curs01_dsis Dinamica structurilor şi inginerie seismică

8/8/2019 curs01_dsis Dinamica structurilor i inginerie seismic

1/18

Dinamica structurilori inginerie seismic

Aurel Stratan

Timioara 2007


2/18

1. Noiuni de seismologie inginereasc

1


1.1. Introduceren medie peste 10000 de persoane au decedat anual din cauza cutremurelor de pmnt n secolul XX (Bolt,2001, vezi Figura 1.1). Chiar dac structurile proiectatei construite conform standardelor moderne de proiectare seismic sunt n general mult mai sigure, eliminnd la maxim pierderile de viei omeneti, pierderile economice cauzate de cutremurele de pmnt sunt n cretere la nivel mondial. Dou exemplenotorii n acest sens sunt cutremurele din 1994 de la Northridge (SUA), cu pierderi estimate la 40 miliarddolari americani,i din 1995 de la Kobe (Japonia), soldat cu pierderi de aproximativ 100 miliarde dolariamericani (Scawthorn, 2003).

Figura 1.1. Pierderi de viei omeneti datorate cutremurelor majore n secolul XX (Bolt, 2001).

Ingineria seismic este un domeniu al ingineriei care are ca scop reducerea efectelor cutremurelor de pmntasupra construciilor inginereti. Aceasta se ocup cu: (1) studierea acelor aspecte ale seismologieiigeologiei care sunt importante pentru problem, (2) analiza r spunsului dinamic al structurilor sub aciuneamicrii seismicei (3) dezvoltareai aplicarea unor metode de planificare, proiectarei execuie aconstruciilor rezistente la efectul cutremurelor de pmnt. Ingineria seismic se ntreptrunde cu geologia pe

de o parte,i cutiinele sociale, arhitecturai aciunile autoritilor pe de alt parte.Seismologia este o ramur a geologiei care studiaz vibraiile create att de surse naturale - cutremure de pmnti erupii vulcanice, cti de surse artificiale - explozii subterane.Seismologia inginereasc are caobiectiv explicareai prezicerea micrilor seismice puternice dintr-un amplasamenti studiulcaracteristicilor micrii seismice care sunt importante pentru r spunsul structurilor inginereti.Pionierul cercetrilor moderne de seismologie a fost inginerul irlandez Robert Mallet, care a ntreprins studiide teren temeinice dup cutremurul din Napoli din 1857 (Italia). Acesta a explicat "masele dislocate de piatr i mortar" folosind termenii principii ale mecanicii,i a creat astfel un vocabular de baz, coninndtermeni precum: seismologie, hipocentru, isoseismic.Inginerii constructori sunt interesai de micrile seismice puternice, care pot produce distrugeri

semnificative asupra construciilor. Cu toate acestea, primii 60 de ani ai secolului XX au fost marcai decercetri seismologice ale undelor seismice de la cutremure ndeprtate folosind seismografe foarte sensibile.Aceste aparate nu erau potrivite pentru cutremure mai rarei mai puternice, relevante pentru practicainginereasc.


3/18

Dinamica Structurilor i Inginerie Seismic. [Sem. II 2007] http://cemsig.ct.upt.ro/astratan/didactic/dsis/

Ulterior, situaia s-a schimbat. Dup cutremurul San Fernando din 1971 au fost obinute sute de nregistr riseismice puternice pentru acest seism de magnitudine 6.5 din SUA. Cercetrile privind micrile seismice puternice au nceput s avanseze rapid odat cu instalarea n zonele seismice de pe glob a unor reele extinsede accelerometre digitalei obinerea de nregistr ri seismice n urma unor cutremure majore.

1.2. Activitatea seismic la nivel mondialAnaliza nregistr rilor seismice de la diferite observatoare seismografice permite determinarea poziieicutremurelor de pmnt. n acest mod, s-a obinut o imagine de ansamblu a distribuiei seismelor pe pmnt(vezi Figura 1.2). Zonele cu o activitate seismic important sunt concentrate de-a lungul unor centuri, caredelimiteaz zone continentalei oceanice ntinse. n centura Circumpacific, de exemplu, au loc aproximativ81% din cutremurele majore de pe Terra. Alte 17% din cutremurele majore sunt localizate de-a lungucenturii Alpide (care se ntinde de la oceanul Atlantic pn la insulele Sumatra din oceanul Pacifici includemunii Alpi, Carpaii, munii din Anatoliai Iran, Hindu Kush, Himalaia,i munii din Asia de sud-est). ninteriorul zonelor continentalei oceanice cutremurele de pmnt sunt mult mai rare, dar nu lipsesc ntotalitate. Alte concentr ri de activiti seismice pot fi observate n zonele oceanice, cum ar fi cele dinmijlocul oceanului Atlantici al oceanului Indian. n aceste zone se afl lanuri de muni submarini, iar erupiile vulcanice sunt frecvente. Concentr ri masive de cutremure de mare adncime, de pn la 680 km,

pot fi observate n lanurile de insule din oceanul Pacifici Caraibele de est.

Figura 1.2. Distribuia mondial a cutremurelor (Bolt, 2001).

Undele seismice generate de un cutremur de pmnt iau natere undeva sub suprafaa terenului, prinalunecarea brusc a marginilor unei falii, prin care se elibereaz energia de deformaie acumulat n masivulde roc. Cu toate c n cazul cutremurelor naturale sursa seismic este distribuit ntr-un volum de roc, esteconvenabil considerarea simplificat a sursei seismice ca fiind un punct n care iau natere undele seismice.Acest punct poart denumirea de focar sau hipocentru . Proiecia hipocentrului pe suprafaa terenului senumete epicentru (vezi Figura 1.3). Cu toate c multe focare se afl la adncimi mici, n unele regiuniacestea se situeaz la sute de kilometri adncime. ntr-un mod relativ arbitrar, cutremurele de pmnt pot fi

clasificate funcie de adncimea hipocentrului n: Cutremure de suprafa , cu adncimea hipocentrului mai mic de 70 km Cutremure intermediare, cu adncimea hipocentrului cuprins ntre 70i 300 km


4/18


3

Cutremure de adncime, cu adncimea hipocentrului mai mare de 300 km

Figura 1.3. Definiia hipocentruluii a epicentrului unui cutremur de pmnt, (dup USGS, n.d.)

Cutremurele de suprafa au consecinele cele mai devastatoare, acestea contribuind la aproximativ 75% dinenergia seismic total eliberat de cutremure la nivel mondial. Exemple de zone afectate de cutremure desuprafa sunt California (SUA), Turcia, Banat (Romnia), etc. S-a ar tat c majoritatea cutremurelor produse n partea central a Californiei au hipocentrul n primii 5 km de la suprafa i c doar unelecutremure au focarele mai adnci, de maximum 15 kilometri.Majoritatea cutremurelor mediii puternice de suprafa sunt urmate de post- ocuri , care se pot produce la perioade cuprinse ntre cteva orei cteva luni dup ocul principal. Cteodat, post-ocurile sunt suficientde puternice pentru a crea distrugeri construciilor sl bite de cutremurul principal. Doar puine dintrecutremure sunt precedate deante- ocuri provenind din zona hipocentral, sugerndu-se folosirea acestora pentru prezicereaocurilor principale.Regiunile afectate de cutremurele de pmnt cu focare intermediarei de adncime includ Romnia (sursasubcrustal Vrancea), Marea Egee, Spania, Anzii din America de Sud, insulele Tonga, Samoa, NoileHebride, Marea Japoniei, Indoneziai insulele Caraibe.

1.3. Cauzele cutremurelor1.3.1. Cutremure tectonice

Majoritatea cutremurelor de pmnt pot fi explicate coerent de teoria plcilor tectonice. Conform acesteiteorii, nveliul exterior al Pmntului (denumit litosfer , vezi Figura 1.4) este format din cteva masiveimense de roc relativ stabile, denumite plci tectonice. Principalele plci tectonice sunt reprezentate nFigura 1.2i Figura 1.5. Acestea au n medie o grosime de aproximativ 80 kilometrii sunt deplasate demicarea de convecie din manta, care la rndul su este creat de cldura generat n nucleu. Micarearelativ a plcilor tectonice este responsabil pentru o parte important a activitii seismice mondiale.Coliziunea dintre plcile litosferice, distrugerea marginilor plcilor tectonice n zonele de subduc ie (zoneconvergente) la alunecarea unei plci sub o alt plac, sau expansiunea n zonarifturilor oceanice (zonedivergente) sunt toate mecanisme care produc tensiunii fracturi semnificative n scoar a terestr . Multecutremure majore se datoreaz alunecrii de-a lungul faliilor transcurente (vezi Figura 1.6).Cutremurele generate la marginile active ale plcilor tectonice poart denumirea decutremure inter-plac .Cele mai puternice cutremure de suprafa din Chile, Peru, Caraibele de Est, America Central, sudulMexicului, California, Alaska de Sud, insulele Aleutei Kurile, Japonia, Taiwan, Filipine, Indonezia, NouaZeeland, centura Alpi - Caucaz - Himalaia sunt de tipul cutremurelor intra-plac. Viteza medie de deplasarea plcilor tectonice este de 2-5 cm/an.


5/18


scoar + manta superioar = litosfer

Figura 1.4. Structura intern a planetei Pmnt (http://en.wikipedia.org/).

Figura 1.5. Principalele plci tectonice, (http://en.wikipedia.org/)


6/18


5

Figura 1.6. Schi reprezentnd zonele convergente, divergentei transcurente ale plcilor tectonice (USGS,n.d.)

Pe lng cutremurele generate la marginile active ale plcilor tectonice, cteodat se produc cutremuredevastatoare n interiorul plcilor tectonice. Acestea din urm poart denumirea decutremure intra-plac .Astfel de cutremure de pmnt indic faptul c plcile litosferice nu sunt indeformabilei c n interiorulacestora se pot produce fracturi. Exemple ale unor astfel de cutremure sunt cele din nord-estul Iranului, NeMadrid (Missouri, SUA), Charleston (Carolina de Sud, SUA), nordul Chinei.

1.3.2. Alte cauze ale cutremurelor

Cu toate c activitatea tectonic este responsabil pentru marea majoritate a cutremurelor de pmnt, acestea pot fi generatei de ter e cauze. Printre acestea se numr :

Cutremurele de natur vulcanic . Cei mai muli vulcani sunt amplasai pe marginile active ale plcilor tectonice. Exist i vulcani intra-plac, cum sunt de exemplu vulcanii din insulele Hawai. Cu toateacestea, majoritatea cutremurelor n zone vulcanice sunt de natur tectonic. Cutremurele de pmnt denatur vulcanic sunt relativ rarei de mic intensitate,i pot fi produse de exploziile vulcanice, demicarea magmei, sau de pr buirea magmei solidificate de pe coul vulcanului pe vatra acestuia.

Exploziile . Cutremurele de pmnt pot fi produse de detonri subterane a unor dispozitive chimice saunucleare. Exploziile nucleare subterane care au avut loc n trecut au generat cutremure de pmnt cumagnitudini ajungnd pn la 6.

Cutremurele de pr bu ire . Aceast categorie de cutremure de pmnt are intensiti micii se datoreaz pr buirii tavanului unor minei caverne. O alt modalitate de producere a acestor cutremure const ndesprindere exploziv a unor volume mari de roc de pe pereii minelor din cauza tensiunilor acumulate.Astfel de cutremure au fost observate n Canadai Africa de Sud. Alunecrile de teren masive pot cauzai ele cutremure minore.

Cutremurele induse de rezervoare de ap masive . Au fost observate creteri ale activitii seismice nzone n care au fost construite baraje mari de ap. Calculele au demonstrat c tensiunile generate dencrcarea din ap sunt prea mici pentru a conduce la fractura rocii de baz. Cea mai plauzibil explicaieconst n faptul c roca din vecintatea barajelor de ap se afl deja ntr-o stare de tensiune, gata s alunece. Umplerea rezervorului cu ap fie duce la creterea strii de tensiunei genereaz alunecarea, fie presiunea apei din fisuri micoreaz rezistena faliei, fie au loc ambele fenomene.

Impactul cu corpuri extraterestre . Unii meteorii mai mari, care din cauza dimensiunilor nu sedezintegreaz n atmosfer , ajungnd s loveasc suprafaa terestr , pot genera cutremure locale.


7/18


1.4. Tipurile de faliiObservaiile n teren indic faptul c exist schimbri brute n structura rocilor. Aceste schimbri au loc lacontactul (de-a lungul fisurii) dintre dou blocuri tectonice diferitei poart denumirea de falii . Acestea potavea lungimi cuprinse ntre civa metrii sute de kilometri. Prezena faliilor arat c la un moment dat ntrecut au avut loc deplasri relative ale structurilor geologice de-a lungul acestora. Aceste deplasri pot fi fielunec ri lente , care nu produc micri seismice, fieruperi bru te, care produc cutremure de pmnt. nmajoritatea cazurilor lunecrile produse de-a lungul faliilor nu ajung pn la suprafaa terenuluii nconsecin nu sunt vizibile. Alteori faliile se extind pn la suprafaa terenului, un exemplu n acest sens fiindreprezentat n Figura 1.7.

Figura 1.7. Efectul unei falii transcurente la suprafaa terenului (USGS, n.d.)

Figura 1.8. Tipuri de falii (Oros, 2002)

Faliile sunt clasificate n funcie de geometria acestorai de direcia de lunecare relativ. Principalele tipuride falii sunt reprezentate n Figura 1.8. Panta unei falii este unghiul pe care l creeaz suprafaa faliei cuorizontala, iar direc ia unei falii este direcia proieciei faliei pe suprafaa terenului fa de Nord. O falietranscurent implic deplasarea blocurilor de roc paralel cu falia. Lunecarea la o falie normal are loc n

plan vertical (paralel cu panta), placa superioar a faliei nclinate deplasndu-se n jos fa de placa inferioar (falierea produce o ntindere a crustei). Lunecarea la o falie invers are loc n plan vertical (paralel cu panta), placa superioar a faliei nclinate deplasndu-se n sus fa de placa inferioar (falierea produce scurtareacrustei). Faliile cel mai des ntlnite n natur sunt faliile oblice , care reprezint o combinaie de lunecri n plan orizontali vertical.

1.5. Undele seismiceMicarea seismic dintr-un amplasament dat se datoreaz diverselor tipuri de unde generate de lunecarea brusc a plcilor tectonice de-a lungul unei falii. Exist dou tipuri principale de unde seismice: unde devolumi unde de suprafa . Undele de volum se propag prin interiorul pmntuluii pot fi de dou tipuri: Pi S. Undele de suprafa se propag doar n apropierea suprafeei terenului,i pot fi de tip Rayleighi Love.Undele de suprafa rezult din interaciunea undelor de volum cu suprafaa terenului.


8/18


7

Figura 1.9. Reprezentarea schematic a undelor seismice de volum P (a)i S (b),i a celor de suprafa Rayleigh (c)i Love (d), Bolt, (2004).

Discontinuitate ntre roci

u n d

P i n c

i d e n t u n

d S

r e f l e

c t a

t

u n d P r e f l e c t a t

u n d

P r e f r a

c t a t

u n

d

S r e

f r a c t a

t

(a) (b)

Figura 1.10. Reflectarea, refracia i transformarea undelor seismice (Bolt, 2001).

Cele patru tipuri de unde seismice sunt discutate pe scurt n cele ce urmeaz (vezi Figura 1.9): Undele P (de volum). Undele P sunt cunoscutei ca unde primare, de compresiune sau longitudinale.

Sunt unde seismice care genereaz o serie de comprimri i dilatri ale materialului prin care se propag.Undele P au viteza cea mai marei sunt primele care ajung ntr-un amplasament dat. Acest tip de unde se poate propaga att prin solide, cti prin lichide. Deoarece terenuli rocile rezist relativ bine la ciclurilede compresiune-ntindere, de obicei impactul undelor P asupra micrii seismice dintr-un amplasamenteste cel mai mic.

Undele S (de volum). Undele S sunt cunoscute cai unde secundare, de forfecare, sau transversale.Undele S genereaz deformaii de forfecare n materialul prin care se propag. Aceste unde se pot propaga doar prin materiale solide. Viteza de propagare a undelor S este mai mic dect a undelor P, nschimb efectul undelor asupra micrii seismice dintr-un amplasament este cel mai mare.

Undele Rayleigh (de suprafa). Acest tip de unde este similar undelor create de o piatr aruncat ntr-unvas cu ap. Micarea particulelor are loc ntr-un plan vertical.

Undele Love (de suprafa). Acest tip de unde sunt similare undelor S, fiind unde transversale care se propag la suprafaa terenului, micarea particulelor terenului avnd loc n plan orizontal.

Propagarea undelor Pi S prin scoar a terestr este nsoit de reflexiii refracii multiple la interfaa dintreroci de diferite tipuri (vezi Figura 1.10a). n plus, la fiecare interfa , are loc o transformare a undelor dintr-un tip n altul (vezi Figura 1.10b). Din punctul de vedere al unui inginer constructor, nu este foarteimportant distincia ntre cele patru tipuri de unde, ci efectul global al acestora, n termeni de intensitate amicrii seismice ntr-un amplasament. Cu toate acestea, trebuie s se recunoasc faptul c micarea seismic


9/18


ntr-un amplasament este afectat n cea mai mare msur de undele S, iar n unele cazurii de undele desuprafa .

1.6. Efectele cutremurelorAvariilei distrugerile care pot fi cauzate de cutremure construciilor inginereti se datoreaz ctorva efecteale seismelor, dintre care amintim: for ele de iner ie induse n structur datorit micrii seismice incendiile cauzate de cutremurele de pmnt modificarea proprietilor fizice ale terenului de fundare (consolidri, tasri, lichefieri) deplasarea direct a faliei la nivelul terenului alunecri de teren schimbarea topografiei terenului valuri induse de cutremure, cum ar fi cele oceanice (tsunami) sau cele din bazinei lacuri ("seie")

(a)(sursa: http://nisee.berkeley.edu/)

(b)

(sursa: http://www.ngdc.noaa.gov/)

Figura 1.11. Pr buirea par ial a unei structuri din b.a. n Bucureti, cutremurul vrncean din 4 martie 1977(a); Distrugerea par ial a parterului unei cldiri de birouri n timpul cutremurului din 16 ianuarie 1995 de la

Kobe, Japonia (b).

Dintre efectele cutremurelor de pmnt amintite mai sus, distrugerile cele mai semnificativei cele mai

r spndite se datoreaz vibraiilor induse n construciile inginereti de micarea seismic (vezi Figura 1.11).Reducerea acestui hazard seismic face obiectul cursului de inginerie seismic.Incendiile care se pot declana ca urmare a unui cutremur reprezint un pericol major. Astfel, n timpulcutremurului din 1906 de la San Francisco, doar 20% din pierderile totale s-au datorat distrugerilor directdin cauza micrii seismice, restul de 80% fiind cauzate de incendiile care au devastat oraul timp de trei zilei care au mistuit o suprafa de 12 km2 i 521 de blocuri din centrul oraului.Distrugerile datorate comportrii terenului de fundare au creat mari probleme n timpul cutremurelor dintrecut. Un exemplu clasic este cazul cutremurului din Niigata din 1964 (vezi Figura 1.13a), nivelu pierderilor suferite n timpul acestuia fiind dispropor ionat n raport cu intensitatea micrii seismice (oacceleraie maxim a terenului de 0.16 g). Dezvoltarea oraului a impus folosirea unor terenuri proaste dinfosta albie a rului Shinano. Ca urmare a micrii seismice, multe cldiri s-au nclinat sau r sturnat ca urmarea lichefierii terenului de fundare. Un numr de 3018 cldiri au fost distrusei 9750 au suferit degradri medii pn la severe n prefectura Niigata, majoritatea datorndu-se tasrilor inegalei fisurilor aprute n terenulde fundare.


10/18


9

(a)

(b)(http://www.rekihaku.ac.jp/)

Figura 1.12. Incendii care au urmat cutremurului din 1906 din San Francisco (a)i marelui cutremur Kantodin 1923 (b).

(a)(sursa: http://nisee.berkeley.edu/)

(b)(sursa: http://www.eas.slu.edu/)

Figura 1.13. R sturnarea unor blocuri de locuit la Kawagishi-Cho, Niigata, ca urmare a lichefierii terenuluin timpul cutremurului din 1964 (a);ine de tramvai ndoite ca urmare a deplasrilor terenului produse n

timpul cutremurului din 1906 de la San Francisco (b).


11/18


(a)(sursa: USGS)

(b)(http://www.ngdc.noaa.gov/)

Figura 1.14. Alunecri de teren n La Conchita, California, 1995 (a); Partea de sud-est a golfului Izmit,inundat ca urmare a subsidenei n timpul cutremurului din 17 august 1999 din Izmit, Turcia.

(a)(sursa: USGS)

(b)(sursa: USGS)

Figura 1.15. Reprezentarea schematic a efectului unui tsunami (a)i seie (b).

Deplasrile directe ale faliei la nivelul terenului sunt, probabil, cele mai cutremur toare la nivel social. Dein trecut au fost observate distrugeri datorit deplasrilor directe ale faliei la nivelul terenului (vezi Figura1.13b), acest fenomen este ntlnit relativ rar, iar distrugerilei suprafaa afectat sunt minore n comparaiecu cele datorate vibraiilor induse n construcii de micarea seismic.Alunecrile de teren induse de cutremure (vezi Figura 1.14a), cu toate c reprezint un pericol major, nu se produc foarte frecvent.Schimbrile topografice datorate cutremurelor nu duc n mod direct la pierderi de viei omeneti. Cea maiimportant consecin a unor asemenea modificri o reprezint distrugerile pe care le pot suferi structuri cumsunt podurilei barajele. n anumite cazuri pot avea loc inundaiei ale terenului, ca urmare a subsidenei unor terenuri aflate pe malul unor ape (vezi Figura 1.14b).Tsunami sunt valuri oceanice generate de cutremurele de pmnt subacvaticei care pot crea distrugerinsemnate n localitile de coast (vezi Figura 1.15a). Oceanul Pacific este deseori scena unor astfel deevenimente. Pentru ca un cutremur s genereze un tsunami, acesta trebuie s fie asociat unei falii inverse saunormale, n timp ce faliile transcurente nu produc fenomene de acest gen. La 15 iunie 1896 regiunea Honshdin Japonia a fost devastat de un tsunami cu o nlime vizual a valului de 20 metrii care a necat n jur de26000 oameni. Timpul de propagare a unui tsunami de la coastele Chile pn la insulele Hawai este de 10


12/18


11

ore, iar din Chile pn n Japonia de 20 ore. Astfel, schema de prevenire a pierderilor omeneti n Pacific dincauza tsunami o reprezint un sistem de monitorizarei alertare compus din cteva zeci de staii amplasate noceanul Pacific. Pe lng acest sistem, hazardul valurilor uriae poate fi redus prin construcii costierespecificei evitarea amplasrii construciilor n zonele joase de pe coast.Fenomenul "seie" (vezi Figura 1.15b) reprezint revrsarea apei peste marginile unui bazin sau malurileunui lac n urma micrii produse de un cutremur de pmnt.

1.7. Intensitateai magnitudineaAnalizatiinific a cutremurelor necesit o cuantificare a acestora. nainte de apariia aparatelor seismicemoderne, efectele cutremurelor de pmnt erau estimate calitativ prin intermediulintensit ii distrugerilor cauzate de acestea, care difer de la un amplasament la altul. Cu apariia i utilizarea seismometrelor adevenit posibil definireamagnitudinii , un parametru unic pentru un eveniment seismic, care msoar cantitatea de energie eliberat de un cutremur. Cele dou modaliti de msurare a cutremurelor r mn celemai utilizate n ziua de astzi, fiecare avnd cteva scri alternative.

1.7.1. Intensitatea seismic

Intensitatea seismic reprezint cea mai veche msur a cutremurelor. Aceasta se bazeaz pe observaiicalitative ale efectelor unui cutremur ntr-un amplasament dat, cum ar fi degradrile construciilor i reaciaoamenilor la cutremur. Deoarece scrile de intensitate seismic nu depind de instrumente, aceasta poate fideterminat chiar i pentru cutremure istorice.

Figura 1.16. Zonarea seismic a Romniei conform SR 11100/1 din 1993 (Lungu et al., 2001).

Prima scar a intensitii seismice a fost dezvoltat de Rossi (Italia)i Forel (Elveia) n 1880, cu valori aleintensitii seismice ntre Ii X. O scar mai exact a fost inventat de vulcanologuli seismologul italianMercalli n 1902, avnd valori ale intensitii cuprinse ntre Ii XII. Scrile de intensitate seismic cele maiutilizate astzi sunt Mercalli modificat (MMI), Rossi-Forel (R-F), Medvedev-Sponheur-Karnik (MSK-64),Scara Macroseismic European (EMS-98)i scara ageniei meteorologice japoneze (JMA). n Romnia seutilizeaz scara MSK (descris n Tabelul 1.1), iar zonarea intensitii seismice a Romniei conform SR


13/18


11100/1 din 1993 este prezentat n Figura 1.16. Pe lng exprimarea calitativ a intensitatii seismice ngrade, aceasta se poate exprimai prin msuri inginereti cantitative, cum ar fi acceleraia de vrf a terenului.

Tabelul 1.1. Scara intensitii seismice MSK (Dimoiu, 1999)Descrierea efectelor asupraGradul

denumirea Vieuitoarelor i obiectelor mediului Lucr rilor de construcii

I imperceptibil

nregistrat numai de aparate

II abiasimit

simit n case la etajele superioare de persoanefoarte sensibile

III slab simit n cas, de cei mai muli oameni n repaus;obiectele suspendate se leagn uor; se producvibraii asemntoare celor cauzate de trecereaunor vehicule uoare

IV puternic obiectele suspendate penduleaz; vibraii ca latrecerea unui vehicul greu; geamurile, uile,farfuriile zornie; paharele, oalele se ciocnesc; la

etajele superioare tmplria i mobila trosnescV detepttor

simit i afar din cas; cei ce dorm se trezesc;lichidele din vaze se mic i uneori se vars;obiectele uoare instabile se deplaseaz sau ser stoarn; tablourilei perdelele se mic; uiletrepideaz, se nchidi se deschid

VI provoac spaima

apar cr pturi n tencuiala slab i nzidrii din materiale slabe, f r mortar

VII provoac avariereacldirilor

stabilitatea oamenilor este dificil; se simte chiar n vehicule aflate n micare; mobila se crap;apar valuri pe suprafaa lacurilor, sun clopotelegrele; apar uoare alunecri i surpri la bancurilede nisipi pietri

se distrug zidriile f r mortar, apar cr pturi n zidrii cu mortar; cadetencuiala, cr mizile nefixate,iglele,corniele, parapeii, calcanele, obiecteleornamentale

VIII provoac avarii puternice

copacii se rup, vehiculele sunt greu de condus, semodific temperatura sau debitul izvoarelor orisondelor; apar cr pturi n terenuri umedei pe pante

apar avariii la construciile bineexecutate; cele slab construite sedrm par ial; courile de fum,monumentele nalte se r sucesc pesoclu, se pr buesc; construciile semic pe fundaii; ferestrele nefixate n perei sunt aruncate afar

IX provoac avarii foarteimportante

panic general; apar cr pturi n sol; n regiunialuvionarenete nisipi ml; apar izvoare noii cratere de nisip

zidriile slabe sunt distruse, cele cumortar sunt puternic avariate; apar avarii la fundaii, se rup conducte

X distrugtor

alunecri masive de teren; apa este aruncat pestemalurile rurilor, lacurilor, etc.;inele de caleferat sunt uor ndoite

majoritatea cldirilor din zidrie suntdistruse, la scheletele din beton armatzidria de umplutur este aruncat afar , iar capetele stlpilor suntmcinate, stlpii din oel se ndoaie;avarii serioase la taluzuri, diguri, baraje

XI catastrofal

traverselei inele de cale ferat sunt puternicncovoiate; conductele ngropate sunt scoase dinfolosin

surparea tuturor construciilor dinzidrie; avarii grave la construciile cuschelet din beton armati oel

XII

provoac modificareareliefului

se modific liniile de nivel ale reliefului;

deplasri i alunecri de maluri; rurile ischimb cursul; apar cderi de ap; obiectele de pe sol sunt aruncate n aer


14/18


13

1.7.2. Magnitudinea

Magnitudinea este o msur a energiei eliberate de un cutremur, fiind o valoare unic pentru un evenimentseismic, spre deosebire de intensitate, care are valori diferite funcie de distana fa de epicentrui condiiilelocale de amplasament. Magnitudinea se bazeaz pe msur tori instumentatei astfel nu prezint gradul desubiectivism pe care l are intensitatea seismic.O msur strict cantitativ a cutremurelor a fost introdus de Wadati n 1931 n Japoniai dezvoltat n 1935de Charles Richter n California, SUA. Richter a definitmagnitudinea local M L a unui cutremur ca fiindlogaritmul cu baza zece a amplitudinii maxime n microni (10-3 mm) A nregistrat cu un seismograf Wood-Anderson amplasat la o distan de 100 km de epicentru:

0log log LM A A= (1.1)

0log A este o valoare standard funcie de distan, pentru instrumente aflate la alte distane dect 100 km, dar nu mai departe de 600 km de epicentru. Relaia (1.1) implic creterea de zece ori a amplitudinii deplasrilor nregistrate de seismograf la creterea magnitudinii cu o unitate. Pentru aceeai cretere a magnitudinii cu ounitate, cantitatea de energie seismic eliberat de un cutremur crete de aproximativ 30 de ori.Scara de magnitudini locale (M L) a fost definit pentru cutremurele de suprafa din California de sud, fiind

valabil pentru distane epicentrale mai mici de 600 km. Ulterior au fost dezvoltate alte scri de magnitudini,descrise pe scurt n continuare.Magnitudinea undelor de suprafa (M s ). Undele de suprafa cu o perioad de aproximativ 20 secundedomin adeseori nregistr rile seismografice ale cutremurelor ndeprtate (distane epicentrale mai mari de2000 km). Pentru cuantificarea acestor cutremure, Guttenberg a definit scara de magnitudini a undelor dsuprafa, care msoar amplitudinea undelor de suprafa cu perioada de 20 secunde.Magnitudinea undelor de volum (m b ). Cutremurele de adncime sunt caracterizate de unde de suprafa nesemnificative. De aceea, pentru acest tip de cutremure, magnitudineamb se determin pe baza amplitudiniiundelor P, care nu sunt afectate de adncimea hipocentrului.Magnitudinea moment (M W ). MagnitudinileM L, mb i, ntr-o msur mai mic, M s ntmpin dificulti n

distingerea ntre cutremurele foarte puternice. Ca urmare a acestui fapt, a fost dezvoltat magnitudineamomentM W , care depinde de momentul seismicM 0, aflat n relaie direct cu dimensiunea sursei seismice:

( )0log /1.5 10.7W M M = (1.2)

undeM 0 este momentul seismic n dyn-cm.Fenomenul de saturaie se refer la subestimarea energiei cutremurelor puternicei este caracteristicmagnitudinilor M L, mb i ntr-o msur mai mic M s. Magnitudinea momentM W nu sufer de acestdezavantaji de aceea este preferat n prezent de seismologi.

1.8. nregistrarea micrii seismice

Un seismograf este un instrument care msoar micarea suprafeei terenului din cauza undelor generate deun cutremur de pmnt, funcie de timp. n Figura 1.17a este prezentat schematic principiul de funcionare aunui seismograf.Seismograma , reprezentnd nregistrarea efectuat cu ajutorul seismografului ofer informaii despre natura cutremurului de pmnt.


15/18


(a) (b)

Figura 1.17. Conceptul unui seismograf (a)i un accelerometru modern (b).


16/18


15

0 5 10 15 20 25 30 35 40

1

0

1

1.95

timp, s

a c c e l e r a

t i e ,

m / s

2

Vrancea, 04.03.1977, INCERC (B), NS

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0.6

0.4

0.2

0

0.2

0.71

timp, s

v i t e z a

, m

/ s


0 5 10 15 20 25 30 35 40

0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4 0.42

timp, s

d e p

l a s a r e

, m


Figura 1.18. nregistr ri pentru componentele nord-sud ale acceleraiei, vitezeii deplasrii efectuate la staiaINCERC-Bucureti n timpul cutremurului din 04 martie 1977 din Vrancea.

Conceptual, un seismograf este alctuit dintr-un pendul sau o mas ataat unui resort elastic. n timpul unuicutremur, rola de hrtie fixat de baza seismografului se mic odat cu terenul n timp ce pendulul mpreun cu stiloul ataat acestuia r mn mai mult sau mai puin n repaus, datorit for elor de iner ie, nregistrndmicarea seismic. Dup ncetarea micrii seismice pendulul va tinde s ajung n echilibru, efectundnregistr ri false ale micrii. De aceea este necesar un mecanism de amortizare.Instrumentele moderne de nregistrare a micrii seismice se numesc generic seismometre . Cele mai uzualeinstrumente suntaccelerometrele (Figura 1.17b), care nregistreaz digital acceleraia terenului, cea mai util n ingineria seismic. Un astfel de instrument are de obicei trei senzori: doi pentru nregistrareacomponentelor orizontale (nord-sudi est-vest),i un al treilea pentru componenta vertical a micriiseismice. Acceleraia este uzual exprimat n cm/s2, fie este raportat la acceleraia gravitaional

g =981 cm/s2. Valorile vitezeii cele ale deplasrii terenului n urma unei micri seismice se pot obineulterior prin integrarea acceleraiei. Cu titlu de exemplu, Figura 1.18 prezint nregistr ri pentrucomponentele nord-sud ale acceleraiei, vitezeii deplasrii efectuate la staia INCERC-Bucureti n timpulcutremurului din 04 martie 1977 din Vrancea. Valoarea maxim a acceleraiei nregistrate este uzual


17/18


denumit valoarea de vrf a accelera iei terenului . Pentru componenta nord-sud a micrii seismicemenionate anterior aceasta are o valoare absolut de 1.95 m/s2.

1.9. Seismicitatea RomnieiHazardul seismic din Romnia este datorat contribuiei a doi factori: (i) contribuia major a zonei seismicesubcrustale Vranceai (ii) alte contribuii provenind din zone seismogene de suprafa , distribuite pe ntregteritoriulrii, vezi Figura 1.19 (Lungu et al, 2003).

Figura 1.19. Epicentrele cutremurelor ce au avut loc n Romnia n perioada 984 1999(Lungu et al., 2003).

Zona seismogen Vrancea este situat la curbura Carpailor, avnd, conform datelor din acest secol, unvolum relativ redus: adncimea focarelor ntre 60i 170 kmi suprafaa epicentral de cca. 40x80 km2. SursaVrancea este capabil s produc mari distrugeri n peste 2/3 din teritoriul Romnieii n primul rnd nBucureti. Astfel, n urma cutremurului din 4 martie 1977 s-au nregistrat pagube de 1.4 Miliarde USDnumai n capital, din totalul de peste 2 miliarde USD n Romnia. Cutremurul vrncean cel mai puterniceste considerat a fi cel din 26 octombrie 1802, magnitudinea Gutenberg-Richter apreciat de diferii autori

pentru acest cutremur situndu-se ntre 7.5i 7.7. Cutremurul vrncean cu cea mai mare magnitudine dinacest secol a fost cel din 10 Noiembrie 1940 avnd magnitudinea Gutenberg-Richter M=7.4i adncimea de140-150 km. Cutremurul vrncean cu cele mai distrugtoare efecte asupra construciilor i primul cutremur puternic pentru care s-a obinut o accelerogram nregistrat n Romnia a fost cel din 4 Martie 1977:magnitudinea Gutenberg-Richter M=7.2, adncimea focarului h=109 km, distana epicentral fa deBucureti 105 km. n Bucureti acest cutremur a cauzat peste 1400 pierderi de viei omeneti i pr buirea a23 construcii nalte din beton armati a 6 cldiri multietajate din zidrie, realizate nainte de cel de al doilear zboi mondial, precumi a 3 cldiri nalte din beton armat construite n anii 60 - 70.


18/18


17

Figura 1.20. Poziionarea geografic a epicentrelor cutremurelor bnene n perioada 1794-2001 (Lungu etal, 2003).

Banatul este o regiune caracterizat de cutremure locale, de mic adncime (n jur de 10 km), ale cror focarese grupeaz n dou regiuni distincte. O regiune o constituie partea de SE a Banatului (Moldova Nou), iar oalta mprejurimile oraului Timioara (I. Atanasiu, "Cutremurele de pmnt din Romnia", 1959).Magnitudinea cutremurelor bnene din ultimii 200 de ani nu a dep it valori de 5.6-5.8. Cu toate c aceastaeste relativ redus, datorit adncimii mici a focarului, cutremurele bnene au fost deseori caracterizate deintensiti epicentrale ridicate, provocnd pagube nsemnate n zone restrnse din apropierea epicentruluiDeseori cutremurele locale din Banat se produc n serii, pe durata a cteva luni. Cel mai puternic cutremu bnean din sursa Moldova Nou n secolul XX a fost cutremurul din 18 Iulie 1991, M=5.6, h = 12 km, iar din sursa Timioara a fost cutremurul din 12 Iulie 1991, M =5.7, h = 11 km.

Documents

curs01_dsis Dinamica structurilor şi inginerie seismică