbn ale zidS.Ei de umplutrrr,caderea cosurilor inalte, a monumentelor etc

Panica are caracter

genel Toate construcliile

sunt afectate. Se produc avani majore gi distrugei la cl6dirile obrsnuile, fdrd asigurare antrseismice

sau defectuos execulate. Slruclurile proiectate inconceDt seismic Dot

sufe ava i moderate.

tx.

Avarii insernnate

slruclurile de rezisten(e proiectate antiseismic. Se produc incliniri ale

la

Se oroduc avarii insemnate in structudle orcrectate

clldirilo/

cu

schelel

proiectate. Distrugeriexecutate. Crepeturisublerane se ruD.

in

de rezrstenta bine ale dadirilor slabpament. Conductele

afliseismic. Consructirle cu asigurare seis,nicE moderale se distrug pa4ial sau se prabuqesc. Castelele de apd, tumurile izolate, monumentele etc. se plabuSesc. Cr6pituriin pamant,Conslrucliile proiectate antiseismic se prabuqesc pa(ial sau in totalitate. Degfaddri imporlante in baraie sinele de cale ferate se 0efomeaz6,It4asive alunecbri de terenuri.

l\,lajoritatea construcliilor proiectate antiseismic se distrug odat cu fundatiile. Pamantul se cfapi puternic. Se produc aluneceri de lerenuri. XI,

Puline slruclui de rezistenti raman nedistruse. Apar falii la suprafata pamantului, Conductele subterane sunt complet distruse. Prabugiri $i aluneciri 0uternice ale lerenului.

Se dislrug majodtatea mnslrucliilor corespunzalor prciecla 9i elecLtale (cledid. poduri, baraje. cil ferate elc.). distrugerea condudelor subterane.Fractu ri si deolasSri aie lerenurilor 0e toate direcliile.

xlt.

Distrugere

loial;. obiectele slnl

aruncate

Distrugerea lotalS

a

conslruqiilor. Modificarea

ascendent in aer.

radicald a formei suprafetei 0emantului.

lYotiuni de seismo/ogie inginercasci

ln momentul de fata sunt utilizate urmdtoarele scari [5]:

-

MM este utilizatd in Statele Unite ale Americii; MSK.64 in Europa de Est, India, lsrael, Rusia; EMS (European Macroseismic Scale conceputd in '1998) in UE gi are 12 grade;

JMA (SHIDO) cu 8 grade (incepe cu gradul 0) in Japonia;LIEDU (GB|I 17742-1999) cu 12 grade in China, Taiwan gi Hong Kong,

In 19BB Comisia Europeand seismologice (ESC) a decis si revizuiascd 9i se actualizeze scara Medvedev-Sponheuer-Karnik (lt/SK-64) 9i a elaborat anul urmetor Scara Europeand EMS 1998 care ia in considerare la fel efectele actiunii seismice asupra oamenilor,obiectelor, mediului inconjuretor gi avarierea constructiilor, vezi tabelul 2.2.

Tabelul 2.2 Scara EMS I9lNesesizat Putin sesizatt.

Slab

siin condiliile cele maifavorabile. Vibratrile sunl simtite numai de cetre persoanele aflate in repaus in case. in soecial la elaiele suDerioare ale cl6dirilor. Vibra(ii slabe simlite in interoarul clldinlor de unele percoane,Nu esle simlit de oameni. chiar

Obervat

pe scare

hrgi

oameniiin reoaus siml o soar,leaornare. Cutremurul este simlit in interiorul cledirilor de multe persoane, iar in afard de foarte puline. ljnii oameni se lrezesc. Nivelul de vibratii nu esle inf rico$;tor. Ferestrele, u$ile, farfuriile zdrenglnesc. Obiecteleatarnate se leao5ne. Cutremurul este sirntit in inleriof de cele mai multe persoane, iar in exlenor nuaml de unele l\.4ulli cameni care dorm se trezesc. Unele persone inlr6 in panicd si incep se alerge. Cledirile incep sA se balanseze. obieclele atarnate se leagenS puternic. se dsloamA unele obiecte.

Putemic

Producitor de avariiu$oare

Resimtitb de rnajorilatea persoanelor din interiorul Si exleriorul cledirilor. [,,1ulti oameni din clEdiri sunt speriate $i le peresesc. obiectele mici se resloamna. Usoare dete orlri la mai multe cl;din obi$nuite, apar fisuri fine in $tucaturile din ipsos $i cad bucdli mici detencuiala. Cei mai mu li oameni sunt speriali 9i alerga in aer liber. l\4obilierul este mi$cat si cad obiecle de pe rafluri. l\4ulte clSdhi obignuite suferd

v

.

Producetor de avarii

v

t.

Producitor de avarii grave

preiudicii moderatei crdpeturi mici in pereti, prabu$irea padialS a homuilor. i,,lobilierul se poate rbslurna. l\,lulte clediri ob $nuite sufera degraddri: cad cosuri de fum; apar fisuri mari in pereli gi cileva clrdiri se pot Drlbusioartiai.[,Ionumentele Si coloanele cad $i sunt dislruse Llulte c