EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA …digilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/simionadrian.pdf · 2014. 10. 1. · Anexa 1 Foaie de calcul a caracteristicilor termodinamice

EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE

1

CUPRINS

pag.

Capitolul 1 INTRODUCERE

1.1. Importanţa subiectului 7

1.2. Actualitatea subiectului 7

1.3. Obiectivele tezei de doctorat 8

1.4. Conţinutul tezei de doctorat 8

Capitolul 2 STADIUL CUNOAŞTERII

2.1. Fiabilitatea sistemelor 10

2.1.1. Noţiunea de fiabilitate 10

2.1.2. Cauzele avariilor sau erorilor 10

2.1.3. Funcţii de calcul 11

2.1.4. Fiabilitatea individuală 12

2.1.5. Sisteme cu legături în serie 14

2.1.6. Sisteme cu legături în paralel 15

2.1.7. Sisteme cu legături mixte 16

2.2. Necesitatea demolărilor 17

2.2.1. Consideraţii generale 17

2.2.2. Degradări şi avarii structurale 17

2.2.2.1. Degradǎri structurale 17

2.2.2.2. Avarii structurale 18

2.2.3. Eliberări de spaţii 20

2.2.4. Modernizări 21

2.3. Demolarea construcţiilor prin implozii controlate 24

2.3.1. Problematica abordatǎ 24

2.3.2. Scopul demolării 25

2.3.3. Materiale 26

2.3.4. Mijloace şi tehnici de iniţiere a încărcăturilor explozive 30

2.3.5. Tehnologii avansate de iniţiere a explozivilor 32

2.3.5.1. Tehnologia tip “NONEL” 32

2.3.5.2. Tehnologia “Slapper” 35

2.3.5.3. Tehnologia cu “Tub de gaz” 35

2.3.5.4. Tehnologia cu “Detonator electronic codat” 36

2.3.5.5. Tehnologia cu “Fitil detonant” 36

2.3.6. Scheme de utilizare 37

2.3.7. Tehnici utilizate pentru demolarea 40

prin explozii a construcţiilor

2.3.8. Metoda inspectării cu raze X folosită în sprijinul 42

demolării construcţiilor prin explozii 2.4. Dimensionarea parametrilor de puşcare la demolarea construcţiilor 42

2.4.1. Generalităţi 42

2.4.2. Demolarea construcţiilor din zidǎrie 44

2.4.3. Demolarea construcţiilor din beton şi beton armat 47

2.4.4. Demolarea construcţiilor metalice 53

2.4.5. Demolarea construcţiilor mixte 54

2.4.6. Demolarea construcţiilor speciale 60

2.4.7. Demolarea bolţilor 64

TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION

2

2.4.8. Intervenţii asupra infrastructurilor 65

2.4.9. Demolarea podurilor şi suporţilor de pod 68

2.5. Încheiere 68

Capitolul 3 CRITICA STADIULUI CUNOAŞTERII 3.1. Conceptul fiabilităţii globale a construcţiilor 69

3.1.1. Introducere 69

3.1.2. Exigenţele esenţiale impuse construcţiilor 69

3.1.3. Cerinţa de fiabilitate structurală a construcţiilor 69

3.1.4. Caracterul probabil al conceptului de fiabilitate structurală 71

3.1.5. Încheiere 71

3.2. Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate 72


3.2.2. Iniţierea fiabilă a încărcăturilor explozive 72


3.3. Acţiuni transmise construcţiilor 73


3.3.2. Efectele acţiunilor asupra construcţiilor 74

3.3.3. Clasificarea factorilor ce acţionează asupra construcţiilor 74


3.4. Evaluarea efectelor manifesate la demolarea 76

construcţiilor prin implozii controlate


3.4.2. Mecanismul de producere a efectelor exploziei 76

3.4.3. Monitorizarea efectelor demolărilor prin implozii controlate 76


3.5. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate 77


3.5.2. Măsuri de atenuare a efectelor exploziei 77


3.6. Mişcări seismice ale pământului datorate exploziilor 78


3.6.2. Influenţa terenului asupra mişcării 79

seismice provocate de explozii

3.6.3. Modelarea fizico-matematică a exploziei în scopul 79

optimizării efectului seismic indus de explozie


Capitolul 4 FENOMENE GENERATE DE UNDELE DE ŞOC

4.1. Introducere 80

4.2. Noţiuni de unde de şoc. Relaţii analitice 80

4.2.1. Unde sonore 80

4.2.2. Evoluţia profilului unui tren de unde sonore 82

4.2.3. Formarea undei de şoc 83

4.2.4. Proprietăţile generale ale undei de şoc 85

4.2.5. Structura undei de şoc 85

4.2.6. Relaţii analitice în teoria undei de şoc 86

4.2.6.1. Ecuaţiile de conservare ale masei, 86

cantităţii de mişcare şi energiei


3

4.2.6.2. Relaţii derivate 89

4.3. Curbe caracteristice. Proprietăţile generale ale adiabaticii 90

dinamice şi polarei de şoc ale diferitelor medii 4.3.1. Curbe caracteristice 90

4.3.2. Viteza undelor de şoc 91

4.3.3. Polara de şoc 92

4.4. Generarea şi transmiterea undelor de şoc 93

4.4.1. Undele de şoc induse la detonaţia încărcăturii explozive 93

4.4.2. Transmisia frontală a şocului. Determinarea 94

teoretică a caracteristicilor şocurilor

4.4.2.1. Noţiunea de impedanţă. Impedanţa acustică. Impedanţa de şoc 94

4.4.2.2. Transmiterea unei unde de şoc dintr-un 94

mediu A într-un mediu adiacent B

4.4.2.3. Propagarea undelor de şoc şi de destindere 96

în materialele de construcţie

4.4.2.4. Distrugerea materialelor de construcţie 97

sub acţiunea detonaţiei

4.5. Uunda de şoc şi unda de combustie. Unda de detonaţie 98


4.5.2. Modelul Chapman – Jouguet 99

4.5.3. Proprietăţi geometrice remarcabile ale curbei Crussard 101

4.5.4. Studiul punctului Chapman – Jouguet 102

4.5.5. Caracteristicile undei Chapman – Jouguet 103

4.5.6. Determinarea caracteristicilor de detonaţie 105

4.5.6.1. Calculul termodinamic al explozivilor 105

4.5.6.2. Metoda Kamlet - Jacobs 106

Capitolul 5 ACŢIUNI DIN EXPLOZII TRANSMISE CONSTRUCŢIILOR

5.1. Construcţii. Definiţie. Clasificare 108

5.2. Acţiuni. Definiţie. Clasificare 109

5. 3. Efectul acţiunilor variabile în timp 111

5.4. Acţiunea distructivă a exploziilor asupra construcţiilor 114


5.4.2. Acţiunea distructivă a exploziei 114

asupra materialelor de construcţie

5.4.3. Influenţa caracteristicilor elementelor de construcţie 118

asupra acţiunii distructive a exploziei

5.4.4. Influenţa caracteristicilor încărcăturilor explozive 118

la distrugerea betonului armat

5.4.5. Metode de amplificare a acţiunii distructive 119

a exploziei în gaura de mină

5.5. Răspunsul seismic al construcţiilor la acţiuni din explozii 120

5.6. Comportarea construcţiilor la acţiunile seismice ale exploziilor 124

Capitolul 6 MIŞCĂRI ALE PĂMÂNTULUI DATORATE EXPLOZIILOR 6.1. Introducere 128

6.2. Măsurarea mişcărilor pământului generate de explozii 128

6.3. Analiza comparativă a mişcărilor pământului generate 129

de explozii şi cutremure


4

6.4. Efectele dăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii 131

6.5. Efectele nedăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii 133

6.6. Evaluarea mişcărilor pământului generate de explozii 136

6.6.1. Tipuri de deteriorări. Criterii de deteriorare 137

6.6.2. Evaluarea cantitativă a mişcărilor pământului 138

6.6.2.1. Evaluarea efectului seismic prin 138

mărimea deplasării particulei


mărimea vitezei particulei


frecvenţa oscilaţiei particulei


mărimea acceleraţiei particulei

6.6.2.5. Alte criterii de evaluare a efectului seismic 142

6.7. Influenţa geologică şi pedologică locală, asupra 144

mişcărilor pământului generate de explozii

6.8. Caracterul probabil al mişcărilor pământului 145

6.9. Încheiere 145

Capitolul 7 FIABILITATEA GLOBALǍ A CONSTRUCŢIILOR

7.1. Siguranţa construcţiilor 146


7.1.2. Conceptul de siguranţă a construcţiilor 149

7.1.3. Concepţii şi tehnici de calcul a siguranţei construcţiilor 149

7.2. Noţiunea de calitate 155


7.2.2. Conceptul de calitate 155

7.2.3. Componentele calităţii 156

7.2.4. Standardele calităţii Acceptare şi aria de răspândire 156

7.3. Noţiunea de fiabilitate 157

7.3.1. Definiţie. Conceptul şi categorii de fiabilitate 157

7.3.2. Obiectele teoriei fiabilităţii 158

7.3.3. Fiabilitatea fizică 158

7.3.3.1. Mecanismul general al defectărilor 158

7.3.3.2. Interacţiunea sarcină – rezistenţă 159

7.3.3.3. Tipuri de defecţiuni 160

7.3.4. Fiabilitatea statistică. Indicatori de fiabilitate 161

7.4. Scheme de fiabilitate a sistemelor 161

7.5. Durabilitatea structurală 162

7.6. Conceptul de fiabilitate structurală 163


7.6.2. Concepţia actuală de fiabilitate structurală 163

7.6.3. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β 166

7.6.4. Evaluarea fiabilităţii structurale 166

7.6.5. Metode de calcul a fiabilităţii structurale 169

Capitolul 8 FIABILITATEA DEMOLĂRILOR PRIN

IMPLOZII CONTROLATE

8.1. Consideraţii generale 175


5

8.2. Fiabilitatea sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive 176

8.2.1. Calculul fiabilist al schemelor de legături ale capselor 176

detonante din compunerea sistemelor de iniţiere

8.3. Tehnici de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, prin 182

configuraţia legăturilor între elementele componente 8.3.1. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate 183

din capse detonante legate în serie, fără redundanţă

8.3.2. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate 187

din capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală

8.3.3. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste, formate 194

dintr-o capsă detonantă cu mai multe redundanţe

8.4. Analiza comparativă a rezultatelor obţinute 201

în urma efectuării calculelor de fiabilitate

8.5. Credibilitatea matematică a calculelor de fiabilitate 203

Capitolul 9 STUDII DE CAZ

STUDIU DE CAZ nr. 1 9.1. Simularea demolării prin explozii controlate 204

9.1.1. Caracteristicile obiectivului de simulat şi a 204

amplasamentului acestuia

9.1.2. Prezentarea Metodei Elementului Aplicat 206

9.1.3. Metoda Elementului Aplicat implementată 206

în programul Extrem Load Structures

9.1.4. Modelul de material pentru beton şi armătură 209

9.1.5. Realizarea modelului geometric al structurii 209

9.1.6. Introducerea scenariului de demolare 211

9.1.7. Verificarea şi interpretarea rezultatelor 211

STUDIU DE CAZ nr. 2 9.2. Evaluarea efectelor care se manifestă asupra construcţiilor 213

situate în vecinătatea demolărilor prin explozii controlate

9.2.1. Caracteristicile obiectivului de protejat 213

9.2.2. Efectele manifestate la demolarea prin explozii 215

controlate asupra mediului înconjurător

9.2.3. Evaluarea efectului undei de şoc aeriene 215

9.2.4. Evaluarea efectului seismic 216

9.2.4.1. Evaluarea efectului seismic indus de 217

exploziile din elementele de construcţie

9.2.4.2. Evaluarea efectului seismic 217

indus la prăbuşirea construcţiei

9.2.5. Evaluarea efectului fragmentelor aruncate 218

9.2.6. Evaluarea efectului poluării mediului înconjurător 219

STUDIU DE CAZ nr. 3

9.3. Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor 220


9.3.2. Prezentarea instrumentului GeoSIG GBV - 316 220

9.3.3. Amplasarea şi operarea cu instrumentul GBV - 316 222

9.3.4. Modul de operare al instrumentului GBV - 316 222


6

9.3.5. Înregistrări 225

9.3.6. Prelucrarea şi interpretarea înregistrărilor 230

9.3.7. Analiza înregistrărilor 231

9.3.8. Interpretarea rezultatelor 232

STUDIU DE CAZ nr. 4

9.4. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate 233

9.4.1 Introducere 233

9.4.2. Studiul teoretic al atenuării efectelor 234

exploziilor cu ecrane triplustratificate

9.4.3. Studiul experimental al atenuării efectelor 238

exploziilor cu ecrane triplustratificate

9.4.4. Interpretarea efectelor obţinute în 241

urma producerii exploziei

9.4.5. Interpretarea înregistrărilor efectuate în 242

timpul exploziei. Validarea simulării


Capitolul 10 CONCLUZIE 10.1. Îndeplinirea obiectivelor tezei 245

10.2. Contribuţiile autorului 245

10.3. Valoarea aplicativă a tezei 246

ANEXE LA TEZA DE DOCTORAT 247

Anexa 1 Foaie de calcul a caracteristicilor termodinamice 248

şi de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO

Anexa 2 Plan de dispunere a obiectivului OD 12 la scara 1:500 259

Anexa 3 Construcţiile aflate în imediata vecinătate a OD 12 259

Anexa 4 Obiective asupra cărora se pot manifesta 260

efecte nedorite în urma demolării OD 12

Anexa 5 Lucrări efectuate pentru demolarea OD 12 260 Anexa 6 Lucrări pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 260

Anexa 7 Lucrări de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12 261

Anexa 8 Activităţi ce se execută la demolarea controlată 261

prin puşcare a OD 12

Anexa 9 Mod de acţiune în caz de rateu 262

Anexa 10 Parametri de puşcare ai OD 12 262

Anexa 11 Realizarea treptelor de întârziere pentru OD 12 263

Anexa 12 Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 264

Anexa 13 Plan de situaţie a obiectivelor de demolat 264

din fosta Fabrică de Pâine “Titan” Bucureşti

Anexa 14 Măsuri organizatorice şi de siguranţă la demolarea OD 12 265

BIBLIOGRAFIE 267

PRESCRIPŢII OFICIALE DE REFERINŢĂ 272

GLOSAR DE TERMENI 273

LISTA SIMBOLURILOR ŞI UNITĂŢILOR DE MĂSURĂ 280


7

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

1.1. Importanţa subiectului

Construcţiile sunt destinate să asigure oamenilor condiţiile necesare pentru desfăşurarea activităţii

lor materiale şi spirituale. Dezvoltarea unei societăţi din punct de vedere economic şi social, se reflectă şi

asupra nivelului tehnic al construcţiilor [81].

Construcţiile de-a lungul existenţei lor, sunt supuse acţiunilor mediului în care sunt amplasate.

În raport cu amplasarea într-un teritoriu şi în funcţie de specificul acestuia, acţiunile asupra

construcţiilor pot fi diferite ca tip şi intensitate. Construcţiile sunt alcătuite astfel încât să fie într-o

anumită măsură capabile să reziste la aceste solicitări. Totuşi în mod inevitabil, acţiunile îşi pun pe

parcursul timpului amprenta asupra capabilităţii construcţiilor de a-şi mai îndeplini cerinţele pentru care

au fost concepute [35].

Astfel, construcţiile devin din ce în ce mai vulnerabile şi nesigure la acţiuni şi mai ales la cele

seismice. Din aceste cauze, pentru evitarea pierderilor umane şi materiale, se impune evaluarea

construcţiilor vechi, pentru ca ulterior, să se intervină asupra acestora prin diferite metode de intervenţie.

Demolarea reprezintă un exemplu de metodă de intervenţie asupra construcţiilor. Explozia şi

modernizarea urbanistică din ultimii ani, au constituit în general premisa demolării construcţiilor vechi

din ţara noastră. Se demolează parţial sau în întregime diferite tipuri de construcţii iar în unele cazuri se

distrug numai anumite elemente din structura acestora.

Dintre metodele de demolare a construcţiilor, datoritǎ consumului redus de timp, forţǎ de muncǎ şi

cheltuieli, demolarea prin explozii este cea mai competitivǎ metodă de demolare deoarece asigură în

principal un grad ridicat de securitate într-un timp scurt şi la un cost scăzut. Introducerea tehnicii

demolării prin explozii în domeniul construcţiilor a devenit în ultimul timp tot mai des aplicatǎ, dar şi mai

complicatǎ. Desimea construcţiilor, menţinerea în funcţiune a procesului de producţie, permiterea

deschiderii circulaţiei imediat dupǎ demolare şi protejarea seismicǎ a obiectivelor învecinate, sunt doar

câteva exemple de probleme şi situaţii care trebuie rezolvate în domeniul demolării construcţiilor cu

explozivi [89].

Prin urmare, în funcţie de necesităţi şi cu ajutorul aportului tehnologic modern, metodele de

demolare cu ajutorul explozivilor au evoluat. Astfel s-a ajuns la performanţa de a se executa demolarea

construcţiilor prin explozii controlate pe locurile lor de amplasament. Această metodă de prăbuşire a unei

construcţii pe locul de amplasament se numeşte generic demolare prin implozie iar pentru a se evidenţia

faptul că exploziile nu sunt arbitrare, ci au loc după un concept foarte riguros, s-a denumit demolare prin

implozie controlată [91].

În România, protejarea vieţii oamenilor la acţiunile seismice, constituie principala motivaţie a

demolării construcţiilor cu perioada de folosinţă expirată sau a construcţiilor avariate şi degradate pentru

a căror consolidare sau reabilitare, cheltuielile nu se justifică [91].

Importanţa acestei conexiuni de a demola în siguranţă construcţiile la un cost cât mai redus,

pentru a nu pune în pericol viaţa oamenilor care locuiesc în ele, impune o nouă abordare a conceptului de

demolare prin implozii a construcţiilor, sub aspectele economic şi probabilistic. Această abordare stă la

baza alegerii titlului acestei teze, care introduce un concept inovativ, astfel încât, prin evaluarea fiabilistă

a construcţiilor, demolarea prin implozie să devină controlabilă.

1.2. Actualitatea subiectului

Materialul acestei lucrări este de actualitate permanentă, deoarece în România se preferă

intervenţiile de consolidare şi reparare a construcţiilor degradate, în schimbul demolării lor. Totuşi în

ultima perioadă de timp, costurile însemnate ale acestor intervenţii, au condus la o regândire a executării

activităţilor de mentenanţă şi de reabilitare a construcţiilor, luându-se tot mai des în considerare varianta

demolării parţiale sau totale a construcţiilor în cauză.


8

În anumite situaţii, demolarea acestor construcţii a fost posibilă numai prin aplicarea unor metode

noi de demolare controlată cu ajutorul explozivilor [89].

Dintre aceste metode, cea a ,,imploziei controlate” este considerată a fi cea mai inovativă,

economică şi eficientă în demolarea anumitor tipuri de construcţii, pentru care folosirea altor procedee de

demolare ar fi sortite eşecului.

Determinatele majore ale demolării prin implozie controlată, sunt de natură economică, ecologică

şi socială. Acest proces de intervenţie asupra construcţiilor, trebuie înţeles şi implementat corespunzător,

cu ajutorul unei concepţii de calcul probabilist folosită în detrimentul celei de tip determinist, astfel încât

construcţiile să corespundă în permanenţă exigenţelor de performanţă stabilite de Organizaţia

Internaţională pentru Standardizare.

1.3. Obiectivele tezei de doctorat

Propunerea acestei teze de doctorat, este de a introduce prin intermediul calculului probabilist de

fiabilitate, a conceptului de control al demolării construcţiilor prin implozii, în siguranţă şi la costuri cât

mai reduse.

În acest scop, prezint o listă de obiective menite să dea o interpretare concretă şi aplicativă acestui

concept probabilist. Pe baza celor menţionate, lucrarea este orientată pe următoarele direcţii:

1 - Conceptul demolării construcţiilor prin implozii controlate;

2 - Studiul comparativ între exploziile provocate şi cutremurele de pământ;

3 - Acţiunea exploziei asupra componentelor structurale;

4 - Simularea demolării prin explozii controlate;

5 - Evaluarea efectelor care se manifestă asupra construcţiilor situate în vecinătatea demolărilor

prin explozii controlate;

6 - Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate;

7 - Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor;

8 - Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate.

1.4. Conţinutul tezei de doctorat

Teza de doctorat este structurată pe 10 capitole şi abordează următoarele aspecte:

Capitolul 1 - Introducere – prezintă consideraţii cu caracter general ale autorului

referitoare la importanţa şi actualitatea subiectului, precum şi la tematica abordată în

conţinutul lucrării;

Capitolul 2 - Stadiul cunoaşterii – în acest capitol sunt descrise sintetizat noţiunile de

fiabilitate a sistemelor şi implozia controlată a construcţiilor, este evidenţiată necesitatea

demolărilor şi sunt descrise tehnicile, metodele şi materialele care se folosesc la demolarea

construcţiilor;

Capitolul 3 - Critica stadiului cunoaşterii – cuprinde referiri la deficienţele şi lacunele

existente în România, din punct de vedere al evaluării fiabiliste a construcţiilor în vederea

demolării prin implozii controlate;


9

Capitolul 4 – Fenomene generate de undele de şoc - sunt prezentate rezultatele studiilor

teoretice de actualitate în domeniul detonicii şi este abordată conceptual problematica

interacţiunii exploziei cu materialele de construcţie;

Capitolul 5 - Acţiuni din explozii transmise construcţiilor – capitolul înfăţişează atât

noţiuni generale despre construcţii şi acţiuni în construcţii, cât şi o sinteză cu caracter

aplicativ referitoare la acţiunea exploziei asupra componentelor structurale;

Capitolul 6 - Mişcări ale pământului datorate exploziilor – este consacrat studiului

oscilaţiilor pământului generate de explozii şi caracterului asemănător al acestora cu

oscilaţiile pământului produse de cutremure;

Capitolul 7 - Fiabilitatea globală a construcţiilor - pune în evidenţă tendinţele moderne

folosite la calculul siguranţei construcţiilor în conformitate cu noua viziune asupra calităţii

europene;

Capitolul 8 – Fiabilitatea demolărilor prin implozii controlate – prezintă un concept de

calcul neliniar fiabilistic al sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la

demolarea construcţiilor şi metode comparative de control a fiabilităţii acestor sisteme;

Capitolul 9 – Studii de caz – se referă la cercetări cu privire la: simularea demolării unei

construcţii prin Metoda Elementului Aplicat şi validarea acestei simulări prin demolarea

efectivă a construcţiei; evaluarea efectelor care se manifestă asupra clădirilor situate în

vecinătatea demolărilor prin explozii controlate; studiul acţiunii seismice generată de

demolările prin explozii controlate; simularea şi testarea ecranelor triplustratificate în

vederea atenuării efectelor distructive ale exploziilor, asupra mediului înconjurător;

Capitolul 10 – Concluzie – reprezintă un punct de vedere al autorului privind îndeplinirea

obiectivelor propuse, contribuţiile personale desprinse în urma efectuării studiilor teoretice

şi a cercetărilor experimentale, precum şi valoarea aplicativă a tezei.

Teza mai conţine: 14 anexe ce cuprind o foaie de calcul - efectuată cu un program de calcul

elaborat în MathCAD - a caracteristicilor termodinamice şi de detonaţie ale dinamitei folosită la

demolarea construcţiei industriale Curăţătorie din fosta Fabrică de pâine „Titan” Bucureşti, precum şi

tehnologia de demolare prin explozii controlate a acestei structuri; o bibliografie cu 123 de titluri; 14

normative şi instrucţiuni; 9 adrese de internet; 22 de standarde şi coduri; un glosar cu 139 termeni; lista

simbolurilor cu unităţile de măsură utilizate, precum şi rezumatele în limbile engleză şi franceză ale

lucrării.


10

CAPITOLUL 2

STADIUL CUNOAŞTERII

2.1. Fiabilitatea sistemelor

2.1.1. Noţiunea de fiabilitate În vorbirea curentă fiabilitate înseamnă încredere. Termenul de fiabilitate, este un neologism care

provine din limba franceză de la adjectivul “fiable” care înseamnă “demn de încredere”.

Literatura anglo-saxonă, utilizează termenul "reliability” derivat din verbul “to rely” care

înseamnă “a se încrede în cineva sau ceva”. În limbile rusă (nadenjnosti) şi germană (zuverlässigkeit),

termenii au înţelesul de siguranţă.

Matematic, fiabilitatea reprezintă probabilitatea ca într-un interval de timp dat să nu se producă

avarii sau defecţiuni care să influenţeze funcţionarea normală a unui sistem [104].

Rezultă [104]:

o Fiabilitatea nu e certitudine, ci probabilitate şi se exprimă prin funcţii adimensionale;

o Calculul fiabilităţii implică mulţimi de evenimente şi precizia calculului este mai bun,

cu cât numărul evenimentelor este mai mare;

o Procesele care intervin în calcule sunt discrete sau continue;

o Spre deosebire de probabilitate, elementele care intră în calculul de fiabilitate sunt

aleatoare, variabile;

o Prin fiabilitate se înţelege şi siguranţă în funcţionare sau siguranţă a calculelor.

Există două concepţii de calcul [104]:

1. SAFE-LIFE – durabilitate garantată;

2. FAIL-SAFE – distrugere controlată.

Metodele de calcul fiabilist se bazează pe interdependenţa următoarelor discipline [104]:

o Teoria mulţimilor;

o Teoria probabilităţilor;

o Statistica matematică;

o Logica matematică.

2.1.2. Cauzele avariilor sau erorilor

I. Prostia [104].

o Are o paletă nemărginită de manifestare;

o Nu ascultă de nici o lege;

o Intervine preponderent în faza iniţială a funcţionării unui sistem şi e factor previzibil;

o Se elimină prin verificări la toate nivelurile: proiectare, fabricaţie, întreţinere şi

exploatare;

o Denumirea convenţională: erori de tinereţe.

II. Întâmplarea [104].

o Reprezintă un factor imprevizibil însă decisiv pentru buna funcţionare;

o Ascultă de legile întâmplării:

a) Ceva şi ceva şi ceva – produsul probabilităţilor individuale;

b) Ceva sau ceva sau ceva – suma probabilităţilor individuale;

c) Precizia sau valabilitatea creşte odată cu numărul evenimentelor ce au loc.

III. Oboseala sau uzura [104].

o Reprezintă un factor previzibil;

o Apare în faza finală a funcţionării unui sistem;

o Nu ascultă de anumite legi şi se poate elimina;

o Denumire convenţională: erori de bătrâneţe.


11

2.1.3. Funcţii de calcul

Se notează următoarele evenimente [71], [104]:

- numărul total de evenimente;

- numărul evenimentelor corecte sau de supravieţuire;

- numărul evenimentelor greşite sau cu defecţiuni.

Între aceste funcţii există relaţia

(2.1)

Se defineşte funcţia de fiabilitate ca fiind raportul

(2.2)

iar

(2.3)

reprezintă funcţia de defiabilitate sau de distribuţie a probabilităţii de avarie. Între cele două funcţii există

relaţia

(2.4)

Densitatea avariilor este definită prin funcţia

δ t

(2.5)

δ t δ t

a) Legea normală Gauss b) Legea exponenţială Poisson

Figura 2.1. Funcţii de densitate [104]

Numărul de avarii ce se produc în unitatea de timp sunt descrise prin funcţia de risc [71]

(2.6)

t t 0


12

Figura 2.2. Funcţia de risc [47]

Inversul funcţiei de risc

(M.T.B.F) (2.7)

reprezintă durata medie de funcţionare între două avarii consecutive.

De exemplu

re - o probabilitate de avarie rezonabilă;

re - o probabilitate de avarie mică;

re - o probabilitate de avarie extrem de mică.

2.1.4. Fiabilitatea individuală

Se ia în considerare funcţia de risc definită prin [47]

(2.8)

Înlocuindu-se densitatea avariilor δ t definită prin funcţia 2.5, rezultă ecuaţia diferenţială

(2.9)

Se integrează ecuaţia şi se obţine

(2.10)

(2.11)

Ptr. cazul particular important în practică, atunci când expresia fiabilităţii individuale este

t

1 2 3

Serviciu

Tinereţe Bătrâneţe


13

(2.12)

iar durata medie între două avarii consecutive are expresia

(2.13)

Ptr. funcţionare scurtă, atunci când t , din dezvoltarea în serie Taylor a funcţiei (2.12) rezultă

(2.14)

Se reţin numai primii doi termeni şi fiabilitatea devine

(2.15)

iar defiabilitatea

(2.16)

a) b)

Figura 2.3. Funcţia de fiabilitate [104]

De exemplu, pentru o oră

;

99;

999.

Fiabilitatea poate fi refăcută (regenerată) prin mijloace automate sau umane [120].

t t

F(t) F(t)

0 0

1 1


14

Figura 2.4. Refacerea fiabilităţii [104]

2.1.5. Sisteme cu legături în serie

Figura 2.5. Legături în serie [104]

Ceva şi ceva şi ceva: reprezintă produsul fiabilităţilor individuale [104].

(2.17)

(2.18)

În situaţia în care

(2.19)

rezultă

(2.20)

Dacă t , din dezvoltarea în serie Taylor rezultă

(2.21)

(2.22)

t

F(t)

1

0

Nivel

minim

admis

1 2


15

În general

(2.23)

(2.24)

(2.25)

(2.26)

2.1.6. Sisteme cu legături în paralel

Figura 2.6. Legături în paralel [104]

Ceva sau ceva sau ceva: reprezintă produsul defiabilităţilor individuale [104].

(2.27)

1- (2.28)

(2.29)

(2.30)

(2.31)

(2.32)

Dacă t

(2.33)

În general

1

2


16

(2.34)

(2.35)

Observaţii:

1. ;

2. ;

3. nu creşte atât de repede faţă de , precum în comparaţie cu .

Exemplu:

λ ;

2.1.7. Sisteme cu legături mixte

Figura 2.7. Legături mixte [104]

(2.36)

(2.37)

(2.38)

Rezultă

(2.39)

1

2

3


17

2.2. Necesitatea demolărilor

2.2.1. Consideraţii generale

Remodelarea urbană este un proces permanent în viaţa unui oraş. Mărturia avantajelor ce rezultă

din acest proces, stă în arhitectura modernă a multor metropole ale lumii. Acestea au cunoscut atât o

eficientizare cât şi o dezvoltare modernă, prin eliminarea structurilor inutile sau învechite. O parte din

construcţiile din România, au depǎşit sau vor depǎşi în perioada urmǎtoare, durata de exploatare

prevǎzutǎ. Clădirile care şi-au depăşit vârsta de utilitate, sunt atât clădiri destinate activităţilor economice

cât şi clădiri pentru locuinţe. Ele constituie un pericol social şi se impune stabilirea unei strategii de

înlocuire sau reabilitare a acestor construcţii. În cazul înlocuirii, o posibilǎ cale de rezolvare o constituie

demolarea structurilor în cauză [91].

Pentru demolare, este necesarǎ aplicarea unei metode performante care sǎ permitǎ obţinerea

rezultatelor cât mai rapid, sigur şi la un cost cât mai scǎzut [91].

Una din metodele care rǎspunde într-un grad ridicat acestor cerinţe, este demolarea prin implozie

controlată a construcţiilor cu ajutorul explozivilor.

Pe plan mondial, tendinţa punerii în practicǎ a tehnicii de demolare prin implozii controlate a

construcţiilor cu ajutorul explozivilor, constă în a obţine rezultatele dorite prin aplicarea soluţiilor optime

din punct de vedere constructiv şi economic, fǎrǎ a afecta desfǎşurarea activitǎţilor, în condiţii de

siguranţǎ atât pentru personalul angrenat, cât şi pentru mediul înconjurǎtor [89].

Pentru realizarea acestor deziderate un rol important le revine proiectanţilor pe timpul întocmirii

documentaţiilor de execuţie a lucrǎrilor de demolare prin implozii controlate. În aceastǎ fazǎ, aceştia

trebuie să afle răspunsul la întrebǎrile: „În ce fel se vor comporta elementele de construcţie sub acţiunea

exploziei?” şi „Care sunt efectele ce se vor manifesta asupra mediului înconjurǎtor?” [89].

În ţara noastră, până de curând, demolările masive s-au făcut în zonele industriale din afara

oraşelor mari. În ultimii ani, accentul se pune tot mai mult pe demolarea clădirilor industriale din

interiorul oraşelor, în scopul refolosirii terenurilor pentru construcţii noi. Pentru executarea acestor

demolări, în siguranţă şi la costuri cât mai reduse, proiectanţii lucrărilor de demolare prin implozii

controlate, apelează înaintea demolării propriu-zise a structurilor, la studii teoretice de verificare a

demolărilor pe modele ce permit apropierea de condiţiile reale, întâlnite în practicǎ. Astfel, se pot verifica

într-un timp scurt, un numǎr mare de soluţii de proiectare a reţelelor de iniţiere a exploziilor, în scopul

identificării sistemului de iniţiere cu cel mai bun raport cost/capacitate probabilă de iniţiere.

2.2.2. Degradǎri şi avarii structurale

2.2.2.1. Degradǎri structurale

Un aspect important în luarea deciziei de demolare a unei construcţii, îl constituie degradările pe

care le-a suferit construcţia de-a lungul perioadei ei de existenţă. Degradările unei construcţii nu trebuie

constatate numai pe cale vizuală, deoarece atunci când sunt uşor vizibile, ele se află deja într-o fază prea

înaintată. Noua concepţie în studiul degradărilor, impune inspecţia şi evaluarea tehnică a degradărilor cu

ajutorul metodelor şi tehnicilor experimentale specifice. De la caz la caz, se indică să se folosească

metodele experimentale mecanice şi fizico-chimice, nedistructive, semidistructive sau distructive, care au

ca rezultat stabilirea amplasării degradărilor şi a nivelului de deteriorare [82].

Relativ recent, s-au introdus la nivel european conceptele „proiectare pentru durabilitate" şi

„proiectarea întreţinerii". Strategia de bază a primului concept, constă în „monitorizarea" construcţiilor de

o asemenea manieră, astfel încât durata lor de exploatare să fie păstrată cât mai mare în raport cu costul

întreţinerii. Al doilea concept, prevede ca prin proiectare, să se asigure accesul la orice zonă a construcţiei

care să poată fi inspectată, evaluată şi eventual remediată [26].

Datorită acestor două concepte, se schimbă mentalitatea proiectanţilor, executanţilor şi

utilizatorilor construcţiilor, precum şi răspunderea lor faţă de degradările care vor apare [82].

Astfel, referitor la expertizarea construcţiilor existente, iese în evidenţă rolul determinant al

nivelului de cultură tehnică al expertului, care trebuie să fie conştient în primul rând de limitele sale şi să


18

apeleze la specialiştii necesari, pentru problemele complexe care apar. Expertul este dator în acelaşi timp,

să solicite şi determinările experimentale in situ şi în laborator, care să confirme valabilitatea constatărilor

şi ipotezelor efectuate în procesul de expertizare. De exemplu, în cazul în care expertul are în analiză o

construcţie degradată din beton armat, va trebui să apeleze la specialişti în coroziune, chimie, fizică,

materiale de construcţii ş.a.m.d. În ceea ce priveşte depistarea unor degradări sau defecte, pot apare unele

situaţii extrem de dificile (condiţii periculoase), care constau în urcarea la mari înălţimi sau coborârea în

subsoluri a specialiştilor care analizează construcţia. Din aceste considerente, se impune în cazul

construcţiilor existente pentru care nu au existat un proiect şi o concepţie de facilitare a inspecţiei şi a

întreţinerii, să se elaboreze distinct documentaţia tehnică necesară executării acestor operaţiuni [116].

2.2.2.2. Avarii structurale

Demolarea prin implozie a structurilor din zidǎrie, beton şi beton armat, necesitǎ în prealabil o

analizǎ amǎnunţitǎ a avariilor şi a cauzelor acestora, precum şi a comportǎrii construcţiei în ansamblu.

Cele mai importante avarii structurale din România, care au ca efect compromiterea siguranţei

construcţiilor şi scoaterea din uz a acestora, sunt produse de mişcǎrile seismice [15].

În timpul unui cutremur, pǎmântul este acţionat de mişcǎri ondulatorii în plan vertical şi orizontal.

Mişcǎrile pǎmântului au loc într-un mod mai mult sau mai puţin aleator [96].

Undele care sunt generate de cutremur, se caracterizeazǎ prin acceleraţia şi intensitatea lor

maximǎ. Aceşti factori depind atât de distanţa şi profunzimea focarului cutremurului cât şi de

caracteristicile geologice ale terenului. Energia cutremurului este transmisǎ prin pǎmânt la toate

construcţiile care sunt solidar legate de el. Acestea reacţioneazǎ prin inerţie la oscilaţiile provocate de

cutremur, deformându-se sau disipând prin alte mijloace de reacţie internǎ, energia primitǎ. În situaţia în

care construcţia nu are capacitatea de a disipa energia primitǎ, se pot întâmpla mari neajunsuri în vaste

zone ale acesteia, datoritǎ deformaţiilor excesive care conduc la fisurǎri, dislocǎri sau prǎbuşiri [12].

Structura de rezistenţǎ a unei construcţii este alcǎtuitǎ dintr-un ansamblu de elemente structurale,

îmbinate astfel încât sǎ constituie scheletul de rezistenţǎ care preia solicitǎrile pe toatǎ durata exploatǎrii

sale. Elementele structurale, sunt sau nu sunt legate între ele cu ajutorul unor diafragme rigide care sǎ

asigure repartizarea corectǎ a forţelor orizontale între elementele de rezistenţǎ [14].

Din acest motiv, se deosebesc douǎ tipuri de construcţii, total diferite din punctul de vedere al

solicitǎrilor orizontale:

1) în prima situaţie, eforturile seismice de forfecare se transmit prin diafragmele rigide (dalele

planşeelor) la elementele antiseismice (pereţi şi stâlpi), astfel încât deformaţia fiecǎruia din aceste

elemente sǎ fie compatibilǎ cu rigiditatea diafragmei. Dacǎ nivelurile sunt simetrice şi centrul maselor

coincide cu centrul rigiditǎţilor, acţiunea seismicǎ va produce un efect de translaţie. Dacǎ nivelurile sunt

asimetrice, deci centrul maselor nu coincide cu centrul rigiditǎţilor, la translaţie se mai adaugǎ şi o

răsucire, care este cu atât mai mare cu cât excentricitatea dintre centrul maselor şi centrul rigiditǎţii este

mai mare [54], [55], [56];

2) dacă o construcţie are planşee deformabile şi acestea nu pot constitui diafragme rigide, în acest

caz nu existǎ compatibilitate de deformaţii; fiecare din elementele de rezistenţǎ la cutremur, se încarcă cu

cota parte din sarcina care acţioneazǎ asupra sa; rezultă că elementele mai rezistente nu pot ajuta pe cele

mai puţin rezistente (cum se întâmplǎ în cazul construcţiilor cu planşee indeformabile) şi această stare de

fapt diminueazǎ în general rezistenţa construcţiei [54], [55], [56].

La structurile de beton armat avariate se observă în principal trei tipuri de avarii [26], [101]:

- fisuri cu deschideri pânǎ la 2 mm care nu secţioneazǎ întregul elementul de beton armat; în

cadrul defectelor de acest tip se consideră şi fisurile pǎtrunse, a cǎror deschidere nu depǎşeşte 1 mm

pentru stâlpi şi 2 mm pentru celelalte elemente de construcţie (diafragme, grinzi, plǎci);

- fisuri pǎtrunse care au deschideri mari, rezultând dislocarea betonului, cu sau fǎrǎ

flambarea armǎturii;


19

- ruperi ale secţiunii de beton armat care se produc în special la capetele stâlpilor de la parter

sau la etajele 1 şi 2.

Figura 2.1. Avarii specifice la stâlpii din beton armat [26]

La construcţiile vechi, din zidǎrie cu planşee de lemn, se constată în general urmǎtoarele avarii:

- crǎpǎturi cu desprinderi de tencuialǎ a zidǎriei portante;

- avarierea zidăriei portante sub nivelul planşeului de lemn;

- fisuri şi crǎpǎturi în tencuiala tavanului;

- crǎpǎturi în tavan în zona racordării cu pereţii pe care reazămǎ capetele grinzilor [26].

Figura 2.2. Exemple de avarii la construcţii din zidărie [26]

La demolarea construcţiilor se ţine seama de rezistenţa elementului ce urmeazǎ a fi demolat, dacă

acesta a cedat (total sau parţial) sau dacǎ prezintǎ crǎpǎturi şi deformǎri permanente care le depǎşesc pe

cele normale. La alegerea modalităţii de demolare prin implozie controlată a structurilor, se au în vedere

următoarele: imposibilitatea aplicǎrii unor soluţii de consolidare adecvate, costul lucrǎrilor de consolidare


20

comparativ cu cele de demolare şi reconstrucţie, periclitarea stabilitǎţii construcţiei avariate în situaţia

adoptǎrii de consolidǎri şi imposibilitatea aplicării altor procedee de demolare.

Înaintea demolǎrii, specialiştii vor determina calitatea betonului pentru principalele elemente care

contribuie la asigurarea stabilitǎţii construcţiei cât şi la eventualele elemente deteriorate şi vor identifica

armǎturile ori de câte ori vor considera necesar cu ajutorul pahometrului (numǎr de bare, diametre,

distanţa între etrieri etc.) [82].

În funcţie de constatǎrile şi concluziile acestor analize şi determinǎri, se stabileşte necesitatea

demolǎrii construcţiei şi se adoptǎ soluţia cea mai fiabilă de demolare a acesteia. În cazul adoptării

metodei demolǎrii prin implozie controlată, această soluţie de demolare nu se trateazǎ parţial, ci pe întreg

ansamblul construcţiei, asigurându-se în final pierderea stabilitǎţii acesteia [91].

2.2.3. Eliberǎri de spaţii

Datorită caracteristicilor distructive, explozivii sunt folosiţi atât în domeniul militar cât şi în cel

civil. În domeniul civil, explozivii sunt folosiţi cu precădere la operaţii de derocare în mine sau exploatări

la suprafaţă, defrişări de păduri, stingerea sondelor incendiate, demolarea construcţiilor etc..

Demolarea construcţiilor cu ajutorul explozivilor a început cu a doua jumătate a secolului al XIX-

lea, în vederea împiedicării extinderii unor incendii în marile oraşe americane. Ulterior, această practică a

devenit foarte utilizată pentru eliberarea spaţiilor de construcţii cu perioadă de folosinţă expirată.

Astfel, explozivii s-au folosit pentru prima dată în anul 1850 la demolarea unor clădiri din oraşul

San Francisco pentru a opri extinderea unor incendii. După anul 1930 au început o serie de experimente

ptr. descoperirea a diferite măsuri de protecţie provocate de efectele exploziei, cum ar fi: plăci de lemn

dispuse în faţa ferestrelor, parcarea camioanelor în jurul construcţiilor de demolat pentru protejarea

vecinătăţilor şi burarea găurilor de mină. Anii “60 marchează un salt important în demolarea

construcţiilor metalice cu explozivi, prin folosirea încărcăturilor cumulative liniare (pe bază de amestec

cu hexogen) pentru tăierea metalelor, precum şi prin apariţia primelor sisteme de iniţiere non – electrice,

care au dat un plus de siguranţă în pregătirea şi executarea activităţilor de demolare cu explozivi. În anii

“80, pentru realizarea unor lucrări eficiente şi adaptate la condiţiile specifice proiectului, a fost introdusă

“puşcarea de control”. În ultimele două decenii au luat un avânt deosebit demolările controlate datorită

unor firme care au avut la bază familii întregi de lucrători (familia Loizeaux pentru firma Controlled

Demolition, familia Gustafson pentru firma Demetech, familia Redyke pentru firma Dykon etc.) [48].

Din acest motiv, secretul proiectării şi executării unor operaţii de demolare era menţinut prin

protecţia informaţiilor în interiorul familiei. De asemenea, pronunţatul caracter comercial şi conţinutul

financiar potenţial a acestui tip de afacere, a determinat o relativă lipsă a informaţiilor ştiinţifice din

domeniul demolării cu ajutorul explozivilor [63].

După anul 1945, în ţara noastră au existat preocupări sporadice, pentru demolarea cu explozivi a

unor construcţii. În timpul lucrărilor de la şantierul canalului Dunăre - Marea Neagră s-au executat lucrări

mai însemnate de demolare sau distrugere cu ajutorul explozivilor, ca de exemplu demolarea unor staţii

de pompare. În anii “80, explozivii au fost folosiţi pentru demolarea unor construcţii în Bucureşti, pe

actualul loc al Palatului Parlamentului şi Splaiului Independenţei.

Pe măsura pătrunderii literaturii de specialitate din străinătate şi a ridicării restricţiilor privind

folosirea explozivilor, după anul 1990, mai multe unităţi militare şi civile au trecut la folosirea

explozivilor pentru a demola total sau parţial o serie de construcţii cum ar fi:

-biblioteca din incinta Institutului Agronomic Bucureşti;

-complexul fostei Fabrici de Glucoză Bucureşti;

-podul de şosea de peste râul Suceava din localitatea Costanca;

-demolarea unor coşuri de la combinatul Turnu Măgurele;

-demolarea corpurilor A şi C din complexul comercial Lujerului etc. [89].

În cazul soluţiei demolării prin explozii controlate adoptată la demolarea „Căminului Bibliotecă“

din incinta Universităţii de Ştiinţe Agronomice – Bucureşti de către genişti militari, a fost aplicată metoda


21

blocurilor mici, întârzierea dintre cele 11 trepte fiind de 25 ms. Demolarea a fost un real succes şi s-a

bucurat de aprecierea la superlativ a beneficiarilor [89].

După anul 2000, mai multe societăţi specializate în acest domeniu, au început să introducă

folosirea sistemelor de iniţiere neelectrice de tip Nonel.

Eliberările de spaţii cu ajutorul demolărilor prin implozii controlate a construcţiilor existente,

prezintǎ o serie de avantaje, din care se pot enumera urmǎtoarele [89]:

- pregǎtirea demolǎrii ce implicǎ un numǎr mare de oameni, are loc într-o structurǎ stabilǎ,

care nu prezintǎ pericol imediat în exploatare;

- are loc o dislocare a materialului în dimensiuni corespunzǎtoare pentru mijloacele de

încǎrcare-evacuare a materialului rezultat;

- suprafaţa de aşezare a materialului dislocat este pe locul de amplasament sau în apropierea

acestuia;

- prin folosirea mijloacelor de protecţie balistică şi a treptelor de explozie, se realizează un

impact neglijabil produs de materialul dislocat şi un efect seismic ce poate fi controlat;

- timpul total de demolare este mult mai mic faţǎ de cel al unei demolări clasice, prin

minimizarea atât a timpului de pregǎtire cât şi a timpului de demolare efectivǎ, redus la câteva secunde

indiferent de mǎrimea construcţiei;

- securitatea şi sănătatea muncii este asiguratǎ judicios prin procedurile stricte de lucru şi

prin distribuţia personalului calificat pe timpul lucrǎrilor. Demolarea propriu-zisǎ are loc în absenţa

lucrǎtorilor la faţa locului iar activitǎţile specifice ulterioare, au ca obiect elemente de construcţie

disparate, care nu prezintǎ pericole majore de accidentare la mânuire;

- aceste lucrǎri au precizie ridicatǎ (se pot executa inclusiv demolǎri parţiale cu pǎstrarea în

utilizare a pǎrţii nedemolate a construcţiei);

- costurile faţǎ de cele ale unei demolǎri efectuate prin metode clasice, sunt reduse.

2.2.4. Modernizǎri

Sistemul construcţie, este alcǎtuit dintr-o serie de subsisteme şi elemente de construcţii care

îndeplinesc roluri şi funcţii bine definite, realizate din materiale diferite şi cu muncitori de meserii

(specialitǎţi) diferite [81].

În conformitate cu viziunea şi terminologia ISO, la proiectarea construcţiilor se au în vedere

cerinţele faţǎ de o construcţie, faţǎ de subansamblurile şi elementele componente, precum şi faţǎ de

materialele de construcţie aferente, luând în considerare exigenţele funcţionale ale utilizatorilor

Abordarea sistemicǎ a concepţiei şi proiectǎrii construcţiilor, creeazǎ cadrul de gândire şi analizǎ

care este necesar pentru explicarea complexului de relaţii şi interconexiuni ale acestora cu mediul

înconjurător şi permite în acelaşi timp, utilizarea unor tehnici şi metodologii moderne de investigare şi

inovare tehnologicǎ. Modul acesta de abordare, este direct legat de linia de gândire funcţionalǎ adoptatǎ

în ultima perioadǎ în activitatea de concepţie şi proiectare modernǎ a clădirilor şi s-a materializat prin

introducerea în activitatea de construcţii a „conceptelor de calitate şi performanţǎ” [82].

La nivel internaţional, necesitatea înfiinţării sistemelor calităţii certificate în conformitate cu ISO

9000, au constituit un răspuns la provocările globalizării crescânde a pieţei.

Pentru a veni în întâmpinarea armonizării construcţiilor cu mediul înconjurător, noul standard ISO

21931 publicat de Organizaţia Internaţională de Standardizare ISO, se aplică la toate etapele unei

construcţii, de la proiectare până la construcţia propriu-zisă, operare, întreţinere, reparare şi demolare,

pentru a asigura faptul că produsul finit rezultat este o clădire prietenoasă cu mediul. ISO 21931-1:2010

face parte dintr-o serie de standarde internaţionale care reglementează durabilitatea în construcţii.

Standardul este destinat să fie utilizat complementar, urmând să respecte principiile stabilite în cadrul

familiei de standarde internaţionale ISO 14020 referitoare la atribuirea de calificative legate de mediu,

alături de ISO 14040 (standard privind evaluarea ciclului de viaţă) şi de ISO 15392 (standard ce defineşte


22

principiile generale legate de durabilitate în construcţii).

În România, întocmirea prescripţiilor şi documentaţiilor tehnice pentru construcţii, se bazeazǎ pe

conceptele de performanţǎ şi calitate conform STAS 12400/2 – 88, respectiv Legea nr. 10 din 1995

privind calitatea în construcţii actualizată în 2007, lege care include modificările din HG nr. 498 din

2001, Legea 587 din 2002 şi Legea nr. 123 din 2007.

În capitolul I - articolul 1 al Legii nr. 10 din 1995, calitatea construcţiilor este definită ca fiind

rezultanta totalităţii performanţelor de comportare a acestora în exploatare, în scopul satisfacerii, pe

întreaga durată de existenţă, a exigenţelor utilizatorilor şi colectivităţilor.

La nivelul Organizaţiei Internaţionale pentru Standardizare (ISO) a fost întocmită o listă care

cuprinde 14 exigenţe de performanţă pentru clădirile civile, enumerate în tabelul următor:

Tabelul 2.1. Exigenţele de performanţǎ ale clǎdirilor civile [82]

Categoria de exigenţe Enunţarea exigenţei

1 2

1. Stabilitate şi rezistenţǎ Stabilitate de ansamblu şi rezistenţǎ structuralǎ

a clǎdirii;

Stabilitate şi rezistenţǎ la acţiuni dinamice;

Rezistenţa pǎrţilor ce se deschid şi a

mecanismelor;

2. Siguranţǎ la foc Riscul de izbucnire a unui incendiu;

Durata de alarmǎ la un incendiu;

Durata de supravieţuire în clǎdire dupǎ

declanşarea incendiului;

Durata de propagare a gazelor şi a fumului;

Durata de evacuare a ocupanţilor clǎdirii;

Durata de stingere a unui incendiu;

3. Siguranţa la utilizare Siguranţa executǎrii lucrǎrilor de construcţii şi

întreţinere;

Siguranţa de contact cu pereţii, mânerele,

pardoselile etc.;

Siguranţa circulaţiei în clǎdire (alunecare,

obstacole etc.);

Siguranţa faţǎ de tentative de intrare în clǎdire

(oameni, animale);

4. Etanşeitate Etanşeitate la aer şi gaze;

Etanşeitate la apǎ;

Etanşeitate la solide (zăpadǎ, praf, nisip etc.);

5. Performanţa

higrotermicǎ

Confort termic;

Umiditatea aerului;

Uscǎciunea închiderilor (condiţii de condens);

6. Ambianţa atmosfericǎ Nivelul de ventilaţie;

Emisia de mirosuri;

7. Performanţe acustice Izolare la zgomote provenite din exterior;

Izolare acusticǎ între încǎperi la zgomote

aeriene şi de impact;

Nivelul zgomotelor emise de instalaţii şi

elemente constructive;

Reverberaţia zgomotului;


23

8. Performanţe vizuale Iluminatul natural;

Iluminatul artificial;

Aspectul pereţilor;

Vederea spre exterior;

9. Performanţe tactile Cǎldura transmisǎ de corpul uman la suprafaţa

de contact;

Temperatura maximǎ a suprafeţelor de contact

pentru a evita disconfortul utilizatorului;

Descǎrcarea de electricitate staticǎ;

Confort mecanic la pipǎit;

10. Performanţa dinamicǎ Vibraţii şi mişcǎri impuse corpului uman de

clǎdire şi instalaţiile ei;

Efortul de manevrare pentru deschiderea

uşilor, ferestrelor, robinetelor, întrerupǎtoarelor;

11. Performanţe de igienǎ Emiterea sau apariţia de substanţe nocive sau

insalubre(gaze, lichide, praf, mucegai, ciuperci);

Adaptabilitatea instalaţiilor de apǎ şi evacuarea

gunoiului;

12. Adaptabilitate la

utilizare

Adaptarea spaţiilor la activitǎţile care le

sunt destinate;

Adaptarea finisajelor la agenţii care le pot

influenţa, inclusiv uşurinţa de întreţinere şi reparare;

13. Durabilitate Durata de viaţǎ a clǎdirii şi a fiecǎreia dintre

pǎrţile ei componente;

14. Economie Cheltuieli pentru construcţia clǎdirii;

Cheltuieli pentru funcţionare (consum de

energie pentru încǎlzire);

Cheltuieli de întreţinere şi reparaţii curente.

Aceste exigenţe de performanţă pentru clădirile civile, stau la baza alegerii variantelor de

intervenţie asupra clădirilor. În prezent, atât creşterea continuǎ a nivelului şi condiţiilor de trai ale

oamenilor, precum şi deficienţa existenţei terenurilor pe care sunt amplasate construcţiile de locuinţe mai

ales în marile aglomerǎri urbane, creeazǎ premisele achiziţionǎrii de locuinţe cu o stare avansatǎ de

degradare, la preţuri acceptabile.

În aceste cazuri, noii proprietari sunt puşi în situaţia de a alege una din urmǎtoarele variante:

1. Să pǎstreze locuinţa şi sǎ-i aducǎ modernizǎri conform exigenţelor de performanţǎ

menţionate mai sus, în scopul reabilitǎrii acesteia;

2. Sǎ demoleze o parte din construcţie sau toatǎ construcţia, în vederea înlocuirii acesteia cu

un imobil modern.

Atât în prima cât şi în a doua situaţie, un rol foarte important le revin metodelor adoptate pentru

ducerea la îndeplinire a obiectivelor propuse. În cazul celei de-a doua variante, o posibilǎ cale de

rezolvare o constituie demolarea prin implozie controlatǎ în vederea reconstrucţiei obiectivului în cauzǎ.

În urma celor prezentate, rezultă că intervenţiile de demolare prin implozii controlate, reprezintă o

etapă importantă în procesul modernizării construcţiilor şi un mijloc prin care localităţile pot supravieţui

prin readaptarea continuă la noile cerinţe generate de progresul social [58].


24

2.3. Demolarea construcţiilor prin implozii controlate

2.3.1. Problematica abordatǎ

Demolarea construcţiilor reprezintǎ o activitate la fel de importantă cu cea a ridicǎrii acestora.

În cadrul pregǎtirii amplasamentului viitoarei construcţii, rolul demolării este de a îndepǎrta

structurile deja existente.

Activitatea de demolare reprezintǎ conform DEX, „dǎrâmarea unei construcţii sau a unui element

de construcţie (desfǎcând piesǎ cu piesǎ), în vederea amplasǎrii unei construcţii noi sau realizǎrii unei

amenajǎri de utilitate publicǎ.” Sinonimele cuvântului demolare, în conformitate cu Dicţionarul Tehnic

Român, sunt: „a debara, a culca la pǎmânt, a distruge, a se prǎbuşi, a se surpa, a nimici, a se ruina, a se

dǎrǎpǎna, a demola o clǎdire (veche).” La demolare, în limba englezǎ se spune demolition, în francezǎ

d molition, în rusǎ cnoc iar în germanǎ abbruch [91]. Metodele de demolare se clasificǎ în funcţie de procedeele şi mijloacele utilizate [89]:

- metode de demolare cu ajutorul mijloacelor mecanice: acţionate manual, hidraulic, cu

bilǎ, prin împingere, prin tracţiune, spǎrgǎtor de beton;

- metode de demolare prin procedee abrazive sau electrice: cu foreze şi scule diamantate,

prin efect Joule şi prin electrofracturǎ;

- metode de demolare prin procedee termice: lance termicǎ, tub Cardox;

- metode de demolare prin expansiune: prin expansiunea gazului, cu Bristar – ciment

expandabil;

- metode de demolare prin acţiunea distructivă a exploziei asupra materialelor de construcţie

rezultată în urma detonaţiei explozivilor.

Folosirea explozivilor în scopul demolării construcţiilor, nu este o aplicaţie recentă. Sunt

publicaţii şi lucrări care abordează acest subiect din punctul de vedere al problematicii explozivilor apţi a

fi folosiţi în exploatările miniere ca sursă de distrugere, dislocare, spargere a rocilor şi minereurilor şi mai

puţin din perspectiva folosirii explozivilor în domeniul construcţiilor [25], [28], [65], [89], [91].

Marea majoritate a metodelor de lucru care se folosesc în prezent la demolările prin explozii, sunt

bazate în principal pe experienţǎ şi pe folosirea procedeelor empirice. Cea mai importantă problemǎ care

apare la demolǎrile prin explozii, constă în dirijarea efectelor exploziilor astfel încât sǎ poatǎ fi controlată

manifestarea lor asupra mediului şi asupra modului de prăbuşire a construcţiei.

În acest context, al deţinerii controlului asupra activităţii propriu-zise de demolare a construcţiilor,

a apǎrut denumirea de demolare controlatǎ prin explozii iar recent, pentru a evidenţia faptul cǎ

încǎrcǎturile de exploziv nu sunt alese, dispuse şi detonate în mod arbitrar, a început să se folosească

denumirea de demolare prin explozii controlate.

Demolǎrile prin explozii controlate, sunt activităţi care constau în utilizarea explozivilor pentru a

provoca instabilitatea construcţiilor.

Activitatea de demolare controlatǎ a construcţiilor cu ajutorul explozivilor constǎ în executarea

următoarelor operaţiuni: introducerea în găurile perforate în componentele structurale a unor încǎrcǎturi

explozive şi detonarea acestora la intervale de timp foarte bine stabilite în vederea fragmentării şi

pierderii capacitǎţii portante a elementelor constructive, astfel încât efectul final asupra construcţiei să fie

de prăbuşire totalǎ sau parţialǎ, atât pe locul de amplasament, cât şi în împrejurimile acestuia, datoritǎ

pierderii stabilitǎţii sub acţiunea propriei greutăţi.

În mod curent, în publicitate, media şi la activitǎţile de demolare prin explozii, se utilizeazǎ

adesea expresiile demolare prin implozie şi demolare prin implozie controlată [91].

Acest termen generic implozie, este împrumutat din fizicǎ, şi se referǎ la faptul cǎ, în anumite

condiţii de executare a exploziilor, o clǎdire se prǎbuşeşte pe locul ei de amplasament. În realitate însǎ,

acţiunea exploziei nu provoacǎ implozie.

Conform DEX 98, “implozia reprezintǎ fenomenul opus exploziei, care constă în pǎtrunderea

rapidǎ a aerului într-un spaţiu închis, fără aer, când pereţii acesteia sunt distruşi şi care poate provoca un

accident”.


25

Acţiunea de a demola o construcţie prin implozie, constă în colapsul cǎtre interior al construcţiei,

fiind atât rezultatul acţiunii greutǎţii proprii, cât şi al măiestriei artificierilor de a controla prin trepte de

întârziere a exploziilor, întregul proces de demolare.

Implozia este impropriu atribuitǎ fenomenului de demolare a construcţiilor, deoarece demolarea

în realitate este rezultatul exploziilor, adică a detonaţiei explozivilor. Din acest motiv, aceastǎ denumire

nu se atribuie la toate demolările prin explozii [91].

Pe de altă parte, nu toate construcţiile demolate prin explozii pot colapsa cǎtre interior (spre

exemplu unele coşuri, turnuri, poduri etc.). De asemenea, sunt construcţii care nu se demolează prin

tehnica prăbuşirii pe locul de amplasament. Pentru astfel de demolări, specialiştii recomandǎ utilizarea

termenului de „demolare controlatǎ cu ajutorul explozivilor” [89].

În comparaţie cu demolarea controlată a construcţiilor prin explozii controlate, principiul

demolării prin implozii controlate constă în utilizarea concentratǎ a minimului de energie necesarǎ pentru

a îndepǎrta legǎturile din cadrul structurii şi/sau de a tǎia principalii suporţi ai construcţiei, astfel încât

prǎbuşirea acesteia sǎ aibă loc pe locul de amplasament, datoritǎ greutǎţii elementelor de construcţie.

Altfel spus, aceastǎ metodǎ constǎ în ruperea legǎturilor existente între elementele constructive

prin explozii, într-o succesiune precisǎ, pentru a trece structura într-o stare de instabilitate care sǎ

conducǎ, sub acţiunea greutǎţii proprii, la colapsul acesteia pe locul de amplasament (fig. 2.3) [89].

Figura 2.3. Prǎbuşirea unei structuri pe locul de amplasament prin acţiunea directǎ a exploziilor

controlate asupra elementelor de sprijin (implozie controlată) [91]

Datorită progresului tehnic, prin folosirea calculului de fiabilitate şi a programelor de modelare şi

simulare matematică a comportării unei structuri la acţiunea extremă a exploziilor, specialiştii se pot

edifica încă din faza de proiectare a lucrǎrii de demolare prin implozie controlată, atât asupra

probabilităţii de demolare a structurii cât şi a „procedurii de dirijare” a prăbuşirii construcţiei.

Iniţierea fiabilă şi la un cost cât mai redus a sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive,

coroborată cu detonarea controlată pe trepte de întârziere a încǎrcǎturilor explozive în condiţii de

siguranţă, atât asupra personalului cât şi a mediului înconjurător, reprezintă dezideratul oricărei activităţi

de demolare. Din aceste motive, se impune ca pe timpul demolărilor prin implozii controlate, să se

înregistreze efectelor exploziilor, pentru cuantificarea acestora în scopul perfecţionǎrii metodelor de

calcul, prin corectare ulterioarǎ.

2.3.2. Scopul demolării

După punerea în operă, fiecare construcţie constituie o realizare bine individualizată de

caracteristicile ei vibratorii, de tipul constructiv, de materialul de execuţie şi de geometria în plan

orizontal şi vertical [67].


26

Calitatea execuţiei, natura şi calitatea materialelor, tipul de structură, vârsta şi starea de uzură,

degradare şi avariere a construcţiei, apropierea de clădirile învecinate, modificările post-execuţie

aduse construcţiei, terenul pe care se află şi mişcarea lui seismică, reprezintă o serie de aspecte care

impun la un moment dat, intervenţii asupra unei construcţii. Pe timpul perioadei lor de existenţă,

construcţiile pot suferi diferite tipuri de modificări de la starea iniţială, sub influenţa acţiunii a numeroşi

factori. Degradarea construcţiilor şi efectele ei, au impus reconsiderarea cerinţelor societăţii faţă de

construcţii şi în acest sens au fost statuate o serie de exigenţe ale utilizatorilor construcţiilor, în funcţie de

necesităţile obiective ale acestora legate de folosirea construcţiei sau a subansamblurilor ei [79].

În general, exigenţele personalului uman şi ale animalelor se referă atât la siguranţa construcţiei în

condiţii normale de exploatare, cât şi la asigurarea confortului, igienii şi a sănătăţii. Analiza construcţiilor

în vederea satisfacerii acestor exigenţe, este de o importanţă deosebită în aprecierea valabilităţii

normativelor de proiectare, a tehnologiei de execuţie, a instrucţiunilor de exploatare şi întreţinere, precum

şi pentru alegerea variantei optime de intervenţie asupra acestora.

Activitatea de demolare prin implozie controlată a unei construcţii reprezintă un astfel de tip de

intervenţie şi se realizează în general, pentru a duce la îndeplinire asigurarea exigenţelor funcţionale ale

construcţiei, după normele impuse la un moment dat.

Idealizând, se poate afirma că scopul demolării prin implozii controlate a construcţiilor este

reprezentat de necesitatea îndepărtării acelor construcţii care nu se conformează la exigenţele şi cerinţele

în vigoare ale societăţii.

2.3.3. Materiale

Cele mai importante materiale care se folosesc în activităţile de demolare a construcţiilor sunt

materiile explozive. Materiile explozive sunt substanţe sau amestecuri de substanţe în stǎri metastabile,

cu stare de agregare solidǎ, lichidǎ sau gazoasǎ, capabile sǎ dea naştere, sub influenţa unui impuls

exterior, la reacţii chimice instantanee, autopropagabile, cu degajare de cǎldurǎ şi gaze la temperaturi

ridicate, capabile sǎ efectueze un lucru mecanic (fig. 2.4).

Substanţele care dispun de energie chimicǎ sunt cunoscute sub numele generic de explozivi [62].

Energia chimicǎ rezultatǎ din descompunerea substanţelor explozive, constituie una din formele

principale de energie utilizatǎ în domeniul militar şi în multe sectoare ale economiei.

În general, explozivii sunt constituiţi din elemente oxidante sau comburante (O2 sau substanţe

oxidante), din elemente combustibile sau carburante (C, H. S, Al, Mg etc.), din elemente inerte (N),

precum şi din alte elemente care contribuie la reducerea sau mǎrirea sensibilitǎţii, temperaturii sau

cǎldurii de explozie. În timpul procesului de transformare explozivǎ, primele douǎ elemente constitutive

se combinǎ dând naştere la noi substanţe, în majoritatea cazurilor sub formǎ de gaze (CO2, CO etc.) şi

uneori sub formǎ de reziduri solide (sulfuri, metale, oxizi metalici, cloruri, cianuri, etc.) [107].

Procesul de descompunere a substanţelor chimice explozive, este o reacţie chimicǎ în urma cǎreia

aceste substanţe constituite din molecule cu structurǎ complexǎ trec în mai multe substanţe chimice cu

structură mai simplǎ. Descompunerea substanţelor chimice explozive în elemente mai simple este

influenţatǎ de o serie de factori cum ar fi: natura şi intensitatea impulsului iniţial; cǎldura degajatǎ şi

temperatura produşilor rezultaţi; durata reacţiei chimice de oxidare respectiv viteza de descompunere

chimică; spaţiul în care are loc descompunerea şi presiunea produşilor rezultaţi; cantitatea de substanţǎ

supusǎ procesului de descompunere etc. [121].

În funcţie de viteza cu care se produce transformarea chimicǎ de oxidare, se deosebesc mai multe

tipuri de fenomene de transformare şi anume: explozia, detonaţia, deflagraţia, combustia, arderea şi

transformarea chimicǎ lentǎ [89].


27

Figura 2.4. Clasificarea materiilor explozive [89]

Explozia este fenomenul de transformare chimicǎ care poate lua forma detonaţiei sau deflagraţiei.

Încadrarea într-unul din cele douǎ fenomene, se face în funcţie de parametrul vitezǎ [154].

Detonaţia este un proces de transformare chimicǎ ce se propagǎ cu o vitezǎ de ordinul miilor de

metri pe secundǎ şi care se caracterizeazǎ prin: vitezǎ constantǎ, stabilǎ şi maximǎ; acţiune puternicǎ de

sfǎrâmare-rupere în bucǎţi a mediului înconjurǎtor şi efect acustic foarte intens. Detonaţia reprezintă

forma de transformare în urma cǎreia se obţine randamentul maxim pe care poate sǎ îl dea o substanţǎ

explozivǎ. În urma acestei reacţii de oxidare a componenţilor bogaţi în carbon, hidrogen, metale

(elemente carburante), se degajǎ în timp foarte scurt presiuni şi temperaturi foarte mari care generează

lucru mecanic. Detonaţia este caracteristică explozivilor primari (de iniţiere), secundari (brizanţi) şi

intermediari (boosteri) [46].

Deflagraţia, reprezintă procesul de transformare chimicǎ a substanţelor chimice, cu participarea

numai a elementelor din structurǎ şi care se desfăşoară cu viteze de ordinul a sute de metri pe secundǎ.

Deflagraţia este caracteristică pulberilor şi propergolilor [46].

Noţiuni generale asupra exploziei

Explozia reprezintǎ procesul de transformare chimicǎ sau fizicǎ extrem de rapid a unor substanţe

chimice însoţit de o transformare la fel de rapidǎ a energiei lor potenţiale în lucru mecanic. Lucrul

mecanic este rezultatul creşterii volumului de gaze formate în momentul exploziei şi ridicǎrii instantanee

a presiunii şi temperaturii acestora (produşi gazoşi puternic încălziţi şi comprimaţi).

După caracterul şi natura transformǎrii substanţei chimice, exploziile pot fi [91]:

- explozii fizice;

MATERII EXPLOZIVE

Produse chimice

industriale pentru scopuri

neexplozive:

• azotat de amoniu pentru

îngrǎşǎminte;

• peroxizi organici pentru catalizatori de polimerizare;

• nitroglicerinǎ si soluţii de PETN pentru scopuri farmaceutice;

• sǎruri şi nitraţi ai acizilor organici

pentru combaterea dǎunǎtorilor

Explozivi

Substanţe explozive Pulberi şi propergoli Compoziţii pirotehnice

De inţiere Brizante Omogene Neomogene

Militare Civile

Din familia derivaţilor nitroaromatici

Din familia esterilor nitrici

Din familia nitraminelor

Dinamite Amestecuri pe bază deTNT

Ameste-curi pe bază

de alte substanţe explozive brizante

Amestecuri pe bază de azotat de amoniu

Astralite Amonite Amestecuri simple în vrac

Geluri explozive Emulsii explozive

Amestecuri simple Amestecuri simple aluminizate care conţin

TNT

Amestecuri simple aluminizate


28

- explozii chimice;

- explozii nucleare.

Explozia fizicǎ este caracterizatǎ prin efectuarea unui lucru mecanic datoritǎ modificǎrii stǎrii

fizice a substanţei, fǎrǎ schimbarea structurii şi compoziţiei chimice (exemplu: destinderea unui gaz aflat

sub presiune) [75].

Explozia chimicǎ se caracterizeazǎ prin efectuarea unui lucru mecanic asupra mediului datoritǎ

transformǎrii chimice integrale a elementelor participante la reacţie, ca urmare a oxidării elementelor

carburante sub influenţa oxigenului din structura chimicǎ, aşa cum este de exemplu reacţia de

transformare chimicǎ a nitroglicerinei în alţi compuşi chimici şi cu degajare de energie:

4C3H5(ONO2)3 = 12CO2 + 10H2O + 6H2 + O2 + 83,7 kcal/mol gram (2.40)

Reacţia chimicǎ de oxidare are caracter de autopropagare. Explozia de naturǎ chimicǎ este

condiţionatǎ de îndeplinirea urmǎtoarelor cerinţe principale:

- autopropagarea reacţiei chimice cu o vitezǎ foarte mare, de ordinul miilor de m/s;

- formarea unui volum mare de gaze puternic încălzite şi comprimate;

- degajarea unei mari cantitǎţi de căldurǎ [75].

Exploziile nucleare se caracterizează prin reacţii în lanţ, cu formarea unor elemente noi şi

degajarea unei mari cantitǎţi de energie.

La demolarea construcţiilor prin implozii controlate, se folosesc exploziile chimice care întrunesc

toate condiţiile tehnice, tehnologice şi de securitate în acest sens.

Prin analiza unor caracteristici a fenomenului detonaţiei, s-au identificat substanţele explozive

care pot fi utilizate la demolarea construcţiilor prin implozii controlate. În afara explozivilor consacraţi în

domeniul militar, se remarcǎ paleta foarte largǎ de substanţe chimice explozive din industria civilǎ care

au apǎrut ca urmare a cerinţelor pieţii de consum, bazate în principal pe alegerea unor explozivi care să

facă faţă condiţiilor impuse de bugetul alocat demolǎrii. Pe baza analizei caracteristicilor acestor

substanţe chimice, s-a putut trage concluzia cǎ substanţa explozivǎ potrivitǎ pentru distrugerea unui

anumit material de construcţie este aceea care are o zonǎ de reacţie largǎ, care asigurǎ o presiune mai

scǎzutǎ în frontul undei detonante, dar o duratǎ a impulsului mai mare şi în consecinţǎ, o acţiune mult

mai lentǎ şi îndelungatǎ a produşilor de explozie asupra volumului de distrus, obţinându-se astfel o

fragmentare mai bunǎ a materialului de construcţie [28], [31], [32].

Punerea în practicǎ a acestei concluzii nu este întotdeauna posibilǎ. Din acest motiv, substanţele

explozive alese sunt în general cele ale cǎror caracteristici se armonizeazǎ cu caracteristicile mediului

adiacent, sau care permit o manipulare uşoarǎ şi mecanizare a lucrǎrilor de încǎrcare, ţinând cont de

importanţa deosebită a factorului economic [64].

Încărcăturile de exploziv care se introduc în găurile de mină forate în elementele de construcţii

din beton armat, trebuie să producă fragmentarea betonului şi îndepărtarea acestuia dintre armături fără o

aruncare excesivă, pentru distrugerea completă a elementelor structurale pe o anumită lungime [89].

Cea mai mare acţiune distructivă asupra materialelor de construcţii o exercită încărcăturile

explozive brizante, prin efectele rezultate în urma detonaţiei acestora. Având în vedere maximizarea

efectelor productive ale exploziei şi minimizarea celor neproductive, precum şi alte condiţii de ordin

tehnologic şi de cost, s-au stabilit următoarele cerinţe pe care trebuie să le îndeplinească explozivii

utilizaţi la activitatea de demolare (tab. 2.2) [31], [62]:

- să aibă brizanţă scăzută şi o viteză de detonaţie relativ mică,

- în urma exploziei să se producă un volum mare de gaze;

- să aibă un diametrul critic cât mai mic pentru a putea fi introduse în găurile de mină;

- să se poată iniţia de la o capsă detonantă standard;

- să aibă densitate de încărcare mare;

- să prezinte siguranţă în manevrare, transport şi depozitare;


29

- tehnologia lor de fabricaţie să fie simplă şi rapidă;

- să se producă în diferite sortimente dimensionale şi masice;

- costul lor de fabricaţie să fie relativ ieftin (tab. 2.3).

Tabelul 2.2. Condiţii de calitate impuse substanţelor explozive brizante (SR EN 13631-1:2005, Explozivi

pentru uz civil. Explozivi brizanţi. Partea 1: Cerinţe)

Caracteristici Cerinţe

Performanţe

Volum mare de produse de explozie gazoase şi căldură mare de explozie =

putere mare;

Timp de acţiune şi păstrarea stării de tensiuni asupra mediului mai lung;

Nu este necesară o viteză de detonaţie mare exceptând explozivii pentru

prospecţiuni seismice;

Sensibilitate

Siguranţă în mânuire;

Sensibilitate la capsă (exceptând agenţii de puşcare şi gelurile);

Capacitate de transmitere a detonaţiei (în cazul încărcării în coloane lungi);

Comportare şi

stabilitate la

depozitare

Termen de garanţie: 6 luni;

Neutre din punct de vedere chimic (de exemplu fără urme de acid azotic);

Rezistenţă la apă În formă încartuşată trebuie să reziste cel puţin 2 ore;

Consistenţă Deformabile (formă gelatinoasă sau pulverulentă);

Să permită introducerea capsei;

Comportare

termică

Trebuie să nu îngheţe până la – 25 ºC şi să reziste până la +60 ºC pentru câteva

ore.

Tabelul 2.3. Compararea costurilor de fabricaţie pentru diverse tipuri de explozivi

(PAUL, COOPER - Technology of explosives, Wiley-vch, 1996)

Nr.

crt. Tipuri de explozivi

Preţ de cost ($/tonă)

500

1000

1500

1. Dinamite

2. Azotat de amoniu în vrac

3. ANFO în vrac

4. ANFO ambalat în saci de polietilenă

5. ANFO încartuşat

6. Geluri explozive refulate direct în

gaură

7. Geluri explozive ambalate în saci de

polietilenă

8. Geluri explozive încartuşate

9. Emulsii explozive

10. Explozivi concentraţi (amestecuri

ANFO - emulsii explozive)


30

2.3.4. Mijloace şi tehnici de iniţiere a încărcăturilor explozive Factorul hotărâtor care influenţeazǎ desfǎşurarea unei demolǎri controlate, este metoda de iniţiere

a încărcăturilor explozive (tab. 2.4).

Încărcăturile de exploziv se iniţiază cu mijloace de iniţiere Din grupa mijloacelor de iniţiere fac

parte capsele detonante, fitilul Bickford, fitilul detonant şi sistemele de amorsare neelectrice (NONEL,

INDETSHOCK etc.), care au în compunerea lor substanţe explozive caracterizate printr-o sensibilitate

ridicatǎ, denumite substanţe explozive de iniţiere şi care detoneazǎ foarte uşor sub acţiunea unei flǎcǎri,

scântei sau a unui şoc.

Prin iniţierea lor, capsele detonante introduse în încărcăturile explozive, formeazǎ unda dinamicǎ

de şoc sau impulsul de iniţiere, a cǎrei energie provoacǎ detonarea substanţelor explozive [67].

Materialele şi mijloacele de iniţiere folosite la punerea în practicǎ a metodelor de demolare prin

explozii controlate a construcţiilor sunt reprezentate în tabelul următor:

Tabelul 2.4. Mijloace folosite la punerea în practicǎ a metodelor de iniţiere [89] Metoda

de iniţiere

Mijlocul de declanşare a

impulsului de iniţiere

Mijlocul de transport a

impulsului de iniţiere, de la locul iniţierii la

încǎrcǎturǎ

Mijlocul de transmitere a

impulsului de iniţiere la încǎrcǎtura explozivǎ

Pirotehnicǎ Chibrit, aprinzǎtor

pirotehnic

Fitil ordinar Capsa detonantǎ pirotehnicǎ

Capsa detonantǎ pirotehnicǎ - fitil detonant - capsa detonantǎ/booster

Electricǎ Explozor Conductori principali şi

secundari

Capse detonante electrice

Neelectricǎ Pistol starter tip Nonel sau Dynashoc

Fitil tip Nonel sau Dynashoc


Inductivǎ Transformator Conductori electrici

Magnadet


Electronicǎ Explozor computerizat Cutie de conectare şi conductori electrici

Capse detonante electronice

În funcţie de sensibilitatea faţǎ de acţiunile exterioare şi de scopul lor, explozivii de iniţiere se

împart în douǎ grupe [62]:

- primari, care detoneazǎ uşor în urma unei încǎlziri, frecǎri sau a unui şoc;

- secundari, care detoneazǎ sub acţiunea undei de şoc a explozivului primar.

În calitate de explozivi de iniţiere primari se folosesc fulminatul de mercur, azotura de plumb,

trinitrorezorcinatul de plumb iar ca explozivi de iniţiere secundari, tetrilul, pentrita şi hexogenul.

Explozivii de iniţiere primari şi secundari se introduc în tuburi metalice denumite „capse

detonante”, iar în cazul fitilului detonant, explozivul secundar este format chiar din miezul acestuia.

Capsele detonante sunt confecţionate din tuburi metalice (cupru, aluminiu, oţel) care au diametrul

de 5-7 mm şi lungimea de 40-80 mm, închise la capǎt, care conţin explozivii de iniţiere primari şi

secundari într-o cantitate de minim 1,5 grame. Învelişul capselor este confecţionat din materiale astfel

alese încât explozivii de iniţiere sǎ nu reacţioneze cu acestea. În consecinţǎ, capsele care conţin fulminat

de mercur se confecţioneazǎ din cupru, iar cele cu azoturǎ de plumb, din aluminiu.

În funcţie de modul de aprindere a încǎrcǎturii de iniţiere, capsele detonante se împart în douǎ

categorii [62]:

- pirotehnice, care se aprind de la o flacarǎ deshisǎ transmisǎ prin intermediul fitilului ordinar

sau Bickford;

- electrice care se aprind de la o sursă electrică prin intermediul unei amorse fixată în capsǎ.


31

Capsele detonante pirotehnice împreunǎ cu fitilul ordinar sau Bickford, formeazǎ mijloacele de

iniţiere pirotehnice. Capsele detonante electrice au aceeaşi destinaţie ca şi capsele detonante pirotehnice

şi formează mijloacele de iniţiere electrice [39].

Spre deosebire de acestea, capsele detonante electrice sunt prevǎzute cu un dispozitiv care asigurǎ

transformarea energiei electrice în energie termicǎ, dispozitiv care poartǎ denumirea de amorsǎ electricǎ

(“cireaşă de aprindere”). La trecerea curentului electric, amorsa aprinde o substanţǎ uşor inflamabilǎ, care

la rândul ei face să detoneze explozivul de iniţiere primar şi apoi pe cel secundar, formându-se astfel

unda dinamicǎ de şoc sub influenţa cǎreia detoneazǎ încǎrcǎtura de exploziv [62], [134].

Tehnologia de demolare cu ajutorul explozivilor constă în introducerea încărcăturilor de exploziv

în “găurile de mină” practicate în elementele de construcţie (fig. 2.5) [31].

Adevărata artă a demolării cu explozivi nu constă numai în dimensionarea încărcăturilor de

exploziv necesare pentru distrugerea elementelor de construcţie, ci şi în identificarea componentelor

structurale care trebuie distruse şi gruparea lor pe trepte de iniţiere, pentru a se realiza demolarea prin

iniţierea încărcăturilor într-o anumită ordine (fig. 2.8). În acest scop se folosesc mijloace de iniţiere cu

întârziere denumiţi şi detonatori (fig. 2.6, 2.7) [117].

Gruparea pe trepte de întârziere a exploziilor de demolare, produce 3 consecinţe:

- realizarea unei demolări controlate;

- reducerea efectului seismic;

- se controlează suprapresiunea undei de şoc pe treapta de explozie.

Fig. 2.6. Detonator electric folosit la demolări, pentru iniţierea încărcăturilor de exploziv [140]

Incarcatura de exploziv

Incarcatura exploziva discontinua

Fitil detonant Buraj

BurajFitil

detonant

Figura 2.5. Iniţierea explozivilor în găuri mină [117]


32

Figura 2.7. Secţiune prin detonatorul Figura 2.8. Modul de realizare a reţelei de fitil detonant

electric [134] şi iniţiere cu capse detonante NONEL MS [117]

2.3.5. Tehnologii avansate de iniţiere a explozivilor

Metodele de iniţiere a explozivilor diferă în funcţie de caracteristicile acestora. Astfel, pentru

iniţierea explozivilor primari se folosesc mijloace de iniţiere care generează energii mici de activare pe

când la iniţierea explozivilor brizanţi se folosesc mijloace de iniţiere care generează unde de şoc [41].

Metodele cele mai performante, care sunt şi cele mai potrivite de aplicat în cazul demolărilor

controlate cu explozivi, sunt cele neelectricǎ (nonelectrică) şi electronicǎ [32], [65].

2.3.5.1. Tehnologia tip “NONEL”

În domeniul demolării construcţiilor, datorită unor avantaje incontestabile, sunt intens utilizate

sistemele de iniţiere şi transmitere a detonaţiei neelectrice, de tip tub de şoc NONEL care este o marcă

înregistrată a companiei DYNO NOBEL Inc., Suedia. Fitilele detonante NONEL sunt realizate din tuburi

de material plastic, în interiorul cărora este depus, prin pulverizare, un strat de exploziv tip octogen

(HMX) cu grosimea de câţiva microni. Viteza cu care este transmisă detonaţia prin aceste fitile este de

numai 2000 m/s, iar efectele asupra mediului înconjurător sunt nule, tubul păstrându-şi după detonaţie

integritatea [32], [43], [65].

Confecţionarea sistemelor de tip NONEL reprezintă un răspuns al cercetării în domeniu vis-a-vis

de următoarele inconveniente ale folosirii sistemelor clasice de iniţiere a încărcăturilor explozive [65]:

- siguranţă redusă la dispozitivele de aprindere cu fir incandescent;

- posibilitatea apariţiei unor curenţi accidentali în funcţie de condiţiile meteorologice şi de mediu

în care au loc exploziile (mine, cariere), suficienţi de mari pentru o iniţiere nedorită;

- dezvoltarea pe scară tot mai mare a mijloacelor de transmisiuni (telefonie mobilă, staţii radio),

care pot induce curenţi paraziţi;

- utilizarea capselor electrice de mare siguranţă, presupune existenţa unor surse costisitoare,

neaccesibile şi uneori greu de transportat.

Schema constructivă a lanţului de foc (succesiunea elementelor mecano-pirotehnice care permite

ca prin intermediul unui impuls simplu, să se iniţieze detonaţia unei încărcături de exploziv) este

următoarea: iniţiatorul mecanic; tubul de şoc; detonatorul NONEL; conectoare cu întârziere; fitil detonant

şi încărcătură de exploziv [33], [65].


33

Figura 2.9. Lanţ pirotehnic NONEL [131]

Principiul de funcţionare este următorul: iniţiatorul mecanic transformă un impuls iniţial sub

formă de percuţie, în undă de şoc. Aceasta, este transmisă prin intermediul tubului de şoc unui detonator

NONEL pe care-l iniţiază. Transmisia se poate face printr-un conector simplu sau printr-un conector

multiplu, în funcţie de numărul liniilor care trebuie iniţiate.

În figura 2.10 este prezentat un iniţiator mecanic, cu următoarele caracteristici:

- lungimea: 120 mm, - diametru: 24 mm, - lăţime (max): 58 mm, - greutate: 50g.

Figura 2.10. Iniţiator mecanic [65]

În figura 2.11, sunt prezentate două linii din tub de şoc de lungimi diferite.

În figura 2.12, este prezentată schema de principiu a unui detonator NONEL.


34

Figura 2.11. Caracteristici tub de şoc [65]

Figura 2.12. Schema de principiu a unui detonator NONEL [65]

În figura 2.13 este prezentat un lanţ de foc NONEL, format din iniţiator mecanic, tub de şoc şi

capsă detonantă.

Figura 2.13. Lanţ de foc NONEL [65]

CARACTERISTICI TUB ŞOC 100M

-lungimea conducătorului de semnal: 100 m;

-diametrul bobinei: 240 mm;

-înălţimea bobinei: 68 mm;

-greutate totală: 1kg;

-masa explozivului: 2g,

CARACTERISTICI TUB ŞOC 65M

-lungimea conducătorului de semnal: 65 m;

-diametrul bobinei: 210 mm;

-înălţimea bobinei: 48 mm;

-greutate totală: 0,7 kg;

-masa explozivului: 2g.


35

2.3.5.2. Tehnologia “Slapper”

Tehnologia “Slapper” are la bază folosirea unui detonator cu iniţiere optică. În figura 2.14 este

prezentată schema generală a unui detonator cu iniţiere optică şi un lanţ de foc [93].

Figura 2.14. Schema generală a unui detonator cu iniţiere optică şi lanţ de foc [93]

Prin această tehnologie, se obţine iniţierea directă a explozivului secundar, eliminându-se altfel

explozivul de iniţiere, care datorită sensibilităţii pe care o are, este mult mai periculos. Iniţierea optică,

poate fi folosită cu aceleaşi rezultate ca în cazul detonatorilor obişnuiţi.

În tabelul 2.5 sunt prezentate câteva caracteristici ale detonatorilor fabricaţi pe baza tehnologiei

“SLAPPER”.

Tabelul 2.5. Caracteristici detonatori “Slapper” [93]

COD DIMENSIUNI

(mm)

METODA DE

INIŢIERE

ÎNCĂRCĂTURĂ.

DE

EXPLOZIV

OBS.

RTN 9088-051 L.8; Diam.6,7 Optică Exploziv secundar

170 mg

Variantă cu

fereastră etanşă

RTN 9088-052 L.8; Diam.6,7 Optică Exploziv secundar

170 mg

Variantă cu fibră

optică etanşă

RTN 9088-053 L.16; Diam.2 Optică Exploziv secundar

25 mg

Microdetonator

2.3.5.3. Tehnologia cu “Tub de gaz”

Acest sistem a fost realizat de firma “Hercules” din S.U.A. şi respectă într-o oarecare măsură

principiile tubului NONEL, asigurând acelaşi grad de securitate şi eficienţă. Principiul de funcţionare este

următorul: printr-o reţea de tuburi din material plastic având diametrul similar cu cel al tubului NONEL,

este transmis un jet de gaz sub presiune, care, ajungând la o capsă detonantă de construcţie specială,

provoacă detonarea acesteia. Gazul sub presiune provine din explozia unor încărcături de exploziv sau a

unor gaze explozive aflate într-un recipient special. Pe reţeaua de tuburi se pot monta elemente de

conectare şi distribuţie astfel încât să se realizeze reţeaua de iniţiere dorită [93].


36

2.3.5.4. Tehnologia cu “Detonator electronic codat”

Utilizarea unui detonator electronic codat prezintă următoarele avantaje [93]:

- precizia timpului de întârziere este mai bună de 1ms;

- se pot realiza secvenţe de dare a focului optime;

- siguranţă în modalitatea de transmitere a focului şi a instrucţiunilor codate;

- este insensibil la interferenţe electromagnetice;

- este operaţional în mediu ostil;

- poate fi programat să funcţioneze manual sau automat.

În figura 2.15 sunt prezentate un detonator electronic codat şi o consolă de programare a focului.

Figura 2.15. Detonator electronic codat [93]

2.3.5.5. Tehnologia cu “Fitil detonant”

Cercetările teoretice şi experimentale efectuate în ultimii ani privind îmbunătăţirea măsurilor de

securitate şi sănătate a muncii pe timpul lucrului cu materiale explozive, au condus la generalizarea

întrebuinţării fitilului detonant în locurile lipsite de emanaţii cu gaze şi praf de cărbune din cariere şi din

mine [32], [117].

Sistemul de amorsare cu fitil detonant, prezintă următoarele avantaje [32], [117]:

- comparativ cu sistemul electric asigură condiţii mai bune de securitate şi sănătate a muncii.

Utilizarea lui previne detonarea intempestivă a încărcăturilor explozive amorsate cu capse electrice,

provocată de diverse sarcini electrice;

- utilizarea fitilului detonant în diferite lucrări de puşcare nu mai necesită folosirea capselor

detonante, ceea ce asigură un preţ de cost redus al reţelelor de iniţiere;

- acest sistem de amorsare, asigură declanşarea simultană a unui număr aproape nelimitat de

încărcături explozive;

- prezintă siguranţă mare în funcţionare;

- elimină pericolele generate de operaţiile de verificare a dispozitivelor de amorsare electrică;

- asigură detonarea încărcăturilor explozive continue şi discontinue, cu funcţionare instantanee

sau cu microîntârziere;

- se pot executa lucrări de distrugeri cu materiale explozive în locuri mlăştinoase şi sub apă;

- rezistă bine la variaţiile de temperatură;

- asigură condiţii mai bune de protecţia muncii pe timpul încărcării găurilor de mină şi pe


37

timpul lichidării rateurilor.

Fitilul detonant este utilizat în lucrările de demolare a construcţiilor, pentru executarea

dispozitivelor de amorsare a încărcăturilor explozive.

Provocarea detonaţiei unor categorii de încărcături explozive, cu sensibilitate relativ mică, se

realizează prin intermediul fitilului detonant standard, cu încărcătură explozivă de 10-12 g/ml.

Pentru realizarea lanţului detonant, se execută următoarele operaţii [129]:

- conectarea fitilului la încărcăturile de iniţiere;

- conectarea releelor detonante pirotehnice la fitilul detonant;

- executarea legăturilor şi ramificaţiilor reţelei de fitil detonant;

- conectarea capsei detonante pirotehnice sau a capsei detonante electrice la dispozitivul de dare

a focului.

Fitilul detonant se aplică intim pe încărcătura explozivă, prin introducerea în orificiul practicat pe

lungimea încărcăturii explozive sau matisare pe exteriorul acesteia. Alte tehnici constau din înfăşurarea

fitilului detonant în formă de spirală pe încărcătura explozivă, fie prin îndoire în zig-zag şi matisare cu

sfoară sau bandă izolatoare. Pentru transmiterea detonaţiei, este necesar să se execute minimum 3 spire şi

să se asigure o bună fixare a fitilului pe corpul încărcăturii explozive [129].

O capsă detonantă pirotehnică sau electrică, poate să transmită unda detonantă, simultan, la

maximum 6 fitile detonante. Pentru un număr mai mare de ramificaţii se foloseşte un cartuş exploziv

care se iniţiază de la o capsă detonantă [129].

2.3.6. Scheme de utilizare

Pentru efectuarea lucrărilor de demolare cu ajutorul explozivilor, după ce s-a stabilit care sunt

criteriile de apreciere a explozivilor optimi a fi folosiţi în operaţiile de demolare, trebuie să se proiecteze

şi să se aleagă parametrii de puşcare [111].

Înacest scop, se folosesc următoarele notaţii:

W – anticipanta;

Hp – grosimea peretelui paralel la gaura de distrugere;

Htr – grosimea peretelui transversal pe gaura de distrugere;

a – distanţa dintre găuri;

b – distanţa dintre rânduri;

– lungimea găurii;

– masa încărcăturii pe gaură;

* – masa încărcăturii pe gaură corectată;

nr – numărul de rânduri;

– înălţimea încărcăturii de exploziv;

– numărul de încărcături explozive unitare.

În continuare, este prezentată schema logică cu succesiunea operaţiilor de proiectare a

parametrilor de puşcare (fig. 2.16).

Fig. 2.16. Schema logică a procesului de proiectare şi alegere a parametrilor de puşcare a

încărcăturii explozive, este următoarea [89]:


38

START

DATE DESPRE MATERIALUL DE CONSTRUCŢIE

m – masa volumică absolută kg/m3

cm – viteza sunetului [m/s]

Im – impedanţa acustică a materialului de construcţie [kg/m2/s]

ss – energia specifică pe suprafaţă [MJ/kg]

Hp – grosimea peretelui paralel cu gaura de distrugere [m]

Htr – grosimea peretelui transversal la gaura de distrugere [m]

DATE DESPRE MATERIALUL EXPLOZIV FOLOSIT

e – densitatea de încărcare kg/m3

D – viteza de detonaţie [m/s]

Ie – impedanţa explozivului [kg/m2/s]

e – energia specifică a explozivului [MJ/kg]

e – diametrul încărcăturii explozive [m]

Qe – masa încărcăturii unitare de exploziv [kg]

CERINŢE ALE PROCESULUI DE DISTRUGERE (DEMOLARE)

DM – dimensiunea maximă a fragmentului rezultat la distrugere m

Ld – lungimea zonei distruse [m]

HpHtr 0,33Htr1

Htr 0,67 1Htr1,72

W = Htr/2

nr = 1 W = b=Htr/nr

nr = Htr/0,33

W= b=Htr/3

nr = 2

A

A

A

DA

DA NU

DA

NU

NU

W = b=Htr/4

nr = 3

A

DA


39

A

Hp Htr Hp0,67

lg = Htr -W lg = 3/4 Hp

DA

NU

lg = 0,6 Hp

DA

W 0,2 0,2W0,33

a = 0,3 a = 1,5W

DA

NU

a = 0,5 m

DA

NU

NU

ImIe

ImIe

2

2

11

e ee

m

1

12

15.03

STOP


40

2.3.7. Tehnici utilizate pentru demolarea prin explozii a construcţiilor

După modul de prăbuşire al construcţiilor, rezultă două tehnici de demolare prin explozii [89]:

- demolare cu prăbuşire pe verticală;

- demolare cu prăbuşire laterală (prin basculare).

Figura 2.17. Demolarea unei construcţii pe verticală: a) construcţia înainte de demolare;

b) colaps (implozie); c) prăbuşire pe verticală cu împrăştiere mică; d) prăbuşire pe verticală cu

împrăştiere mare [63]

Figura 2.18. Demolarea unei construcţii prin prăbuşire laterală: a) construcţia înainte de demolare; b)

începutul basculării; c) momentul rupturii; d) sfărâmăturile construcţiei după prăbuşire [63]

Aceste moduri de prăbuşire a construcţiilor stau la baza celor două tehnici de demolare a

construcţiilor care se folosesc cu precădere pe plan internaţional: metoda volumelor mari şi mici [63].

Metoda volumelor mari constă în fragmentarea construcţiilor în volume mari prin explozii la

intervale mari de timp. Frontul exploziilor înaintează de la baza construcţiei către etajele superioare iar

construcţia se mişcă accelerat în jos, prăbuşindu-se pe verticală.

Metoda volumelor mici constă în fragmentarea construcţiilor în volume mici prin executarea

exploziilor la intervale mici de timp. Această metodă poate fi foarte bine controlată atât la prăbuşirea pe

verticală cât şi la cea pe laterală.

O comparaţie plastică între cele două principii ar semăna cu următorul exemplu: dacă primul

principiu ar fi asemănător cu căderea unui sac cu pământ de la o anumită înălţime, atunci al doilea

principiu ar fi împrăştierea pământului de la aceeaşi înălţime [63].

Referitor la modalitatea de fragmentare a construcţiilor şi de formare a volumelor principale, în

prezent cele mai folosite metode de demolări pe plan mondial cu ajutorul explozivilor, sunt următoarele:

- metoda americanǎ cu origini nipono-sud-africane;

- metoda francezǎ;

- metoda americanǎ îmbunǎtǎţitǎ.


41

Aceste metode constau în fragmentarea construcţiei în volume prin explozii la intervale mici de

timp, de ordinul a 20 – 25 ms. Exploziile formează mai multe fronturi care se deplasează în direcţii

diferite, astfel încât să se obţină efectele de fragmentare. Rezultă o fragmentare puternică a elementelor

construcţiei în care s-au practicat găurile de distrugeri, astfel încât, atunci când construcţia ajunge la sol,

nu va constitui o masă de impact considerabilă [63].

La metoda americanǎ, volumul de muncǎ în perioada pregǎtirii demolării este relativ redus, însă

în timpul demolării apar unde de şoc şi unde seismice puternice iar demolarea în sine este necontrolatǎ

deoarece pot apare antrenǎri de mase mari în cǎdere [63].

Figura 2.19. Metoda de demolare americană:

a) Construcţia înainte de demolare; b), c), d) Formarea volumelor 1 - frontul exploziilor ; 2 – volum; 3 -

undă seismică; 4 - undă de şoc aeriană [63]

În cazul metodei franceze, munca depusǎ pentru proiectarea şi pregătirea demolării este mai

laborioasǎ, datorită numărului mare de încărcături explozive folosite, însă marele avantaj al acestei

metode este că demolarea poate fi foarte bine controlată, iar suprapresiunea undei de şoc este diminuată

proporţional cu numărul de trepte de iniţiere ale exploziilor [63].

Figura 2.20. Metoda de demolare franceză: construcţia se fragmentează în volume mici prin explozii la

intervale mici de timp (de ordinul zecilor de milisecunde); exploziile pot forma mai multe fronturi care se

deplasează în diverse direcţii, alese astfel încât să se obţină anumite efecte [63]

Metoda americană îmbunătăţită, este o combinaţie a celor două moduri de demolare: prăbuşire

pe verticală şi pe laterală [63].


42

Figura 2.21. Metoda de demolare americană îmbunătăţită a) Prima fază a demolării: formarea

volumelor mari şi începutul prăbuşirii pe verticală a primului volum; b) Fază intermediară a demolării:

sfârşitul prăbuşirii pe verticală a primului volum; c) Ultima fază a demolării: prăbuşirea prin basculare a

celui de al doilea volum [63]

2.3.8. Metoda inspectării cu raze X folosită în sprijinul demolării construcţiilor prin explozii

Proiectarea şi realizarea “schemei de demolare” a construcţiilor, reprezintă secretul şi cheia

procesului de demolare. În acest scop, realizarea găurilor de distrugere în care sunt introduse încărcăturile

explozive are un rol foarte important. În anumite situaţii, la obiectivele realizate din beton armat,

consultarea proiectului obiectivului de demolat nu conduce întotdeauna la aflarea locurilor de amplasare a

armăturilor. Practic, desenarea locurilor unde se amplasează găurile de distrugere nu este întotdeauna

definitivă, căci în locul de perforare, burghiul poate întâlni armătura de oţel şi gaura nu poate avea

caracteristicile geometrice stabilite prin proiect. Din aceste considerente, înainte de realizarea “schemei

de demolare”, se verifică prin tehnica inspectării cu radiaţii X, corectitudinea amplasării locurilor de

găurire în funcţie de poziţia armăturilor din componentele structurale [89].

Principiul metodei de folosire a aparaturii portabile de raze X, constă în radiografierea

componentei structurale în care se presupune că există armături din oţel, cu un fascicul continuu sau

intermitent de raze X cu diferite intensităţi de energie, după care imaginile se receptează pe ecrane

fluorescente sau camere speciale de luat vederi şi se interpretează (fig. 2.22). Radiografiile sunt în general

imagini cu tonuri de alb, negru şi gri în funcţie de densitatea materialului penetrat de razele X [68].

Performanţele sistemelor de scanare cu raze X s-au

îmbunătăţit odată cu dezvoltarea tehnicii de calcul şi mai

ales cu perfecţionarea monitoarelor video comerciale, la

care a fost lărgită gama de culori şi setarea diferitelor

densităţi şi grosimi ale materialelor pe game de „pseudo-

culori”, în funcţie de densităţile materialelor, prin

prezentarea imaginii obţinute la scanarea elementelor

structurale pe un monitor color [68]. Figura 2.22. Sistem portabil de

radiografiere cu raze x [68]

2.4. Dimensionarea parametrilor de puşcare la demolarea construcţiilor

2.4.1. Generalitǎţi

Orice construcţie are propriile ei caracteristici iar proiectarea încǎrcǎturilor explozive pentru

fragmentarea elementelor de construcţie se realizează în funcţie de aceste particularităţi constructive.

Specialiştii controlează fragmentarea elementelor de construcţie prin intermediul unor parametri

cuantificabili, cu ajutorul cǎrora poate fi „dozatǎ” cantitatea de energie transmisǎ elementelor de


43

construcţie în scopul fragmentǎrii acestora. Aceşti parametri se mai numesc şi parametrii energiei de

explozie şi se calculeazǎ pe baza caracteristicilor construcţiei de demolat, ale fiecărui element de

construcţie vizat pentru fragmentare, al mediului înconjurǎtor, al explozivului utilizat şi al metodei de

iniţiere a încărcăturilor explozive. Modificarea uneia din aceste date de intrare, conduce în mod automat

la schimbarea valorilor parametrilor energiei exploziei rezultaţi din calcul. Parametrii energiei exploziei

sunt următorii: masa încǎrcǎturii explozive pe gaurǎ gQ , anticipanta W, distanţa între gǎurile de pe

acelaşi rând (a), distanţa între rândurile de găuri (b), lungimea gǎurii gl , numărul de găuri

gn şi

diametrul gǎurilor gd . Unii dintre aceşti parametri se calculeazǎ pornind de la dimensiunile geometrice

ale elementului de construcţie [89].

Proiectarea încărcăturilor de exploziv necesare demolărilor prin implozii controlate, se face pe

baza unor formule de calcul prezentate pe larg în literatura de specialitate, care iau în considerare natura

şi dimensiunile geometrice ale componentei structurale care se doreşte a fi puşcată [32], [48], [74], [111].

În vederea proiectării parametrilor de puşcare, am folosit următoarele notaţii [89]:

– grosimea peretelui paralel cu gaura de mină;

– grosimea peretelui transversal pe gaura de mină;

– numărul de rânduri;

– înălţimea încărcăturii de exploziv;

- numărul de încărcături explozive unitare.

Pentru a exemplifica acest mod de abordare a problemei, am folosit formule de calcul ale

parametrilor energiei exploziei pentru grinzi şi stâlpi din beton armat deduse dintr-un set de formule de

calcul a efectului exploziei asupra rocilor, obţinute pe baze experimentale şi parţial teoretice de către Ulf

Langefors şi corectate ulterior de diverşi specialişti [89].

Utilizarea parametrilor energiei exploziei astfel obţinuţi, poate conduce la obţinerea unei

fragmentǎri optime, dar din punct de vedere ştiinţific, sunt ignoraţi diverşi factori care pot schimba

practic în detrimentul scopului propus, modul de manifestare a efectelor exploziei asupra elementului de

construcţie [89].

Astfel, nu sunt luate în considerare marca betonului elementului de construcţie, modul de armare,

vârsta betonului, starea realǎ a elementului în momentul executǎrii lucrǎrii de demolare, alcǎtuirea

structurii din care face parte elementul de construcţie sau încǎrcǎturile definitorii pentru eforturile care

apar. Principalul dezavantaj al acestui mod de calcul este următorul: aproximǎrile fǎcute, chiar dacǎ

permit obţinerea unor rezultate care poate satisface proiectantul şi executantul, conduc la rezolvǎri

practice aflate la limita siguranţei atât din punct de vedere al realizǎrii scopului lucrǎrii, cât şi din cel al

protecţiei muncii şi mediului înconjurǎtor. Proiectarea demolării este îngreunatǎ datoritǎ lipsei

posibilitǎţii simulǎrii întregii demolǎri pentru a analiza efectele care s-ar putea manifesta asupra

obiectivelor învecinate şi a mediului înconjurǎtor. Din aceste motive este deosebit de important procesul

de proiectare a încǎrcǎturilor explozive luând în considerare caracteristicile elementului de construcţie

pentru care se calculează şi nu caracteristicile generale ale clasei de elemente din care face parte [117].

Încǎrcǎtura explozivă necesarǎ pentru puşcarea unui anumit element constructiv, depinde de tipul

explozivului utilizat, de materialul care se distruge, de felul construcţiei ce se demolează şi de geometria

plasǎrii gǎurilor. Eficacitatea distrugerii componentelor structurale cu explozii, este la rândul ei

dependentǎ de raportul dintre parametrii geometrici: anticipanta (W), distanţa între gǎuri (a) şi lungimea

gǎurii ( gl ), raportul dintre distanţa între gǎuri (a) şi distanţa între rânduri (b), numǎrul şi mǎrimea

încǎrcǎturilor explozive, precum şi de felul burajului şi a iniţierii încărcăturilor explozive [111].

Mǎrimea razei de acţiune a unei încǎrcǎturi explozive nu se poate stabili foarte precis, deoarece

aceasta depinde de mai mulţi factori de influenţǎ. Ca principiu de bazǎ în calcule (după H. Heinze) se ia

în considerare cǎ raza de acţiune a unei încǎrcǎturi explozive este cel puţin egalǎ cu anticipanta (W),


44

neputând depǎşi o valoare maxW pentru un anumit tip de exploziv cu un diametru de cartuş dat. Aceastǎ

metodǎ empiricǎ nu ţine seama de materialul din care este confecţionat elementul de construcţie, de

starea în care se aflǎ acesta şi de încǎrcǎrile la care este supus în ansamblul construcţiei, atât înainte cât şi

pe timpul acţiunii exploziei [111].

De exemplu, pentru dinamită cu diametrul cartuşului de 26 mm, anticipanta maximǎ pentru

betonul armat este maxW = 0,33 m şi pentru material nearmat din zidǎrie sau beton este maxW = 0,67 m.

Mǎrimea anticipantei (W) depinde de dimensiunile componentei structurale care se distruge [111].

2.4.2. Demolarea construcţiilor din zidǎrie

Construcţiile din zidǎrie sunt construcţii alcătuite din piatrǎ naturalǎ sau piatrǎ artificialǎ de

diferite forme şi mǎrimi, ţesute dupǎ anumite reguli şi legate între ele prin mortar sau legǎturi metalice la

care partea portantǎ este constituitǎ din aceste materiale [23].

În vederea demolării construcţiilor din zidǎrie, se creeazǎ o secţiune de rupere plasatǎ la parterul

clǎdirii sau în pivniţǎ, iar în unele situaţii la ambele nivele. Se ia în considerare plasarea secţiunii de

rupere în ziduri cu o suprafaţǎ liberǎ în pivniţǎ, pentru eliminarea efectului de aruncare a bucǎţilor de

material. Secţiunea de rupere de la nivelul parterului, se execută cu încărcături care se plaseazǎ la 0,5 -

0,8 m deasupra pardoselei în rânduri de gǎuri orizontale, în funcţie de grosimea zidurilor. Dacǎ

construcţia de demolat are în zidurile exterioare multe ferestre sau uşi, secţiunea de rupere se plaseazǎ la

acest nivel. Demolarea clǎdirilor se realizează prin dǎrâmarea acestora pe locul construcţiei sau prin

dirijarea dǎrâmǎrii într-o anumitǎ direcţie. Cǎderea clǎdirilor într-o anumitǎ direcţie se realizează numai

în cazul construcţiilor înalte şi zvelte [111].

Dacǎ se impune demolarea parţialǎ a unei clǎdiri, se aleg ca limite rosturile de dilatare existente

sau se creeazǎ în prealabil şliţuri de separare.

La demolarea clǎdirilor care necesitǎ un numǎr mare de încǎrcǎturi explozive, pentru detonarea

acestora se folosesc explozoare de mare capacitate sau grupe de încǎrcǎturi explozive de aceeaşi

întârziere, legate între ele cu reţele de fitil detonant.

Trebuie ţinut seama de colţurile clǎdirilor care creeazǎ zone de rezistenţǎ mǎritǎ ce trebuie luate

în considerare la calculul încǎrcǎturii aferente. Dacă existǎ colţuri rezultate din îmbinarea mai multor

ziduri de diferite grosimi, în efectuarea calculului se iau zidurile cu grosimea cea mai mare.

Hornurile şi canalele de aerisire constituie puncte de rezistenţǎ suplimentare. Hornurile au în

general secţiuni interioare de 0,13 0,13 m sau 0,26 0,26 m cu grosimea peretelui de 0,12 – 0,25 m.

Pentru distrugerea hornurilor, se folosesc încǎrcǎturi explozive concentrate de 0,200 – 0,600 kg, ce se

introduc în horn prin fostul canal de legǎturǎ cu soba şi se suspendă la nivelul secţiunii de rupere a

zidurilor. La efecuarea gǎurilor în ziduri, prima gaurǎ se plaseazǎ direct la marginea hornului.

La demolarea clǎdirilor, dimensionarea parametrilor de puşcare se efectuează separat pentru stâlpi

de susţinere, ziduri, colţuri şi coloane [111].

Figura 2.23. Imagini din timpul demolǎrii unor construcţii din zidǎrie [138]


45

A) Parametri de puşcare pentru ziduri cu una sau două suprafeţe libere [111]

Se iau în calcul zidurile a cǎror grosime este mai mare de 0,12 m. Zidurile cu grosimi 0,12 m

se distrug parţial sau total cu metode clasice înainte de demolarea cu explozivi.

Anticipanta: W = 0,5 pH (m)

Distanţa între gǎuri:

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 < W 0,67 m a = 1,5W (m)

W > 0,67 m a = 1,0 m

Numǎrul minim de rânduri de gǎuri:

dacǎ

pH 0,50 m Rn = 1

0,50 < pH 1,70 m Rn = 2

1,70 m < pH 2,25 m Rn = 3

Distanţa între rânduri:

b = 0,866a (m)

Lungimea de gaurǎ:

- pentru ziduri cu douǎ suprafeţe - pentru ziduri cu o suprafaţǎ

libere liberǎ

dacǎ

pH 0,50 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH

4

3(m)

0,50 m < pG 2,0 m gl = pH

3

2(m) gl =

pH5

4(m)

pH > 0,2 m gl = pH - 0,67 (m) gl = pH - 0,67 (m)

Pentru colţuri de ziduri cu douǎ sau o suprafaţǎ liberǎ:

- colţuri cu ziduri de aceeaşi grosime

paH = pbH gl = gl2 (m)

- colţuri cu ziduri de grosimi diferite

paH pbH gcl =

22gbga ll (m)

Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:

-ziduri cu una sau douǎ suprafeţe - pentru colţuri cu una sau douǎ

libere suprafeţe libere

dacǎ

pH 0,5 gQ = gcal (kg) gcQ = gcal (kg)


46

0,50 m < pH 2,0 m gQ =2

gcal(kg) gcQ =

2

gcal(kg)

pH > 2,0 m gQ = 2

Walb(kg) gcQ =

2

Walgc(kg)

B) Parametri de puşcare pentru stâlpi, piloni şi coloane de susţinere din zidǎrie

Anticipanta:

dacǎ

tr

p

H

H1 şi pH < 1,3 m W =

2

trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe un rând Rn = 1

tr

p

H

H< 1 şi 0,67 m < pH 2,0 m W = b =

3

trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe douǎ rânduri

Rn = 2

2,0 m < trH 3,40 m W = b = 4

trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe trei rânduri

Rn = 3


dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,67 a = 1,5W (m)

Numǎrul de gǎuri pe un rând:

dacǎ

( Wa ) minH gn = 2 gǎuri /rând

( Wa ) < minH gn = 3 gǎuri/rând

Lungimea de gaurǎ:

dacǎ

tr

p

H

H> 1 gl = pH - W (m)

tr

p

H

H1 şi pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m)

1,0 < pH 1,34 m gl = pH3

2(m)

pH > 1,34 m gl = 4

3pH (m)


gQ = 2

gal(kg)


47

2.4.3. Demolarea construcţiilor din beton şi beton armat

În construcţii, betonul şi betonul armat sunt utilizate sub urmǎtoarele forme: beton turnat monolit,

elemente prefabricate şi beton precomprimat [68].

Betonul monolit este turnat direct pe şantier, în cofraje, realizându-se astfel structurile de

rezistenţǎ ale clǎdirilor (stâlpi, grinzi, planşee), precum şi lucrǎri masive (baraje, ziduri de sprijin, etc.),

lucrǎri speciale (rezervoare, silozuri, acoperişuri din plǎci curbe subţiri etc.) sau lucrǎri de artǎ (poduri,

viaducte, tuneluri etc.), fǎrǎ a mai fi necesare executarea lucrǎrilor de îmbinare ulterioare [68].

Elementele prefabricate din beton sunt executate în fabrici, ateliere sau în poligoane de şantier, iar

ulterior sunt montate şi îmbinate pe şantier, pentru realizarea structurii de rezistenţǎ a construcţiilor.

Elementele de construcţii de dimensiuni şi greutǎţi mari, care prezintǎ dificultǎţi de transport sau a cǎror

uzinare nu este rentabilǎ sunt executate pe platforme amenajate în apropierea locului de montaj şi se

numesc elemente preturnate. Din elementele prefabricate se execută: fundaţii, stâlpi, grinzi, planşee

(plǎci), pereţi, elemente pentru acoperişuri, elemente de umpluturǎ etc. [66].

Elementele din beton precomprimat se execută din materiale cu caracteristici superioare: betoane

de marcǎ ridicatǎ şi armǎturi din oţeluri de înaltǎ rezistenţǎ [66].

Pentru distrugerea prin explozie a elementelor de construcţii din beton, este preferabil să se

utilizeze încărcăturile introduse în găuri de mină care prezintă o serie de avantaje faţă de varianta de

aplicare a încărcăturilor pe suprafaţa elementelor de construcţie, cum ar fi:

- este utilizată o cantitate mai mare de energie pentru fragmentarea betonului;

- este disipată în atmosferă, o parte mai mică din energie sub forma undelor de şoc aeriene;

- se realizează un control mai bun al energiei dezvoltate de explozie;

- cantităţile de explozivi care se folosesc sunt de cel puţin 5 ori mai reduse decât în cazul

folosirii încărcăturilor aplicate.

Grinzile şi stâlpii de susţinere sunt în general demolate împreunǎ, sub formǎ de schelete de beton

armat. Calculul parametrilor de puşcare, se face pentru fiecare tip de element în parte.

Deoarece încǎrcǎtura explozivǎ la betonul armat, nu distruge şi armǎtura metalicǎ ci numai

sfǎrâmǎ sau afâneazǎ betonul dintre armǎturi (în funcţie de mǎrimea încǎrcǎturii explozive), dupǎ

perforarea gǎurilor, se taie armǎturile de rezistenţǎ în locurile unde se urmǎreşte doar detaşarea sau

ruperea unui element constructiv [63].

Zidurile din beton armat, prima datǎ se rǎstoarnǎ prin plasarea de încǎrcǎturi explozive pe 1-3

rânduri de gǎuri orizontale în funcţie de grosimea zidului în secţiunea de rupere iar apoi se distrug cu

încǎrcǎturi de afânare. Din punctul de vedere al dimensionǎrii parametrilor, sunt ziduri cu una sau douǎ

suprafeţe libere.

Calculul încărcăturilor de explozivi se face utilizând algoritmul de calcul al metodei Heinze.

Ulterior, acest calcul poate fi verificat cu metodele Berta şi Olofsson, cu condiţia ca explozivul să fie

distribuit în cât mai multe găuri de mină, practicate în elementele de distrus, preferându-se folosirea

găurilor de mină cu dimensiuni mici, în locul celor cu diametre mari şi folosirea încărcăturilor mici şi

dese în locul celor mari şi puţine. Aceste metode au dezavantajul că oferă valori ale încărcăturilor de

exploziv supradimensionate iar pentru demolarea construcţiilor, după cum se ştie, cantitatea de exploziv

folosită trebuie să fie minimă pentru a reduce efectele nedorite, în special propulsia de fragmente din

construcţie şi manifestarea undei de şoc aeriene [74].

La demolarea elementelor constructive din beton armat, specialiştii trebuie sǎ acorde o atenţie

deosebitǎ prevenirii efectului de aruncare a bucǎţilor de material dislocat. În acest scop, atunci când se

impune protejarea unor obiective la acţiunea proiecţiilor de fragmente rezultate din explozii, în dreptul

încǎrcǎturilor explozive introduse în găurile de mină, se dispun diferite materiale (ecrane) care asigură

acest rol.

A) Parametri de puşcare pentru grinzi, stâlpi şi coloane de susţinere din beton armat şi beton cu

gǎuri orizontale sau verticale (fig. 2.24) [111]

Anticipanta:


48

dacǎ:

1tr

p

H

H şi

trH 0,67 m, W = 2

trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe un rând, Rn = 1

dacǎ:

tr

p

H

H< 1 şi

a) 0,33 m < trH 1,0 m W = b = 3


Rn = 2

b) 1,0 m < trH 1,72 m W = b = 4

trH, gǎurile se amplaseazǎ pe trei rânduri

Rn = 3


dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,50 m

Lungimea de gaurǎ:

dacǎ

tr

p

H

H> 1 gl = pH - W (m)

tr

p

H

H1 şi pH 0,67 m gl = 0,6 pH (m)

67,0pH m gl =pH

4

3(m)

se introduc douǎ încǎrcǎturi discontinue


- pentru sfǎrâmarea completǎ a betonului dintre armǎturi:

gQ =2

gal(kg)

- pentru afânarea betonului dintre armǎturi:

gQ = 4

gal(kg)

Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ:

dacǎ

5,1a

lg ipn = 1


49

1,5<a

lg<2,5 ipn = 2

2,5<a

lg<3,5 ipn = 3

ipQ =

ip

g

n

Q

Figura 2.24. Puşcarea de grinzi, stâlpi şi coloane de susţinere din beton armat, cu gǎuri verticale [111]

B) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat şi beton cu una sau douǎ suprafeţe libere,

cu gǎuri orizontale (fig. 2.25) [111]

Anticipanta:

W = 0,5 pH (m)


- pentru beton armat

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,50 m

- pentru beton

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,67 m a = 1,0 m


b = 0,866a (m)

pH pH

pH

a W W W W

gl

trH trH

gl


50

Lungimea de gaurǎ:

- pentru ziduri cu douǎ - pentru ziduri cu o

suprafeţe libere suprafaţǎ liberǎ


dacǎ

pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = 3

2pH (m)

pH > 1,0 m gl = pH - 0,43 (m) gl = pH - 0,33 (m)

- pentru beton

dacǎ

pH 2,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = 3

2 pH (m)

pH > 2,0 m gl = pH - 0,85 (m) gl = pH - 0,67 (m)


- pentru beton armat - pentru beton

dacǎ

W 1,0 m gQ = 2

gal (kg) gQ =

5,2

gal (kg)

W > 1,0 m gQ = 2

Walg (kg) gQ =

5,2

Walg (kg)

Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog ca

pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.

Figura 2.25. Puşcarea de ziduri din beton armat cu douǎ suprafeţe libere, cu gǎuri orizontale [111]

C) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat şi beton cu una sau douǎ suprafeţe libere,

cu gǎuri verticale (fig. 2.26) [111]

Anticipanta:


dacǎ

b

lg a

b

W

trH


51

1tr

p

H

H

şi

trQ 0,67 m trQ 1,34 m

- pentru ziduri cu 2 suprafeţe libere

W = 2

trH (m)

- pentru ziduri cu 1 suprafaţǎ liberǎ

W = trH

3

2(m)

dacǎ

1tr

p

H

H


0,33 m < trQ 1,0 m

- pentru beton

0,67 m < trQ 2,0 m



dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,5 m

- pentru beton

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W (m)

W > 0,67 m a = 1,0 m

Lungimea de gaurǎ:

- la distrugerea pe felii - la ultima felie

gL = PH = grosimea feliei (m) gL = pH - 2

W (m)


- la puşcarea de sfǎrâmare - la puşcarea de afânare

• pentru beton armat gQ = 2

gal (kg) gQ =

4

gal (kg)

• pentru beton gQ = 5,2

gal (kg) gQ =

5

gal (kg)




52

Figura 2.26. Puşcarea de ziduri din beton armat şi beton cu gǎuri verticale [111]

a – cu douǎ suprafeţe libere; b – cu o suprafaţǎ liberǎ

D) Parametri de puşcare pentru plafoane din beton armat sau beton cu gǎuri verticale (fig. 2.27)

[111]

Anticipanta

- pentru plafoane - pentru planşee

W = 0,5 pH (m) W = pH4

3 (m)

Distanţa între gǎuri

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,50 m


B = 0,866a (m)

Lungimea de gaurǎ:


gl = pH3

2 (m) gl = pH

4

3 (m)



a

b

lg

a

b

lg

trH

trH

W b b

b W b


53

gQ = 2

gal (kg) gQ =

5,2

gal (kg)

Figura 2.27. Puşcarea de plafoane şi planşee din beton armat sau beton cu gǎuri verticale [111]

a – plafoane; b – planşee

2.4.4. Demolarea construcţiilor metalice

Metalele au o largǎ utilizare în construcţii fiind utilizate la confecţionarea stâlpilor, grinzilor,

planşeelor, şarpantelor pentru acoperişuri, tâmplǎriei pentru uşi şi ferestre, podurilor de cale feratǎ şi

şosea, podurilor rulante şi a macaralelor, rezervoarelor, turnurilor şi antenelor de radio şi televiziune,

construcţiilor hidrotehnice, elementelor de instalaţii etc.

Pentru construcţiile metalice se folosesc în special metale feroase (fontǎ şi oţel) şi în mai micǎ

mǎsurǎ cele neferoase (cupru, nichel, aluminiu, plumb, zinc, staniu, magneziu etc.), sau aliajele lor

(alama, bronz, duraluminiu etc.), cu caracteristici îmbunǎtǎţite faţǎ de cele ale metalelor de bazǎ, nealiate.

La confecţionarea construcţiilor metalice, se utilizează profile metalice simple sau combinaţii

între diferite profile. Structurile metalice se realizeazǎ din profile laminate sau din bare cu secţiuni

compuse. Solidarizarea barelor, se realizează prin următoarele mijloacele de îmbinare: sudurǎ, nituri,

buloane şi unele elemente auxiliare ca şurburi, eclise, guşeuri etc. Principalele tipuri de elemente de

construcţii metalice sunt stâlpii şi grinzile [35].

Stâlpii sunt elemente de construcţie verticale sau înclinate care intrǎ în alcǎtuirea structurilor

metalice şi au rolul de a susţine diferite pǎrţi ale construcţiei (ferme, cǎi de rulare pentru poduri rulante,

a

b

b

a

lg

trH

b b W

lg

trH

b b W


54

planşee şi platforme industriale, buncǎre, rezervoare, galerii, instalaţii sau pǎrţi de instalaţii etc.). Stâlpii

au rolul de a prelua încǎrcǎrile aduse de aceste pǎrţi ale construcţiei şi a le transmite fundaţiilor, de care

sunt solidarizaţi prin baza lor. Un stâlp se compune din capul superior, corpul şi baza. Stâlpii pot fi

solicitaţi de încǎrcǎri aplicate axial, transversal sau complex [30].

Dimensionarea unui stâlp, se realizează în funcţie de necesitǎţile tehnologice şi de solicitǎri.

Stâlpii pot fi alcǎtuiţi dintr-un profil laminat, din mai multe profile laminate, din elemente depǎrtate

solidarizate între ele cu plǎci şi zǎbrele. Secţiunea poate fi constantǎ pe întreaga înǎlţime a stâlpului sau

variabilǎ [81].

Grinzile ce se utilizează în construcţiile metalice sunt cu inimǎ plinǎ şi cu zǎbrele.

Grinzile cu inimǎ plinǎ sunt folosite pentru susţinerea unor planşee la încǎrcǎri mari, ca grinzi de

rulare, la pasarele, poduri de şosea şi de cale feratǎ etc.

Grinzile cu zǎbrele (fermele), sunt componente structurale cu rigiditate mare şi economice din

punctul de vedere al consumului de metal, în raport cu grinzile cu inimǎ plinǎ. Se folosesc la

confecţionarea acoperişurilor de hale, a depozitelor, podurilor de şosea sau cale feratǎ, depourilor,

podurilor rulante etc. [81].

Sistemele de grinzi cu zǎbrele, sunt plane sau spaţiale, dupǎ cum zǎbrelele care le compun se

gǎsesc sau nu în acelaşi plan. Forma geometricǎ a grinzii plane cu zǎbrele se alege în funcţie de

destinaţie, de legǎturile grinzii cu alte elemente ale construcţiei, de natura încǎrcǎrilor şi deschiderii etc.

Principalele tipuri de grinzi metalice cu zǎbrele sunt: cu tǎlpi poligonale, paralele, trapezoidale şi curbe.

Sistemele de grinzi cu zǎbrele folosite la construcţiile metalice sunt: dreptunghiulare, triunghiulare, cu

bare suplimentare, romboidale şi cu diagonale în X [35].

Pentru demolarea construcţiilor metalice, se folosesc încǎrcǎturi explozive aplicate, constituite din

explozivi secundari. Demolarea profilelor metalice se execută prin efectul de forfecare a exploziilor.

Pentru realizarea acestui efect, se folosesc cu precădere încǎrcǎturile explozive tip BLADE care se aşeazǎ

intim pe toate feţele profilului, la o distanţǎ între ele, egalǎ cu grosimea suprafeţei de rupere [111].

Aceste încărcături, au rolul de a efectua „tǎieri” precise ale metalului, prin efectele cumulativ şi

lenticular. Pe lângǎ faptul cǎ sunt precise, ele asigurǎ o protecţie mǎritǎ la efectul de proiectare a

schijelor. Principala lor inconvenienţă, este aceea cǎ au un preţ de achiziţie ridicat.

Masa încǎrcǎturii explozive se calculează în funcţie de suprafaţa transversalǎ a profilului metalic

precum şi de felul solicitǎrii la care este acesta supus. Relaţia de calcul este următoarea [89]:

Q = Sq (kg) (2.41)

în care:

S - suprafaţa transversalǎ a profilului metalic, cm²;

q - consumul specific de exploziv, kg/cm²;

q = 0,025 kg/cm², pentru profile supuse la întindere;

q = 0,030 kg/cm², pentru profile nesupuse la solicitǎri;

q = 0,035 kg/cm², pentru profile supuse la compresiune.

Din punctul de vedere al securitǎţii şi sănătăţii în muncă, la demolarea construcţiilor metalice,

încǎrcǎturile explozive se acoperǎ cu plase, covoare din bandǎ de cauciuc, pâslă, baloturi de paie etc. iar

distanţa minimă de siguranţǎ pentru încǎrcǎturile brizante folosite se stabileşte la 1000 m.

2.4.5. Demolarea construcţiilor mixte

Construcţiile mixte sunt construcţii civile multietajate ce au structura de rezistenţǎ alcǎtuitǎ prin

asocierea sistemelor structurale în diafragme şi cadre în scopul valorificǎrii avantajelor fiecǎruia din

elementele componente, pentru obţinerea unor performanţe tehnice şi economice superioare.

Structurile mixte, se alcǎtuiesc dintr-un sistem de cadre asociate cu un numǎr de diafragme

dispuse izolat sau grupat, sub formǎ de nuclee rigide. Rigiditatea sporitǎ a unei structuri mixte alcǎtuite


55

din cadre şi diafragme, cu conlucrare spaţialǎ, favorizează comportarea structurii la acţiuni cu caracter

dinamic (cutremur, rafale de vânt), prin reducerea amplitudinilor oscilaţiilor clǎdirii şi atenuarea efectului

modurilor superioare de vibraţie. De asemenea, printr-o amplasare judicioasǎ a diafragmelor, se

diminueazǎ considerabil efectul de torsiune generalǎ a structurilor. Din acest motiv, structurile mixte sunt

soluţii cu comportare foarte bunǎ la acţiuni seismice intense [89].

Demolarea construcţiile mixte se realizează prin explozii controlate, în mod asemǎnǎtor cu

metoda de demolare a construcţiilor cu structura din beton armat.

A) Parametri de puşcare pentru grinzi şi stâlpi din beton armat [111]

Anticipanta:

dacǎ:

1tr

p

H

H

şi

trH 0,67 m W = 2

trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe un rând, Rn = 1

dacǎ:

1tr

p

H

H

şi

a) 0,33 m < trH 1,0 m W = b = 3


Rn = 2

b) 1,0 m < trH 1,72 m W = b = 4

trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe trei rânduri

Rn = 3


dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W(m)

W > 0,33 m a = 0,50 m

Lungimea de gaurǎ:

dacǎ

tr

p

H

H> 1 gl = pH - W (m)

1tr

p

H

H şi pH 0,67 m gl = 0,6 pH (m)

67,0pH m gl = pH4

3(m)

se introduc douǎ încǎrcǎturi discontinue


56


- pentru sfǎrâmarea completǎ a betonului dintre armǎturi:

gQ = 2

gal(kg)

- pentru afânarea betonului dintre armǎturi:

gQ = 4

gal(kg)

Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ:

dacǎ

5,1a

lg ipn = 1

1,5 <a

lg< 2,5 ipn = 2

2,5 <a

lg< 3,5 ipn = 3

ipQ =

ip

g

n

Q

B) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat cu una sau douǎ suprafeţe libere, cu gǎuri

orizontale (fig. 2.28) [111]

Anticipanta:

W = 0,5 pH (m)


dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,50 m


b = 0,866a (m)

Lungimea de gaurǎ:



dacǎ

pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH3

2 (m)


57

pH > 1,0 m gl = pH - 0,43 (m) gl =

pH - 0,33 (m)

pH > 2,0 m gl = pH - 0,85 (m) gl =

pH - 0,67 (m)


dacǎ

W 1,0 m gQ = 2

gal (kg) gQ =

5,2

gal (kg)

W > 1,0 m gQ = 2

Walg (kg) gQ =

5,2

Walg (kg)



Figura 2.28. Puşcarea de ziduri din beton armat cu o suprafaţǎ liberǎ, cu gǎuri orizontale [180]

B) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat cu una sau douǎ suprafeţe libere, cu gǎuri

verticale (fig. 2.29) [111]

Anticipanta:

dacǎ

1pH

şi

trQ 0,67 m

- pentru ziduri cu 2 suprafeţe libere

W = 2

trH (m)

- pentru ziduri cu 1 suprafaţǎ liberǎ

W = trH3

2(m)

dacǎ

1tr

p

H

H

şi

b

Htr

lg

b

W

a


58

0,33 m < trQ 1,0 m


Dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,5 m

Figura 2.29. Puşcarea de ziduri din beton armat şi beton cu gǎuri verticale [111]

a – cu douǎ suprafeţe libere; b – cu o suprafaţǎ liberǎ

Lungimea de gaurǎ:



W (m)


- la puşcarea de sfǎrâmare - la puşcarea de afânare

gQ = 2

gal (kg) gQ =

4

gal (kg)

a

b

a

lg

Htr

b

b b W

lg

Htr

b b W


59

Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog

ca pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.

C) Parametri de puşcare pentru plafoane din beton armat cu gǎuri verticale (fig. 2.30)

Figura 2.30. Puşcarea plafoanelor şi planşeelor din beton armat sau beton cu gǎuri verticale

a – plafoane; b – planşee [111]

Anticipanta


W = 0,5 pH (m) W = pH4

3 (m)

Distanţa între gǎuri

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,50 m


B = 0,866a (m)

a

b

Htr

Hp

lg

a

b

b b W

lg

W b b


60

Lungimea de gaurǎ:


gl = pH

3

2 (m) gl =

pH4

3 (m)


gQ = 2

gal (kg)

2.4.6. Demolarea construcţiilor speciale

Construcţiile speciale sunt de două categorii: prima categorie este destinată pentru înmagazinarea

materialelor pulverulente, granulare şi a lichidelor (silozuri, rezervoare, buncǎre, magazii) iar a doua

categorie se compune din construcţii înalte de tip turn (turnuri de rǎcire, de telecomunicaţii, castele de

apǎ, coşuri de fum industriale). Demolarea primei categorii de construcţii speciale, se realizează prin

explozii controlate, în mod asemǎnǎtor cu metodele de demolare a construcţiilor cu structura din

materialele de construcţie enumerate în paragrafele precedente [111].

a) Coşurile industriale Prin natura acestor construcţii şi mai ales prin înălţimea lor, demolările de coşuri industriale sunt

lucrări spectaculoase. Coşurile industriale au de regulǎ secţiune circularǎ iar în unele cazuri mai restrânse,

secţiune poligonală.

Acestea sunt alcătuite din zidǎrie de cǎrǎmidǎ sau din beton armat.

Demolarea coşurilor industriale se realizează prin următoarele procedee:

- rǎsturnarea coşului pe o anumitǎ direcţie (cele din beton armat);

- cǎderea în sine pe locul de amplasament al construcţiei (pentru cele din cǎrǎmidǎ);

- rǎsturnarea coşului cu lungime scurtǎ într-o anumitǎ direcţie.

Pentru diminuarea efectului seismic generat de căderea coşurilor, se realizează un pat din baloţi de

paie sau nisip.

Pentru rǎsturnarea coşurilor din zidǎrie pe o anumitǎ direcţie, întreaga încǎrcǎturǎ explozivǎ se

amplaseazǎ în jumǎtatea secţiunii dinspre direcţia de cǎdere, iar în cazul celor din beton armat în 2/3 din

secţiunea dinspre direcţia de cǎdere.

La cǎderea în sine pe locul de amplasament a coşurilor din zidǎrie, încǎrcǎtura explozivǎ se

repartizeazǎ uniform pe întreaga secţiune a acestora. La rǎsturnarea cu lungime scurtatǎ pe o anumitǎ

direcţie, încǎrcǎtura explozivǎ se amplaseazǎ şi în jumǎtatea opusǎ cǎderii, unde iniţierea se realizeazǎ cu

întârziere de cel puţin 250 ms faţǎ de încǎrcǎtura pe direcţia de cǎdere [111].

Procedeul cel mai sigur şi frecvent aplicat este cel prin rǎsturnarea coşului pe o anumitǎ direcţie.

Secţiunea de rupere se plaseazǎ de regulă la 1 m deasupra solului, dacǎ coşul are pe toatǎ lungimea sa

aceeaşi formǎ, iar în cazul celor aşezate pe fundaţii, deasupra acestora.

În zona secţiunii de rupere a coşurilor, se demonteazǎ toate elementele adiţionale ca: scǎri

metalice, paratrǎsnete, inele metalice etc. Deschiderile din zidǎria coşului în zona secţiunii de rupere, care

pot influenţa negativ cǎderea, se zidesc. Deschiderile de pe axa de cǎdere se menţin, iar dacǎ o deschidere

este situatǎ în una din limitele zonei de detaşare se executǎ şi o a doua deschidere simetrică. La coşurile

din beton armat se execută (la limita de detaşare) deschideri (şliţuri de detaşare) cu înǎlţimea egalǎ cu cea

a zonei de detaşare şi lǎţimea egalǎ cu dublul grosimii peretelui. Şliţurile servesc de asemenea pentru

cercetarea modului de construcţie şi stabilirea dimensiunilor elementelor constructive ale coşului în

secţiunea de rupere.

Coşurile industriale au în general în interior o cǎptuşealǎ cu grosime diferită, prinsǎ cu lamele de

coş şi un spaţiu gol de până la 0,5 m. Cǎptuşelile cu grosimi de pânǎ la 0,15 m nu se iau în consideraţie la


61

demolare. La coşurile cu cǎptuşeli groase de până la 0,24 m, se folosesc încǎrcǎturi explozive mǎrite

plasate în zidǎria coşului, ce conduc inclusiv la distrugerea cǎptuşelii. În cazul existenţei unor cǎptuşeli

mai groase de 0,25 m, se executǎ distrugerea acestora cu încǎrcǎturi plasate pe un rând de gǎuri înspre

direcţia de rǎsturnare.

La demolarea coşurilor industriale din zidǎrie cu grosimi de pânǎ la 0,67 m, se utilizează cartuşe

de exploziv cu diametrul de 40 – 50 mm iar burele se folosesc din ipsos amestecat cu nisip [111].

Modalitatea de puşcare este de regulǎ cea cu iniţiere instantanee iar la rǎsturnarea cu lungime

scurtatǎ se utilizează puşcarea cu întârziere. Pentru prevenirea efectului de proiecţii de schije, se acoperǎ

porţiunile din dreptul încǎrcǎturilor explozive, cu diferite materiale: plase de protecţie, covoare de

cauciuc, baloturi de paie, etc.

Parametri de puşcare [91]

Anticipanta: W = 0,5pH (m)


- pentru coşuri din zidǎrie - pentru coşuri din beton armat

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W m 0,20 m <W 0,33 m a = 1,5W m

W > 0,67 m a = 1,0 m W > 0,33 m a = 0,5 m


b = 0,866a (m)

Numǎrul de rânduri de gǎuri:

- demolare prin rǎsturnare într-o anumitǎ direcţie

• pentru coşuri din zidǎrie • pentru coşuri din beton

armat

Rn = 3 în zona centralǎ pe 1/4 din Rn = b

H p2 dar minim 3 rânduri pe 2/3

circumferinţă pe direcţia de cǎdere din circumferinţǎ

Rn = 1 în restul de pânǎ la 1/2 din circumferinţǎ

- demolare prin cǎdere în sine pe locul construcţiei

• numai pentru coşuri din zidǎrie

dacǎ

pH 0,63 m Rn = 2 pe toatǎ circumferinţa

0,67 m < pH 1,34 m Rn = 3 pe toatǎ circumferinţa

Lungimea de gaurǎ:

dacǎ

pH 2,0 m - pentru coşuri din zidǎrie

pH 1,33 m - pentru coşuri din beton armat


62

gl = pH

3

2 (m) - pentru coşuri fǎrǎ cǎptuşealǎ sau când grosimea

acesteia este mai micǎ de 0,15 m

gl = pH

4

3 (m) - pentru coşuri cu căptuşeli groase de 0,15 – 0,25 m


dacǎ

W 1 m gQ = a gl (kg)

> 1 m gQ = a gl W (kg)

b) Turnurile Se deosebesc de celelalte tipuri de construcţii, prin zvelteţea lor.

Turnurile au înǎlţimea de cel puţin 10 m, iar dimensiunea cea mai mare a bazei, respectiv

diametrul exterior, este 1/3 din înǎlţime.

Procedeele de demolare ale turnurilor, sunt la fel cu cele ale coşurilor industriale.

Pentru rǎsturnarea pe o anumitǎ direcţie prin explozii a unui turn, trebuie desprinsǎ din acesta o

panǎ de detaşare. Lungimea penei este 2/3 din suprafaţa bazei iar la cele rotunde 2/3 din circumferinţǎ.

La turnurile din zidǎrie, înǎlţimea penei de detaşare, este cel puţin egală cu dublul grosimii

peretelui. La turnurile din beton armat, este necesar să se facǎ deosebire între construcţii cu pereţi masivi

şi construcţii sub formǎ de schelet [91].

La turnuri tip construcţii din pereţi masivi, lungimea penei de detaşare este 2/3 din suprafaţa

bazei în dreptul secţiunii de rupere. Înǎlţimea penei este dependentǎ de dimensiunile bazei turnului şi de

grosimea zidului şi este cuprinsǎ între 3 şi 20 ori grosimea zidului. Turnurile construite sub formǎ de

schelet din beton armat, se demoleazǎ prin rǎsturnare, distrugându-se picioarele de sprijin. Pe partea în

care se rǎstoarnǎ turnul, se distrug picioarele care sǎ ducǎ la rǎsturnarea turnului iar pe partea opusǎ se

executǎ numai o fracturare locală a stâlpilor. Încǎrcǎtura explozivǎ pentru fracturare se detoneazǎ cu o

întârziere de 75 – 100 ms faţǎ de încărcătura din direcţia de cǎdere. În zonele de fracturare şi de

distrugere, se executǎ în prealabil o tǎieturǎ în armǎturile metalice de rezistenţǎ [111].

Pentru demolarea turnurilor din zidǎrie prin explozii controlate, pentru a se realiza cǎderea în sine

pe locul construcţiei, încǎrcǎtura explozivǎ se repartizeazǎ uniform pe întreaga secţiune.

Indiferent de metodele de demolare, dacǎ turnurile au pereţi interiori sau stâlpi de susţinere, se va

ţine seama şi de aceştia. Secţiunea de rupere se alege astfel încât să se poatǎ realiza uşor perforarea

gǎurilor. În majoritatea cazurilor de demolare a turnurilor, se impune construirea schelelor de lucru.

Gǎurile pentru introducerea explozivilor, se pot perfora din exterior sau interior. Pentru realizarea

penelor de detaşare, se folosesc detonările instantanee ale încǎrcǎturilor explozive. La demolările prin

rǎsturnare cu lungime scurtatǎ sau la turnurile sub formǎ de schelet din beton armat, se folosesc

detonările încărcăturilor explozive cu întârziere de milisecunde. Pentru reducerea efectului proiecţiei de

schije, zonele de plasare a încǎrcǎturilor explozive se acoperǎ cu plase de protecţie, covoare din bandǎ de

cauciuc etc.


Anticipanta:

W = 0,5 pH (m)


- pentru turnuri din zidǎrie - pentru turnuri din beton armat

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m W 0,20 m a = 0,30 m

W


63

0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W (m) 0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W m

W > 0,67 m a = 1,0 m W > 0,33 m a = 0,5 m


B = 0,866a (m)

Numǎr de rânduri de gǎuri:

- demolare prin rǎsturnare într-o anumitǎ direcţie:

• pentru turnuri din zidǎrie • pentru turnuri din beton armat

Rn = b

H p2+ 1 Rn - se stabileşte în funcţie de lungimea bazei şi grosimea peretelui

sau pe cale graficǎ

dacǎ rezultǎ

Rn < 3,5 se alege Rn = 3

3,5 < Rn < 4,5 Rn = 4

4,5 < Rn < 5,5 Rn = 5

- demolare prin cǎdere în sine pe locul construcţiei:

• numai pentru turnuri din zidǎrie

dacǎ

pH 0,67 m Rn = 2 pe toatǎ circumferinţa

0,67 < pH 1,34 m Rn = 3 pe toatǎ circumferinţa

Lungimea de gaurǎ:

dacǎ

pH 2,00 m pentru turnuri din zidǎrie

pH 1,33 m pentru turnuri din beton armat

gl = pH

3

2 (m)


dacǎ

W 1,0 m gQ = a gl (kg)

W > 1,0 m gQ = a Wlg (kg)

c) Demolarea antenelor, turnurilor de radio şi TV

Aceste construcţii sunt în general structuri metalice care se demolează prin prăbuşire laterală sau

verticală. Demolarea acestor structuri se execută prin metodele de demolare ale construcţiilor metalice.

d) Demolarea instalaţiilor industriale

Constă în demolarea unor fabrici, hale sau silozuri care se găsesc în general în zone izolate şi nu

pun probleme de restricţie pentru lucrările adiacente. Acestea se demolează prin metodele de prăbuşire

verticală şi laterală [111].


64

2.4.7. Demolarea bolţilor

Bolţile sunt constituite din construcţii din zidǎrie de cǎrǎmidǎ, bolţari, piatrǎ naturalǎ şi mai rar

din beton sau beton armat. Acest tip de construcţii se întâlnesc ca acoperişuri, la construcţia de poduri şi

tuneluri şi acoperirea de canale subterane.

În funcţie de forma constructivă a bolţii, se alege modul de demolare [111]:

- cu sliţuri;

- pe întreaga suprafaţǎ.

Dacă bolta este sau se poate elibera de ambele suprafeţe, atunci gǎurile în care se introduc

încărcăturile explozive, se foreazǎ radial faţǎ de curbura bolţii, de sus în jos şi numai în cazuri de

excepţie, când nu este posibil acest lucru, se executǎ forarea de pe schele de sub boltǎ, de jos în sus.

La demolarea prin şlituri care se execută în coamǎ şi baza bolţii, acestea trebuie sǎ aibǎ o lǎţime

dublǎ faţǎ de grosimea bolţii. La bolţi în formǎ de semicerc, sliţurile se lǎrgesc cu un rând de gǎuri şi se

execută sliţuri de detaşare şi la baza bolţii. La detonarea încărcăturilor pe întreaga suprafaţǎ, gǎurile se

amplaseazǎ pe douǎ rânduri dispuse paralel cu deschiderea bolţii. În toate situaţiile, gǎurile de pe douǎ

rânduri învecinate se amplaseazǎ în eşicher.

Toate încǎrcǎturile explozive aferente unui şlit, se iniţiazǎ cu aceeaşi treaptǎ de întârziere. Dacǎ se

puşcǎ şliţuri în coamǎ şi la baza bolţii, încǎrcǎturile din coamǎ se iniţiazǎ cu treapta 0, iar cele de la baza

bolţii cu întârziere, la un interval de timp cuprins între 23 – 70 ms. Dacǎ din punct de vedere seismic, se

impune executarea unui numǎr mai mic de gǎuri, atunci se iniţiazǎ 1-2 rânduri centrale de gǎuri ale

sliţului cu treapta 0 şi rândurile extreme cu prima treaptǎ de întârziere [180].

La detonarea încărcăturilor pe întreaga suprafaţǎ, se execută explozii cu întârziere, cu un interval

de timp de 23-50 ms între rânduri, de la o margine la cealaltǎ a bolţii, sau concomitent dinspre ambele

margini înspre rândul din mijloc.

Pentru prevenirea efectului de aruncare, încǎrcǎturile explozive se acoperǎ cu materiale de

protecţie adecvate.


Anticipanta:

W = pH5,0 (m)


dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,2 m < W 0,67 m a = 1,5W(m)

W > 0,67 m a = 1,0 m.


b = 0,866a(m)

Numǎrul de rânduri de gǎuri la puşcarea de sliţuri în coama bolţii:

- la bolţi sub formǎ de segment de cerc

Rn = b

H p2

dacǎ rezultǎ:

Rn < 1,5 se alege Rn = 1

1,5 < Rn < 2,5 Rn = 2


65

2,5 < Rn < 3,5 Rn = 3

- la bolţi sub formǎ de semicerc

Rn = b

H p2+ 1

Numǎrul de rânduri de gǎuri la şliţurile de la baza bolţii:

- la bolţi sub formǎ de semicerc

bazaRn = 2

Rn

Numǎrul de rânduri de gǎuri la puşcarea pe întreaga suprafaţǎ a bolţii:

Rn = b

boltiiLatimea )( - 1

Lungimea de gaurǎ:

- la bolţi cu ambele suprafeţe libere

dacǎ

pH 2,0 m gl = pH

3

2(m)

> 2,0 m gl = pH - 0,67(m)

- la bolţi cu o suprafaţǎ liberǎ

dacǎ

pH 2,67 m gl = pH

4

3 (m)

pH > 2,67 m gl = pH - 0,67 (m)


- la puşcarea de sliţuri - la puşcarea pe întreaga suprafaţǎ

dacǎ

W 1.0 m gQ = 2

gal(kg) gQ =

5,2

gal(kg)

W > 1,0 m gQ = 2

Walg(kg) gQ =

5,2

Walg(kg).

2.4.8. Intervenţii asupra infrastructurilor

Infrastructura clǎdirilor este constituită din ansamblul elementelor de rezistenţǎ situate sub nivelul

terenului şi este alcǎtuitǎ în general, din fundaţii şi subsoluri.

Fundaţia reprezintă acea parte a structurii principale de rezistenţǎ a clǎdirii prin intermediul cǎreia

se realizeazǎ încastrarea construcţiei în terenul de fundaţie şi transmiterea încǎrcǎrilor către straturile de

teren pe care reazǎmǎ, constituind baza construcţiei. Fundaţia este conceputǎ în aşa fel încât sǎ fie

asigurate toate condiţiile privind rezistenţa şi stabilitatea construcţiei. Fundaţiile se executǎ în mod

obişnuit din beton, beton armat şi piatrǎ naturalǎ. Fundaţiile din piatrǎ naturalǎ se utilizează la unele

clǎdiri parter când nivelul apelor subterane se gǎseşte la cel puţin 1 m sub talpa fundaţiei iar piatra

utilizatǎ are o rezistenţǎ la compresiune de cel puţin 200 daN/cm² [111].


66

A) Parametri de puşcare pentru fundaţii din beton armat, beton sau zidǎrie, cu una sau douǎ

suprafeţe libere, cu gǎuri orizontale [91]

Anticipanta:

W = 0,5pH (m)



dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,50 m

- pentru beton şi zidǎrie

dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,67 m a = 1,0 m


b = 0,866a (m)

Lungimea de gaurǎ:




dacǎ

pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH

3

2 (m)

pH > 1,0 m gl = pH - 0,43 (m) gl = pH - 0,33 (m)


dacǎ

pH 2,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH3

2 (m)

pH > 2,0 m gl = pH - 0,85 (m) gl = pH - 0,67 (m)


- pentru beton armat - pentru beton şi zidǎrie

dacǎ

W 1,0 m gQ = 2

gal (kg) gQ =

5,2

gal (kg)

W > 1,0 m gQ = 2

Walg (kg) Incarcatura de exploziv

Incarcatura exploziva discontinua

Fitil detonant Buraj

BurajFitil

detonant = 5,2

Walg (kg)


67



B) Parametri de puşcare pentru fundaţii din beton armat, beton sau zidǎrie cu gǎuri verticale

Anticipanta:

- pentru beton armat - pentru beton şi zidǎrie

dacǎ

1pH

şi

trQ 0,67 m trQ 1,34 m

- pentru fundaţii cu 2 suprafeţe libere

W = 2

trH (m)

- pentru fundaţii cu 1 suprafaţǎ liberǎ

W = trH

3

2(m)

dacǎ

1tr

p

H

H


0,33 m < trQ 1,0 m


0,67 m < trQ 2,0 m



dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 < W 0,33 m a = 1,5W (m)

W > 0,33 m a = 0,5 m


dacǎ

W 0,20 m a = 0,30 m

0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W (m)

W > 0,67 m a = 1,0 m

Lungimea de gaurǎ:



W (m)



68

- la puşcarea de sfǎrǎmare - la puşcarea de afânare

• pentru beton armat gQ = 2

gal (kg) gQ =

4

gal (kg)

• pentru beton şi zidǎrie gQ = 5,2

gal (kg) gQ =

5

gal (kg)



2.4.9. Demolarea podurilor şi suporţilor de pod (fig. 2.31)

Aceste construcţii sunt în general construcţii izolate care nu necesită măsuri speciale de protecţie

şi din acest motiv demolarea lor se execută prin tăierea elementelor care asigură susţinerea structurii,

nefiind nevoie de o realizare pretenţioasă a controlării detonării încărcăturilor explozive [89].

Figura 2.31. Imagini succesive luate de la demolarea unui pod [139]

2.5. Încheiere

Necesitatea îndepărtării unor construcţii în diverse scopuri, în mod cât mai economic şi sigur cu

putinţă, a condus la apariţia metodelor şi tehnicilor performante de demolare. Dintre toate metodele şi

tehnicile de demolare, tehnica utilizării exploziilor controlate cunoaşte azi cea mai mare aplicabilitate. În

funcţie de necesităţi, se demolează parţial sau în întregime diferite tipuri de construcţii iar în unele cazuri

se distrug numai anumite elemente constructive din zidărie, beton, beton armat, metal sau lemn. Alegerea

soluţiei de demolare a unei construcţii este condiţionată de starea fizică a acesteia, de existenţa unor

obiective aflate în vecinătatea construcţiei de demolat şi de eventualele efecte ale demolării asupra

acestor obiective. Procedeele de demolare alese, trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe [89]:

dirijarea căderii pe o direcţie nepericuloasă, pentru a proteja construcţiile aflate în

apropriere;

distrugerea construcţiei în aşa fel încât elementele dezmembrate să poată fi încărcate cu

mijloace mecanice şi transportabile;

asigurarea protecţiei construcţiilor şi a oamenilor din aproprierea obiectivului de demolat,

împotriva efectelor demolării (acţiunii seismice, undei de şoc şi proiecţiei de fragmente).

La demolarea prin explozii controlate a construcţiilor, trebuie să se ţină cont de structura dinamică

a acestora. Având în vedere că principiul de bază al proiectării unei structuri dinamice este acela al

asigurării unui număr suficient de legături pentru a putea avea asigurată stabilitatea dorită, se poate

afirma că procesul de demolare se definineşte ca fiind procesul de reducere al numărului de legături cu

cel puţin unul mai mic decât cel necesar asigurării stabilităţii geometrice a construcţiei, astfel încât să

rezulte inducerea unei stări de instabilitate în structură [89].


69

CAPITOLUL 3

CRITICA STADIULUI CUNOAŞTERII

3.1. Conceptul fiabilităţii globale a construcţiilor

3.1.1. Introducere

În Directiva Europeană nr. 89/106/21 XII 1988, pentru prima dată se afirmă, că statele membre ale

CEE trebuie să se asigure că pe teritoriile lor, lucrările de construcţii de orice fel, sunt concepute şi

realizate de o asemenea manieră, astfel încât „să nu compromită securitatea persoanelor, a animalelor

domestice şi a bunurilor" [82].

Directiva se aplică „produselor de construcţii", prin care se înţeleg toate produsele care se

realizează în vederea încorporării lor în lucrări de construcţii - atât clădiri cât şi construcţii inginereşti.

3.1.2. Exigenţele esenţiale impuse construcţiilor

În directivă se mai menţionează că sub rezerva unei întreţineri normale a construcţiilor, trebuie

respectate şi asigurate exigenţele esenţiale pe o „durată de viaţă rezonabilă" din punct de vedere economic.

În acest sens, se presupune că acţiunile care se exercită asupra construcţiilor, sunt de regulă, previzibile.

La articolul 5 din capitolul I al Legii nr. 10 din 1995 actualizată în 2007 privind calitatea în

construcţii, se menţionează că pentru obţinerea unor construcţii de calitate corespunzătoare, sunt

obligatorii realizarea şi menţinerea pe toată durata de existenţă a construcţiilor, a următoarelor cerinţe

esenţiale [82]:

1. Rezistenţă mecanică şi stabilitate;

2. Securitate la incendiu;

3. Igienă, sănătate şi mediu;

4. Siguranţă în exploatare;

5. Protecţie împotriva zgomotului;

6. Economie de energie şi izolare termică.

Construcţiile trebuie concepute şi executate astfel încât viitoarele acţiuni exercitate în timpul

execuţiei şi exploatării lor, să nu genereze nici unul din următoarele evenimente [115]:

a) cedarea construcţiilor sau a unor părţi ale acestora;

b) deformaţii de o amploare inadmisibilă;

c) avarierea unor părţi ale construcţiilor, ale instalaţiilor sau echipamentelor acestora, ca urmare a

deformaţiilor mari ale elementelor portante;

d) avarieri rezultate din evenimentele accidentale, disproporţionate în raport cu cauza lor iniţială.

Din enunţarea acestor cerinţe rezultă că o construcţie trebuie să fie fiabilă (să prezinte şi să

menţină în timp siguranţa structurală şi aptitudinea pentru exploatare), la acţiunile agenţilor mecanici

(acţiuni statice, dinamice, izolate sau combinate), biologici, chimici etc. [82].

Verificările asupra construcţiilor, se bazează pe conceptul de stare limită şi sunt efectuate cu

modele de calcul adecvate, care se completează după caz, prin încercări experimentale. Stările limită ale

unei construcţii, reprezintă situaţii (la modul general) dincolo de care exigenţele de performanţă stabilite

prin proiectare, nu mai sunt satisfăcute.

Astfel, se presupune că modelele de calcul sunt suficient de precise pentru a prevedea comportarea

structurii, luând în considerare calitatea minimală a execuţiei, ipotezele privind mentenanţa şi

„fiabilitatea" informaţiilor pe care este bazată concepţia.

În realitate lucrurile nu stau chiar aşa. Din acest motiv, pe plan mondial se doreşte ca modelele de

calcul să reflecte cât mai fidel starea unei construcţii la un moment dat [116].

3.1.3. Cerinţa de fiabilitate structurală a construcţiilor

Cerinţele de siguranţă structurală şi de aptitudine pentru exploatare a construcţiilor, se formulează

prin patru exigenţe de performanţă, definite prin noţiunile de [82]:


70

a) Stabilitate

Prin stabilitate, se inţelege excluderea oricăror consecinţe defavorabile, ce pot rezulta din:

- deplasarea construcţiei privită ca un corp rigid (translaţie sau răsturnare), singură sau împreună

cu masivul de fundaţie;

- deformaţii de ansamblu excesive (ce modifică starea de eforturi şi de deplasări prin efecte de

ordinul 2);

- deformaţii locale excesive (ex. flambajul unor elemente).

b) Rezistenţă

Prin rezistenţă, se înţelege excluderea avariilor care se pot produce ca urmare a intensităţii

eforturilor unitare într-o secţiune sau într-un element al construcţiei şi implică:

- rezistenţa ultimă - se referă la capacitatea de rezistenţă fără a atinge sau depăşi stările limită

ultime, pentru intensităţi de vârf ale acţiunilor;

- rezistenţa în timp - se referă la capacitatea de rezistenţă la acţiuni mecanice variate de durată, fără

a rezulta apariţia unei modificări defavorabile în timp;

- rezistenţa la prăbuşire progresivă - se referă la capacitatea de rezistenţă fără a ajunge la cedarea

sau prăbuşirea pe ansamblul a clădirii, atunci când au loc cedări locale (distrugeri, deformaţii remanente

mari etc), care provin din cauze diferite (cutremure, explozii, şocuri mecanice, încărcări accidentale,

incendii, încărcări repetate sau încărcări prelungite cu durată excesivă).

c) Ductilitate

Prin ductilitate se înţelege aptitudinea de deformare post-eleastică (deformaţii specifice, răsuciri) a

elementelor constructive sau a construcţiei în ansamblu, fără a fi reduse semnificativ capacitatea de

rezistenţă (pentru acţiuni statice) şi capacitatea de absorbţie a energiei (pentru acţiuni dinamice şi

seismice) [168].

d) Rigiditate

Prin rigiditate se înţelege capacitatea construcţiei de a asigura limitarea:

- deplasărilor şi deformaţiilor mari ale structurii, elementelor nestructurale, instalaţiilor şi

echipamentelor aferente;

- amplitudinile şi acceleraţiile oscilaţiilor;

- limitarea fisurilor şi deschiderilor acestora.

Exigenţele de performanţă ale construcţiilor, au impus în vederea acoperirii cât mai largi a modului

de evaluare a construcţiilor, introducerea unei cerinţe, care să reflecte construcţia în ansamblu.

În sensul lărgit al noţiunii, cerinţa de „fiabilitate structurală" se referă nu numai la structură, ci la

toate subsistemele (părţile componente) ale construcţiei, care pot fi afectate de acţiunile agenţilor

mecanici. Acestea sunt [82]:

- terenul de fundare;

- infrastructura (fundaţii directe şi indirecte, ziduri de sprijin);

- suprastructura (elemente şi subansambluri verticale şi orizontale portante);

- elemente nestructurale de închidere şi compartimentare, instalaţii şi echipamente aferente

clădirii.

Pentru evaluarea performanţelor aşteptate ale unei construcţii, sunt necesare folosirea de modele

pentru cuantificarea elementelor care intervin în aceste operaţii, cum ar fi:

- acţiunile agenţilor mecanici;

- proprietăţile materialelor de construcţie;

- comportarea elementelor de construcţii de la cea mai mică solicitare până la rupere;

- comportarea structurii şi elementelor nestructurale.

Modelarea se bazează atât pe concepte teoretice adecvate cât şi pe rezultatele experimentărilor.

Din punct de vedere al cerinţei de fiabilitate structurală, proiectarea, execuţia şi întreţinerea unei

construcţii reprezintă un ansamblu unitar, cu scopul de a evita atingerea de către o construcţie a stărilor


71

limită, sub acţiunile agenţilor probabili de a se manifesta atât pe timpul execuţiei cât şi pe întreaga

perioadă de exploatare [82].

Reglementările tehnice actuale referitoare la siguranţa structurală, se bazează pe metoda stărilor

limită, care ia în considerare că siguranţa structurală se asigură dacă valorile performanţelor structurale

sunt inferioare valorilor funcţiilor limită (efectele acţiunilor sunt mai mici decât capacităţile elementului

de construcţie sau ale construcţiei).

3.1.4. Caracterul probabil al conceptului de fiabilitate structurală

Deoarece toate elementele menţionate mai sus au caracter aleator (sunt variabile în sens statistic pe

mulţimea respectivă de elemente), valorile funcţiilor de stare limită şi valorile performanţelor aşteptate

trebuie privite şi înţelese ca având o anumită probabilitate de a se realiza. Rezultă că noţiunea de fiabilitate

structurală nu poate avea un caracter absolut (nu există fiabilitate „certă") deci, pentru orice construcţie,

există o probabilitate de producere a unor avarii, prin atingerea sau depăşirea unor stări limită, pe durata

de exploatare prevăzută prin proiect [82].

Rezultă că fiabilitatea structurală se evaluează printr-o probabilitate ca pe toată durata de

exploatare, răspunsul structurii (componentei structurale) pentru toate grupările de încărcări, să rămână

mai mic decât capacitatea respectivă. În abordările curente, această probabilitate nu este explicită, ci

rezultă în mod indirect, din metodologia de modelare a încărcărilor, a răspunsului construcţiei şi a

funcţiilor de stare limită. Valoarea acestei probabilităţi reprezintă nivelul de fiabilitate al construcţiei

(elementului) pentru gruparea respectivă de încărcări [82].

Pentru grupările fundamentale de încărcări (care persistă pe toată durata de exploatare),

probabilitatea de atingere a stărilor limită de stabilitate şi rezistenţă a structurii trebuie să fie foarte mică,

iar probabilitatea de atingere a diferitelor stări limită ale aptitudinii pentru exploatare poate să fie mai

ridicată.

În ceea ce priveşte grupările speciale de încărcări (ce includ şi încărcările extreme cum ar fi cele

datorate cutremurelor, exploziilor etc.) pentru anumite categorii de construcţii, depăşirea în anumită

măsură, controlată şi localizată a stării limită de rezistenţă şi a unor stări limită ale aptitudinii pentru

exploatare, este acceptată cu o probabilitate relativ ridicată [82].

3.1.5. Încheiere

Nivelurile de fiabilitate stabilite prin coduri şi reglementări, reprezintă valori minime acceptabile

pentru societate, iar respectarea lor prin proiectare este strict obligatorie pentru primul caz şi recomandată

pentru cel de-al doilea. Un astfel de exemplu de reglementare îl reprezintă standardul ISO 2394:1998,

care se referă la principiile generale ale fiabilităţii structurilor.

Prin implicaţiile asupra construcţiilor, nivelurile de fiabilitate reflectă în esenţă, capacitatea

economică a unei ţări, într-o anumită perioadă de timp [82].

De regulă, de-a lungul timpului, aceste niveluri minime cresc, ca urmare a acumulării de noi

cunoştinţe în domeniul ştiinţei şi tehnicii construcţiilor sau a creşterii resurselor economice ale societăţii.

Siguranţa structurilor este privită ca un concept probabilistic ce defineşte intervalul de

capacitate de rezistenţă, atunci când, sub orice stare de încărcare, nu apar daune sau defecte.

Evaluarea siguranţei structurale se realizează punând condiţia finală sub funcţia limită de stare,

având în vedere modurile dominante de eşec în funcţie de capacitatea de încărcare verticală şi rezistenţa

de forfecare. Metodele propuse de calcul pot fi utilizate atât pentru proiectarea seismică a clădirilor noi

cât şi pentru evaluarea riscului seismic al clădirilor existente, în vederea reabilitării sau demolării

acestora. Datorită standardului ISO 13822:2001, siguranţa construcţiilor poate fi controlată matematic

prin doi parametri: fiabilitatea, măsurabilă în numere zecimale sau procente şi durabilitatea, măsurabilă în

ani.


72

Se constată că există o concepţie actuală de evaluare a siguranţei construcţiilor existente ce

constă în identificarea secţiunilor transversale, care în ipotezele de încărcare cele mai defavorabile, ar

putea să cedeze din raţiuni de rezistenţă, rigiditate sau stabilitate, luate separat.

Toate construcţiile care sunt astăzi în serviciu, au fost astfel concepute. Însă, după această

concepţie, nu se poate face o evaluare globală a siguranţei construcţiilor, luate în ansamblul lor, la anumite

acţiuni specifice cum ar fi cele seismice, de exemplu. Metodele oficiale inclusiv Eurocodurile, nu fac

legătura între secţiuni şi nu schematizează construcţiile în totalitatea lor. Evident, pentru aceste lacune se

plăteşte un preţ ridicat, care este suportat de societate, în detrimentul nivelului său de trai [107].

3.2. Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate

3.2.1. Introducere

Proiectarea lucrării de demolare prin puşcare reprezintă o etapă hotărâtoare în demolarea prin

implozii controlate a unei construcţii.

Pe baza soluţiei tehnice alese şi în funcţie de caracteristicile şi dimensiunile elementelor de

construcţie, specialiştii execută calculul pentru distrugerea componentelor structurale şi stabilesc modul

de amplasare al încărcăturilor explozive (în gaură de mină pentru construcţii din zidărie, beton şi beton

armat sau plasate aplicat pe elementele de distrus în cazul structurilor metalice). Succesiunea de detaşare

a elementelor constructive stă la baza alegerii întârzierii de detonaţie a încărcăturilor explozive. Alegerea

întârzierilor la detonarea încărcăturilor este foarte importantă atât în ceea ce priveşte procedeul de

demolare (cădere în sine sau răsturnare) cât şi pentru limitarea unor efecte ce se manifestă asupra

mediului înconjurător [63].

Treptele de întârziere se aleg în funcţie de posibilităţile tehnice ale mijloacelor de iniţiere (capse

electrice sau neelectrice, timpul de întârziere al mijloacelor de iniţiere, tipul de alcătuire a reţelelor de

iniţiere etc.). Realizarea fiabilă a sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive, se face pe baza unei

analize multicriteriale având în vedere eficienţa tehnică, costuri minime şi un nivel de securitate

corespunzător [28].

3.2.2. Iniţierea fiabilă a încărcăturilor explozive

În proiectul tehnic de demolare prin implozii controlate a unei construcţii, se precizează cantitatea

de materiale explozive şi mijloace de iniţiere necesare. Necesarul de material exploziv rezultat din calcul,

este exprimat în kilograme echivalent T.N.T. şi se rotunjeşte în sens pozitiv astfel încât să se utilizeze

cartuşe de explozivi sub forma livrată de producător.

Din considerente practice, la proiectarea reţelei de iniţiere a încărcăturilor explozive aferente

schemei de puşcare, se va face o corelare a cantităţii de exploziv pe gaură/aplicată cu elementele

geometrice ale schemei de puşcare (anticipanta, distanţa dintre găurile de pe un rând şi distanţa dintre

rânduri). Aceste elemente geometrice specifice schemei, se corelează cu caracteristicile mijloacelor de

iniţiere cum ar fi lungimea reoforilor sau a tuburilor de şoc, a fitilului detonant corespunzător fiecărei

încărcături explozive (în cazul în care se lucrează cu acesta) şi distanţele dintre elementele de construcţie.

Specialistul proiectant, trebuie să detalieze cantităţile de materii explozive pentru fiecare tip de

încărcătură, să facă o descriere constructivă, funcţională şi dimensională a acestora, să indice timpii de

întârziere pentru fiecare încărcătură explozivă în parte şi să efectueze calculul cantităţilor totale de

materii explozive care detonează pe fiecare treaptă de întârziere Acest calcul, permite verificarea

cantităţii maxime de substanţe explozive detonată cu o anumită treaptă de întârziere, în vederea evaluării

efectelor generate pe timpul demolării [57].

În momentul în care se efectuează centralizarea cantităţilor necesare de materii explozive şi a

mijloacelor de iniţiere, specialiştii au în vedere suplimentarea acestora, în special în ceea ce priveşte

mijloacele de iniţiere, pentru a se putea realiza o iniţiere fiabilă a încărcăturilor explozive (ex. dublarea

magistralei de iniţiere, iniţierea multipunctuală independentă în cadrul reţelei de iniţiere, etc.) [57].


73

Metoda de iniţiere propusă trebuie să asigure detonarea sigură, fiabilă şi completă a explozivului

iar capsele detonante trebuie să iniţieze fiabil detonarea explozivilor în toate condiţiile de utilizare

previzibile.

Pentru ducerea la îndeplinire a acestor cerinţe, specialiştii care efectuează lucrări de demolări prin

implozii controlate trebuie să asigure un nivel tehnic care conferă credibilitate sporită evaluării

parametrului capacitate probabilă de iniţiere pentru capsele detonante. Altfel spus, efectuarea operaţiilor

de puşcare fără înregistrarea de rateuri imputabile capacităţii de iniţiere inadecvate ale capselor detonante

utilizate, constituie un deziderat al operatorilor economici, deoarece rateurile parţiale sau totale (datorită

calităţii necorespunzătoare ale capselor detonante în ceea ce priveşte capacitatea probabilă de iniţiere a

explozivilor), conduc la pierderi economice, avarii tehnice şi periclitarea securităţii şi sănătăţii

personalului care trebuie să intervină pentru lichidarea rateurilor [57], [130].

3.2.3. Încheiere

Sistemele de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozii controlate a

construcţiilor, sunt alcătuite din elemente legate între ele, astfel încât să se realizeze detonaţia fiecărei

încărcături explozive, după acţiunea de dare a focului. În realitate, în funcţie de numărul, tipul şi felul de

legături ale elementelor componente din compunerea sistemului de iniţiere, nu se întâmplă întotdeauna ca

toate încărcăturile explozive să detune.

Probabilitatea sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozii

controlate a construcţiilor, de a avea rateu parţial sau total, nu a fost până acum cuantificată prin metode

de calcul. Majoritatea preocupărilor de creştere a fiabilităţii sistemelor de iniţiere a încărcăturilor

explozive folosite la demolări, au în vedere eliminarea cauzelor de defectare sistematică şi reducere a

probabilităţii de apariţie a unor defecte de natură tehnologică, datorate omului etc., conducând astfel la

“ameliorarea fiabilităţii” (“reliability improvement”) [47].

Până în prezent, nu au fost elaborate metode de calcul pentru evaluarea capacităţii probabile de

iniţiere a încărcăturilor explozive, valabile pentru orice tip de tehnologie de iniţiere şi care să depindă de

probabilitatea elementelor componente ale sistemului de iniţiere de a avea rateu.

De asemenea, nu s-a demonstrat probabilistic, care este contribuţia introducerii redundaţelor la

creşterea fiabilităţii reţelelor de iniţiere a încărcăturilor explozive.

Un alt neajuns îl constituie faptul că nu există un concept de calcul probabilistic, care să ajute

specialiştii în proiectarea unor scheme de puşcare cu un raport cost/capacitate probabilă de iniţiere cât

mai mic (cât mai bun).

În urma celor prezentate mai sus, rezultă că nu există o experienţă în aplicarea modelelor

probabilistice la cazurile concrete de demolare cu explozivi şi nu a fost efectuat un studiu în domeniul

demolărilor prin implozii controlate, referitor la implementarea concepţiilor de calcul SAFE LIFE

(serviciu garantat) şi FAIL SAFE (distrugere controlată) bazate atât pe teoria mulţimilor şi

probabilităţilor, cât şi pe logica şi statistica matematică.

3.3. Acţiuni transmise construcţiilor

3.3.1. Introducere

Construcţiile, pe durata lor de existenţă, sunt supuse acţiunilor a mai multor factori de diferite

naturi şi origini. Aceste acţiuni deteriorează construcţiile iar uneori stau la originea producerii de accidente

care trebuie privite, dintr-un anumit punct de vedere, ca un risc şi un tribut al progresului tehnicii de a

construi.

La proiectare, construcţiile nu se dimensionează pentru a rezista la orice intensităţi ale acestor

acţiuni, datorită simplului motiv că resursele unei ţări nu ar putea suporta astfel de costuri. La fel ca în alte

domenii şi în domeniul construcţiilor dezvoltarea implică riscuri.

O mare parte din construcţiile existente sunt afectate de deteriorări, mai mult sau mai puţin

importante, care au numeroase cauze (tab.3.1).


74

Tabelul 3.1. Acţiuni din mediul înconjurător [82]

NATURAL INDUSTRIAL

Climatice Corozive Excepţionale

Accidentale

Corozive Accidentale

-Umiditate■

-Temperatură■

-Vânt, zăpadă ▲

-Umiditate cu

substanţe agresive

naturale■

-Substanţe biologice

agresive■

-Aer■

-Ape subterane cu

substanţe agresive■

-Tasări ale

terenului▲

-Cutremure▲

-Inundaţii■▲

-Incendii■▲

-Umiditate cu

substanţe

industriale sau

biologice agresive■

-Aer cu substanţe

poluante agresive■

-Explozii▲

-Variaţii de

temperatură■▲

-Incendii■▲

■ Deteriorări fizico-chimice ale materialelor (coroziune)

▲ Deteriorări mecanice (încărcări)

3.3.2. Efectele acţiunilor asupra construcţiilor

Privit în ansamblu, toate aspectele degradărilor, accidentelor şi avariilor construcţiilor sunt la fel.de

importante. Nu se admite ca inginerii să analizeze şi să expertizeze o construcţie, acordând importanţă

numai aspectelor care cred ei că sunt importante. Atunci când se abordează studiul deteriorării

construcţiilor trebuie avut în vedere o întreagă cultură fundamentală şi interdisciplinară.

Efectele acţiunilor asupra construcţiilor se clasifică astfel:

1) Efecte asupra structurilor construcţiilor.

Modificarea sau pierderea:

- Funcţiunii;

- Rezistenţei, stabilităţii;

- Durabilităţii.

2) Efecte asupra elementelor nestructurale şi asupra dotărilor.

Modificarea sau pierderea:

- Funcţiunii;

- Performanţelor construcţiei;

- Proprietăţilor materialelor, durabilităţii, fiabilităţii.

3.3.3. Clasificarea factorilor ce acţionează asupra construcţiilor

Factorii care acţionează şi influenţează performanţele construcţiilor, se clasifică după natura şi

originea lor. Ei se caracterizează prin mărimi fizice, în funcţie de amplasamentul, destinaţia, forma, modul

de concepere şi exploatare al construcţiei. Aceşti factori trebuie avuţi în vedere la întocmirea

specificaţiilor de performanţă pentru clădiri.

În tabelul 3.2, sunt exemplificaţi agenţii care pot acţiona asupra clădirilor împreună cu natura şi

originea lor. Aceştia acţionează la intervale de timp oarecare, în funcţie de mediul înconjurător din

interiorul şi exteriorul clădirilor şi pot cauza deteriorări importante ale acestora.

Tabelul 3.2. Factori care acţionează asupra unei clădiri şi/sau asupra elementelor sale componente [82] Origine

Din exteriorul clădirii Din interiorul clădirii

Nr.

crt.

Natura Din atmosferă Din sol Generaţi de utilizatori Generaţi de concepţia de

alcătuire a elementelor

clădirii, echipamente

şi/sau instalaţii

1 Agenţi mecanici

1.1 Forţa Încărcări din zăpadă si Împingerea Încărcări din exploatare Încărcări permanente


75

gravitaţională din apa de ploaie pământului

Presiunea apei

1.2 Forţe şi

deformaţii

impuse

Presiunea gheţii

Dilataţii termice

Umflatea higroscopică

Tasări Alunecări Eforturi de manevrare

Străpungeri

Contracţie

Fluaj

Forţe şi deformaţii

impuse

1.3 Energie cinetică Vânt

Grindină

Şocuri exterioare Furtună de nisip

Cutremure Şocuri interioare

Frecare

Lovituri de berbec

1.4 Vibraţii şi

zgomote

Zgomote produse de

vânt, trăsnete, avioane,

explozii, trafic, utilaje

Vibraţii din trafic

sau produse de

utilaje

Zgomote şi vibraţii

produse de activităţile din

clădire (muzică, dans,

aparate menajere)

Zgomote (aeriene şi de

impact) şi vibraţii ale

clădirii şi

echipamentelor sale

2 Agenţi electromagnetici

2.1 Radiaţii Radiaţii solare

Radiaţii radioactive

Radiaţii

radioactive

Lămpi

Radiaţii radioactive

Suprafeţe radiante

2.2 Electricitate Fulger Curenţi

vagabonzi

Electricitate statică

Curenţi de distribuţie

3 Agenţi termici

3.1 Agenţi termici Căldură,ger

Şoc termic

Căldura Solului Căldura emisă de ocupanţi

Fumat, foc deschis

incendiu

Încălzire, efect termic

Foc

4 Agenţi chimici

4.1 Apă şi solvenţi Umiditatea aerului

Condens

Precipitaţii

Ape de suprafaţă

Ape subterane

Proiecţii de apă

Aspersoare

Condensări Alcool

Apă de distribuţie

Ape uzate

Infiltraţii

4.2 Oxidanţi Oxigen

Ozon

Oxizi de azot

Potenţiale

electrochimice

pozitive

Dezinfectanţi

Apa de Javel

Apa oxigenată

Potenţiale

electrochimice pozitive

4.3 Reducători Sulfuri Agenţi combustibili

Amoniac

Potenţiale

electrochimice negative

4.4 Acizi Acid carbonic

Dejecţii de păsări

Acid sulfuric

Acid carbonic Acid acetic

Acid citric

Acid carbonic

Acid lactic

Acid sulfuric

Acid carbonic

4.5 Baze Ceaţă salină Var Hidroxid de sodiu

Hidroxid de potasiu

Hidroxid de amoniu

Hidroxid de sodiu

Cimenturi

4.6 Săruri Ceaţă salină Nitraţi

Fosfaţi Cloruri

Sulfaţi

Clorură de sodiu

Carbonat de sodiu Detergenţi

Tananţi

Clorură de calciu

Sulfaţi Ipsos

4.7 Materii chimice

neutre

Prafuri neutre Calcar

Silice

Grăsimi

Cerneluri

Prafuri neutre

Grăsimi

Uleiuri

Prafuri neutre

5 Agenţi biologici

5.1 Vegetale şi

microorganisme

Bacterii

Seminţe

Bacterii

Mucegai

Ciuperci

Rădăcini

Bacterii

Plante

Carii

Mucegai

Ciuperci

5.2 Animale Insecte

Păsări

Rozătoare

Termite

Viermi

Animale domestice


76

Precizarea mărimilor fizice caracteristice agenţilor, a modului de acţionare a acestora, precum şi a

modului lor de a fi luate în considerare la proiectarea clădirilor, fac obiectul specificaţiilor tehnice. În

funcţie de amploarea parametrilor definitorii ai agenţilor care acţionează asupra clădirilor, se face o

selecţie a condiţiilor tehnice de performanţă, a criteriilor de performanţă şi se stabilesc nivelurile de

performanţă ale construcţiilor.

3.3.4. Încheiere

Deteriorările care pot să apară în perioada de existenţă a construcţiilor, au la origine atât acţiuni

aleatoare provenite din mediul înconjurător cât şi acţiuni rezultate ca urmare a intervenţiei omului asupra

construcţiilor. Dintre acestea, în marea majoritate a lucrărilor de specialitate sunt tratate cu precădere

acţiunile aleatoare care se transmit construcţiilor, datorită în special a probabilităţii lor de apariţie şi a

intensităţii de manifestare.

În prezent, atât în învăţământul superior civil cât şi în cel militar, problematica acţiunilor

accidentale şi seismice asupra construcţiilor este tratată în marea majoritate a cazurilor, distinct, pe

discipline de studiu în funcţie de natura şi originea factorilor care acţionează şi influenţează performanţele

construcţiilor (ex. Dinamica construcţiilor, Ingineria seismică, Fizica exploziei, Detonică, discipline cu

privire la tehnica puşcării şi securităţii muncii în domeniul minier etc.). Pentru un necunoscător, această

abordare nu este întotdeauna în măsură să lămurească pe deplin faptul că, uneori fenomenele sunt

asemănătoare, însă abordarea este diferită.

3.4 Evaluarea efectelor manifestate la demolarea construcţiilor prin implozii controlate

3.4.1. Introducere

Intensificarea activităţilor de construire de noi edificii în zonele urbane din marile oraşe precum

şi încetarea activităţii de producţie la numeroase obiective economice din ţara noastră, a condus la

amplificarea demolărilor de structuri aflate în diferite stadii ale perioadei de folosinţă.

Creşterea frecvenţei utilizării unor cantităţi mari de încărcături de exploziv folosite la

demolările prin implozii controlate, au pus probleme de rezolvat în ceea ce priveşte efectele exploziilor

asupra mediului înconjurător, a construcţiilor aflate în vecinătatea obiectivelor de demolat precum şi a

neplăcerilor cauzate oamenilor.

3.4.2. Mecanismul de producere a efectelor exploziei

Studiul fenomenelor şi acţiunilor distructive ce au loc la producerea unei explozii, impun evaluarea

cu o anumită probabilitate a amploarei distrugerilor şi a efectelor produse asupra oamenilor şi a diferitelor

obiective edilitare. Efectul distructiv al exploziilor asupra materialelor de construcţie, se manifestă într-un

mod particular, deoarece încărcăturile explozive detonează în găurile de mină în care sunt introduse iar

transferul unei anumite cantităţi din energia exploziei către materialul de construcţie şi mediul

înconjurător, generează acţiunea distructivă şi producerea efectelor exploziei.

3.4.3. Monitorizarea efectelor demolărilor prin implozii controlate

Monitorizarea efectelor demolărilor prin implozii controlate, se referă la modalităţile de verificare

post-eveniment a efectelor generate de aceste tipuri de demolări..

Pentru a fi prevenite eventualele litigii ce pot lua naştere între firmele contractoare şi executantul

lucrării/vecini/autorităţi, se impune să se stabilească acţiuni de monitorizare a lucrărilor de demolare.

Acestea constau în: filmarea şi fotografierea lucrărilor pregătitoare efectuate asupra construcţiei care se

demolează, filmarea şi fotografierea stării obiectivelor de protejat înainte şi după demolare, măsurarea

efectelor exploziei atât în ceea ce priveşte nivelul undelor aeriene şi seismice, cât şi al nivelului de praf în

aer şi depus în mediul înconjurător [57].

Nivelul nepericulos al oscilaţiilor provocate de explozii, se stabileşte în funcţie de gradul de

distrugere a construcţiilor. Acest prag diferă de la o ţară la alta şi se adoptă la modul general, în funcţie de


77

calitatea construcţiilor şi chiar de modul în care se execută reparaţiile uşoare care necesită a fi efectuate la

construcţiile aflate în vecinătatea zonei în care s-au executat puşcările.

3.4.4. Încheiere

Executarea lucrărilor de demolare prin implozii controlate, diferă de la o construcţie la alta. Din

acest considerent, se impune atât cunoaşterea cât şi evaluarea permanentă a efectelor generate pe timpul

demolării construcţiilor cu ajutorul exploziilor. În vederea demonstrării unui caracter imparţial şi credibil

al măsurătorilor efectelor acustice, seismice şi al gradului de prăfuire, acestea trebuie făcute de specialişti

diferiţi faţă de cei care execută lucrările de demolare. Specialiştii trebuie să fie acreditaţi pentru astfel de

lucrări (personalul să aibă calificare şi competenţă dovedită) şi să utilizeze o aparatură specializată de

înregistrare a parametrilor dinamici, verificată metrologic.

Se constată, mai multe deficienţe şi neajunsuri care pot da naştere la interpretări şi pot afecta atât

legitimitatea cât şi credibilitatea înregistrării undelor seismice generate de demolările prin explozii.

Astfel, în cazul construcţiilor de importanţă deosebită sau în care se află instalaţii şi utilaje

sensibile la oscilaţii, valorile admisibile ale vitezei oscilaţiilor particulelor terenului sunt lăsate la

latitudinea specialiştilor în domeniu.

Alt neajuns se referă la faptul că monitorizarea efectelor seismice cu aparatură plasată în

proximitatea obiectivelor de protejat, nu confirmă întotdeauna că evaluarea s-a făcut corect şi nivelul de

seismicitate se încadrează în domeniul nepericulos, mai ales în situaţia monitorizării structurilor cu mai

multe etaje.

Specialiştii care realizează înregistrările parametrilor mişcării seismice, nu dispun de o

metodologie de efectuare a monitorizării oscilaţiilor generate la demolarea construcţiilor prin implozii

controlate care să ţină cont atât de specificul activităţii de demolare cât şi de celelalte efecte manifestate

la demolările prin explozii, cum ar fi influenţa directă a undei aeriene, a proiecţiilor de material dislocat

şi a prafului, atât asupra seismografului cât şi al operatorului.

De asemenea, specialiştii care monitorizează efectele seismice generate la demolarea

construcţiilor prin explozii controlate asupra clădirilor învecinate, nu iau în considerare că majoritatea

efectelor dependente de timp asupra structurilor sunt cumulative şi trebuie asociate cu durata de viaţă

proiectată a construcţiilor respective, conform normativelor în vigoare [X].

3.5. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate

3.5.1. Introducere

Rezolvarea multiplelor probleme practice ce privesc efectele exploziilor asupra construcţiilor,

stabilirea nivelurilor maxime admisibile de oscilaţie, elaborarea unor norme şi tehnici de protejare

antiseismică a construcţiilor ţinând seama de specificul procesului de explozie şi a unor metode eficiente

de reducere şi control a efectelor exploziilor, necesită cunoaşterea unui minim de teorie a propagării

undelor de şoc în aer, a seismologiei exploziilor precum şi a mecanismului de proiecţie a fragmentelor

rezultate în urma exploziei [65].

3.5.2. Măsuri de atenuare a efectelor exploziei

Punerea în practică a unei lucrări de demolare prin explozii controlate în mediu urban, implică

specialiştii în realizarea unui compromis între cantitatea de exploziv folosită şi modul de dispunere a

acesteia la elementele de distrus respectiv protecţia mediului înconjurător şi a personalului aflat în raza de

acţiune a efectelor exploziilor [28].

Folosirea explozivilor în scopul demolării construcţiilor, este posibilă ca urmare a efectelor induse

de detonaţia acestora. Destinderea produşilor gazoşi puternic încălziţi şi comprimaţi rezultaţi în urma

producerii reacţiei de oxidare a substanţelor carburante din componenţa explozivilor, transferă energia

chimică a acestora mediului înconjurător, sub formă de lucru mecanic distructiv [70].


78

O analiză calitativă a bilanţului energetic al procesului exploziei, pune în evidenţă următoarele

observaţii importante [89]:

- o parte importantă din energia eliberată de încărcătura explozivă este utilizată în mod eficient

pentru distrugerea elementelor de construcţie;

- o cantitate mare din energie se disipă în structură;

- restul energiei explozivilor, se transferă în mediul înconjurător, sub formă de energie cinetică

a fragmentelor rezultate din distrugerea elementelor de construcţie şi energie a undei de şoc în aer.

Măiestria proiectantului şi executantului de lucrări de demolare prin explozii, constă în

controlarea acestor fracţiuni energetice. Aceştia trebuie să urmărească întotdeauna mărirea proporţiei

energiei utilizată pentru distrugerea elementelor de construcţie în detrimentul diminuării efectelor

reziduale. Aceste nevoi pot să rămână doar sub formă de deziderate, dacă nu se cunosc cu adevărat

fenomenele care stau la baza distrugerii componentelor structurale prin explozie.

Există două căi de acţiune a specialiştilor în vederea ducerii la îndeplinire a acestor obiective:

mărirea eficienţei de utilizare a explozivilor şi găsirea metodelor şi tehnicilor de protecţie optime [63].

3.5.3. Încheiere

Alegerea soluţiei tehnice a demolării construcţiilor prin implozii controlate, se efectuează cu

condiţia menţinerii efectelor neproductive, la un nivel de risc acceptabil.

În cazul demolărilor controlate cu explozivi în zone cu un grad ridicat de risc (zone urbane, zone

cu lucrări importante, construcţii slăbite situate în imediata apropiere), se impune folosirea unor

tehnologii optime în vederea creşterii efectelor productive şi a micşorării efectelor neproductive generate

de explozii [65].

Este de actualitate permanentă, cercetarea în vederea descoperirii şi identificării unor ecrane

eficiente pentru atenuarea efectelor neproductive ale exploziilor ce se manifestă asupra obiectivelor

“sensibile” aflate în imediata vecinătate a demolării construcţiilor prin implozii controlate. Spre

exemplu, folosirea ecranelor de apă sub forma pereţilor Poldine, reprezintă soluţii de reducere a efectelor

exploziilor puternice folosite pe plan internaţional [77].

Identificarea unor soluţii constructive de alternare a materialelor cu densităţi diferite la realizarea

ecranelor de protecţie împotriva efectelor exploziilor puternice, reprezintă un domeniu necercetat pe

deplin şi care poate oferii soluţii eficiente în atenuarea efectelor neproductive care se manifestă la

demolarea construcţiilor prin implozii controlate, asupra obiectivelor din imediata apropiere.

Efectuarea în poligon a unor experimente în acest sens, coroborate cu cercetări teoretice bazate pe

modelări şi simulări, pot contribui la lărgirea bazei de alegere a soluţiilor constructive cele mai potrivite,

pentru atenuarea efectelor exploziilor folosite la demolări prin implozii şi protejarea unor zone/spaţii de

locuit/ construcţii de patrimoniu/persoane etc. de efectele acestor explozii [96].

3.6. Mişcări seismice ale pământului datorate exploziilor

3.6.1. Introducere

Executarea lucrărilor cu explozivi, necesită luarea unor măsuri de protecţie a mediului

înconjurător.

În cazul lucrărilor de demolare prin implozii controlate executate în zonele urbane sau în

apropierea unor obiective care trebuie protejate, efectele seismice induse de exploziile încărcăturilor

explozive prezintă un interes special, impunând cunoaşterea seismologiei exploziilor, deoarece constituie

surse generatoare de unde seismice [111].

Undele seismice sunt generate de detonarea încărcăturilor de exploziv folosite la demolări,

precum şi ca urmare a prăbuşirii construcţiei demolate. În funcţie de condiţiile în care se produc,

exploziile pot genera unde longitudinale, transversale sau de suprafaţă [28].


79

3.6.2. Influenţa terenului asupra mişcării seismice provocate de explozii

În situaţia producerii exploziilor puternice, geologia locală şi condiţiile de amplasament au o

influenţă hotărâtoare asupra răspunsului seismic. Factorii de natură locală se referă la topografia rocii de

bază, configuraţia pachetului de sedimente şi nivelul apei freatice. Comportarea terenurilor sub încărcări

dinamice generate de explozii, poate prezenta aspecte foarte diferite faţă de comportarea la încărcări statice.

Unele terenuri sub încărcări ciclice îşi sporesc rezistenţa prin compactare, (exemplu nisipurile afânate) iar

altele îşi pot pierde rezistenţa (ex. nisipurile saturate sau argilele sensibile). Compactarea terenurilor,

depinde de mărimea deformaţiilor cauzate de durata şi frecvenţa proceselor dinamice [25].

3.6.3. Modelarea fizico-matematică a exploziei în scopul optimizării efectului seismic indus

de explozie

Explozia reprezintă o sursă generatoare de unde seismice. În funcţie de condiţiile în care este

produsă, explozia constituie fie numai o sursă de unde longitudinale, fie o sursă de unde longitudinale şi

transversale. Pentru explozia în materiale de construcţii, au fost fundamentate fizico-matematic modele

care reprezintă acest proces ca fiind o sursă concentrată (punctiformă) şi care consideră că procesul are

loc într-o cavitate ale cărei dimensiuni nu pot fi neglijate. Deşi de mai mică importanţă decât în cazul

cutremurelor naturale, energia şi magnitudinea reprezintă doi parametri care însă nu pot fi trecuţi cu

vederea, nici în cazul exploziilor de mică intensitate [28].

Modelarea fizico-matematică a exploziei, se efectuează pentru aflarea funcţiei de transfer a

acestui proces şi construirea modelelor digitale cu ajutorul cărora sursele seismice pot fi analizate, în

vederea micşorării efectelor induse şi protejarea eficientă a mediului înconjurător [28].

3.6.4. Încheiere

Mediul de propagare a undelor seismice generate de o explozie, este constituit din roca

(pământul) existentă între locul exploziei şi obiectivul de protejat la acţiunea seismică [88].

Obiectivul asupra căruia se manifestă efectul seismic poate fi orice construcţie aflată în raza de

acţiune a undelor seismice şi care poate fi afectat de acestea (ex.: o altă clădire, o lucrare de artă, o lucrare

hidrotehnică etc.), consecinţa fiind pierderea integrităţii sau a stabilităţii.

Pe plan naţional, sunt editate un număr redus de lucrări care tratează atât monitorizările seismice

ale structurilor din vecinătatea demolărilor prin explozii controlate, precum şi deteriorările rezultate în

urma acţiunilor seismice ale exploziilor asupra construcţiilor.

În ceea ce priveşte maniera de abordare comparativă a problematicii avariilor suferite de clădirile

situate în vecinătatea demolărilor prin explozii controlate, se constată că interpretarea justificativă a

valorilor parametrilor dinamici înregistraţi, nu are şi o componentă a raportării lor în timp (ex. înregistrări

efectuate înainte, în timpul şi după executarea demolărilor prin explozii) astfel încât să fie monitorizate şi

efectele cumulative ale acţiunilor seismice asupra structurilor de rezistenţă ale acestor clădiri.

De asemenea se observă neconcordanţe în deciziile specialiştilor referitoare la alegerea locului de

amplasare a seismografelor pentru efectuarea înregistrării oscilaţiilor generate la demolarea construcţiilor

prin explozii, astfel încât, aceste dovezi să fie edificatoare în vederea constituirii unor eventuale probaţiuni

(ex. la ultimul nivel în cazul în care structura are multe niveluri, în proximitatea structurii sau la parterul

acesteia în cazul în care construcţia are numai câteva etaje, un senzor dispus la parterul construcţiei

monitorizate iar altul plasat la ultimul nivel în vederea cuantificării atât a datelor de intrare cât şi a celor de

ieşire etc.).

În urma celor prezentate mai sus, rezultă că sunt o serie de lacune şi deficienţe care pot avea

repercursiuni pe plan juridic asupra veridicităţii justificative a evaluării efectelor seismice generate de

demolările prin explozii controlate.


80

CAPITOLUL 4

FENOMENE GENERATE DE UNDELE DE ŞOC

4.1. Introducere

Folosirea substanţelor explozive în vederea demolării construcţiilor, nu este o aplicaţie recentă.

Deşi nu există un număr mare al publicaţiilor care abordează acest subiect, sunt lucrări accesibile

publicului larg care abordează problematica explozivilor apţi pentru a fi folosiţi ca sursă de distrugere a

materialelor de construcţie şi componentelor structurale.

În disciplina fizica explozivilor, materiile explozive se prezintă în general prin prisma

caracteristicilor fizico-chimice (ex. densitate de încărcare, compoziţie chimică etc), de sensibilitate (ex. la

impact, frecare, undă de şoc etc.), termodinamice (ex. căldură de explozie, volumul produşilor gazoşi

etc.) şi de detonaţie (ex. diametru critic, viteză de detonaţie etc).

Dacă se analizează mai atent aceste informaţii, se observă că nu există întotdeauna o legătură

evidentă, între caracteristicile explozivilor utilizaţi, caracteristicile materialelor asupra cărora se

acţionează şi efectele scontate. Datorită acestui fapt, specialiştii care execută lucrări de demolare a

contrucţiilor cu ajutorul explozivilor, au nevoie de o bogată experienţă în domeniu [89].

În acest capitol, sunt prezentate cele mai importante studii teoretice de actualitate privind

detonaţia explozivilor şi efectele sale distructive asupra elementelor de construcţie.

4.2. Noţiuni de unde de şoc. Relaţii analitice

4.2.1. Unde sonore

O undă se defineşte ca fiind propagarea într-un mediu material, a unei perturbaţii de stare şi

mişcare a mediului material.

Prin definiţie, aplicarea unei forţe externe la un corp material reprezintă un proces dinamic.

Atunci când viteza de aplicare a forţei are o valoare scăzută, se poate considera procesul de deformare ca

o succesiune de etape în care corpul poate fi considerat în stare de echilibru. Însă, tensiunile interne ce

apar în material nu pot fi transmise instantaneu din regiunea de aplicare a forţei în diferitele regiuni ale

corpului. Eforturile şi tensiunile sunt transferate de la un atom la altul cu o viteză specifică. În acest sens,

diferenţa fundamentală dintre gaze şi mediile dense, din punctul de vedere al comportamentului lor sub

acţiunea şocului, provine din interacţiunea dintre atomi sau moleculele mediului respectiv. După cum se

cunoaşte, forţele de interacţiune acţionează pe distanţe de ordinul angstromilor (Å) [40].

Într-un gaz, distanţa medie între particulele constituente este de câţiva zeci de Å, astfel încât

particulele nu interacţionează decât în momentul coliziunii.

Presiunea este de origine esenţial termică

TKnP , [Pa], (4.1)

şi se constată că un şoc de amplitudine scăzută este suficient pentru a comprima puternic un gaz. Raportul

de compresie maximă a gazului la şoc este atins la zeci sau sute de bari. La aceste presiuni, un şoc în gaze

reprezintă un şoc “forte” [15].

În mediu solid, chiar în absenţa forţelor exterioare, atomii constituenţi sunt în interacţiuni

puternice. Distanţa interatomică de echilibru (care corespunde minimului de energie potenţială),

determinată chiar prin echilibrul dintre forţele de atracţie şi respingere, este de câţiva Å. Pentru a

comprima un solid trebuie deci acţionat împotriva forţelor de respingere care cresc rapid atunci când

distanţele dintre particulele componente scad. Din acest motiv, compresibilitatea solidelor este

considerabil mai mică decât cea a gazelor. Spre exemplu, pentru o reducere cu 10 % a volumului unui

metal, trebuie să i se aplice o presiune de ordinul a 100 Mbar. Pentru reducerea volumului său la

jumătate, sunt necesare presiuni de mai mulţi Gbari. Această stare de fapt determină caracteristicile de


81

bază ale comportamentului sub şoc al solidelor şi lichidelor. Procesul de compresiune la şoc fiind

adiabatic şi ireversibil, este însoţit de o creştere a temperaturii mediului, creştere care este cu atât mai

importantă, cu cât presiunea este mai mare. Rezultă o componentă termică a presiunii asociată cu

vibraţiile atomilor, care se suprapune peste componenta elastică. Presiunea elastică este dominantă până

la câteva sute de kbari iar raportul de compresiune al mediului rămâne mic. Componenta termică a

presiunii, ce creşte odată cu amplitudinea şocului, devine egală cu componenta elastică la presiuni de

ordinul câtorva Mbari. Deci, creşterea de energie internă a unui mediu dens sub şoc rezultă din creşterea

energiei potenţiale elastice pe de o parte şi a energiei termice pe de altă parte, în proporţii care depind de

nivelul de presiune atins [36].

Undele de presiune se induc în ţinte, prin aplicarea unui impuls mecanic scurt şi intens.

Principalele fenomene generatoare de şoc, sunt:

- detonaţia unei încărcături explozive;

- impactul unui proiectil care are viteză mare, cu o ţintă;

- absorbţia unei radiaţii intense, generate de lasere de mare putere [38].

Întrucât timpul de aplicare a presiunii este foarte scurt în comparaţie cu timpul în care ţinta se

deplasează şi se deformează, forţele de inerţie au un rol determinat în procesul de formare a undei de şoc.

Iată de ce presiunile furnizate de generatoarele de şoc sunt limitate doar de cantitatea de energie eliberată

de generatorul de şoc. Pe timpul detonaţiei explozivilor şi a tragerilor cu tunurile cu dublu etaje (cu gaze

uşoare), se obţin şocuri de ordinul Mbar în lichide şi zeci de Mbari în solide. Presiunile mai mari de 100

Mbar, au fost măsurate sub şocurile de origine nucleară. Astfel, în cursul experienţelor de fuziune

nucleară prin confinare inerţială, ţintele de deuteriu lichid iradiate cu laser au fost supuse pe timpi foarte

scurţi (de ordinul a 10-9 s) la presiuni de 1000 Mbari şi la temperaturi superioare 107 0K [46].

La nivel atomic, unda constă într-o succesiune de impacturi interatomice ale atomilor învecinaţi.

După ce a fost accelerat până la o anumită viteză, fiecare atom, transmite o parte din impulsul său

la atomii vecini. Masa atomilor, modul de separare, forţele de atracţie sau respingere dintre atomi,

determină modul în care pulsul de presiune este transmis de la un punct la altul. Starea de tensiune

generată de pulsul de presiune, determină direcţia şi modul de mişcare al atomilor.

Undele care pot lua naştere în medii dense, se clasifică în funcţie de mărimea pulsului de

presiune, în trei categorii: unde elastice, unde plastice şi unde de şoc.

Undele elastice produc deformaţii elastice ale materialului. Privit la scară atomică, înseamnă că

după dispariţia pulsului de presiune, toţi atomii se întorc la poziţia lor iniţială. În materialele dense se

propagă trei tipuri de unde elastice: unde longitudinale (unde de dilataţie), unde transversale (unde

distorsionale, echivolumice) şi unde de suprafaţă (undele Rayleigh) [40].

În cazul undelor longitudinale, particulele materialului şi viteza undei au aceeaşi direcţie. Dacă

unda este de compresie, acestea vor avea acelaşi sens. Dacă unda este de întindere, aceste viteze vor avea

sensuri opuse. La undele transversale, deplasarea particulelor materiale este perpendiculară pe direcţia

undei. Nu se realizează o schimbare a densităţii materialului, deformaţiile longitudinale fiind nule.

Pentru undele de suprafaţă, cel mai reprezentativ exemplu îl constituie valurile mării. Acestea se

manifestă numai la suprafaţă, în regiunea adiacentă acesteia iar viteza particulei scade exponenţial, atunci

când se măreşte distanţa de la suprafaţă. Traiectoriile particulelor sunt eliptice.

Unda longitudinală este cea mai rapidă iar unda Rayleigh este cea mai lentă.

În funcţie de amplitudinea pulsului de presiune şi de viteza de creştere a acestuia, atunci când

limita elastică de rezistenţă a materialului este atinsă, unda elastică precursoare este urmată de o undă

plastică sau de şoc. Cea mai familiară dintre aceste unde elastice este unda longitudinală care se mai

numeşte şi undă sonoră. Variaţia de presiune la această undă, este periodică şi de amplitudine mică în

comparaţie cu presiunea ambiantă.

În Detonică (disciplina care se ocupă cu studiul fizicii undelor de şoc şi a undelor de detonaţie),

undele care se iau în considerate sunt de amplitudine mare în raport cu presiunile ordinare şi se propagă

în general cu viteză care variază monoton cu presiunea, fie crescător în cazul undei de compresiune, fie


82

descrescător în cazul undei de destindere. Se ţine seama că variaţia presiunii se realizează într-un timp

foarte scurt, dar nu nul [74].

Unda sonoră, prin definiţie, propagă în mediu variaţii infinitezimale ale mărimilor de stare dp,

dv, . . . şi o variaţie du a vitezei materiale. Dacă dp este pozitiv sau negativ, atunci unda este de

compresie sau de destindere.

Proprietăţile undei sonore [44]:

a) Transformarea termodinamică produsă de unda sonoră mediului, este adiabatică şi izentropică.

Rezultă că entropia unui element material dat, se conservă odată cu trecerea unui tren de unde sonice de

amplitudine finită;

b) Viteza propagării unei unde sonore în mediu, se numeşte unda sunetului. Această mărime se

notează cu c şi se reprezintă prin vectorul c

, care este normal la undă şi orientat în sensul de propagare al

acesteia. Unda sunetului este o mărime termodinamică, pozitivă şi se calculează conform relaţiei:

SSv

pv

pc

[m/s] (4.2)

Vectorul c

este viteza relativă a undei în raport cu mediul. În situaţia în care acesta se află în

mişcare şi are viteza locală u

, viteza absolută a vitezei sunetului este ( cu

). Unghiul dintre cei doi

vectori poate fi diferit şi depinde de fiecare caz în parte;

c) Transformarea cinetică adusă mediului, reprezintă o accelerare d u

dirijată după normala la

suprafaţa undei şi coliniară cu c, dar nu obligatoriu în acelaşi sens.

Relaţia între du

şi variaţia de presiune este:

udcdp

[Pa (4.3)

Ţinând seama de relaţia (5.1) rezultă relaţia echivalentă:

dcud

[m/s] (4.4)

Semnificaţia vectorială a acestei relaţii este următoarea:

- dacă unda sonoră este o undă de compresiune (dp 0), atunci mediul este accelerat în sensul de

propagare al undei ( şi au acelaşi sens); - dacă unda este de destindere (dp 0), atunci mediul este accelerat în sensul opus celui de

propagare al undei ( şi au sensuri opuse).

4.2.2. Evoluţia profilului unui tren de unde sonore

Se consideră o undă de amplitudine finită, constituită din unde sonore ce se propagă într-o

anumită direcţie. Pentru simplificare, se consideră undele ca fiind plane, normale la o axă Ox, orientată în

acelaşi sens cu care se ia ca referinţă. Profilul undei la un moment dat, este o curbă p(x) sau u(x).

Fiecare undă elementară găseşte în faţa ei şi lasă în spatele ei o stare uniformă iar viteza sa absolută ( +

) este constantă. Însă şi variază de la o undă la alta, astfel încât profilul undei globale se modifică

în cursul propagării. Sensul evoluţiei undei se bazează pe proprietatea că viteza sunetului este o funcţie crescătoare cu presiunea (excepţiile sunt datorate schimbărilor de fază). Această proprietate guvernează o

mare parte din legile detonicii şi în special formarea undelor de şoc.


83

Se consideră mai întâi cazul unei unde de destindere (fig.4.1 a). Presiunea descreşte de la p1 la p2.

Rezultă că viteza sunetului descreşte. Deoarece dp 0, din relaţia (4.3) rezultă că d este orientată în sens invers faţă de , deci faţă de axa Ox şi d 0. Rezultă că (u + c) descreşte de la starea 1 la starea 2

şi unda se aplatizează (panta profilului scade).

Pentru cazul unei unde de compresiune (fig. 4.1 b) presiunea creşte de la p1 la p2, deci viteza

sunetului creşte. Deoarece dp 0, d este orientată în acelaşi sens faţă de , deci faţă de axa Ox şi d

0. În concluzie (u + c) creşte de la starea 1 la starea 2 şi unda devine tot mai abruptă (panta profilului

creşte). Procesul acesta de modificare, în sensul creşterii pantei profilului undei conduce la formarea

undei de şoc, conform unui mecanism care va fi descris în continuare [78].

Figura 4.1. Evoluţia profilului undelor de presiune [78]

4.2.3. Formarea undei de şoc

Fie un mediu ce se află în starea iniţială ( , ) şi de viteză materială nulă ( 0). Se acţionează

pe o suprafaţă plană a unui eşantion cu o presiune care creşte de la la într-un timp foarte scurt, dar

nenul. Faţa dinainte (R) a eşantionului se pune în mişcare (fig. 4.2) şi apar astfel unde sonore, ce se

propagă progresiv, pe parcurs ce creşte presiunea. Acestea sunt unde de compresiune.

Figura 4.2. Formarea undei de şoc [78]

p

p1

p2 p1

p2 u c u c

x x 0 0

u u

1

2 1

2

a) b)

t

t1

t

(R) S0

(C)

(E)

M I

D

D1

1/c0

I0

1/(cu)

1/(c1u1)

x

p(t)


84

Prima undă ( ) găseşte mediul în starea ( , ) iar aceasta se propagă cu viteza . Unda (S)

care pleacă din momentul t, întâlneşte mediul în starea uniformă (p, , u) şi îl aduce la starea (p+dp,

+d, u+du). Viteza sa (u+c) este constantă, aşa încât în planul (x,t) unda este reprezentată ca o dreaptă.

Deoarece viteza (u + c) creşte cu presiunea, fiecare undă va merge mai repede decât unda pe care

o precede şi deci o va ajunge din urmă.

Din punct de vedere geometric, undele (S) formează un fascicol de unde convergente care admit o

înfăşurătoare (E). Se poate considera că (E) reprezintă traseul frontului perturbaţiei mediului ce se află

iniţial în repaus. Acest lucru nu este posibil din punct de vedere fizic. Până la punctul M unda (S)

propagă o perturbaţie de amplitudine infinitezimală dp într-un mediu caracterizat de (p, , u) iar viteza sa

(u+c) corespunde acestor condiţii de propagare.

Dacă viteza ar atinge punctul M de pe anvelopă, ar fi întâlnit un mediu cu starea ( , , 0) şi

perturbaţia pe care ar fi propagat-o ar trece brusc la amplitudinea finită (p - ) în timp ce viteza sa

rămâne (u+c), deoarece 1/(u+c) este panta înfăşurătorii în M. Este o incompatibilitate între această pantă

şi condiţiile de propagare. Din acest motiv, unda (S) nu poate atinge punctul M.

Propagarea sa este într-un punct I situat înaintea lui M şi doar în acest punct trebuie să se găsească

frontul de perturbaţie real. Acesta este reprezentat printr-o curbă (C) care reprezintă locul geometric al

punctelor I denumit undă de şoc.

Panta curbei este dată de inversul mărimii vitezei undei de şoc care se notează cu D. Viteza D e

compatibilă cu propagarea unei amplitudini finite (p - ) în mediul cu starea ( , , 0). Panta curbei

(C), în punctul I este inferioară cu cea a lui (E) în M deci D u+c. D trebuie să fie mai mare decât

deoarece această viteză este corespunzătoare unei perturbaţii ce se desfăşoară la presiunea care este

mică. Curba (C) este între dreapta ( ) şi anvelopa (E).

Printr-un calcul simplu se arată că înfăşurătoarea (E) nu se desprinde de curba ( ) decât într-un

punct care are abscisa:

02

20

B

cxo [m] (4.5)

unde:

- este acceleraţia iniţială a feţei dinainte a materialului [m/s2];

- B este un coeficient adimensional care depinde de caracteristicile mediului [38].

Formarea undei de şoc începe din punctul şi se derulează până când ultima undă de

compresiune ( ) atinge frontul (C) în punctul . Viteza undei creşte continuu de la până la .

Figura 4.3 a, reprezintă trenul undelor de compresiune generate de pe faţa anterioară (pe care se

aplică presiunea). Acestea ating frontul de şoc în punctul I al curbei (C). Secţionând fascicolul de unde

cu o dreaptă t ct. se obţin diferite profiluri ca în figura 4.3 b. Plecând de la faţa anterioară se întâlnesc

unde sonore de presiuni descrescătoare până în frontul (C) unde presiunea scade brusc la .

Pentru t nu are loc nici un salt de presiune în frontul undei. Această undă nu este încă o undă

de şoc, ci o undă de compresiune izentropică pură, ca cea din figura 4.1, b.

Pentru t unda este undă de şoc şi e urmată de o undă de compresiune. Profilul de formă

dreaptă, se obţine atunci când unda ( ) a ajuns din urmă frontul. Unda este o undă de şoc pură.

La momentul , durata fazei de formare a undei de şoc este de ordinul de mărime a lui care

este durata semnalului aplicat pe faţa materialului. Dacă 0 şi semnalul aplicat este o undă de şoc,

atunci este nul. O undă de şoc se transmite instantaneu de la un mediu la altul [46].


85

Figura 4.3. Evoluţia profilului undei de şoc în timpul formării acesteia [46]

4.2.4. Proprietăţile generale ale undei de şoc

Descrierea procesului de formare a undei de şoc permite distingerea a trei proprietăţi

fundamentale ale acesteia [45].

a) Viteza de propagare a undei de şoc este cuprinsă între vitezele absolute ale sunetului în

mediile ce o încadrează:

[m/s] (4.6)

Aceste inegalităţi reprezintă faptul că unda de şoc este supersonică în raport cu mediul în care se

propagă şi subsonică în raport cu mediul pe care îl lasă în urmă. Se mai poate spune că:

- unda de şoc ajunge din urmă perturbaţiile sonore care se propagă înaintea ei;

- unda de şoc este ajunsă din urmă de undele sonore care o urmează.

b) Prin unda de şoc se propagă discontinuităţile mărimilor de stare şi de viteză materială. În

punctul I (din fig. 4.3) unda produce discontinuităţile mărimilor (p - ), ( - ), u. Rezultă că relaţiile

(4.2 şi 4.3) nu mai sunt valabile. Se poate spune că principala caracteristică a unei unde de şoc, este că

aceasta propagă o discontinuitate de viteză

uouu

[m/s]

(4.7)

(unde este viteza iniţială) care antrenează discontinuităţi p, , ... ale mărimilor de stare. Unda e

reprezentată printr-o suprafaţă a undei, viteza sa relativă la mediul în care se propagă este un vector D

normal la frontul undei iar saltul de viteză este coliniar şi de acelaşi sens cu .D

c) Transformarea termodinamică pe care o suferă materialul la acţiunea undei de şoc este

adiabatică, deoarece aceasta este suficient de rapidă pentru a nu avea nici un schimb de căldură cu mediul

exterior învecinat. Această transformare nu este şi izentropică, deoarece este de amplitudine finită şi

instantanee. În schimb, entropia mediului creşte la trecerea undei de şoc.

4.2.5. Structura undei de şoc

Deoarece unda de şoc propagă discontinuităţi ale vitezei şi mărimilor de stare, rezultă că mediul

suferă instantaneu solicitările cinematice sau termodinamice de amplitudine finită. Acest lucru este

adevărat dacă mediul prin care trece unda de şoc ar fi un fluid ideal, fără vâscozitate şi fără conductivitate

t

t1

t

(R)

(C)

I

I0

x x

D

D1

p

p1

p0

x0 x0 x

t2

I1

t

t2

t1

t0

t0

a) b)


86

termică. Vâscozitatea şi conductivitatea apar în toate mediile reale. Vâscozitatea intervine în calcule

printr-un termen x

u

care are dimensiunile unei presiuni, iar conductivitatea termică prin termenul

dx

dTk cu dimensiuni de energie specifică. În curgerea normală, gradientele de viteză şi temperatură, când

sunt suficient de mici, pot fi neglijate faţă de presiunea şi energia locală. Aceleaşi aproximaţii nu se mai

pot face însă în cazul undelor de şoc. De fapt, discontinuitatea înseamnă gradient infinit. Este necesar în

cazul unui calcul teoretic, să se ia în considerare aceşti termeni în ecuaţiile generale ale curgerii astfel

încât calculul transformării prin şoc să conducă la valorile limită ale acestor gradienţi. Unda de şoc reală

are deci un timp de "urcare" finit sau o grosime finită, definită în figura 4.4, printr-o (mărime) lungime

caracteristică L. Acest calcul este posibil decât în câteva cazuri simple. L este cu atât mai scăzută cu cât

diferenţa ( ) este mai mare deci un şoc "forte" este " mai dreptunghiular" decât un şoc slab. În toate

cazurile, L este foarte mic. În cazul gazelor este de ordinul câtorva parcurse libere medii iar pentru metale

de câteva lungimi de celule elementare cristaline. Din aceste motive, în practică se poate neglija grosimea

şocului. Efectul fenomenelor disipative asupra frontului undei de şoc este neglijabil şi astfel se poate trata

unda de şoc ca o discontinuitate. Aceste fenomene există tot timpul, deoarece ele cauzează

ireversibilitatea procesului de transformare, de creştere a entropiei [78].

Figura 4.4. Structura frontului undei de şoc [78]

4.2.6 Relaţii analitice în teoria undei de şoc

4.2.6.1 Ecuaţiile de conservare ale masei, cantităţii de mişcare şi energiei

Mărimile termodinamice (mărimile de stare) ce intervin în relaţiile analitice ale şocului sunt:

presiunea p, masa volumică (sau volumul masic) şi energia specifică E (energia raportată la unitatea de

masă). Masa volumică se numeşte şi densitate absolută. Mărimile de stare care caracterizează, mediul din

faţa şocului în stare neperturbată sunt ( , , ), iar mediul din spatele şocului (p, , E).

Unda de şoc se caracterizează prin două mărimi cinematice:

- viteza relativă D al mediului iniţial, [m/s];

- saltul de viteză pe care viteza îl propagă în mediu.

Se aplică transformării prin undă de şoc, principiile fundamentale ale Mecanicii: conservarea

masei, impulsului (cantităţii de mişcare) şi energiei. Între cele trei mărimi de stare şi două mărimi

cinematice se obţin trei relaţii ce constituie relaţiile analitice ale undei de şoc, numite şi relaţiile lui

HUGONIOT – RANKINE [40].

Se consideră un tub de materie a cărui secţiune este de arie unitară; tubul este parcurs de o undă

de şoc care se deplasează perpendicular pe pereţi (fig. 4.5). Punctele A şi B reprezintă poziţiile ocupate

de frontul undei de şoc la momentele t şi respectiv t t. Pentru simplificarea relaţiilor, se presupune că

mediul este iniţial în repaus.

p

p1

p0

x L

profilul ideal

profilul real


87

Figura 4.5. Schema parcursului undei de şoc într-un tub de materie cu arie transversală unitară [78]

Distanţa între secţiunile A şi B este AB Dt.

Elementul de materie considerat la momentul t în A se va găsi la momentul (t t) în punctul A'

şi rezultă:

tuAA ' şi tuDBA ' (4.8)

a) Ecuaţia de conservare a masei.

Masa cuprinsă între suprafeţele delimitate de A şi B, are la momentul t, înainte de trecerea undei

de şoc, densitatea o.

La momentul (t t) această masă se găseşte între suprafeţele delimitate de A' şi B şi e

comprimată la densitatea :

tuDBAm ' [kg] (4.9)

Se obţine în acest mod ecuaţia de conservare a masei:

.uDDo [kg/m²s] (4.10)

b) Ecuaţia de conservare a cantităţii de mişcare.

Deoarece variaţia cantităţii de mişcare este egală cu impulsul forţelor de presiune, rezulă că:

muumtpop (4.11)

Se înlocuieşte valoarea lui m şi rezultă:

uDopop [MPa] (4.12)

c) Conservarea energiei.

Energia pe care o primeşte elementul AB între momentele t şi t t, este egală cu lucrul mecanic

al forţelor exterioare care acţionează asupra elementului material. Transformarea este adiabată. Presiunea

nu efectuează lucru mecanic deoarece ea se aplică pe faţa B care rămâne fixă între t şi t t. În

schimb, presiunea p care acţionează pe faţa A, efectuează lucrul mecanic:

tuppAA ' [J] (4.13)

A A' B

p0 p ut

Dt

t tt


88

Energia primită este suma dintre energia cinetică şi creşterea energiei interne a mediului. Rezultă:

uEoEmtup 2

2

1 (4.14)

sau

uDo

upEoE 2

2

1

[J] (4.15)

Se înlocuieşte presiunea p cu valoarea din ecuaţia de conservare a impulsului

uDo

upoEoE 2

2

1

[J] (4.16)

şi cu ecuaţia de conservare a masei

vvppEoE 002

1 [J] (4.17)

Relaţiile fundamentale ale şocului unidimensional, sunt următoarele:

uDDo [kg/m²s]

uDopop [Pa] (4.18)

vvppEoE 002

1 [J]

Relaţia de conservare a energiei se mai numeşte şi ecuaţia lui HUGONIOT.

În relaţia:

vvopouuDo

upoEoE 2

2

122

1

[J] (4.19)

dacă p , rezultă că termenul ( - v) este neglijabil în raport cu ceilalţi doi. Deoarece starea

iniţială este adesea starea standard ( 1 bar), iar presiunile şocurilor obişnuite au adesea valori de sute

de bari pentru gaze şi de mai mulţi kbari pentru solide, se poate efectua această aproximaţie. În

majoritatea cazurilor, energia adusă de şoc se repartizează în mod egal energiei cinetice şi energiei

interne conducând la găsirea ordinelor de mărime ale valorilor implicate în calcule.

Relaţiile de conservare care s-au prezentat mai sus, au fost determinate cu ajutorul schemei din

figura 4.5. Secţiunea tubului şi intervalul de timp nu au contribuit la rezultate. Aceste relaţii se aplică

unei unde de şoc de formă şi viteză oarecare, variabilă sau nu. Acestea sunt relaţii punctuale sau relaţii de

front, care fac legătura între stările situate imediat şi după trecerea frontului undei de şoc.


89

4.2.6.2. Relaţii derivate

Prin substituţie sau prin utilizarea unor noi mărimi, relaţiile fundamentale ale şocului conduc la

următoarele relaţii derivate [45]:

vvo

pop

voD

[m/s] (4.20)

vvopopu [m/s] (4.21)

vvo

pop

Do

22 (4.22)

Prin introducerea entalpiei specifice

pvEH [kJ/mol] (4.23)

ecuaţia energiei se scrie:

vvopopH oH 2

1 [kJ/mol] (4.24)

Entalpia se defineşte ca însumarea energiei interne cu lucrul mecanic necesar ocupării de către

sistem a volumului său propriu la presiune constantă:

H = E + pV [kJ/mol] (4.25)

Entalpia este o mărime măsurabilă pentru fiecare substanţă chimică în parte, este tabelată şi se

utilizează pentru calcularea căldurii de reacţie.

Într-o reacţie chimică, variaţia de entalpie este în funcţie de numărul de moli ai fiecărui

component participant la reacţie.

Entalpia specifică molară se măsoară în S.I. în [kJ/mol].

Variaţia de entalpie a sistemului în reacţia de sinteză a unui mol de substanţă din elementele

componente reprezintă căldura de formare.

Deseori relaţiile şocului să scriu sub formă simetrică, izolând în fiecare termen al relaţiei mărimile

mediului relative (de-o parte şi cealaltă a frontului undei de şoc). Pentru aceasta se notează: D şi w

D - u. Materia ce se află în starea iniţială, penetrează frontul cu viteza D şi iese cu viteza w D - u.

Acest sistem de referinţă se utilizează în special în studiul curgerilor permanente.

Relaţiile de conservare se scriu sub forma:

wwoo

(4.26)

wpwoopo22 (4.27)


90

wHwoH 22

122

10

(4.28)

Cea de-a treia relaţie, este relaţia lui Bernoulli [81].

4.3. Curbe caracteristice. Proprietăţile generale ale adiabaticii dinamice şi polarei de şoc ale

diferitelor medii

4.3.1. Curbe caracteristice

În cele trei relaţii de conservare aplicate pentru transformarea prin şoc intervin 5 mărimi; p, v, E

care sunt mărimi de stare şi respectiv D şi u care sunt mărimi cinematice. De asemenea mai intervin

datele stării iniţiale , şi . Mărimile de stare p, v şi E nu sunt independente. Se cunoaşte că atunci

când un material dat se găseşte într-o fază omogenă şi nu există reacţii chimice, starea sa termodinamică

nu depinde decât de doi parametri. Există deci o relaţie caracteristică a materialului considerat, ce se

numeşte ecuaţie de stare şi care se scrie sub forma:

),( vpEE [J] (4.29)

Această relaţie nu este propriu-zis o ecuaţie de stare a materialului. Ea trebuie de fapt să

determine toate celelalte mărimi de stare şi în special temperatura T şi entropia S, iar relaţia prezentată

mai sus nu face acest lucru [46].

Entropia reprezintă o mărime de stare termică a sistemelor fizice, care crește în cursul unei

transformări ireversibile a lor și rămâne constantă în cursul unei transformări reversibile;

mărime care, în termodinamică, permite a evalua degradarea energiei unui sistem; măsură care indică

gradul de organizare a unui sistem; mărime termodinamică de stare care reflectă ireversibilitatea

proceselor fizice macroscopice (DEX 98).

Entropia se notează cu S şi are ca unitate de măsură în S.I. [J/K].

Ecuaţia de stare teoretică, cea mai generală este

),( SvEE [J] (4.30)

şi se deduce că

v

E

sp

[Pa] şi

S

E

vT

[K] (4.31)

Eliminând implicit S, se ajunge la formula (4.16) care este o formă parţială a ecuaţiei de stare.

Adăugând la cele trei ecuaţii de conservare, ecuaţia de stare, se poate exprima oricare dintre cele 5

mărimi în funcţie de una dintre ele sau se pot stabilii relaţii, două câte două. Aceste relaţii sunt

reprezentate prin curbe în diagramele corespunzătoare şi constau în locul geometric al stărilor de şoc pe

care un material dat poate să-l atingă plecând de la starea iniţială dată.

Dintre toate aceste curbe posibile, două dintre ele sunt mai importante [46].

1. Relaţia lui Hugoniot care se referă la mărimile p şi v:

vvopopvpEvpE 2

11,1, [J] (4.32)


91

Această relaţie se numeşte şi adiabatica dinamică. Punctul care reprezintă starea iniţială ( , )

se numeşte polul adiabaticii dinamice. Atunci când starea iniţială este standard şi condiţiile de

temperatură şi presiune sunt normale ( 1bar), adiabatica dinamică ia numele de Hugoniot şi se

desemnează cu simbolul (H). Când starea iniţială este un punct de coordonate ( , ) situat deja pe curba

lui Hugoniot (starea atinsă se află în spatele unei prime unde de şoc şi o a doua undă de şoc străbate

mediul), noua stare de şoc se găseşte pe curba de ecuaţie:

vvppvpEvpE 112

11,1, [J] (4.33)

Aceasta relaţie se numeşte adiabatica dinamică de ordinul 2 şi se desemnează cu simbolul (H1').

H1' este distinctă de H şi cele două curbe nu sunt tangente în polul ( , ).

2. Cea de-a doua curbă caracteristică se referă la mărimile p şi u. Ecuaţia ei nu apare explicit

în relaţiile undei de şoc, însă se poate deduce din relaţia de conservare a cantităţii de mişcare că se poate

stabilii o relaţie între D şi u:

)(uDuopop [MPa] (4.34)

Pentru solide şi lichide această relaţie se determină experimental. Această curbă poartă denumirea

de polară de şoc. Starea iniţială este reprezentată prin polul P iar dacă este starea standard, atunci polara

de şoc este desemnată cu simbolul (H). Se remarcă faptul că dacă 0 şi p 1bar, atunci polara se

poate deduce printr-o simplă translaţie, datorită relativităţii vitezelor D şi u introduse în relaţiile de şoc.

Se defineşte de asemenea polara de şoc de ordinul 2 care e desemnată prin simbolul (H1') şi reprezintă

polara al cărui pol este un punct de coordonate ( , ) situat pe (H).

Polara de şoc are importanţă practică, deoarece este o curbă în planul (p,u) unde se tratează şi

rezolvă toate problemele de detonică unidimensională legate de transmiterea unei unde de şoc de la un

mediu la altul sau legată de interacţiunea dintre o undă de şoc cu undele sonore din acelaşi mediu. În

cazul solidelor şi lichidelor, relaţia experimentală D D(u), reprezintă o relaţie liniară pentru limite largi

ale domeniului de presiune, astfel încât polara de şoc este reprezentată grafic printr-un simplu arc de

parabolă care simplifică în mod considerabil calculele.

3. A treia categorie de curbe nu reprezintă locurile geometrice ale stărilor de şoc posibile, ci

dimpotrivă "urmările evenimentelor" adică locul geometric al stărilor mediului după ce au trecut undele

de şoc. Cu excepţia cazurilor rare, mediul nu mai rămâne în starea pe care l-a lăsat unda de şoc, el fiind

solicitat de unde de origini diferite, apărute în general din mediile ce limitează spaţial materialul. În

situaţia când acestea sunt unde de şoc, atunci mediul va fi adus într-un punct al adiabaticii dinamice de

ordinul doi. Adeseori acestea sunt unde sonore de destindere sau de compresiune şi evoluţia ulterioară a

elementului material este izentropică.

Curbele care se introduc sunt izentropicele în planul adiabaticii dinamice (p, v) şi în planul polarei

de şoc (p, u).

4.3.2. Viteza undelor de şoc

Există o relaţie liniară între viteza D a unei unde de şoc şi saltul de viteză materială:

)0( uodacăuuouu [m/s]

(4.35)

Pentru solide omogene şi lichide, această relaţie este în general o relaţie liniară de forma:


92

uBAD [m/s] (4.36)

Atunci când u 0 şi intensitatea şocului scade către 0, viteza undei tinde către o limită nenulă

“A” a cărei mărime este egală sau apropiată de viteza sunetului şi care se măsoară cu anumite

mijloace tehnice.

Relaţia (4.32) se poate scrie şi sub forma:

sucD 0[m/s] (4.37)

unde este viteza sunetului iar s este panta variaţiei vitezei undei de şoc cu viteza materială [78].

4.3.3. Polara de şoc

Polara de şoc constă în reprezentarea adiabaticii dinamice în planul (p, u). Reprezentările în

planurile (D, u) şi (p, u) prezintă interes practic deoarece pun în evidenţă mărimi accesibile experienţei şi

în special mărimile D şi u. Relaţia de conservare a cantităţii de mişcare se scrie sub forma [38]:

uBuAopop 2 [Pa] (4.38)

care este ecuaţia unei parabole.

Se notează cu M un punct pe polară. Panta dreptei OM (dreapta R.M.) are forma

Dou

p (4.39)

iar panta polarei (H) în punctul M este

.2

du

dDuDouBDouBAodu

dp (4.40)

Rezultă că:

hodu

dp unde

(4.41)

iar panta polarei de şoc în origine este

cooAodu

dp

ou

(4.42)

În figura 4.6 sunt reprezentate polarele de şoc ale mai multor materiale presupunându-se că 0

şi 0, adică toate polarele pornesc din originea planului (p, u). Dacă 0, este suficient să se

decaleze originea graficului [38].


93

Figura 4.6. Exemple de polare de şoc pentru materiale de construcţie şi rocǎ [45]

4.4. Generarea şi transmiterea undelor de şoc

După cum am precizat în paragraful 4.2.1, undele de şoc pot fi generate prin următoarele metode:

prin utilizarea explozivilor plasaţi în contact direct cu diferite materiale, prin impactul dintre un proiectil

cu viteză foarte mare şi o ţintă şi prin utilizarea laserilor de mare putere [37].

4.4.1. Undele de şoc induse la detonaţia încărcăturii explozive

Metoda clasică utilizată pentru generarea undelor de şoc intense, constă în utilizarea explozivilor.

Generarea unei unde de şoc în mediul inert datorită detonaţiei explozivilor, plasaţi în contact cu un

material de construcţie, poate fi considerată un caz particular de transmisie a unei undei de şoc, de la un

mediu la altul. Unda de şoc care se deplasează prin exploziv (undă de detonaţie), se deplasează cu viteza

. Produsele de detonaţie imediat în spatele frontului de detonaţie au presiunea şi viteza materială

. Plecând de la starea (CJ), presiunea şi viteza materială evoluează pe izentropele (S) şi (S-) ale

produşilor de detonaţie, care trec prin punctul CJ. Intensitatea undei de şoc generate într-un mediu inert

oarecare, este în funcţie de poziţia relativă a polarei acestui mediu, faţă de polara explozivului [37].

Presiunea şocului indus poate fi mai mare decât

(4.43)

pentru situaţia în care polara de şoc a mediului adiacent trece deasupra punctului CJ. În cazul contrar,

presiunea indusă este mai mică. În LASL (Los Alamos Scientific Laboratory din USA) sunt date câteva

date referitoare la şocurile induse de explozivi, în câteva medii cu care se află în contact. Astfel, cea mai

p 1 ua( ) 108

p 2 ua( ) 108

p 3 ua( ) 108

p 4 ua( ) 108

p 5 ua( ) 108

p 6 ua( ) 108

p 7 ua( ) 108

p 8 ua( ) 108

p 14 ua( ) 108

p 15 ua( ) 108

p 18 ua( ) 108

p 19 ua( ) 108

p 20 ua( ) 108

p 21 ua( ) 108

p 22 ua( ) 108

p 24 ua( ) 108

ua 103

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

Granit

Syenite

GabbroPeridotite

Porphury

Bazalt

Diabase

Sandstone

Gips

Halite

Granit gneiss

Serpentine

Limestone schist

Aluminiu

Apa

Otel

POLARE DE SOC MATERIALE CONSTRUCTII

VIT EZA MATERIALA u (km/s)

PRES

IUN

EA IN

FR

ON

TUL

UN

DEI

DE

SOC

(kba

r)


94

ridicată presiune care poate fi atinsă atunci când explozivul este plasat în contact cu o placă metalică, este

uşor inferioară valorii de 100 GPa (amestec exploziv pe bază de HMX). Se pot totuşi atinge însă şi şocuri

mai intense (ex. elemente de sudat la placarea prin explozie) [37].

4.4.2. Transmisia frontală a şocului. Determinarea teoretică a caracteristicilor şocurilor

4.4.2.1. Noţiunea de impedanţă. Impedanţa acustică. Impedanţa de şoc

Noţiunea de impedanţă este întâlnită în diferite domenii ale fizicii, şi se defineşte ca fiind raportul

dintre o mărime "activă", cum ar fi forţa, presiunea sau tensiunea electrică şi o mărime "reactivă" cum

ar fi viteza sau intensitatea curentului electric.

Impedanţa acustică, notată ca şi impedanţa electrică cu Z, este egală cu raportul dintre presiunea

şi viteza acustică:

[ Kg m

-2s

-1] (4.47)

Impedanţa acustică se măsoară în sistemul S.I. în Rayl (denumire dată în onoarea lordului

Rayleigh) sau Ohmi acustici:

1 Rayl (1 Ohm acustic) = 1 Kg m-2

s-1

(4.48)

În cazul undelor de şoc, produsul Do se numeşte impedanţă de şoc. Făcându-se analogia cu

curentul electric, forţa motrice în mecanica fluidelor este presiunea (care în cazul curentului electric este

tensiunea) iar viteza materială u în mecanică este similară cu intensitatea curentului electric I

uDop [Pa] (4.54)

În această relaţie

DZ o [Kg m

-2s

-1]

(4.55)

Z este panta dreptei polarei şi a polarei de şoc.

4.4.2.2. Transmiterea unei unde de şoc dintr-un mediu A într-un mediu adiacent B

După trecerea unei unde de şoc, rezultă de o parte şi de cealălaltă a interfeţei celor două medii,

aceeaşi presiune şi aceeaşi viteză materială. La interfaţa celor două medii ia naştere o undă reflectată. Se

ia în considerare o undă de şoc care se propagă dintr-un mediu A într-un mediu B. Sunt mai multe situaţii

care pot să apară [45]:

a) Dacă mediul B este mai compresibil decât mediul A (fig. 4.7)

a) Variaţia presiunii la t constant b) Polara de şoc

A

B 1

2

p1

p

u1 u2 u 0

p2

p

p2

p1

ZA ZB

D01

B


95

c) Diagrama spaţiu – timp [78]

Figura 4.7. Şoc transmis – destindere reflectată

b) Dacă , atunci mediul B este mai puţin compresibil decât mediul A (fig. 4.8)

a) Variaţia presiunii la t constant b) Polara de şoc

c) Diagrama spaţiu – timp

Figura 4.8. Şoc transmis – şoc reflectat [78]

c) Dacă , mediul B este compresibil ca şi mediul A

În acest caz cele două medii sunt adaptate unul la celălalt. Nu se realizează nici un fel de reflexie

la interfaţă. Este cazul cel mai favorabil de transmitere a energiei mecanice.

d) Dacă , rezultă că mediul B este incompresibil. Nici o energie nu este transmisă şi totul

se reflectă (fig. 4.9).

A

B

1

2 p2

p

u2 u1 u 0

p1

t

x

0

1

0

A B

2 2

p

p2 p1

ZA ZB

x

t

x

0

1

0

A B

2

2


96

a) Diagrama spaţiu – timp b) Polara de şoc

Figura 4.9. Şocul reflectat de un zid [78]

4.4.2.3. Propagarea undelor de şoc şi de destindere în materialele de construcţie

Fisurarea şi distrugerea unui material de construcţie, supus acţiunii detonaţiei unui exploziv, se

produce atunci când se întâlnesc cel puţin două fascicole de unde de destindere, care provin din două

direcţii diferite sau opuse. În cazul detonaţiei unei încărcături explozive, plasate în contact cu un material

de construcţie, se desfăşoară următoarele fenomene care sunt prezentate grafic în figura 4.10 [46].

După iniţierea încărcăturii explozive, frontul de detonaţie progresează în exploziv cu viteza D

urmat imediat de un fascicol de unde de destindere generate la contactul produşilor de explozie cu mediul

înconjurător. Acest front de detonaţie, intră în materialul de construcţie şi induce în acesta o undă de şoc

de viteză şi de amplitudine iar în spatele ei materialul capătă o viteză materială . Caracteristicile

mărimilor de stare şi cinematice se determină cu ajutorul polarelor de şoc şi a diagramei spaţiu - timp.

a) Undele de destindere ce urmează unda de şoc, penetrează materialul succedând unda de

şoc pe care o ajunge din urmă. Rezultă scăderea amplitudinii undei de şoc şi schimbarea profilului

acesteia. Dacă , în produşii de detonaţie se întoarce o undă de şoc, care se intersectează cu

fascicolul de unde de destindere, frânate astfel încât să atenueze unda de şoc incidentă în material;

b) Şocul atinge suprafaţa liberă a materialului şi îi imprimă acestuia o viteză care este

aproximativ dublul vitezei materiale , considerându-se posibil a se face aproximaţia dintre adiabatica

dinamică a materialului, cu izentropica acestuia;

c) Fascicolul de unde de destindere care apare de la această suprafaţă liberă, revine către faţa

pe care a fost aplicat şocul şi interferează cu undele de destindere ce provin de la produşii de detonaţie,

generând în material tensiuni de întindere care pot depăşi limita de rezistenţă la tracţiune, ducând astfel la

fisurarea şi despicarea materialului.

umm/s

a) Cazul b) Cazul

Figura 4.10. Graficul polarelor de şoc [78]

p2

p1

p

u1 2u1 0 u

u20

p0

p1

p2

u1

u00

A B

p

kbar

1

0’

0

Polara material inert

Izentropa produşilor de detonaţie

u

mm/s

1

0’

Polara material inert

Izentropa produşilor de detonaţie


97

4.4.2.4. Distrugerea materialelor de construcţie sub acţiunea detonaţiei

În figura 4.11. se prezintă procesul de distrugere al unui material de construcţie sub acţiunea

detonaţiei. Acest proces se realizează în urma iniţierii unei încărcături explozive plasată intim pe

suprafaţa materialului de construcţie şi este rezultatul detonaţiei explozivului (fig. 4.12) [40].

Figura 4.11. Fenomene ce apar la detonaţia explozivului în contact cu un material de construcţie [40]

e

exploziv

material de construcţie

Starea iniţială

b) apariţia undei de şoc în material

fascicol de unde de destindere

sau undă de şoc reflectată în

produşii de detonaţie

unda de şoc în

materialul inert

D

u

c) pătrunderea undelor de şoc şi de destindere în material

fascicol de unde de destindere sau undă de şoc în produşii de detonaţie

unda de şoc în

materialul inert

D

fascicol de unde de

destindere sau de şoc

în material

u

d) interacţiunea dintre undele de destindere

fascicol de unde de destindere provenite din

produşii de detonaţie

unda de şoc în aer

Da

fascicol de unde de destindere reflectate, provenite de la suprafaţa liberă

u

apariţia eventuală a despicării

a) detonaţia încărcăturii explozive

fascicol de unde de destindere

unda de detonaţie

D


98

Fig. 4.12. Iniţierea detonaţiei unei încărcături explozive

4.5. Unda de şoc şi unda de combustie. Unda de detonaţie

4.5.1. Introducere

În cantităţi mici, pulberile pentru arme, propergolii sau compoziţiile pirotehnice, ard liniştit cu

viteze de câţiva mm/s, atunci când sunt aprinse de la o flacără. Propagarea combustiei, are la bază

transferul termic conductiv şi convectiv. Atunci când sunt în cantităţi mai mari, aceste materiale pot să

ardă cu viteze mult mai mari, de zeci şi chiar sute de m/s, datorită creşterii vitezei de transfer termic prin

convecţia forţată a gazelor rezultate la combustie.

Dacă o undă de şoc se propagă într-un exploziv, datorită salturilor de temperatură, se poate realiza

“aprinderea” explozivului în spatele şocului. În acest mod se naşte un ansamblu "şoc – combustie” numit

detonaţie [40].

Atunci când o flacără se propagă într-un exploziv, produşii de reacţie aflaţi la temperaturi ridicate

se dilată şi crează o undă de presiune ce pătrunde în explozivul nereacţionat. Dacă această undă are

amplitudine scăzută, frontul undei de combustie se propagă cu viteze subsonice, în raport cu mediul

reactant iar fenomenul se numeşte deflagraţie [40].

Figura 4.13. Schema simplificată a undei de şoc şi de combustie [78]

EXPLOZIV ÎN STARE

INIŢIALĂ (REACTANŢI)

EXPLOZIVUL

AFLAT ÎN

STARE

COMPRIMATĂ

DE ŞOC

PRODUŞI DE

REACŢIE

ŞOC

D

COMBUSTIA UNDA DE ŞOC


99

Dacă unda are amplitudine mare, apare o undă de şoc care are în spate o combustie.

Explozivul din spatele frontului de şoc şi în faţa flăcării (a produşilor de reacţie) suferă o

combustie şi astfel flacăra va însoţi şocul. Fenomenul se numeşte detonaţie şi reprezintă o transformare

supersonică în raport cu explozivul nereactant.

Detonaţia staţionară este deci o inflamare indusă de către o undă de şoc şi este întreţinută de către

energia combustiei.

Fenomenul a fost descris în 1880 de către Berthlot, Vieille, Mallard şi Le Chatellier.

Studiind propagarea flăcărilor în amestecuri gazoase, închise într-un tub, aceştia au constatat că,

în anumite cazuri, flacăra se propagă cu o viteză supersonică în raport cu gazele aflate în stare iniţială.

Chapman şi Jouguet (1900 – 1905) au efectuat analiza matematică a fenomenului, plecând de la

ecuaţiile de conservare valabile pentru o discontinuitate de stare.

În perioada 1940-1945, Zeldovitch, Van Neuman şi Doring, au propus “o structură de detonaţie”

în care unda de şoc precede zona de combustie [75].

4.5.2. Modelul Chapman – Jouguet

Acest model este valabil pentru cazul când curgerea se consideră ca fiind o discontinuitate plană,

total reactivă şi sonică.

Acest model a fost elaborat de Chapman şi Jouguet (modelul CJ) după cum urmează [15]:

Cei doi descriu detonaţia ca o discontinuitate plană, ce se deplasează cu viteză constantă, într-un

mediu iniţial omogen şi imobil şi care induce instantaneu, la trecerea undei de şoc, descompunerea

(reacţia chimică de combustie) mediului iniţial. Mediul final obţinut, se presupune că este în echilibru

chimic iar viteza de detonaţie ( ) este egală cu viteza perturbaţiilor acustice ale mediului final, care se

află în echilibru chimic, imediat în spatele frontului undei de şoc, conform relaţiilor următoare :

ccjucjDcj [m/s] (4.56)

11 cucjDcj [m/s] (4.57)

unde:

p

s

c2

1 [m²/s²] (4.58)

Unda de detonaţie se asimilează cu o discontinuitate a curgerii, monodimensional plană iar

fenomenele de transport ale cantităţii de mişcare (vâscozitate) şi energie (masă şi căldură) sunt

neglijabile.

Se notează cu indicele (0) starea iniţială a explozivului şi cu indicele (1) starea finală, (care sunt

situate de-o parte şi de cealaltă a discontinuităţii).

Parametrii de stare şi cinematici din starea (0) şi (1) intră în relaţiile valabile pentru unda de şoc.

Relaţiile de conservare ale masei şi impulsului sunt aceleaşi ca în cazul unui şoc pur, punctul figurativ al

stării (1) situându-se pe dreapta lui Rayleigh – Michelson [83].

1. Ecuaţia de conservare a masei

110 uDD [kg/m²s] (4.59)


100

2. Ecuaţia de conservare a cantităţii de mişcare

1001 uDpp [Pa] (4.60)

3. Conservarea energiei

Ecuaţia de conservare a energiei (ecuaţia Hugoniot) este diferită datorită combustiei:

1001012

1vvppee [J] (4.61)

sau

0101012

1ppvvhh [kJ/mol] (4.62)

în care:

- e este energia internă raportată la unitatea de masă de exploziv;

- h este entalpia raportată la unitatea de masă.

Suplimentar:

h produsih produsih produsih produsih *1ˆ1ˆ1 [kJ/mol] (4.63)

h*titanreac0h titanreach0 [kJ/mol] (4.64)

Qhreacth prodh reacth prodhreacth prodhh *ˆ.

ˆˆ.

ˆ 0101 [kJ/mol] (4.65)

unde:

hRh reacth prodQ **0

*.1

* [kJ/mol] (4.66)

Q* este căldura de reacţie masică cedată la temperatura de referinţă exprimată în [kJ/mol].

Ecuaţia de conservare a energiei devine:

0101

11

2

1*ˆ*

ˆ*

ppQhreacth prod

[kJ/mol] (4.67)

Această ecuaţie diferă de cea a lui Hugoniot caracteristică unui şoc pur prin termenul

[kJ/mol] (4.68)

Curba corespunzătoare, în planul (p, v) este numită adiabatica lui CRUSSARD (fig. 4.14.).

Aceasta se situează deasupra curbei lui HUGONIOT, pentru explozivul reactant. Curba lui Crussard

rămâne totuşi o curbă Hugoniot şi păstrează toate proprietăţile specifice. Intersecţia dintre adiabatica lui

Crussard şi dreapta lui Rayleigh - Michelson caracterizează stările produşilor de detonaţie.


101

Figura 4.14. Adiabatica Hugoniot şi adiabatica de detonaţie (curba Crussard) [15]

4.5.3. Proprietăţi geometrice remarcabile ale curbei Crussard

Sunt 4 soluţii posibile pentru starea finală pe care o pot atinge produşii de detonaţie: punctele V,

P, A, B, situate în două zone [15].

Punctul V reprezintă punctul unde densitatea produşilor de detonaţie este egală cu densitatea

iniţială a explozivului, iar debitul tinde la infinit:

m,21 (4.69)

Are loc combustia în “masă“.

Punctul P reprezintă punctul unde presiunea finală rămâne egală cu presiunea iniţială şi debitul

materiei consumate este nul:

0,21 mpp (4.70)

Are loc combustia izobară cu debit nul.

În zona superioară punctului V are loc o combustie însoţită de o puternică creştere de presiune şi

produşi gazoşi de transformare a explozivului, unda fiind supersonică în explozivul aflat în starea iniţială.

Panta dreptei Rayleigh – Michelson, este superioară pantei curbei Hugoniot în punctul de origine.

Are loc detonaţia.

Zona situată între V şi P este o zonă fără soluţii întrucât dreapta R.M. nu intră în acest cadran. În

zona situată sub punctul P este o combustie cu diminuarea lentă a presiunii şi debite masice specifice m

scăzute.

Are loc deflagraţia.

Se iau în considerare numai detonaţiile sau “undele de şoc asociate cu combustia”, ale căror stări

finale posibile se situează pe ramura superioară a adiabaticii Crussard. Cele două puncte A şi B reprezintă

0 v

p

pcj

pi

p

p2

A

CJ

B

V

P

Adiabatica Hugoniot a explozivului

Adiabatica lui Crussard

DEFLAGRAŢIE

Detonaţie forte

Detonaţie "redusă"


102

stările finale posibile ale produşilor de detonaţie. Când dreapta R.M. este tangentă la adiabatica lui

Crussard, se obţine un punct dublu care se numeşte şi punctul Chapman - Jouguet (CJ).

Chapman şi Jouguet au prezentat aproape în acelaşi timp proprietăţile undei care permite

atingerea acestei stări particulare şi au numit-o “unda critică de detonaţie” sau “unda Chapman –

Jouguet”, al cărui punct reprezentativ este punctul unde dreapta Rayleigh – Michelson este tangentă la

adiabatica lui Crussard.

4.5.4. Studiul punctului Chapman – Jouguet

Condiţia tangenţei dintre dreapta R.M şi adiabatica Crussard, fixează debitul m şi caracteristicile

stării finale C.J. pot fi calculate [46].

1. Dreapta Rayleigh – Michelson are ecuaţia:

i

mpip112 Pa (4.71)

sau

vivmpip 2 Pa (4.72)

deci panta sa este egală cu:

DiuDviv

pip

i

pipm

v

p

MR

p

MR

222211

2

..1

..

(4.73)

2. Adiabatica lui Crussard:

Se calculează variaţia de entalpie a produşilor de detonaţie, plecând de la entropie:

pSTh

[kJ/mol] (4.74)

şi se diferenţiază ecuaţia adiabaticii lui Crussard:

111

2

111

S

Crf

T

f

p fpp

Cr

(4.75)

Punând condiţia că în acest punct (punctul de tangenţă sau punctul C.J.), pantele dreptei R.M. şi

cele ale adiabaticei sunt egale, se obţine:


103

01

..

S

JC

(4.76)

Acest extrem de entropie al produşilor de reacţie pentru o detonaţie, este un minim pe adiabatica

lui Crussard şi un maxim pe dreapta lui Rayleigh – Michelson. Rezultă că unda critică de detonaţie, este

sonică în raport cu gazele de detonaţie.

În punctul C.J., (în produşii de detonaţie), entropia are un extrem pe curba lui Crussard iar pantele

adiabaticii şi a dreptei R.M., sunt egale:

aCJ

DiCJ

uDCJviv

pip

i

pipm

p

MRsiCr

22222211

21

..

(4.77)

Rezultă că adiabatica lui Crussard este o curbă Hugoniot care trece prin starea CJ şi este tangentă

în acest punct la o dreaptă R.M. (dreapta critică pentru care curgerea este sonică).

4.5.5. Caracteristicile undei Chapman – Jouguet

În punctul C.J. presiunea finală este foarte mare în comparaţie cu presiunea iniţială, deci ultima

poate fi neglijată:

pCJpipCJ Pa (4.78)

Cu această aproximaţie, ecuaţia dreptei Rayleigh – Michelson devine:

i

mpCJ112 Pa (4.79)

În punctul C.J. debitul specific este:

pCJ

p

CJa

CJDi

CJuD

CJm 22222222 m

3/s (4.80)

Acesta dacă se înlocuieşte în ecuaţia dreptei R.M., oferă posibilitatea calculării masei volumice în

starea C.J.:

iCJ

CJpCJpCJ11

Pa (4.81)

Se obţin caracteristicile de detonaţie ale stării C.J. [46]:

- masa volumică a produşilor de detonaţie:


104

iCJ

1kg/m

3 (4.82)

- presiunea de detonaţie:

1

2

DCJipCJ Pa (4.83)

- viteza sunetului în produşii de detonaţie:

DCJaCJ1

m/s (4.84)

- viteza materială a produşilor de detonaţie:

DCJuCJ1

1

m/s (4.85)

- viteza de detonaţie: Ecuaţia adiabaticii lui Crussard se scrie în punctul C.J. sub forma

ppCJCJ

Qhi

hCJ

11

11

2

1*ˆ1*

ˆ2 *

[kJ/mol] (4.86)

cu Q* care se exprimă în J/kg de exploziv. Presupunând gazele de detonaţie perfecte şi considerând că

acestea au călduri specifice constante, se obţin relaţiile:

D

CJ

aCJTRN uTC pTT iC piTTC phi

hCJ 2

12

2

1

1

1

2

1**ˆ

1*ˆ2 *

(4.87)

Valoarea termenului din dreapta se scrie sub forma:

2

2

12

121

1

11

2

1 DppCJ

CJ

(4.88)

Ecuaţia adiabaticii se reduce la forma:

2

2

12

12*2

12

2

1

1 DQD

(4.89)

de unde rezultă relaţia vitezei de detonaţie [82]:

QCJDCJ

*1222 m/s

(4.90)


105

sau

QCJDCJ

*122 m/s

(4.91)

1) Coeficientul al izentropicei (entropiei constante) produşilor de detonaţie nu este

cunoscut atâta timp cât nu se cunoaşte compoziţia produşilor de detonaţie a stării finale şi din acest motiv

calculul caracteristicilor de detonaţie se face prin iteraţie;

2) Metoda aproximativă de calcul a caracteristicilor detonaţiei, nu permite efectuarea unui

calcul corect al temperaturii de detonaţie, datorită ipotezelor de calcul utilizate pentru obţinerea relaţiilor

de mai sus;

3) Există programe de calcul termodinamic, care permit un calcul riguros al caracteristicilor

de detonaţie din starea Chapman – Jouguet.

4.5.6. Determinarea caracteristicilor de detonaţie

4.5.6.1. Calculul termodinamic al explozivilor (vezi Anexa 1)

Se calculează caracteristicile termodinamice importante ale explozivilor, utilizând formulele lor

chimice şi energiile (sau entalpiile) de formare ale compuşilor explozivi (sau a componenţilor

amestecurilor explozive) [44].

În continuare se prezentă un model simplu de calcul, valabil pentru compuşii explozivi constituiţi

conform formulei chimice generale a unei substanţe chimice explozive: NuOzH yC x [44].

Pentru un amestec exploziv constituit din i componenţi: mi ,1 , cu formula chimică

NuiOziH yiC xi , se scrie formula chimică globală a amestecului exploziv NuamOzamH yam

C xam

cunoscând proporţia masică pi a fiecărui component în amestec:

xi

m

i

pixam

1

yi

m

i

piyam

1

(4.92)

zi

m

i

pizam

1

ui

m

i

piuam

1

Dacă reprezintă masa moleculară a componentului i, masa moleculară a amestecului exploziv

se calculează cu relaţia:

M i

m

i

piM am

1

g/mol (4.93)

Întrucât interesează calculul caracteristicilor energetice exprimate pe unitatea de masă de amestec

exploziv, se calculează o formulă chimică globală care reprezintă unitatea de masă (1 kg) de exploziv.


106

Una din posibilităţile de a determina această formulă chimică constă în determinarea formulei

chimice echivalente, cunoscând numărul de atomi de C, H, O, N pe unitatea de masă (1 kg) pentru fiecare

component în parte, precum şi proporţia masică a componenţilor în amestec. În vederea determinării

caracteristicilor energetice, termochimice şi de detonaţie, este necesară cunoaşterea compuşilor chimici

apăruţi în urma detonaţiei (unda de şoc urmată de combustie), în condiţiile unui fenomen tranzitoriu, care

se desfăşoară la presiuni şi temperaturi foarte înalte.

4.5.6.2. Metoda Kamlet – Jacobs (vezi Anexa 1)

S-au dezvoltat mai multe tehnici empirice pentru estimarea caracteristicilor de detonaţie ale

explozivilor, cunoscându-se atât proprietăţile fizico-chimice ale acestora, precum şi căldurile lor de

formare. Dintre acestea, metoda KAMLET–JACOBS este cea mai des utilizată deoarece este o metodă

expeditivă, capabilă să ofere cu un efort minim, caracteristicile termochimice, energetice şi de detonaţie

necesare calculului parametrilor exploziei: căldura de explozie, viteza şi presiunea de detonaţie etc.

Ecuaţiile care se vor prezenta în continuare, sunt valabile pentru explozivii şi amestecurile

explozive de forma N uOzH yC x şi sunt deosebit de utile pentru substanţele explozive folosite la

demolarea construcţiilor, pentru care se cunoaşte formula chimică, densitatea şi căldura de formare [76].

Pentru studierea fenomenelor care însoţesc detonaţia explozivilor în găurile de mină forate în

elementele de construcţii, este necesar a se cunoaşte câteva caracteristici energetice şi de detonaţie ale

explozivilor brizanţi:

- viteza de detonaţie D (mm/s);

- presiunea de detonaţie P (kbar);

- energia de detonaţie Q (kcal/kg).

Viteza de detonaţie este o mărime care se poate determina experimental cu precizie, iar energia de

detonaţie sau căldura de detonaţie a fost determinată experimental numai pentru un număr redus de

explozivi.

Caracteristicile de detonaţie, în conformitate cu metoda Kamlet–Jacobs, se pot determina după

relaţiile următoare [45]:

kbarp 258.15 (4.94)

smmD /3.1101.1 (4.95)

QMN (4.96)

unde:

N – este numărul de moli de gaze de produşi de detonaţie, pe gram de exploziv mol/g;

M – este masa molară medie a produşilor gazoşi de detonaţie g/mol;

Q – este căldura de detonaţie cal/g.

Energia chimică Q, eliberată în timpul detonaţiei, se calculează cu relaţia [46]:

explozivmolecularamasa

exploziv amesteculdetonatieiprodusii

Q fQ fQ cal/g (4.97)

unde:


107

q finiQ f detonatieiprodusii este căldura de formare a produşilor de detonaţie;

q finiQ f exploziv amestecul este căldura de formare a amestecului exploziv.

Energia chimică nu poate fi calculată decât dacă se cunoaşte compoziţia chimică a produşilor de

detonaţie. Deoarece această compoziţie depinde de caracteristicile de detonaţie, procesul de estimare a

compoziţiei produşilor de detonaţie este iterativ.

Compoziţia produşilor din starea C.J., este estimată pe baza unor "scheme simplificate", cu

ajutorul cărora se stabileşte ecuaţia globală a transformării explozive. Un rol important revine stabilirii

priorităţii cu care se oxidează atomii carburanţi C şi H, precum şi natura produşilor de oxidare care este

în funcţie de conţinutul de oxigen.

De exemplu, pentru o substanţă explozivă cu formula chimică N uOzH yC x în care

2

yz se

oxidează mai întâi hidrogenul până la H2O, iar după aceea, în cazul în care mai există oxigen, se oxidează

carbonul până la CO2.

Czyx

OCyz

OHy

Nu

NuOzH yC x4

242

4

22

22

2

(4.98)

Pentru reacţia globală de descompunere a explozivului prezentată mai sus, se obţin următoarele

formule de calcul ale principalelor caracteristici de detonaţie:

uzyx

uzyN

5664448

22

mol/g (4.99)

uzy

uzyM

22

56888

g/mol (4.100)

uzyx

lozivqiniy

zy

Q141612

exp2

0.479.28

cal/g (4.101)


108

CAPITOLUL 5

ACŢIUNI DIN EXPLOZII TRANSMISE CONSTRUCŢIILOR

5.1. Construcţii. Definiţie. Clasificare

Construcţiile sau structurile, sunt corpuri capabile sǎ preia şi sǎ transmitǎ acţiuni la terenul de

fundare [114]. Construcţiile se clasifică în funcţie de obiectivele urmărite, care se referă la criterii

funcţionale, de calitate, de rezistenţă, economice etc. Clasificarea funcţională, se referă la destinaţia de

bază a construcţiilor, grupându-le în două mari categorii: clădiri şi construcţii inginereşti [81].

Clădirile sunt construcţii închise, care au o anumită compartimentare şi sunt dotate cu instalaţii şi

echipamente necesare adăpostirii oamenilor sau altor vieţuitoare, activităţii oamenilor, activităţi culturale,

de instruire, sănătate, sport, odihnă etc.

Clădirile în funcţie de destinaţia lor, se grupează în următoarele mari categorii:

- clădiri civile, care includ pe cele de locuit, social-culturale, învăţământ, cultură, sport,

administrative, comerciale etc;

- clădiri industriale, care cuprind atât pe cele destinate producţiei (uzine, fabrici, hale, ateliere)

cât şi pe cele necesare deservirii procesului de producţie şi depozitării (depozite de materiale, magazii,

rezervoare, posturi de transformare, centrale termice);

- clădiri agrozootehnice, ce cuprind pe cele destinate producţiei şi depozitării produselor

agricole, viticole, legumicole, zootehnice, avicole etc., şi cele destinate pentru adăpostirea şi întreţinerea

utilajelor folosite în ramura agrozootehnică.

Construcţiile inginereşti sunt toate celelalte categorii care nu au caracteristicile clădirilor: poduri,

tuneluri, căi ferate, drumuri, porturi, construcţii hidrotehnice, reţele de alimentare cu apă, gaze, energie,

reţele de canalizare, turnuri de televiziune, coşuri industriale etc.

Componentele structurilor se numesc elemente iar din punct de vedere geometric acestea pot fi

uni - , bi - sau tridimensionale.

Construcţiile sunt alcătuite dintr-un ansamblu de elemente interconectate între ele şi cu mediul

înconjurător, care acţionează în comun pentru realizarea funcţiilor pentru care sunt destinate, alcătuind un

sistem unitar. Acest sistem poate fi la rândul lui descompus în subsisteme, fiecare subsistem fiind

caracterizat prin funcţiunea de bază pe care o îndeplineşte în ansamblul construcţiei.

Subsistemele unei construcţii sunt:

structura – are ca funcţiune de bază siguranţa în exploatare a clădirii la acţiunile care o

solicită; în acest subsistem sunt incluse fundaţiile, pereţii de rezistenţă (diafragmele), stâlpii şi grinzile,

plăcile planşeelor, elementele structurale ale acoperişurilor, scările;

anvelopa sau ansamblul de închidere – are ca funcţiune de bază separarea spaţiilor

construite de mediul înconjurător (aceasta poate face parte, parţial sau total, din sistemul structural);

compartimentarea – defineşte şi delimitează spaţiile interioare ale clădirii pe funcţiuni

(poate fi substituită parţial subsistemului structural);

echipamentele – cuprind instalaţiile, utilajele, mobilierul etc. şi elemente necesare

funcţionării clădirii.

Structura de rezistenţă, este subsistemul care asigură preluarea şi transmiterea tuturor acţiunilor

(încărcărilor) care solicită construcţia, în condiţii de siguranţă a rezistenţei şi stabilităţii acesteia.

Structurile de rezistenţă se clasifică din punctul de vedere al modului de alcătuire şi dispunere a

elementelor de rezistenţă ale unei clădiri, astfel [67]:

- structuri cu pereţi portanţi (diafragme), ce pot fi realizaţi din zidărie, beton şi beton armat

turnat monolit sau sub formă de elemente prefabricate;

- structuri cu schelet portant realizate din stâlpi şi grinzi (cadre) de beton armat, metal sau

lemn;


109

- structuri mixte, realizate din cadre şi pereţi portanţi (diafragme) de beton armat, din pereţi

portanţi de zidărie complexă, etc.;

- structuri speciale, sub formă de arc, plăci curbe subţiri, structuri suspendate.

Structura de rezistenţă a unei construcţii e compusă din următoarele părţi componente:

infrastructura, ce asigură legătura construcţiei cu terenul, realizată parţial sau total sub

nivelul terenului natural, alcătuită din fundaţii, stâlpi şi/sau pereţi portanţi şi planşeul peste subsol;

suprastructura, este realizată deasupra terenului natural şi e alcătuită din elemente de

rezistenţă verticale (stâlpi, pereţi portanţi), orizontale (planşee) sau înclinate (scări).

5.2. Acţiuni. Definiţie. Clasificare

Acţiunile sunt forţe exterioare. În particular, când au caracter gravitaţional se numesc încǎrcǎri

sau sarcini. Din punct de vedere mecanic acţiunile sunt vectori caracterizaţi prin mǎrime, direcţie, sens şi

punct de aplicaţie.

Conform Reglementării tehnice “Cod de proiectare. Bazele proiectării construcţiilor” indicativ

CR 0 – 2012, existǎ mai multe criterii de clasificare a acţiunilor:

1. Dupǎ origine

- directe, pe corp;

- indirecte, prin elemente intermediare.

2. După variaţia spaţială

- fixe;

- libere.

3. După natura şi/sau după răspunsul structurii

- statice;

- dinamice.

Clasificarea cea mai completǎ a acţiunilor este dupǎ criteriul variaţiei lor în timp [X]:

I. Acţiuni permanente (G)

- acţiuni directe, de exemplu greutatea proprie a construcţiei şi a echipamentelor fixate pe

construcţii;

- acţiuni indirecte, de exemplu acţiunile datorate contracţiei betonului şi tasărilor;

II. Acţiuni variabile (Q)

- acţiuni pe planşeele şi acoperişurile clădirilor;

- acţiunea zăpezii;

- acţiunea vântului;

- împingerea pământului;

- împingerea fluidelor;

- împingerea materialelor pulverulente;

III. Acţiuni accidentale (A)

- acţiuni din explozii;

- acţiuni din impact;

- acţiunea zăpezii (în cazul aglomerărilor excepţionale de zăpadă pe acoperiş);

IV. Acţiunea seismică ( ).


110

Fig. 5.1. Acţiuni ce se transmit unei structuri [105]

Pentru calcul, acţiunile se grupeazǎ în combinaţii defavorabile, dar practic posibile.

Sunt grupǎri fundamentale care cuprind acţiunile permanente şi acele acţiuni variabile a cǎror

prezenţǎ simultanǎ este practic posibilǎ şi grupǎri speciale care cuprind acţiunile permanente, anumite

acţiuni variabile şi accidentale posibile şi acţiunea seismică generată de cutremur.

Când sunt proiectate construcţiile, sunt luate în considerare acele combinaţii defavorabile de

acţiuni permanente, variabile, accidentale sau seismice, care se pot manifesta de-a lungul duratei de

exploatare, combinate în grupǎri fundamentale şi speciale de calcul, pentru stabilirea caracteristicilor de

rezistenţǎ a construcţiilor.

Valorile de calcul sunt reduse prin folosirea coeficienţilor parţiali de siguranţă.

Determinarea eforturilor produse de acţiunile statice sau dinamice, precum şi verificarea

stabilitǎţii formei sau poziţiei structurii de rezistenţǎ, se efectuează pe baza unui model de calcul, care

constǎ într-un model fizic asociat cu unul matematic. Cele două modele sunt aproximative, primul

datoritǎ simplificǎrilor introduse în modelare iar cel de-al doilea datoritǎ ipotezelor simplificatoare

introduse pentru definirea matematicǎ a problemei. Fineţea şi corectitudinea ipotezelor admise, care se

referǎ la acţiuni şi comportarea materialelor la alcǎtuirea structurii, conferǎ calculelor un grad de

aproximare variabil. Din punct de vedere teoretic, procesul de determinare a rǎspunsului unei structuri la

acţiuni statice şi dinamice, este dificil datoritǎ numǎrului mare de variabile aleatorii care intervin şi

practic este aproape imposibil de realizat [9].

În practicǎ se admit rǎspunsuri aproximative, prin luarea în considerare a urmǎtoarelor ipoteze

simplificatoare [14]:

- structura lucreazǎ în stare spaţialǎ de tensiuni şi suportă încărcări în toate direcţiile;

- materialul este un solid continuu şi omogen iar tensiunile din orice secţiune sunt foarte

mici pe unitatea de suprafaţǎ;

- deformaţiile sunt mici (teoretic infinitezimale);

- structurile sunt în echilibru (static sau dinamic);

- se admite ipoteza stǎrii naturale a structurii iar tensiunile iniţiale nu sunt luate în

considerare;

Acţiuni utile

Zǎpada

Vântul

Teren de fundaţie

Explozie Suprastructura

Infrastructura

Seism


111

- relaţiile tensiuni-deformaţii sunt liniare, iar materialele sunt caracterizate de ecuaţii în

concordanţǎ cu legea lui Hooke;

- lunecǎrile paralele în planele determinate de segmentul liniar şi axele respective sunt nule

(ipoteza normalelor drepte);

- modul de aplicare al sistemului de forţe nu influenţeazǎ starea de tensiuni şi deformaţii din

elementul de structurǎ decât în apropierea zonei de aplicare (ipoteza lui Saint-Venant).

Dezvoltarea tehnicii de calcul a avut drept consecinţă apariţia unor noi metode de calcul şi chiar a

dus la formarea unui nou mod de gândire. În paralel cu elaborarea acestora, s-au reconsiderat şi reevaluat

sub aspecte noi, metodele clasice. Ca o remarcă de ansamblu, trebuie precizat că fiecare metodă de calcul

îşi are avantajele, dezavantajele şi limitele ei.

5.3. Efectul acţiunilor variabile în timp

A. Ruperea secţiunilor

1) Rupere fragilǎ sau casantǎ (fig. 5.3).

Caracteristicile ruperii casante: a. Rezistenţe r

mari;

b. Deformaţii r

mici fǎrǎ avertizare!;

c. Consum mic de energie ( mic).

Fig. 5.3. Ruperea prin decoeziune [105]

N N

Nlim

r

r

0

Nli

..DL

..DS

0

..lim DL

..lim DS

Acţiuni de lungǎ duratǎ:

Rupere ductilǎ

Acţiuni de scurtǎ duratǎ:

Rupere casantǎ

a. Oboseala staticǎ

0

lim

Nr. de cicluri

Totdeauna rupere

prin decoeziune

b. Oboseala dinamicǎ

Fig. 5.2. Ruperea la acţiuni aciclice şi ciclice [105]


112

2) Rupere ductilǎ sau tenace (fig. 5.4).

Caracteristicile ruperii ductile:

a. Rezistenţe lim

mici;

b. Deformaţii pet

mari → cu avertizare!;

c. Consum mare de energie ( - mare).

Fig. 5.4. Ruperea prin lunecare [105]

B. Cedarea sistemelor de bare

1) Legǎturi în serie (fig. 5.5).

Fig. 5.5. Cedare fragilǎ [105]

Observaţii:

a. Cedarea unui singur element = cedarea întregului sistem;

b. Consum redus de energie;

c. Fǎrǎ avertizare caracter fragil.

Concluzie: Legǎturile în serie trebuie evitate.

N

a)

Nlim

b)

N

Nlim

0 r

c)

N N

2

1

Nli

m

Nlim

lim

t

0


113

2) Legǎturi în paralel (fig. 5.6).

Fig. 5.6. Cedare ductilǎ [105]

Observaţii:

a. Cedarea sistemului survine abia dupǎ cedarea ultimului element;

b. Consumul de energie este ridicat;

c. Deformaţii mari de avertizarecaracter ductil.

Apare un fenomen nou de redistribuire a eforturilor FENOMEN DE ADAPTARE.

Concluzie: Legǎturile în paralel trebuie preferate celor în serie.

3) Legǎturi mixte (fig. 5.7).

Pe fiecare coloanǎ A, B, C, sau D stâlpii sunt în serie, dar între cele patru coloane sunt în paralel.

Deci structura este cu legǎturi mixte.

Prin cedarea unui stâlp de exemplu, fluxul de eforturi este deviat spre elementele alǎturate.

Fenomenul de redistribuire a eforturilor (fenomen de adaptare) poate continua încă de multe ori la o astfel

de structurǎ [105].

a) Acţiuni gravitaţionale b) Acţiuni eoliene şi seismice

Fig. 5.7. Fenomenul de adaptare [105]

N0 a) b)

N1

c) Nlim

d)

N

0 1

2

r

e)

Nlim

N2

N1

N2


114

5.4. Acţiunea distructivă a exploziilor asupra construcţiilor

5.4.1. Introducere

Cele mai importante degradǎri structurale, ce au ca efect compromiterea siguranţei construcţiilor

şi chiar scoaterea din uz a acestora, sunt generate de acţiunile accidentale şi seismice.

Încǎrcǎrile provenite din explozii, constituie acţiuni accidentale care se manifestǎ la intensitǎţi

semnificative foarte rar. Din această cauză, la proiectarea construcţiilor ponderea lor este

corespunzǎtoare, acestea nefiind calculate pentru a rezista unui asemenea eveniment. Se poate întâmpla

totuşi, ca o combinaţie nefavorabilǎ de factori, să conducă la situaţia în care o structură sǎ nu cedeze în

conformitate cu estimarea demolǎrii prin implozii controlate, datorită comportării anumitor elemente

altfel decât se aşteaptă proiectantul pe baza experienţei acumulate [28].

Pentru evitarea acestor stări de fapt, proiectarea demolǎrilor prin explozii, se face prin impunerea

condiţiei de depǎşire a rezistenţei reale a obiectivului de demolat şi nu a celei rezultate din proiectul de

construcţie.

5.4.2. Acţiunea distructivă a exploziei asupra materialelor de construcţie

Pentru a exemplifica acţiunea distructivă a exploziei asupra materialelor de construcţie în timpul

demolărilor prin implozii controlate a construcţiilor, se ia în considerare o încărcătură explozivă introdusă

într-un material de construcţie relativ omogen cum ar fi de exemplu betonul. După iniţierea încărcăturii,

produşii gazoşi puternic încălziţi şi comprimaţi rezultaţi, se destind şi la interacţiunea acestora cu mediul

adiacent se formează o undă de şoc.

Interacţiunea dintre acţiunea exploziei şi material, reprezintă mecanismul de distrugere a

materialelor de construcţie.

Acest mecanism se poate clasifica după următorii parametrii [65]:

1. Timpul de desfăşurare:

Etapa I-a;

Este etapa hidrodinamică deoarece se consideră că destinderea produşilor gazoşi se produce la fel

ca într-un fluid ideal, care a fost comprimat de frontul undei de şoc. În spatele acestui front, lichidul e

incompresibil. În această etapă se realizează trecerea unei părţi a energiei potenţiale a produşilor de

detonaţie în energia cinetică a bucăţilor de beton.

Etapa a II-a;

În această etapă betonul se consideră a fi un mediu solid. În betonul comprimat apar eforturi

unitare normale şi tangenţiale (σ şi τ) şi se propagă o undă de şoc ce induce în material eforturi care

depăşesc rezistenţa la compresiune a betonului, sfărâmându-l. Frontul undei de şoc, coincide cu limita de

separaţie dintre betonul sfărâmat şi betonul nesfărâmat. Presiunea în frontul undei de şoc este constantă.

Mediul din cavitatea creată (camuflet) în spatele frontului undei de şoc în care se află produşii de

detonaţie puternic încălziţi şi comprimaţi, este considerat incompresibil.

Etapa a III-a;

Este etapa de dilatare dinamică a cavităţii fără apariţia undelor de şoc secundare şi începe atunci

când viteza limitei de separaţie beton sfărâmat - beton nesfărâmat, devine mai mică decât viteza frontului

undei de şoc. Deplasarea mediului între această limită de separaţie şi cavitatea camufletului, are loc cu

frecare uscată. Mediul dinaintea limitei de separaţie se consideră elastic iar fenomenul de redistribuire a

energiei datorată proceselor rezultate la propagarea undelor, se neglijează.

Etapa a IV-a.

Începe când limita de separaţie beton sfărâmat-beton nesfărâmat rămâne în urma frontului undei

de şoc iar amplitudinea eforturilor radiale devine mai mică decât valoarea rezistenţei critice de strivire a

betonului. În această etapă, unda de şoc se propagă după legile elasticităţii devenind undă de tip seismic.

2. Zona de desfăşurare împărţită în:

Zona I-a de pulverizare şi fărâmiţare fină;


115

Se întinde pe o distanţă de aproximativ două-trei raze ale încărcăturii de exploziv. Zona de

pulverizare şi fragmentare fină are dimensiuni reduse la distrugerea elementelor de construcţii folosind

încărcături de exploziv introduse în găurile de mină. Sunt trei motive care stau la baza acestui

considerent: primul ar fi că se se folosesc cantităţi mici de încărcături explozive care în urma detonaţiei

produc presiuni de explozie insuficiente pentru pulverizarea materialului din jurul încărcăturii, al doilea

se referă la încărcarea necorespunzătoare cu exploziv a găurilor de mină şi a rămânerii unor spaţii de aer

între încărcătura de exploziv şi pereţii găurii de mină iar al treilea îl constituie burajul necorespunzător.

Fig. 5.8. Etapele acţiunii distructive a exploziei asupra materialului de construcţie [65]

Zona a II-a de fisurare şi fragmentare;

Urmează în continuarea zonei de pulverizare şi este o zonă de fisurare puternică. În această zonă

fisurile sunt orientate radial sau transversal de la încărcătura de exploziv spre suprafaţa liberă. Fisurile se

datorează atât de la reflectarea undelor de compresiune de suprafaţa liberă cât şi datorită neomogenităţii

betonului. Datorită distanţelor relativ reduse până la suprafeţele libere (anticipanta), starea de efort în

elementul de construcţii nu durează mult deoarece presiunea gazelor de explozie scade foarte repede iar

zona de fisurare nu este la fel de mare ca explozia în masive de roci.

Dimensiunile fragmentelor cresc de la gaura de mină spre exterior. Prezenţa armăturii în betonul

armat, influenţează distrugerea acestuia prin fragmentări şi desprinderi ale betonului de-a lungul

armăturii, pe distanţe mari, în afara zonei de distrugere. Fragmentarea este mai puternică cu cât masa

explozivului este mai mare.

Zona a III-a de detaşare şi aruncare de material;


116

Este zona ce corespunde momentului ajungerii undelor de şoc (de compresiune) la suprafeţele

libere şi reflectarea acestora sub forma undelor de întindere. Detaşarea materialului şi îndepărtarea lui se

realizează datorită şocurilor formate şi durează până când undele de destindere care se reflectă de

suprafeţele libere şi ajung la gazele de explozie, le găsesc pe acestea la presiuni care nu mai pot da

naştere la noi unde de compresiune. Rezultă o detaşare de material produsă aproximativ egal pe toate

suprafeţele libere în cazul în care elementul de construcţie are dimensiuni egale ale secţiunii transversale

iar rezultatul materialului rămas are o formă piramidală. În situaţia în care elementul de construcţie din

beton are dimensiuni diferite ale secţiunii transversale iar cantitatea de exploziv este mică, se produce

detaşarea şi proiectarea betonului doar pentru suprafeţele libere cele mai apropiate.

Fig. 5.9. Mecanismul acţiunii exploziei în beton, cu încărcătura plasată în apropierea suprafeţei libere [28]

Fazele evoluţiei modificărilor structurale a betonului, sub influenţa energiei exploziei (fig. 6.10):

Faza I – a

Se desfăşoară într-un interval de 0,7 ms după declanşarea exploziei şi se caracterizează prin

formarea zonei de mărunţire şi a zonei de fisurare sub influenţa tensiunilor radiale şi tensiunilor reflectate

de suprafaţa de separaţie a găurii de mină.

Faza a II – a

Se desfăşoară în intervalul cuprins între 0,7 - l,5 ms şi cuprinde reflexia undei incidente de

compresiune şi crearea în apropierea suprafeţei libere a zonei fisurate cu raza DC (fig. 5.9).

Faza a III – a

Se desfăşoară în intervalul cuprins între l,5 - 4,8 ms şi se caracterizează prin extinderea zonei

fisurate între punctele B şi D în urma acţiunii cumulate a tensiunilor de tracţiune.

Dacă considerăm un punct M, la distanţa x faţă de suprafaţa liberă, tensiunea de tracţiune ce

acţionează asupra materialului rocii în acest punct se compune din:

(5.1.)

D B M A O C

Suprafaţa

liberă


117

unde:

– este intensitatea undei reflectate de suprafaţa de separare între locul exploziei şi rocă;

- este intensitatea undei reflectate de suprafaţa liberă rocă - aer.

În situaţia în care < , tensiunile de tracţiune ce acţionează în masiv în zona BD, nu au

energia necesară pentru a determina fisuri în masivul de rocă iar în acest caz rezultă un efect de afânare

fără a proiecta roca fragmentată.

Când suprafaţa liberă este îndeajuns de aproape de încărcătura explozivă, d = (70...80) , rezultă

că » iar materialul care este situat între punctele O şi C este fisurat. În acest mod, între aceste două

puncte, prin acţiunea tensiunii de compresiune sau tracţiune sub forma undelor de şoc directe sau

reflectate, se formează o zonă care este străbătută de o reţea de micro şi macrofisuri.

Faza a IV – a

Se desfăşoară într-un interval de timp cuprins între 4,8 ms şi 12 ms după ce se finalizează

procesul de explozie şi cuprinde fenomene materializate prin acţiunea gazelor de explozie.

După terminarea procesului exploziei, se produce o undă de şoc care contribuie la fisurarea rocii

şi se formează un volum de gaze cu energie ridicată, care pătrund în fisuri, le măreşte dimensiunile şi

antrenează materialul din zona fisurată, determinând proiecţia acestuia.

Fig. 5.10. Evoluţia în timp a fisurării şi fragmentării betonului sub acţiunea energiei exploziei [28]

Faza I-a Faza a II-a

Faza a III-a Faza a IV-a

Poziţia frontului undei longitudinale incidente

Limita fisurării

radiale

Zona de

sfărâmare

Frontul undei

reflectate

Fisurare Frontul

produşilor de

explozie

Definitivarea orientării

fisurilor radiale

Frontul

produşilor de

explozie

Aruncarea betonului sub

influenţa energiei

produşilor de explozie


118

5.4.3. Influenţa caracteristicilor elementelor de construcţie asupra acţiunii distructive a

exploziei

Modalitatea de influenţă a acţiunii distructive a exploziei, asupra elementelor de construcţie,

depinde de următoarele caracteristici [63]:

- tipul materialului de construcţie;

- cantitatea de armătură;

- poziţia armăturilor şi a etrierilor.

Tipul materialului de construcţie.

Sunt importante caracteristicile constructive ale materialului. Cu cât caracteristicile sunt mai

superioare şi materialul este mai neomogen, cu atât cantitatea de exploziv folosit este mai mare.

Cantitatea de armătură şi a etrierilor.

La distrugerea componentelor structurale din beton armat cu explozivi, influenţa cantităţii de

armătură şi a confinării realizată cu ajutorul etrierilor este foarte importantă, deoarece cu cât armarea şi

confinarea este mai puternică, cu atât este necesar majorarea cantităţii de încărcătură explozivă folosită.

Influenţa armăturii asupra propagării fisurilor şi fracturilor.

Influenţa armăturii longitudinale este importantă deoarece fisurile şi fragmentarea se continuă

dincolo de zona distrusă de-a lungul armăturilor. Explicaţia constă în faptul că fisurarea şi fragmentarea

apar datorită solicitărilor la care sunt supuse armăturile ca urmare a detonaţiei încărcăturilor de exploziv

introduse în găurile de mină. Prezenţa etrierilor influenţează mecanismul distrugerii prin aceea că fisurile

şi fragmentarea se opresc brusc în planul etrierilor, dincolo de acest plan fisurarea continuând doar de la

armătură către suprafaţa liberă şi de-a lungul armăturii.

5.4.4. Influenţa caracteristicilor încărcăturilor explozive la distrugerea betonului armat

Influenţa caracteristicilor materialelor explozive asupra modului de distrugere a elementelor de

construcţii din beton armat, se determină prin [65]:

1. Influenţa tipului de exploziv;

2. Influenţa cantităţii de exploziv.

Influenţa tipului şi a cantităţii de exploziv, se determină prin luarea în considerare a următoarelor

aspecte:

- zona distrusă a betonului între armături, măsurată la nivelul găurii de mină şi la nivelul

armăturii;

- zona de distrugere şi fisurare, măsurată la nivelul armăturilor;

- dimensiunile fragmentului maxim rezultat în urma distrugerii elementului de construcţie;

- numărul de fragmente rezultate şi dimensiunile acestora.

Zona de fragmentare şi proiecţie a betonului creşte pe măsură ce se foloseşte un exploziv cu

brizanţă mai ridicată pentru aceeaşi cantitate de exploziv şi aceleaşi dimensiuni ale elementelor de

construcţii. Lungimea zonei de proiecţie a betonului creşte odată cu scăderea dimensiunilor elementelor

de construcţii chiar şi atunci când se introduce aceeaşi cantitate de exploziv în mai multe găuri de mină.

De asemenea, creşte lungimea zonei de proiecţie a betonului dintre armături de la nivelul găurii de mină

în direcţiile suprafeţelor libere.

Tipul şi cantitatea explozivului are influenţă şi asupra lungimii zonei distruse şi fisurate. Zona

distrusă este zona în care betonul este aruncat dintre armături, iar zona fisurată se măsoară la nivelul

armăturilor în locul unde betonul se îndepărtează de la armături spre suprafaţa liberă. Nu poate fi stabilită

o dependenţă precisă între tipul explozivului şi lungimea zonei distruse şi fisurate, deoarece îndepărtarea

betonului de pe armături are loc mai ales atunci când armăturile sunt îndoite în plan vertical sau orizontal

iar acest lucru este mai pronunţat cu cât brizanţa explozivului este mai mică.

Armăturile se deformează plastic datorită acţiunii directe a undelor de şoc şi de compresiune

precum şi a acţiunii fragmentelor de beton propulsate în urma detonaţiei încărcăturilor de exploziv. Când

se folosesc explozivi mai puţin brizanţi, deformaţia armăturii este mai mare şi rezultă fragmente de


119

dimensiuni mai mari decât în cazul folosirii explozivilor care produc o fragmentare puternică a betonului.

Deformaţia armăturii în plan orizontal, este mai mare decât cea în plan vertical.

Numărarea fragmentelor de dimensiuni diferite rezultate în urma distrugerilor, nu se realizează cu

acurateţe, deoarece nu se poate cuantifica exact provenienţa fragmentelor rezultate ce pot proveni atât din

zona de fragmentare cât şi de la acoperirea de beton a elementului de construcţie.

5.4.5. Metode de amplificare a acţiunii distructive a exploziei, în gaura de mină

Fenomenul de amplificare a acţiunii distructive a detonaţiei încărcăturilor explozive în găurile

practicate în elementele de construcţie (găurile de mină) se realizează prin două metode [65]:

a) Metoda optimizării raportului dintre diametrul găurilor de mină şi a cartuşelor de explozivi.

Diametrul găurilor de mină are implicaţii atât asupra productivităţii la perforare, cât şi asupra

eficienţei lucrărilor de puşcare. În cazul folosirii explozivilor încartuşaţi, este foarte importantă

optimizarea raportului dintre diametrul găurilor de mină şi a cartuşelor de explozivi. Diferenţa dintre

diametrul găurilor de mină şi a cartuşelor de explozivi trebuie să fie minimă pentru a asigura densitatea

maximă de încărcare (concentrare volumetrică a energiei) şi reducerea volumului de perforare. De

asemenea, între cartuşul de exploziv şi pereţii găurilor de mină, trebuie să fie menţinut un spaţiu

corespunzător care să asigure cartuşelor o trecere lejeră de-a lungul găurilor de mină.

Dacă există un raport mare între volumul găurii şi cel al explozivului, rezultă scăderea presiunii

gazelor de explozie şi crearea efectului de canal prin posibilitatea producerii unor detonaţii incomplete a

încărcăturilor explozive sau deflagrarea acestora.

Astfel, gazele rezultate din explozie, preced unda de detonaţie şi modifică în avans starea

explozivului în sensul că-l supune unei puternice comprimări. Prin comprimarea cartuşului de către

preunda gazelor de destindere, diametrul acestuia scade sub valoarea diametrului critic iar propagarea

undei detonante devine imposibilă şi au loc rateuri (cartuşe neexplodate).

Din aceste motive, raportul dintre diametrul găurilor şi cel al încărcăturilor explozive se limitează

la 1,25. Din punctul de vedere al eficienţei lucrărilor de puşcare, depăşirea raportului limită diminuează

randamentul de utilizare a energiei exploziei. Se recomandă ca diametrul burghiului să aibă valori

maxime de 30 mm pentru cartuşe cu diametrul de 25 mm şi 36 mm, pentru cartuşele cu diametrul de 30

mm. În cazul utilizării amestecurilor explozive în vrac, diametrul găurilor trebuie să fie de minim 35 mm,

pentru asigurarea formării unor încărcături la diametre superioare diametrului critic al acestora.

b)Procedeul de burare a găurii de mină.

Încărcătura explozivă reprezintă elementul de bază al tehnologiei de demolare. Pentru o utilizare

eficace a explozivilor în găurile de mină, o importanţă majoră o are burarea [63].

Aceasta este o tehnicǎ de confinare a încărcăturii de exploziv în gaura de mină.

În general o “burare” bună duce la un efect mai bun al explozivului, însă fără să se indice

cantitativ şi modul cum se realizează acest lucru.

Burajul se realizează atât pentru dirijarea spre fundul găurii a unei părţi cât mai mari din energia

de explozie în vederea realizării efectului maxim distructiv cât şi pentru atenuarea undelor de şoc aeriene

şi sonore, care au efecte neplăcute asupra oamenilor, pot perturba activităţile din zonă şi pot produce

deteriorări ale unor construcţii aflate în vecinătatea demolării.

Din punct de vedere al teoriei hidrodinamice a undelor de şoc, burarea reprezintă împiedicarea

pătrunderii undelor de destindere din aer direct peste produşii de detonaţie. Altfel spus, prezenţa unui

mediu dens care acoperă gaura de mină, în contact cu explozivul, provoacă propagarea unei unde de şoc

în acest mediu şi o undă reflectată de destindere sau chiar de şoc în produşii de detonaţie. Acest fenomen

depinde de caracteristicile fizice şi de şoc ale mediului din care este constituită bura. S-a observat că, cu

cât materialul din care este constituit bura este mai dens, cu atât aceasta este mai eficientă [38].


120

a) b)

Fig. 5.11. a) Bure din argilă; b) Activitatea de burare a unei găuri de mină

De asemenea, materialele cu polare de şoc şi impedanţe cât mai ridicate, pot să alcătuiască bure

eficace. Materialele alese pentru bură trebuie să permită o productivitate a muncii însemnată, deoarece

procesul de încărcare şi descărcare a găurii de mină este manual. Deoarece preţul materialelor utilizabile

este o problemă importantă, cei mai mulţi dintre proiectanţi utilizează pentru confecţionarea burelor,

lutul. Această soluţie şi-a dovedit eficienţa, dar are şi dezavantaje ca de exemplu scoaterea explozivilor

din găuri şi controlul dispunerii elementelor pirotehnice.

Folosirea burelor din apă sau amestecuri cu apă a diferite minerale, reprezintă soluţii care pot

compensa aceste neajunsuri. În această situaţie, este foarte importantă găsirea ambalajelor

corespunzătoare în care se pot păstra şi introduce aceste materiale în găurile de mină. În acest sens,

folosirea pungilor sau tuburilor subţiri din polietilenă reprezintă soluţii simple şi demne de luat în seamă.

5.5. Răspunsul seismic al construcţiilor la acţiuni din explozii

Se consideră o structură cu un grad de libertate care este supusă acţiunii seismice a unei explozii

(fig. 5.12) [106].

Figura 5.12. Structură cu un grad de libertate supusă acţiunii seismice a unei explozii [106]

Sub acţiunea unui impuls seismic în care terenul are deplasarea orizontală , structura are o

deplasare u la nivelul centrului de greutate. Forţa de inerţie este )( um , iar forţa elastică ku .

Constanta elastică se determină prin calculul deplasării la nivelul punctului de inflexiune

a.Structură înainte de acţiunea seismică

a exploziei

b. Structură în timpul acţiunii

seismice a exploziei

c. Forţa de restabilire

elastică


121

3

3

3

24

24

3

22

2

h

EI

u

Rk

uh

EIR

EI

hR

u

e

e

e

(5.2)

unde este forţa de restabilire elastică.

Conform principiului lui d‘Alembert ecuaţia mişcării va fi

kuudt

dm )(

2

2

(5.3)

de unde rezultă ecuaţia

., 2

2

22

2

2

m

k

dt

du

dt

ud

(5.4)

Primul termen u reprezintă acceleraţia necunoscută a structurii iar este acceleraţia terenului

cunoscută din accelerograme.

Soluţia generală a ecuaţiei (5.3) este de forma [106]

fortataoscilatia

tBtA

proprieoscilatia

tCtCu cossincossin 21

(5.5)

care, după amortizare, rămâne

.cossin tBtAu (5.6)

Din condiţiile iniţiale 0,0,0 vuut , rezultă

0vA şi 0B .

Legea mişcării se poate scrie sub forma

tv

u

sin0 (5.7)

iar la momentul devine

)(sin0

tdv

du

(5.8)


122

Figura 5.13. Accelerograma [106]

În conformitate cu egalitatea dintre impuls şi cantitatea de mişcare

dmmdv )(0

(5.9)

răspunsul elementar al structurii devine

dtdu )(sin)(1

(5.10)

unde )( este acceleraţia la momentul .

Aplicând principiul suprapunerii impulsurilor elementare rezultă răspunsul seismic al structurii

dt

dt

du

t

)(sin)(1

0

2

2

(5.11)

care este definit prin integrala de convoluţie a lui Duhamel. Această soluţie a fost dată în 1934 de M.A.

Biot. Dacă se ia în consideraţie şi efectul amortizării structurale, integrala (5.11) are următoarea expresie

dte

dt

du t

t

)(sin)(1 )(

02

2

(5.12)

a. Forţa seismică b. Accelerograma armonică

Figura 5.14. Model de calcul [106]

Forţa seismică care ia naştere la nivelul elementului de construcţie va fi

umkuS 2 (5.13)


123

Înlocuind deplasarea structurii din relaţia (5.10), rezultă

t

dtdt

dmS

0

2

2

)(sin

(5.14)

unde parametrul

tt

dtdt

d

Tdt

dt

da

0

2

2

0

2

2

)(sin2

)(sin

(5.15)

se numeşte acceleraţia efectivă.

În cazul particular când accelerograma este descrisă prin funcţia armonică

tg sin1,0 (5.15)

atunci din expresia (6.14) rezultă că

t

T

t

T

t

T

tgdt

TTTga

0

)2

cos2

sin2

1(1,0)(

2sin

2sin

21,0

(5.16)

Amplitudinea maximă a mişcării survine aproape de st 2 şi este

,26,141,0max gga (5.17)

iar forţa seismică are valoarea

Ggg

GmaS 26,126,1max (5.18)

În acest caz forţa seismică este cu 26% mai mare decât greutatea structurii [27].

Variaţia acceleraţiilor maxime cu perioada de oscilaţie proprie a structurii se numeşte spectrul

acceleraţiilor. De exemplu spectrul accelerogramei din figura 5.14, b este reprezentat în figura 5.15.

Figura 5.15. – Spectrul acceleraţiei [106]


124

În calculul seismic al structurilor, se mai utilizează şi conceptul de zmucitură, definit prin derivata

a III-a a deplasării. În situaţia în care răspunsul seismic este de forma

tT

au2

sin (5.19)

zmucitura va fi [61]

tTT

adt

ud

2cos

23

3

3

(5.20)

iar valoarea ei maximă este

aT

3

max

2

(5.21)

pragul fiziologic fiind ./30 3scm

5.6. Comportarea construcţiilor la acţiunile seismice ale exploziilor

Unităţile structurale pe întreaga lor durată de existenţă, pot fi supuse unor mişcări ale pământului

de diferite naturi şi intensităţi. Aceste mişcări pot avea o perioadă de repetabilitate mai mică sau mai

mare, atât în funcţie de caracteristicile seismice ale zonelor în care au fost amplasate cât şi în alte situaţii

cum ar fi de exemplu producerea unei (unor) explozii.

Acţiunea seismică a exploziilor puternice este net inferioară acţiunii seismice produsă de un

cutremur de pământ. Totuşi acestea nu trebuie neglijate, datorită acţiunii cumulative a deformaţiilor

armăturilor din oţel în domeniul plastic.

Acţiunea seismică a exploziei se exercită asupra unei construcţii prin următoarele [65]:

- forţe de natură dinamică induse în structură datorită mişcării terenului (datorită masei

construcţiei se dezvoltă forţe de inerţie);

- deplasări ale fundaţiilor;

- forţe dezvoltate prin oscilaţii de torsiune;

- suprapresiuni dinamice exercitate asupra construcţiilor de către teren (ex.: ziduri de sprijin,

pile de pod, tuneluri) sau de lichide stocate (ex: baraje, pereţii rezervoarelor).

Mişcarea pământului sub acţiunea seismică a exploziei, se consideră ca fiind rezultată din

compunerea:

- unei mişcări de translaţie în care toate punctele terenului sunt animate în orice moment de

aceeaşi mişcare;

- unei mişcări diferenţiate, în funcţie de distanţa care separă punctele considerate [63].

Prima mişcare se referă la faptul că baza de rezemare a unei construcţii se deplasează o dată cu

terenul iar a doua corespunde sosirii defazate a trenurilor de unde la diferitele puncte ale fundaţiei

construcţiilor.

Mişcarea de translaţie se defineşte prin trei componente ortogonale: două componente orizontale

şi o componentă verticală. Fiecare componentă a mişcării de translaţie este caracterizată printr-un spectru

de răspuns în termenii acceleraţiei. Pentru componentele orizontale se foloseşte acelaşi spectru.

Componenta verticală se consideră a avea intensitatea de 70 % din cea orizontală. Spectrele care se iau în

considerare sunt spectre convenţionale de dimensionare.


125

Mişcarea diferenţiată, este cu atât mai evidentă cu cât suprafaţa fundaţiei construcţiei este mai

mare şi se datorează sosirii asincrone a trenurilor de unde.

După cum se cunoaşte, concepţia actuală de proiectare a construcţiilor, nu prevede luarea în calcul

a acţiunilor extreme generate de explozii în procesul de dimensionare. Dacă se ţine cont de faptul că

acţiunea seismică a exploziilor puternice este asemănătoare cu acţiunea seismică a unui cutremur de mică

intensitate, se poate face o analogie între cele două acţiuni. Această teorie este susţinută şi de constatările

experimentale şi in situ, din care rezultă, că la structurile supuse la mişcări oscilatorii provenite din

cutremur şi din explozie, mărimea acţiunii seismice variază sensibil în funcţie de flexibilitatea structurii

[65].

Metodele actuale, stabilesc acţiunile seismice din explozii şi din cutremur asupra construcţiilor, pe

baza calcului dinamic Cea mai folosită metodă, consideră forţele de inerţie deduse din calcul dinamic şi

acţionând static [9], [14], [19], [22]. Proiectarea antiseismică a construcţiilor, cu ajutorul forţelor seismice

aplicate static, este considerată satisfăcătoare.

Proiectarea construcţiilor în concept exclusiv elastic nu se realizează din motive practice, datorită

dimensiunilor exagerate ale construcţiei care ar rezulta, deoarece nu se valorifică rezervele de rezistenţă

postelastice ale elementelor componente. Aşadar această proiectare nu este indicată din punct de vedere

economic.

Capacitatea de deformare postelastică a elementelor de construcţie, poate fi definită calitativ şi

cantitativ cu ajutorul factorilor de ductilitate O structură are o comportare ductilă la acţiunea seimică

generată de o explozie puternică, dacă este capabilă să disipe energia totală transferată de această acţiune

şi permite producerea unor deformaţii ciclice substanţiale, fără ca elementele componente să sufere avarii

excesive sau reduceri importante ale capacităţii de rezistenţă. Prin proiectarea unei structuri, acesteia i se

prevede un anumit nivel de ductilitate pentru elementele de rezistenţă. Scopul constă în evitarea

distrugerilor cu caracter casant, asigurându-se astfel protecţia la acţiuni seismice [26].

Astfel, după o acţiune seismică şi efectuarea unor investiţii minime necesare pentru repararea

anumitor elemente structurale sau nestructurale, se poate reda construcţia integral în folosinţă.

În caz contrar, atunci cănd cheltuielile cu reabilitarea construcţiei nu se justifică, se execută

demolarea parţială sau totală a construcţiei.

Modul de comportare postelastică a unui element de construcţie, se pune în evidenţă prin curbele

de acţiune-răspuns, exprimate în diferiţi parametri conform fig. 5.16.

Prin ductilitatea unei structuri se înţelege capacitatea de deformare a acesteia în domeniul

postelastic, respectiv capacitatea de înmagazinare (disipare) a energiei induse.

Ductilitatea materialelor reprezintă o proprietate care poate fi măsurată sau exprimată cantitativ

prin mai multe forme [11]:

1. Valoarea absolută a deformaţiei de cedare la fenomenele fundamentale ale Rezistenţei

Materialelor cu excepţia compresiunii;

2. Mărimea deformaţiei inelastice respectiv Ductilitatea se apreciază prin coeficientul de ductilitate - de deformaţie specifică, de curbură şi

respectiv de deplasare [14]

(5.22)

Se poate ajunge la valori exagerate ale factorului de ductilitate în situaţia în care articulaţiile

plastice apar în acelaşi timp într-un mecanism posibil de cedare.

În vederea estimării factorului de ductilitate al structurilor formate din bare drepte, se pot utiliza

următoarele relaţii aproximative:


126

nivelmedstructuran

,

1 (5.23)

şi

grinzistructura 2

1 (5.24)

unde

- ,,nivelmed este factorul mediu de ductilitate relativă de nivel;

- grinzi este factorul de ductilitate al grinzilor cadrului;

- n este numărul de niveluri.

Figura 5.16. Curbe acţiune-răspuns [26]

O influenţă importantă asupra ductilităţii sistemelor structurale o au gradul de nedeterminare

statică şi natura eforturilor secţionale dominante.

Prin creşterea gradului de nedeterminare, posibilităţile de formare a articulaţiilor plastice sunt mai

numeroase. Se obţine astfel mai multă ductilitate a structurii la acţiuni seismice intensive.

Prin apariţia articulaţiilor plastice, structura poate să dezvolte un mecanism stabil şi controlat de

cedare, asociat unei capacităţi ridicate de disipare a energiei, fără a fi însoţit de ruperi cu caracter casant.

Deoarece energia seismică indusă într-o structură, nu poate fi consumată numai în momentul de

comportare elastic, măsurile de adaptare postelastică bazate pe cerinţe de ductilitate, rezistenţă şi

rigiditate controlate, asigură atât absorţia de energie prin proprietăţi histeretice, cât şi disiparea unei

cantităţi de energie prin deformaţii postelastice [24].

În funcţie de caracteristicile de deformabilitate ale configuraţiei structurilor, sunt întâlnite trei

situaţii distincte în care intervine condiţionarea cerinţelor de ductilitate, rezistenţă şi rigiditate [28].

- Structuri de tip flexibil, cu perioadele oscilaţiilor proprii înalte

( sT 4,11 ) (5.25)

La aceste structuri, sunt dominante deplasările laterale iar creşterea capacităţii de rezistenţă are un

rol mai puţin important în raport cu necesitatea majorării capacităţii de a se deforma peste limita elastică,

în vederea evitării colapsului. În acest caz, coeficientul de reducere al răspunsului seismic are valoarea


127

/1R (5.26)

- Structuri de tip rigid, cu perioadele oscilaţiilor proprii joase

( sT 6,01 ) (5.27)

la care capacitatea de rezistenţă este o cerinţă extrem de importantă, în timp ce deformabilitatea se poate

considera neglijabilă. La aceste structuri, capacitatea de rezistenţă are funcţia dominantă, iar

adaptabilitatea postelastică are rol secundar. Coeficientul de reducere al răspunsului seismic are valoarea

R = 1 (5.28)

- Structuri de tip semirigid (semiflexibile), care au perioadele oscilaţiilor proprii

intermediare ( sTs 4,16,0 1 ). La aceste structuri, energia absorbită are cea mai mare importanţă şi

rezultă că atât cerinţa (necesarul) de rezistenţă, cât şi cea de ductilitate, sunt implicate în egală măsură. Se

operează asupra ambelor mărimi. Coeficientul de reducere al răspunsului are valoarea

12/1 R (5.29)

În urma celor prezentate, rezultă necesitatea existenţei unui echilibru între cerinţele de rezistenţă

şi ductilitate pentru toate componentele structurale ale unei construcţii.

În vederea realizării unei ductilităţii de ansamblu, un rol important le revin conexiunilor între

elemente care asigură transferul deformaţiilor între componenetele principale de rezistenţă.


128

CAPITOLUL 6

MIŞCĂRI ALE PĂMÂNTULUI DATORATE EXPLOZIILOR

6.1. Introducere

Abordarea ştiinţifică a problematicii mişcărilor pământului produse de explozii utilizate ca

metodă de lucru în construcţii, investigarea ei cu noile metode folosite la monitorizarea cutremurelor şi

formularea concluziilor cu aplicabilitate directă, sunt preocupări permanente ale specialiştilor implicaţi în

demolarea construcţiilor prin implozii controlate. Oscilaţiile pământului generate la demolările prin

implozii controlate, prezintă importanţă atât din cauza posibilităţii de avariere a construcţiilor situate în

vecinătatea demolărilor, cât şi a neplăcerilor ce pot fi produse oamenilor.

6.2. Măsurarea mişcărilor pământului generate de explozii

Principalul instrument cu ajutorul căruia sunt detectate şi înregistrate mişcările pământului

datorate exploziilor, este seismograful. Acest instrument are la baza construcţiei, un pendul simplu.

Atunci când au loc mişcările pământului, pilastrul se mişcă odată cu pământul, însă datorită inerţiei, masa

pendulului rămâne pe loc. În acest mod, se creează o mişcare relativă la mişcarea pământului, care va fi

înregistrată de deplasările pendulului.

Figura 6.1. Reprezentarea principiului de funcţionare a seismografului şi a înregistrării seismogramelor

pe componentele orizontală verticală [24]

Înregistrările mişcărilor pământului generate de explozii se numesc seismograme. Seismogramele

pot fi înregistrate pe hârtie (analog) sau digital (urmând să se vizualizeze pe monitoare).

Instrumentele seismice sunt de mai multe tipuri, în funcţie de parametrii de mişcare înregistraţi:

- seismometru înregistrează vectorul deplasare al mişcării iar înregistrarea se numeşte

seismogramă;

- vitezometru (vitezograf) înregistrează vectorul viteză al mişcării iar înregistrarea se

numeşte vitezogramă;

- accelerometru (accelerograf) înregistrează vectorul acceleraţie al mişcării iar înregistrarea

se numeşte accelerogramă.

Cea mai utilă înregistrare în vederea analizării mişcării tranzitorii produse de o explozie, o

reprezintă înregistrarea variaţiei în timp a acceleraţiei, cu ajutorul unui accelerometru având frecvenţa

proprie de răspuns relativ ridicată. Este de preferabil înregistrarea acceleraţiei, decât a vitezei sau a

deplasării, deoarece [25]:


129

1) acceleraţiile fundaţiei construcţiilor sunt necesare la determinarea răspunsului acestora faţă de

excitaţia aplicată, iar acestea nu pot fi determinate cu precizia necesară, pornind de la înregistrarea vitezei

sau a deplasării;

2) vitezele şi deplasările se pot determina, prin integrarea curbei rezultate din înregistrarea

variaţiei acceleraţiei în funcţie de timp. Procesul invers, de diferenţiere, în general nu se poate efectua cu

o precizie satisfăcătoare;

3) accelerometrele sunt aparate robuste şi stabile, ce se pot etalona cu uşurinţă.

Mişcările pământului rezultate în urma exploziilor, au fost adesea înregistrate cu seismografe care

au avut frecvenţa proprie relativ coborâtă. Însă în unele cazuri, aceste aparate nu înregistrează nici

acceleraţii şi nici deplasări. Prin urmare, datele obţinute pe această cale trebuie să fie utilizate cu multă

precauţie şi sunt de interes mai ales pentru efectuarea unor studii comparative [28].

Mişcările pământului care rezultă în urma exploziilor, au caracter tranzitoriu şi conţin de regulă

componente cu frecvenţe diferite. Relaţiile care se utilizează de obicei între deplasări, viteze, acceleraţii

şi frecvenţe, în cazul mişcării armonice simple, nu dau însă o precizie suficientă pentru cele mai multe

dintre înregistrările efectuate în urma exploziilor [17].

De cele mai multe ori, pentru înregistrarea mişcărilor pământului este considerat satisfăcător un

accelerometru prevăzut cu sistem de înregistrare care are răspunsul constant între 0 şi 100 Hz. Pentru

cutremure, se poate limita răspunsul acestor aparate pentru înregistrarea frecvenţelor mai joase iar pentru

exploziile în roci tari, pentru frecvenţe cu valori mai ridicate [25].

6.3. Analiza comparativă a mişcărilor pământului generate de explozii şi cutremure

În figura 6.2 sunt prezentate curbele de variaţie în timp ale acceleraţiilor, pentru două explozii

puternice [25].

Prima curbă reprezintă variaţia în timp a componentei orizontale a acceleraţiei care a fost înre-

gistrată la aproximativ 0,5 km faţă de centrul exploziei unei încărcăturii explozive de 6,1 MN constituită

din nitramită şi nilită. Componenta orizontală perpendiculară pe prima curbă, a avut o alură generală

similară şi o acceleraţie maximă de 0,3g. Explozia s-a produs într-o rocă din dacit şi porfir iar staţia de

măsură a fost plasată pe un material de umplutură, cu grosimea de aproximativ 6 m, format din nisip

aluvionar amestecat în procent de aproximativ 30% cu fragmente de rocă cu dimensiuni între 6 mm şi 90

cm. Măsurarea s-a efectuat cu un accelerometru seismic standard pentru mişcări violente al Inspecţiei de

coastă şi geodezie a S.U.A. Elementul seismic al aparatului a avut o perioadă proprie de 0,0849 s şi o

amortizare de 0,6 din cea critică [25].

Curba b constituie componenta orizontală a acceleraţiei, măsurată la distanţa de aproximativ 1 km

faţă de centrul unei explozii nucleare de 1,7 kilotone. Explozia s-a produs într-un poligon subteran, la

adâncimea de 270 m, într-un teren din tuf stratificat umed. Staţia de măsurare s-a plasat pe un material

tufitic şi a constat dintr-un accelerograf seismic al Inspecţiei de coastă şi geodezice a S.U.A., având un

element seismic cu perioada proprie de 0,0853 s şi amortizarea de 0,6 din cea critică. Componentele

verticală şi transversală ale mişcării pământului, care au fost înregistrate la punctul de măsurare, au fost

aproximativ similare şi au avut acceleraţii maxime, de aproximativ acelaşi ordin de mărime [25].

Datele suplimentare ale acceleraţiilor pământului, de tipul celor din fig. 6.2, s-au corelat în

vederea obţinerii relaţiei dintre greutatea încărcării explozive, distanţa de la punctul de explozie la

aparatul de măsură şi acceleraţiile maxime ale pământului înregistrate de accelerometre.

Însă, cunoaşterea acceleraţiei maxime nu este suficientă pentru a fi precizate efectele distructive

ale unei explozii. Cunoaşterea acceleraţiei maxime descrie aproximativ curba acceleraţie-timp a unei

mişcări. Pentru curbele acceleraţie-timp care au acelaşi caracter, ordonatele curbelor spectrului de

răspuns al vitezelor relative vor fi în acelaşi raport ca şi acceleraţiile maxime.


130

Figura 6.2. Curbele de variaţie în timp ale acceleraţiei, pentru două explozii puternice [25]

Figura 6.3. Componentele acceleraţiilor pe direcţia E-V înregistrate în timpul cutremurului TAFT –

California în subsolul şi pe acoperişul unei clădiri de 10 etaje turnată monolit din beton armat;

Dimensiunile clădirii sunt Î=42 m, L=65 m şi l=15 m [25]

În urma efectuării analizei comparative între înregistrările acceleraţiilor pământului generate de

două explozii puternice reprezentate în fig. 6.2 şi înregistrările acceleraţiilor unei structuri în timpul unui

cutremur (fig. 6.3), se constată caracterul general asemănător al celor două tipuri de mişcări, cu

următoarele deosebiri:

- mişcările pământului produse de explozii, au o durată totală considerabil mai redusă decât

a celor produse de cutremure şi se extind numai pe un număr redus de cicluri;

- frecvenţa oscilaţiilor induse terenului de către explozii, este mai ridicată decât cea a

cutremurelor, motiv pentru care sunt şi mai puţin periculoase;

- înregistrările mişcărilor pământului generate de explozii, au o amplitudine maximă a

oscilaţiilor urmate de o descreştere în amplitudine a acestora iar înregistrările mişcărilor pământului

produse de cutremure sunt alcătuite din oscilaţii alternante de amplitudini diferite;

În cazul demolărilor prin implozii controlate (când au loc grupări de explozii), înregistrările

mişcărilor pămânului sunt alcătuite din oscilaţii alternante de amplitudini diferite, cu deosebirea că faţă

de cutremure, frecvenţa acestor oscilaţii este mai ridicată.

b) a)


131

6.4. Efectele dăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii

Cantitatea de exploziv care poate fi utilizată în demolarea construcţiilor, este deseori limitată de

pericolul de avariere a clădirilor alăturate. De regulă, studiile care privesc această problemă, se fac luând

în considerare următoarele:

1) relaţia dintre mişcările măsurate ale pământului şi tipurile obişnuite de avarii;

2) relaţia dintre mişcarea pământului, cantitatea de exploziv utilizată şi distanţa faţă de locul

exploziei.

Datorită considerentelor de mai sus, specialiştii au încercat să facă o legătură între unele aspecte

simple ale mişcării pământului generate de explozii şi avariile anumitor tipuri de construcţii. Astfel,

iniţial s-a propus utilizarea acceleraţiei maxime ca indice al pericolului de avarie. Încercările efectuate în

acest sens, au arătat că, pentru locuinţe de dimensiuni mici, o acceleraţie de 0,1 g corespunde unei valori

limită de la care încep să apară mici crăpături ale tencuielii, iar după valoarea de 1 g, au apărut avarii

importante ale construcţiilor. Această valoare poate fi considerată ca limita maximă, peste care este

posibil să se producă avarii importante ale clădirilor, la acţiunile seismice datorate exploziilor.

Ca indicator de apreciere a unor eventuale avarii, s-a propus, deplasarea maximă a pământului şi

au fost indicate valorile limită ale deplasărilor maxime care ar putea corespunde zonelor periculoase.

În urma a numeroase experimente, s-a stabilit că între viteza maximă a deplasării pământului şi

avariile produse, există o bună corelaţie pe un domeniu larg de frecvenţe [17], [25], [28], [65].

În acest sens, au fost efectuate explozii în apropierea unor locuinţe executate din cărămidă şi cu

structură de rezistenţă din cadre de beton armat. Experimentele au constat din efectuarea de explozii cu

încărcături explozive din ce în ce mai mari, care au fost plasate la diferite distanţe faţă de aceste clădiri.

Pentru fiecare experiment în parte s-au cuantificat diferitele stadii de deteriorare ale structurilor.

Încercările s-au efectuat pe două tipuri de pământuri: un pământ aluvionar, format din argilă umedă şi un

pământ eratic (morenă), bine consolidat. În interiorul construcţiilor au fost dispuse accelerometre cu

răspunsul constant între zero şi 100 Hz pentru înregistrarea completă a variaţiei în timp a acceleraţiei. În

baza rezultatelor obţinute, pe un domeniu de frecvenţe cuprins între 5 şi 100 Hz, au fost corelate limitele

de avarie ale clădirilor cu deplasările, vitezele şi acceleraţiile maxime. S-a constatat că acelaşi grad de

avarie a coincis cu aceeaşi viteză maximă a deplasării terenului, pe întregul domeniu de frecvenţe.

Probabilitatea apariţiei unor avarii a început de la o viteză de deplasare a terenului de ordinul a 10,2-12,7

cm/s [25].

Sunt unele cercetări independente care dau drept indice de apariţie a avariilor, o viteză a

deplasărilor terenului de 12 cm/s, iar pentru clădirile fundate pe teren stîncos o viteză maximă a terenului

de 11 cm/s [54].

De regulă, intensitatea cutremurelor se măsoară cu două scări (tab. 6.1). Scara cauzelor sau scara

absolută a magnitudinii M este datorată lui Richter şi se bazează pe măsurarea energiei declanşate în

focar. Scara efectelor, este scara Mercalli modificată M.M. [54].

Gradele de intensitate ale cutremurelor, definite în Scara intensităţilor Mercalli modificată, pot fi

corelate cu viteza maximă a deplasărilor pământului. Astfel, aceeaşi viteză maximă, corespunde aceleaşi

intensităţi, pe un domeniu larg de frecvenţe. Echivalenţa aproximativă între gradele scării Mercalli

modificată şi vitezele de deplasare a pământului, măsurate în centimetri pe secundă, este următoarea: VIII

= 18 cm/s; VII=9 cm/s; VI=4,5 cm/s; V=2,25 cm/s; IV=1,12 cm/s; III = 0,6 cm/s; II = 0,28 cm/s şi I =

0,14 cm/s. Avariile observate cu ocazia încercărilor, la valorile maxime ale vitezei de deplasare a

pământului cuprinse între 10,2 şi 12,7 cm/s, corespund după descrierile sumare indicate în tabelul 6.1 al

Scării Mercalli modificate, unor intensităţi de cutremur cuprinse între gradul VII şi VIII. [25].


132

Tabelul 6.1. Gradele de intensitate seismică şi efectele produse de cutremure [24]

Gradul pe scara

Descrierea efectelor produse Richter Mercalli

2 I Cutremurul e perceput de puţine persoane;

II Cutremurul se percepe doar la etajele superioare ale clădirilor;

3 III Cutremurul se percepe numai în interiorul clădirilor;

4

IV Cutremurul se resimte în interior. În exterior este puţin perceptibil;

V Cutremurul este simţit de toată lumea. Obiectele se răstoarnă, iar la socluri

apar degradări;

5 VI Se produce panică. Tencuielile cad. Coşurile suferă degradări. Avarii la

clădirile slabe;

6 VII Se evacuează clădirile. Avarii moderate la structuri şi considerabile la

clădirile slabe;

VIII Avarii uşoare la clădirile proiectate antiseismic şi considerabile la clădirile

obişnuite;

7

IX Avarii grele la clădirile proiectate antiseismic şi înclinări de clădiri.

Distrugerea clădirilor slabe;

X Majoritatea construcţiilor se distrug, inclusiv fundaţiile;

8 XI Puţine structuri rămân nedistruse;

9 XII Distrugere totală.

Din punct de vedere al avariilor care apar în construcţii, rezultă că există o corespondenţă destul

de bună, între experienţa căpătată în timpul cutremurelor şi cea din timpul exploziilor.

Corelarea apariţiei avariilor cu viteza maximă de mişcare a pământului se poate stabili pe baze

teoretice. Constanţa spectrului de răspuns al vitezelor relative, în cazul mişcării amortizate, pe o bandă

largă de frecvenţă, cum sunt cele datorate cutremurului de pământ, este o altă manifestare a aceluiaşi

fenomen. În cazul mişcărilor cu perioadă proprie lungă, viteza relativă este aproximativ egală cu viteza

de mişcare a pământului. Curbele spectrului de răspuns al vitezelor relative maxime corespunzătoare

mişcărilor pământului descrise de curba din fig. 6.2 a, devin orizontale la viteze de aproximativ 6 cm/s în

cazul perioadelor proprii lungi. Curbele spectrului componentei orizontale, perpendiculare pe direcţia de

propagare a acceleraţiei măsurate în acelaşi punct, devin orizontale la viteze de aproximativ 10,5 cm/s.

Rezultă că viteza maximă a mişcărilor pământului, este Vmax = 62 10 52 = 12,1 cm/s [25].

Pe baza altor măsurări efectuate în timpul exploziilor şi pe baza examinării avariilor minore ale

clădirilor aflate lângă locul exploziei, s-a stabilit că această viteză de mişcare a pământului, corespunde

aproximativ limitei de apariţie a avariilor în construcţii.

În figura 6.4 este reprezentat un grafic de determinare a acceleraţiei maxime a pământului în cazul

exploziilor puternice în funcţie de greutatea totală a explozibilului şi de distanţa până la punctul în care

are loc explozia.


133

Figura 6.4. Graficul acceleraţiei maxime a pământului în cazul exploziilor puternice în funcţie de

greutatea totală a explozibilului şi de distanţa până la punctul în care are loc explozia [25]

Limita aproximativă a zonei de rupere în interiorul căreia roca se fisurează, se calculează cu

formula l=371 1

3 iar relaţia acceleraţiei maxime care este dată în unităţi g cu formula:

a = 27 9500 3

4 [m/s2] (6.1)

unde

- G [N] reprezintă greutatea explozibilului;

- d [m] este distanţa de la locul exploziei la aparatul de măsură.

6.5. Efectele nedăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii

Luarea deciziei privind cantitatea maximă de exploziv care poate fi utilizată la o anumită distanţă

faţă de o construcţie dată, se ia în funcţie de informaţiile asupra mişcărilor pământului produse de

explozii cu cele asupra avariilor construcţiilor, legate de aceste mişcări.

În fig. 6.5 este reprezentată relaţia dintre greutatea explozibilului şi distanţa până la punctul în

care are loc explozia pentru evitarea avarierii construcţiilor în urma unor explozii de intensitate mică şi

mijlocie [25].


134

Fig. 6.5. Greutatea totală de exploziv nepericuloasă pentru explozii mici şi mijlocii, în funcţie de distanţă

În baza rezultatelor experimentale obţinute, pentru curbele din figura 6.5, calculul greutăţii totale

de exploziv nepericuloasă pentru explozii în funcţie de distanţă, se realizează cu relaţiile următoare [25]:

Curba A:

= 0,888 [N/m] (6.2)

Curba B:

= 0,71 [N/m] (6.3)

Curba C:

= 0,52 [N/m] (6.4)

Curba D:

= 16,1 [N/m] (6.5)

unde G reprezintă greutatea totală a încărcăturii explozive exprimată în Newtoni iar d este distanţa de la

locul exploziei la construcţia avariată, exprimată în metri.

La determinarea curbelor A şi B s-au folosit diferite definiţii ale avariilor, rezultând că poziţiile

curbelor nu pot fi luate în considerare ca indicaţii directe ce privesc numai mişcările pământului. În acest

grafic, curba A se referă la argila aluvionară şi straturi eratice iar curba B la un teren stâncos.

Mişcările pământului, produse în urma exploziilor, au o durată relativ scurtă şi se extind numai pe

un număr redus de cicluri. Dacă încărcătura totală se împarte în mai multe încărcături mai mici, care au

un timp suficient de mare între explozii, astfel încât perturbările unei încărcături să se amortizeze înainte

de explodarea încărcăturii următoare, mişcarea totală a pământului corespunde celei produse de către

fiecare încărcătură parţială explodată separat. Trebuie ţinut cont însă, că eşalonarea exploziilor pe un

interval de timp relativ mare, poate afecta destul de mult eficacitatea cantităţii totale de exploziv. Tehnica

adoptării unor intervale mai scurte între explozii, împreună cu plasarea corespunzătoare a încărcăturilor


135

de exploziv, asigură o anulare reciprocă a acceleraţiile maxime corespunzătoare fiecărei explozii în parte.

Această metodă, solicită însă cunoaşterea mai precisă a formei curbelor de variaţie a acceleraţiei

pământului, faţă de modul obişnuit de lucru [25].

În urma încercărilor efectuate cu intervale de timp scurte între explozii (de ordinul a 10 până la 50

milisecunde), a rezultat că se poate obţine o micşorare importantă a intensităţii mişcărilor pământului,

însoţită adesea de o creştere a eficacităţii de distrugere a exploziei.

Mecanismul de reducere a mişcărilor pământului prin scurtarea timpului între explozii nu este

însă neapărat legat numai de anularea reciprocă a acceleraţiilor maxime, ci şi de reducerea forţei aplicate

la sursă, datorită efectului de dislocare a rocii produs de către sarcinile succesive care reduce presiunile

ce iau naştere în urma exploziei. În vederea reducerii la maximum a efectelor exploziilor succesive, sunt

de regulă necesare efectuarea de încercări în condiţiile particulare oferite de locul unde acestea vor avea

loc. În cazul unor decalaje de câteva milisecunde ale exploziilor, sarcina efectivă totală care trebuie luată

în considerare, la estimarea mişcării maxime a pământului şi a avariilor la construcţii, trebuie să fie dublă

faţă de cea real folosită. Prin proiectarea şi executarea lucrǎrilor de demolare a construcţiilor cu ajutorul

grupǎrilor de explozii cu întârziere, se poate realiza o micşorare a efectului seismic şi o creştere a

efectului de fragmentare [25].

Realizarea protecţiei construcţiilor şi a oamenilor care locuiesc sau lucreazǎ în aceste construcţii

împotriva deteriorǎrilor care pot fi induse de explozii, poate fi asigurată prin aplicarea unor metode sigure

şi eficiente de control seimic al oscilaţiilor.

Pe plan mondial, sunt elaborate trei metode diferite pentru controlul seismic al oscilaţiilor produse

de explozii [89]:

- metoda elaboratǎ în ţara noastrǎ (sau metoda „magnitudinii aparente”);

- metoda şcolii americane;

- metoda şcolii ruse.

Ultimile douǎ metode, diferă prin folosirea în moduri diferite, a noţiunii de „distanţǎ redusǎ”.

Deoarece explozia este privitǎ de oameni ca ceva dezagreabil, chiar nivelurile de oscilaţie care

sunt complet nepericuloase pentru clǎdiri, sunt supǎrǎtoare şi neconfortabile pentru populaţie. Se

cunoaşte cǎ frecvenţele predominante ale oscilaţiilor produse de explozii sunt în mod obişnuit în gama 6

÷ 60 hz. În cazul în care o clǎdire este oscilată la o vitezǎ a particulei de 51 mm/s (nivelul maxim

admisibil pentru clǎdiri de locuit), este foarte probabil ca aceasta sǎ nu aibă nici un fel de deteriorǎri, însǎ

nivelul de oscilaţie vǎzut subiectiv de populaţie, este greu suportabil. În cazul în care viteza particulei

scade la 25 mm/s, nivelul de oscilaţie este tot greu suportabil iar la o viteză a particulei de numai 5 mm/s,

(când probabilitatea de apariţie a oricǎrei deteriorǎri este zero), nivelul de oscilaţie este încǎ vǎzut ca

neplǎcut de unele persoane [25].

Nicholls et. al. (1971) au efectuat un studiu statistic în legătură cu reclamaţiile făcute de oameni în

cazul producerii unor explozii. În urma studiului a rezultat cǎ mai mult de 35 % din familiile aflate în

zona unde viteza particulei a depǎşit 51 mm/s, au fǎcut reclamaţii. Era de anticipat sǎ se facǎ multe

reclamaţii în această zonă a rǎspunsului subiectiv „greu suportabil”. În schimb, în zona rǎspunsului

subiectiv „perceptibil”, au facut reclamaţii mai puţin de 8 % dintre familii. Din această cauză, atunci

când exploziile se produc într-o zonǎ foarte populatǎ, se recomandǎ ca nivelul maxim admisibil al

oscilaţiilor, exprimat în viteza particulei, sǎ fie de maximum 10 mm/s, pentru ca probabilitatea

procentajului de reclamaţii, sǎ nu depǎşeascǎ valoarea de 8 % [65].

De asemenea, în mod asemǎnǎtor existǎ o relaţie pentru zgomotul asociat cu presiunile undei de

şoc aeriene rezultate din explozii. De regulă, presiunea undei aeriene la cele mai multe explozii folosite la

demolări, nu cauzeazǎ spargerea geamurilor, însă deranjează şi uneori provoacă panică. În urma acestor

considerente, rezultă cǎ existǎ toate motivele ca reacţia oamenilor la oscilaţiile produse de explozii sǎ fie

în general subiectivǎ, dacă se ţine cont de faptul că aceştia reacţioneazǎ la niveluri de oscilaţie aflate mult

sub nivelul maxim admisibil pentru construcţii.


136

6.6. Evaluarea mişcărilor pământului generate de explozii

Exploziile în pământ, transmit trei tipuri de unde (fig. 6.6) [65]:

- unda de rarefiere longitudinală N, de perioadă lungă. Această undă este o undă de volum, cu front

sferic şi centrul în O';

- undă transversală (de forfecare), de perioadă lungă (unda secundară). Frontul undei este cilindric,

cu axa poziţionată vertical pe direcţia normalei la suprafaţa pământului, prin centrul încărcăturii.

Particulele pământului se deplasează sub acţiunea ei perpendicular pe direcţia de propagare a undei P, dar

mai lent. Unda S nu schimbă densitatea materialului, ci forma acestuia;

- unda de suprafaţă de perioadă lungă, de tip Rayleigh (unda R). Este o undă de suprafaţă care se

atenuează rapid în adâncime. Ea se propagă mult mai lent decât undele P şi S, particulele pământului

deplasându-se după traiectorii eliptice în plan vertical, în sens invers faţă de propagarea undei, pe partea

superioară a traiectoriei. În mediile stratificate, această mişcare în sens invers generează, pe o axă

perpendiculară pe direcţia de deplasare, o mişcare oscilatorie, denumită undă Love (mişcare asemănătoare cu

cea a valurilor mării).

Undele Rayleigh şi Love se propagă împreună, undele L reducând energia undelor R.

Figura 6.6. Unde seismice generate de o explozie: P - undă de compresiune; SH - undă de forfecare

orizontală; SV - undă de forfecare verticală; R - undă Rayleigh [65]

Pe măsură ce distanţa de locul exploziei creşte, undele de suprafaţă se atenuează mult mai lent

decât cele de volum, peste o anumită distanţă influenţa lor devenind preponderentă, în timp ce procesul

producerii şocului seismic durează câteva milisecunde, oscilaţiile induse pot persista câteva zecimi de

secundă sau chiar câteva secunde.

Oscilaţiile nu constituie un fenomen armonic simplu, ele fiind rezultatul compunerii mai multor

mişcări cu frecvenţe diferite. Frecvenţa oscilaţiei depinde în principal de caracteristicile rocii (atât de la locul

producerii exploziei, cât şi de la locul înregistrării undelor seismice) şi de distanţa faţă de locul exploziei.

În vederea evaluării mişcărilor pământului produse de explozii. sunt necesare [28]:

- înregistrarea oscilaţiilor generate de explozii în pământ;

- cunoaşterea tipurilor de deteriorări ale construcţiilor ca urmare a manifestării acţiunii undelor

seismice induse;

- cunoaşterea legăturilor dintre tipurile de deteriorări şi parametrii dinamici ai oscilaţiilor generate

de explozii.

Scopul efectuării evaluării mişcărilor pământului produse de explozii, constă în [28]:


137

- stabilirea criteriilor de deteriorare;

- stabilirea metodelor de evaluare a efectului seismic;

- stabilirea unor formule empirice pentru estimarea nivelului oscilaţiilor induse de explozii;

- evaluarea cantitativă a oscilaţiilor induse pentru diferite grade de deteriorare a construcţiilor;

- stabilirea pe baze experimentale, a distanţelor de siguranţă faţă de explozii.

6.6.1. Tipuri de deteriorări. Criterii de deteriorare

Deteriorările provocate construcţiilor în urma acţiunilor seismice provocate de explozii, se

clasifică în [28]:

- deteriorări arhitecturale, care sunt superficiale şi nu afectează structura de rezistentă a

construcţiei;

- deteriorări structurale, care se manifestă la elementele constructive esenţiale ale construcţiei.

Apariţia acestor deteriorări, rezultă în urma solicitării construcţiilor la:

- acţiunea de întindere;

- acţiunea de răsucire;

- acţiunea de forfecare;

- acţiunea de încovoiere;

- acţiunea efectelor locale (tensiuni şi deformaţii locale).

Langefors şi Kihlstrőm (1973) au arătat că toate criteriile de deteriorare pot fi exprimate sub

forma generală [65]:

=

(6.6)

unde:

– reprezintă o constantă;

A – este amplitudinea deplasării orizontale sau verticale a terenului, [m];

– este frecvenţa oscilaţiei, asociată deplasării A, [Hz];

c – este un factor care depinde de lungimea pe care este distribuită deformarea;

– reprezintă frecvenţa proprie a structurii, [Hz];

– sunt coeficienţi care variază în funcţie de acţiunea asupra structurii.

Criteriile de deteriorare generale sunt prezente în tabelul 6.3.

Tabelul 6.3. Valori pentru coeficienţii şi [65]

Acţiunea Criteriul de deteriorare D Unda seismică

Expresia de calcul

Întindere -

compresiune

2 1 1 Verticală cu

1 1 0 Verticală cu

Forfecare

1 1 0 Transversală de

suprafaţă

Încovoiere

2 2 0 Verticală

Efecte locale 1 1 0

1 0 0


138

6.6.2. Evaluarea cantitativă a mişcărilor pământului

Principalii parametrii dinamici ce caracterizează oscilaţiile seismice generate de explozii, sunt:

- deplasarea particulei;

- viteza mişcării particulei;

- acceleraţia mişcării particulei;

- frecvenţa oscilaţiilor [28].

Măsurarea parametrilor mişcării pământului se face într-un punct, pe trei direcţii: verticală,

longitudinală şi transversală.

Mărimea oscilaţiei induse terenului depinde de [28]:

- numărul de încărcături care sunt iniţiate şi care îşi însumează efectele (cooperează);

- influenţa mediului asupra puşcării (constrângerea);

- caracteristicile explozivului şi mediului;

- distanţa de la locul puşcării;

- geologia terenului.

6.6.2.1. Evaluarea efectului seismic prin mărimea deplasării particulei

Cercetările în domeniu consideră trei grade de deteriorare ale construcţiilor, datorate efectului

seismic, ce sunt bazate pe gradul de avariere a tencuielii [28]:

1. Fără deteriorări;

2. Deteriorare minoră care constă în fisuri fine în tencuială şi deschiderea unor fisuri vechi;

3. Deteriorare majoră care constă în căderea tencuielii şi avarii structurale;

S-a constatat experimental, că mărimea deplasării particulelor nu oferă niveluri de oscilaţie de

încredere, din cauză că nu ia în considerare parametrul frecvenţă a oscilaţiei.

Conform I.C.I. (1972) şi Buzdugan (1976), nivelurile admisibile ale deplasării particulelor

terenului în funcţie de frecvenţa oscilaţiilor şi tipul clădirilor supuse acţiunii seismice, sunt reprezentate

în tabelele 6.4 respectiv 6.5.

Tabelul 6.4. Niveluri admisibile ale oscilaţiilor (conform Buzdugan et al., 1976)

Frecvenţa oscilaţiei 5 10 20 30 40 50

Nivelul admisibil al deplasării pentru

evitarea fisurilor 2,67 1,35 0,66 0,46 0,33 0,28

Tabelul 6.5. Niveluri admisibile ale deplasării particulelor terenului în funcţie de tipul clădirii supuse

acţiunii seismice (conform I.C.I. 1972)

Tipul clădirii Amplitudinea limită a

deplasării Construcţii vechi, case şubrede, monumente de artă vechi 0.05-0,1

Case, bunuri, etc. dispuse în ansambluri 0,2

Clădiri izolate 0,4

Construcţii(civile sau industriale) proiectate după normative 0,76

6.6.2.2. Evaluarea efectului seismic prin mărimea vitezei particulei

Diverşi autori au obţinut teoretic sau experimental, diferite formule de calcul ale vitezei de

oscilaţie a particulelor pământului, în funcţie de cantitatea de exploziv detonată Q[kg]. O formulă de

calcul unanim recunoscută, este cea a lui Ulf Langefors (6.7), prin care se poate calcula viteza de oscilaţie

a terenului pe baza distanţei scalate [m] şi a unui factor de transmitere K, care este o constantă ce

depinde de omogenitatea mediului şi de prezenţa fisurilor şi a fracturilor în pământ [17]:


139

[m ] (6.7)

Tabelele care au fost întocmite pe baza factorului de transmitere al rocii K, se folosesc în zonele

din apropierea clădirilor la care nu se cunosc date despre fundaţii (clădiri ce au fost construite parţial pe

teren stâncos şi parţial pe pământ, clădiri fundate pe pile de lemn în argilă etc.). Valoarea factorului K se

modifică în funcţie de caracteristicile terenului şi de distanţă. Materialele precum morena şi argila

(materiale afânate), au valoarea K mai mică decât rocile dure omogene. De asemenea factorul K este mai

mic pentru rocile dezagregate sau fisurate. Valoarea efectivă a factorului K pentru un anumit teren, se

determină cel mai bine prin puşcări test, urmate de măsurarea oscilaţiei terenului.

Datele referitoare la evaluarea efectului seismic prin mărimea deplasării particulei, evidenţiază că

deteriorarea majoră se corelează bine cu viteza particulei. Cercetările internaţionale au propus mai multe

zone de deteriorări. Duvall şi Folgeson (1962), respectiv Langefors şi Kihlstrom (1963), au recomandat

încadrarea deteriorărilor în două zone mari: o zonă nepericuloasă şi o zonă de deteriorări (fig. 6.7) care

sunt separate de nivelul vitezei de aproximativ 51 mm/s a particulei pământului, reprezentând nivelul

maxim admisibil pentru clădirile de locuit. Greenland şi Knowies (1970) indică deteriorările probabile,

asociate cu diferite valori ale vitezei particulei, pentru clădiri de locuit în conformitate cu tabelul următor:

Tabelul 6.6. Deteriorări probabile ale clădirilor de locuit în funcţie de viteza particulei [28]

Viteza maximă a particulei Gradul probabil de deteriorare

> 190 MAJOR - deteriorări structurale prin fisurare, deformare sau

dislocare

140... 190 MINOR - nici o slăbire aparentă a structurii de rezistenţă;

deteriorări ale tencuielii, geamurilor sau zidăriei

100... 140 PRAG - deteriorări puţin perceptibile, fisuri în tencuială,

dislocarea obiectelor fixate

< 50 NIVEL DE SIGURANŢĂ

RECOMANDAT

Figura 6.7. Niveluri de oscilaţie a pământului exprimate prin viteza particulei [28]


140

De asemenea, Kuzneţov (1971) indică vitezele admisibile ale mişcării pământului în funcţie atât

de categoria construcţiilor (dată de starea lor) cât şi de clasa acestora (după dimensiunile şi destinaţia lor),

în conformitate cu tabelul 6.7.

Tabelul 6.7. Viteze admisibile ale mişcării terenului în funcţie de categoria şi clasa construcţiilor [65]

Categoria

construcţiilor

după starea

lor

Clădiri şi construcţii. Starea lor înainte de explozie

Viteza admisibilă

a particulei pe

clase I II III

A Cu destinaţie industrială sau civilă având carcase metalice sau

din beton armat; cu umpluturi din zidărie de cărămidă-piatră şi cu

consolidare antiseismică

50

70 100

B Cu carcase din beton armat sau metal şi umplutură de cărămidă;

fără consolidare antiseismică; clădiri noi din cărămidă cu pereţi

portanţi şi consolidare antiseismică

20

50 70

C Idem, având fisuri în umplutură; din cărămidă, piatră, blocuri

mari; fără consolidare antiseismică

15

30 50

D Cu carcase cu fisuri în umplutură şi carcasă; din cărămidă, blocuri;

cu fisuri în pereţii de bază şi cei despărţitori

10

20 30

E Cu carcase, cu fisuri în carcasă şi deteriorări aleg legăturilor

diferitelor elemente; din cărămidă sau blocuri mari, cu deteriorări

mari ale pereţilor (fisuri înclinate, fisuri în colţuri) etc.

5 10 20

F Cu carcase din beton armat; cu corodări ale armăturii carcasei şi cu

alte deteriorări; fisuri mari în umplutură etc. Clădiri cu fisuri

numeroase în pereţi, deteriorări ale legăturilor dintre pereţii

exteriori şi interiori etc.; din panouri mari, fără întărituri

antiseismice

3

5 10

Clasele de încadrare corespunzătoare a construcţiilor, se diferenţiază astfel:

Clasa I-a - este corespunzătoare construcţiilor cu destinaţie industrială şi de importanţă mare a

căror durată depăşeşte 20-30 ani, clădiri administrative cu efective mari de oameni, clădiri de locuit cu 3-

5 etaje, case de cultură, cinematografe etc.;

Clasa a II-a - este corespunzătoare construcţiilor cu destinaţie industrială dar cu dimensiuni nu

prea mari în suprafaţă şi având până la trei etaje cu o durată până la 20-30 ani; clădiri administrative cu

aglomeraţii nu prea mari de oameni; case de locuit, magazine, birouri etc.;

Clasa a III-a - este corespunzătoare clădirilor şi construcţiilor cu destinaţie industrială şi

administrativă, a căror deteriorare nu ameninţă locuitorii şi nici instalaţiile importante, cum ar fi: magazii,

puncte echipate pentru transport etc.

În anul 1968, Medvedev a propus o scarǎ a intensitǎţilor seismice, valabilǎ pentru explozii şi

bazatǎ pe corelarea dintre efectele macroseismice (efecte asupra construcţiilor şi oamenilor) şi

caracteristicile determinate instrumental. La întocmirea acestei scǎri, Medvedev a ţinut seama ca efectul

macroseismic, sǎ corespundǎ la un efect potrivit gradului de intensitate pentru cutremure naturale din

scara MSK-64. Folosirea vitezei particulei, (considerat cel mai indicat parametru pentru exprimarea

nivelurilor de oscilaţie produse de explozii), permite o comparare relativ simplǎ cu scara de intensitǎţi

seismice (tab. 6.8).


141

Tabelul 6.8. Scara de intensitǎţi seismice ale oscilaţiilor produse de explozii [25]

(grade)

MSK-64

Descrierea efectelor

Viteza

particulei

v (mm/s)

I Oscilaţiile sunt sub limita percepţiei umane şi sunt înregistrate numai de

instrumente

< 2

II Oscilaţiile sunt uneori simţite de oameni, în condiţii favorabile (în special, la

etajele superioare)

2 - 4

III Oscilaţiile sunt simţite de unii oameni sau de cǎtre oameni care sunt

informaţi despre explozie.

4 - 8

IV Oscilaţiile sunt observate de mulţi oameni; se produce un zǎngănit al

geamurilor de la ferestre

8 - 15

V Se desprind porţiuni ale vǎruielii; deteriorǎri la construcţii şubrede 15 - 30

VI Se produc fisuri în tencuialǎ; deteriorǎri la clǎdiri construite prost 30 - 60

VII

Se produc deteriorǎri la construcţii care sunt în stare satisfǎcǎtoare, ca: fisuri

în tencuialǎ, cǎderea de bucǎţi de tencuialǎ, fisuri fine în pereţi, fisuri în

sobe şi coşuri de fum

60 - 120

VIII

Se produc deteriorǎri considerabile la construcţii: fisuri în pereţii portanţi şi

în elementele de rezistenţǎ, fisuri mari în pereţii despǎrţitori, cǎderea

coşurilor şi a tencuielii

120 - 240

IX Distrugerea clǎdirii, adicǎ crǎpǎturi mari în pereţi, exfolierea zidǎriei,

cǎderea de porţiuni din pereţi etc.

240 - 480

X - XII Distrugere mare şi prǎbuşirea construcţiilor > 480

6.6.2.3. Evaluarea efectului seismic prin frecvenţa oscilaţiei particulei

Măsurătorile efectuate de-a lungul anilor, au indicat că există o dependenţă între criteriul de

deteriorare şi frecvenţa oscilaţiei [17].

Astfel, s-a demonstrat că pentru frecvenţe ce depăşesc 10 Hz, criteriul de deteriorare recomandat

este viteza particulei, iar pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz, acesta se alege în funcţie de deplasarea

particulelor [65].

În fig. 6.8, sunt prezentate niveluri maxime admisibile de oscilaţie, exprimate prin deplasarea u

sau viteza v a particulei, în funcţie de frecvenţa oscilaţiei şi viteza de propagare Vp a oscilaţiilor,

pentru trei categorii de structuri:

A - structuri slabe;

B - structuri de rezistenţă medie;

C - structuri rezistente.

Se observă că pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz, corelarea bună dintre deteriorări şi deplasarea

particulei nu este de mare importanţă, deoarece gama de frecvenţe obişnuită a oscilaţiilor de interes în

studiul acţiunii seismice ale exploziilor asupra construcţiilor, este cuprinsă aproximativ între 10 - 60 Hz.


142

Figura 6.8. Niveluri maxime admisibile de oscilaţie pentru clădiri [28]

6.6.2.4. Evaluarea efectului seismic prin mărimea acceleraţiei particulei

În urma studiilor efectuate, Buzdugan (1976) a prezentat nivelurile de oscilaţie

corespunzătoare diferitelor grade de deteriorare, valabile pentru construcţiile de mică înălţime şi

pentru frecvenţe ale oscilaţiilor mai mici de 20 Hz (conform tab. 6.9).

De asemenea, în vederea evaluării efectului seismic prin mărimea acceleraţiei particulei,

Ciesielski (1963) a prezentat grafic nivelurile de oscilaţie pentru diferite categorii de construcţii şi

terenuri de fundaţii, acestea având aceleaşi limite ca şi cele prezentate de Buzdugan, dar cu valori

diferite.

Tabelul 6.9. Nivelurile de oscilaţie corespunzătoare diferitelor grade de deteriorare [17]

Acceleraţia maximă

a particulei [g]

Gradul probabil de deteriorare

0,23 LIMITA DE STABILITATE peste care structurile

sunt distruse

0,05 LIMITA DE RUPERE a unor elemente individuale ale

structurii, limită deasupra căreia există riscul unor

deteriorări grave

0,01 PRAG DE RIGIDITATE, sub care nu apar deteriorări

importante ale structurii

0,002 PRAG DE SENSIBILITATE la vibraţii, sub care nu există

pericol pentru structură

6.6.2.5. Alte criterii de evaluare a efectului seismic

1. Energia relativă

Pe baza unor înregistrări ale oscilaţiilor produse de explozii cu accelerometre, Crandell (1949) a

introdus o mărime, energia relativă ER, care se calculează presupunând mişcările oscilatorii ca

fiind mişcări armonice simple. Această mărime se calculează cu formula:


143

[MJ] (6.8)

unde:

a - acceleraţia maximă a particulei, [m/ ];

v - este viteza maximă a particulei, [m/s];

u - deplasarea maximă a particulei, [m];

f - frecvenţa asociată cu amplitudinea maximă a mişcării particulei, [Hz].

În funcţie de valorile obţinute, s-a întocmit o ierarhizare a nivelurilor de energie, corespunzătoare

diferitelor grade de deteriorare a construcţiilor conform tab. 6.10.

Tabelul 6.10. Nivelurile de energie corespunzătoare diferitelor grade de deteriorare [65].

ER Domeniul

< 0,27 (corespunzător v 84mm/s) SECURITATE TOTALĂ

0,27 <... < 0,54 PRECAUŢIE pentru clădiri

construite deficitar

> 0,54 PERICOL pentru toate clădirile

2. Factorul Zeller

Zeller a definit, pentru intervalul 10...100Hz, factorul ce îi poartă numele, cu care se apreciază

severitatea unui eveniment seismic (tab. 6.11)

[ / ] (6.9)

unde:

a - acceleraţia maximă a particulei, [m/ ];

f - frecvenţa maximă a mişcării particulei, [Hz].

Tabelul 6.11. Factorul Zeller [28]

Factorul de

intensitate

Z[ / ]

Descrierea sumară a seismului

l Imperceptibil

2 Foarte uşor

10 Uşor

50 Măsurabil (fisuri mici)

250 Destul de tare

1000 Tare – sub zona periculoasă

5000 Foarte tare (fisuri grave)

20000 Distructiv

100000 Devastator

500000 Nimicitor

2500000 Catastrofal

10000000 Mai mult de catastrofal

3. Intensitatea oscilaţiilor

Buzdugan (1976) a introdus intensitatea oscilaţiilor S, care este un alt criteriu pentru aprecierea

gradului de deteriorare şi care se calculează pe baza factorului Zeller:


144

[vibrar] (6.10)

unde:

Z - factorul Zeller;

Dacă se ia [ ] ca valoare de referinţă relaţia anterioară devine

[vibrar] (6.11)

Pe baza acestei relaţii s-a întocmit o scară denumită “scara pericolelor’’(tab. 6.12).

Tabelul 6.12. “Scara pericolelor’’[27]

Intensitatea oscilaţiilor S[vibrar] Clasificarea oscilaţiilor Efectul asupra construcţiilor

10-20 Uşoare Nu există pericol

20-30 Medii Nu există pericol

30-40 Puternice Deteriorări uşoare (fisurarea

pereţilor)

40-50 Severe Fisurarea zidurilor de susţinere

50-60 Foarte severe Distrugerea clădirilor

Cele trei criterii (ER, Z şi S) nu au o fundamentare observaţională suficientă, deoarece încă nu s-a

dovedit că cei trei factori pot fi legaţi de orice tip de deteriorare.

4. Frecvenţa oscilaţiilor induse terenului este şi factorul care deosebeşte fundamental

mişcarea de oscilaţie a terenului provocată de o explozie de cea provocată de un eveniment seismic

natural. Frecvenţele oscilaţiilor induse de explozie sunt mai mari decât cele ale mişcărilor produse de un

eveniment seismic natural, din care motiv primele sunt şi mai puţin periculoase.

6.7. Influenţa geologică şi pedologică locală, asupra mişcărilor pământului generate de

explozii

Structura geologică locală şi particularităţile terenului de fundare, au influenţă asupra estimării

rezultatelor cu privire la avariile construcţiilor în urma producerii exploziilor puternice. Din punctul de

vedere al influenţei structurii geologice locale asupra intensităţii mişcărilor pământului, s-a constatat că

dacă o undă plană de tensiune trece dintr-un mediu cu modul de elasticitate ridicat într-un mediu cu

modul de elasticitate mai mic, deplasările şi acceleraţiile în general, se dublează ca valoare. Rezultă că

atunci când o undă seismică parcurge o zonă stâncoasă după care străbate o zonă aluvionară, va apărea o

dublare a intensităţii mişcării, dacă aluviunile se comportă elastic. În cazul în care undele seismice,

solicită aluviunile peste limita de comportare elastică, se produce o puternică absorbţie de energie care

are ca efect scăderea intensităţii mişcării [25].

Măsurătorile efectuate în timpul unor mişcări foarte slabe ale pământului, au evidenţiat o

intensitate mai mare a mişcărilor pământurilor moi decât a celor compacte. În acest sens, s-a observat că

avariile sunt mai mari la construcţiile executate pe pământuri foarte moi, decât pe cele compacte [190].

Se poate întâmpla în cazul exploziilor şi cutremurelor puternice, ca efectele structurii geologice

locale şi ale particularităţilor pământului să aibă un rol relativ mai puţin însemnat decât în cazul

mişcărilor slabe ale pământului. În urma cercetărilor, pentru exploziile de intensităţi mici şi medii, s-a

stabilit că amplitudinile mişcărilor pământului într-o adâncitură de teren sau într-un strat format dintr-un

amestec de nisip-pietriş-argilă, pot fi de până la 30 de ori mai mari decât cele produse de aceeaşi explozie

în teren stâncos. Diferenţele atât de mari însă nu apar în mod obişnuit [25].


145

Dacă nu se pot efectua încercări cu aparatură adecvată exact pe locul unde va avea loc explozia

sau dacă datele disponibile nu sunt direct comparabile, există o oarecare nesiguranţă în predeterminarea

mişcărilor terenului [88].

6.8. Caracterul probabil al mişcărilor pământului

Se impune o precizare în legătură cu toate nivelurile de oscilaţii (exprimate în valori de deplasare,

viteză, acceleraţie etc.) care au fost prezentate în paragrafele anterioare. Astfel, oricare nivel N de

oscilaţie nepericuloasă sau periculoasă reprezintă un nivel de tip probabilist. Dacă valoarea observată a

parametrului sau a factorului folosit depăşeşte nivelul N, există o probabilitate suficient de mare pentru ca

nivelul de deteriorare corespunzător lui N, să fie depăşit.

Nivelul de oscilaţie nepericuloasă nu reprezintă o valoare sub care deteriorarea sigur nu se va

produce şi deasupra căreia deteriorarea sigur va apărea. Însă trebuie ţinut cont că probabilitatea de

apariţie a deteriorărilor, creşte sau descreşte atunci când nivelul de oscilaţie creşte sau descreşte faţă de

acel nivel N de oscilaţie considerat nepericulos.

Pentru a recomanda niveluri admisibile realiste ale oscilaţiei terenului generate de explozii,

trebuie executată o inspecţie a construcţiilor protejate. Aceasta va fi urmată de o analiză a posibilelor

riscuri pentru a aprecia sensibilitatea clădirilor, în special a fundaţiilor la oscilaţiile terenului. De

asemenea, pentru stabilirea nivelului admisibil de oscilaţii ale terenului la explozii în vederea protejării

construcţiilor, este necesar să se ia în considerare următorii parametri: rezistenţa la oscilaţii cu frecvenţă

ridicată a construcţiilor, starea generală a acestora, durata şi felul oscilaţiei terenului, modul în care este

construită fundaţia şi calitatea acesteia, precum şi viteza de propagare a undelor în pământul de fundare.

Pentru estimarea riscului de avariere datorat oscilaţiilor terenului sub acţiunea exploziei, se utilizează cele

mai mici valori ale vitezei de oscilaţie ale particulelor pământului, dintre cele recomandate de cercetările

în domeniu [82].

6.9. Încheiere

Caracterul general al mişcărilor pământului generate de explozii, este asemănător cu cel al

mişcărilor generate de cutremure, astfel că exploziile puternice pot oferi o metodă utilă pentru studierea

răspunsului construcţiilor, la excitaţiile produse de cutremure. Energia totală eliberată de o explozie

puternică, (chiar şi nucleară), este mică în comparaţie cu cea eliberată de un cutremur de intensitate

moderată. Totuşi, efectele seismice ale exploziilor nu trebuie neglijate, deoarece pot genera mişcări ale

pământului de intensităţi suficiente pentru a produce avarii construcţiilor aflate în vecinătate [25].

În acest sens, este important să se poată controla viteza de oscilaţie a particulelor pământului,

deoarece s-a demonstrat teoretic şi experimental că aceasta este direct proporţională cu efortul la care

sunt supuse construcţiile. În cazul evaluării mişcărilor pământului produse de explozii, cercetările în

domeniu consideră viteza particulei ca reprezentând cel mai bine criteriul de deteriorare al construcţiilor.

La lucrările de mare importanţă, se recomandă să se efectueze măsurători pentru cel puţin doi

parametri ai mişcării (ex. deplasare, viteză etc.) şi să se cunoască frecvenţelor oscilaţiilor pământului. De

asemenea se recomandă să se determine spectrele Fourier ale oscilaţiilor şi chiar spectrele de răspuns ale

terenului, pe baza înregistrărilor făcute [65].

Datorită acestor considerente, pentru creşterea performanţelor şi rentabilizarea puşcărilor, este

necesară determinarea precisă a valorilor limită superioare ale oscilaţiilor pământului datorate exploziilor,

corespunzătoare celei mai mari avarii admise pentru obiectivele învecinate. De asemenea, pentru

planificarea puşcării în locurile în care pot apărea probleme legate de oscilaţia terenului, este important să

se cunoască relaţiile dintre distanţă, încărcătură şi frecvenţa de oscilaţie a terenului [28].


146

CAPITOLUL 7

FIABILITATEA GLOBALĂ A CONSTRUCŢIILOR

7.1. Siguranţa construcţiilor

7.1.1. Generalităţi

Legea fundamentală a mecanicii construcţiilor este legea a III-a a lui Newton (1687), denumită

legea echilibrului sau principiul acţiunii şi reacţiunii care, vectorial şi scalar, se poate scrie sub

următoarele forme [105]:

sau , (7.1)

A = R sau A – R = 0. (7.2)

Sistemul matematic egal din aceste ecuaţii înseamnă în mecanică echilibru (fig. 7.1).

Fig. 7.1. Modelul mecanic pentru echilibru este balanţa [105]

Dacă egalitatea dintre acţiune şi reacţiune nu subzistă pot exista următoarele două posibilităţi:

stare de repaus A < R sau A – R < 0 (fig. 4.2 a) (7.3)

stare de mişcare A > R sau A – R > 0 (fig. 4.2 b) (7.4)

a) Repaus b) Mişcare

Fig. 7.2. Stări mecanice [105]

Statica construcţiilor şi rezistenţa materialelor exclud starea de mişcare aşa că la aceste discipline

se poate admite doar forma

A R sau A – R 0 (7.5)

R A

A

A R

R


147

în care echilibrul reprezintă o limită a stării de repaus. De aici şi expresia echilibru la limită sau precar.

Newton a formulat legea pentru punctul material în 1686. Pentru a putea fi aplicată la corpurile

deformabile, fenomenele mecanice trebuie schematizate sau modelate. În acest scop acţiunile sunt privite

drept cauze iar reacţiunile ca efecte. Există în prezent trei tehnici de schematizare a fenomenelor:

1. Schematizarea deterministă, care postulează o legătură univocă şi absolută între cauză şi

efect (fig. 7.3). În acest caz efectul cauzei este perfect determinat, iar frecvenţa lui de apariţie este de

100%, adică certă.

Fig. 7.3. Schematizarea deterministă [105]

2. Schematizarea probabilistă, care admite existenţa fenomenelor întâmplătoare sau aleatorii

(fig. 7.4).

Cu alte cuvinte, aceeaşi cauză poate produce efecte diferite, fără legătură între ele. Legătura dintre

cauză şi efect se exprimă prin legi de probabilitate. Se stabileşte astfel probabilitatea de producere a unui

fenomen mecanic, având o anumită probabilitate de apariţie, dintr-o mulţime de fenomene posibile.

Fig. 7.4. Schematizarea probabilistă [105]

Cauza

Efectul

Frecvenţa

relativă

%

100 %

Mărimea efectului

0 0

Cauza

Efectul

Legi statistice

Fascicul de

drepte (ptr.

vânt, zăpadă,

cutremur, etc.

P1 P2

Pn

Pi

0

Puncte în

echilibru

la limită

Domeniu

de

stabilitate

Domeniu de

instabilitate

Rn Ri R2 R1

A


148

Fig. 7.5. Schematizarea probabilistă [105]

3. Schematizarea strategică, ţine seama şi de valoarea fenomenelor. Această tehnică de

calcul se bazează pe teoria matematică a jocurilor. Buckminster Fuller (1896 - 1983) a definit strategia

inginerească prin cuvintele “mai mult cu mai puţin”.

Fig. 7.6. Schematizarea strategică [105]

În toate cele trei tehnici de schematizare se folosesc reguli simplificatoare. Aceste reguli trebuie

respectate şi în soluţionarea ecuaţiilor de echilibru sau de condiţie iar rezultatele vor fi valabile numai în

limitele în care regulile iniţiale pot fi menţinute.

Mărimea efectului

Frecvenţa

relativă

%

Frecvenţa

cumulată

%

Mărimea efectului

Curba densităţii de

probabilitate

15%

din

total

Curba

funcţiei

de

repartiţie

100%

0 0

Cost

minim

Costul total

Costul

investiţiilor

Costul

reparaţiilor

0 0 Siguranţa

probabilă

Mărimea

strategică

Frecvenţa

cumulată a

probabilităţii

strategice %

100%

Curba

funcţiei

de

repartiţie

Costul


149

Fig. 7.7. Forme şi faze de schematizare [105]

7.1.2. Conceptul de siguranţă a construcţiilor Conceptul de siguranţă este un concept convenţional. Convenţia constă în faptul că fiecare

plăteşte siguranţa pe care o acceptă.

Conceptul de siguranţă pleacă de la Legea acţiunii şi reacţiunii a lui Newton

A = R

(7.6)

Lege Convenţie

unde c reprezintă coeficientul de siguranţă şi are valori supraunitare.

Marginea de siguranţă este definită prin

M = c – 1 M 0 (7.7)

Sub formă probabilistă conceptul de siguranţă devine

A(p) < R(p)

(7.8)

şi reflectă faptul că siguranţa are un caracter probabil.

Siguranţa unei construcţii în prezent, se calculează în secţiunile transversale cele mai

defavorabile. Metodele oficiale inclusiv Eurocodurile, nu fac legătura între secţiuni şi nu schematizează

construcţiile în totalitatea lor.

7.1.3. Concepţii şi tehnici de calcul a siguranţei construcţiilor

În Rezistenţa Materialelor legea acţiunii şi reacţiunii se scrie simbolic sub forma

(7.9)

Siguranţa probabilă

Costul proiectării

0 0

Modele

matem. Modele

fizice

Încercări pe modele

similare

Calcul

manual

Calcul

automat

Faza

Generalizări

Intuiţie

Aproximaţii

Calcul şi

încercări

Concluzii

şi decizia

finală

1


150

unde S reprezintă solicitările exprimate prin cele patru tipuri de eforturi secţionale N - forţa axială (N), T

- forţa tăietoare (N), - momentul de încovoiere (Nm) şi momentul de răsucire (Nm) iar R

reprezintă rezistenţele exprimate prin eforturile unitare normale σ şi tangenţiale τ împreună cu

caracteristicile geometrice ale secţiunilor transversale pe care acţionează. Inegalitatea dintre cele două

mărimi, conţine condiţia de siguranţă care este rezerva de rezistenţă sau marginea de siguranţă

M = R – S (7.10)

după asigurarea echilibrului.

La limită când

S = R (7.11)

echilibrul secţiunii de calcul se menţine.

În ceea ce priveşte siguranţa, există trei concepţii asupra alegerii celor două simboluri S şi R

precum şi trei tehnici sau metode de calcul [105].

A. Concepţia deterministă, postulează că între cauză şi efect se stabileşte o corespondenţă

biunivocă. Aceasta înseamnă că unei solicitări îi corespunde o singură deformaţie şi invers, iar unei

rezistenţe o singură deformaţie specifică şi invers (fig.4.8).

Fig. 7.8. Corespondenţa biunivocă între cauză şi efect [105]

Valorile de calcul ale solicitărilor respectiv ale rezistenţelor se consideră ca certe, adică nu variază

după legi aleatoare. Practic, din distribuţia statistică normală Gauss

(7.12)

se consideră numai valorile medii sau aşa-numita speranţă matematică

(7.13)

unde x ia succesiv valorile lui S şi R, iar p(x) este probabilitatea corespunzătoare (fig.7.9).

N

ε

σ

Δ

0 0


151

Fig. 7.9. Valorile medii şi [105]

Se observă din figura 7.9 că valorile medii şi sunt cele mai probabile, adică au cea mai

ridicată frecvenţă de apariţie.

Abaterile acestor valori medii şi , considerate în calcule drept mărimi certe, de la care valorile

extreme ale solicitărilor respectiv ale rezistenţelor se corectează prin anumiţi factori aleşi prin analize

statistice şi numiţi coeficienţi de siguranţă.

Concepţia deterministă a cunoscut până în prezent două aplicaţii:

1. Metoda rezistenţelor admisibile, elaborată la începutul secolului al XIX - lea pe baza

modelului Hooke - corp elastic, omogen şi izotrop - consideră drept rezistenţe de referinţă eforturile

unitare şi . Ele reprezintă pentru materiale fragile, limita de elasticitate iar pentru materiale

ductile limita de curgere. Apoi cu ajutorul unui coeficient unic de siguranţă c, adimensional şi

supraunitar, se calculează rezistenţele admisibile

şi

(7.14)

sau simbolic

(7.15)

astfel încât condiţia de siguranţă , incluzând şi cazul limită devine

(7.16)

Se mai folosesc notaţiile

Densitatea probabilităţii solicitărilor

Densitatea probabilităţii

rezistenţelor

Solicitări

Rezistenţe 0

100

%

75%

50%

25%

Frecvenţa

relativă


152

(7.17)

pentru factorul de utilizare a materialului şi

(7.18)

pentru marginea de siguranţă.

Metoda rezistenţelor admisibile este foarte simplă şi a fost utilizată cu succes mai mult de un

secol. Dar fiind limitată prin şi a fost considerată neeconomică şi abrogată. 2. Metoda la rupere, elaborată de Prandtl şi Maxwell – corp elastic - vâscos - plastic –

consideră drept solicitări de referinţă eforturile secţionale , , şi . Folosind tot

un coeficient unic de siguranţă

(7.19)

se calculează valoarea efectivă a eforturilor limită

(7.20)

sau simbolic

(7.21)

astfel încât condiţia de siguranţă , incluzând şi cazul limită devine

(7.22)

unde reprezintă sau respectiv rezistenţa de rupere pentru materiale fragile şi rezistenţa de

curgere pentru materiale ductile.

Metoda la rupere este de asemenea foarte simplă şi a fost utilizată cu succes câteva decenii la

calculul secţiunilor din beton armat. Dar datorită unicităţii coeficientului de siguranţă a fost considerată

imprecisă şi abrogată.

B. Concepţia semi-probabilistă, admite că atât solicitările cât şi rezistenţele sunt mărimi

aleatorii şi ca atare sunt guvernate de legi de probabilitate. Astfel, între cauză şi efect nu mai există o

corespondenţă biunivocă. Datorită diversităţii cazurilor practice şi a imperfecţiunilor imprevizibile, unei

singure cauze îi pot corespunde mai multe efecte. Probabilitatea arată de câte ori se produce un efect cu o

anumită valoare. Prin urmare în această concepţie fiecare valoare a solicitării S şi a rezistenţei R are o

anumită probabilitate de apariţie. Reciproc, dacă se admite sau se impune o anumită probabilitate p din

curbele densităţii de repartiţie, se obţin imediat solicitările respectiv rezistenţele ce caracterizează

fenomenul. Evident, din raţiuni de siguranţă, conform condiţiei , situaţia cea mai defavorabilă

survine când la aceeaşi probabilitate p se compară cu (fig.7.10).


153

a)Solicitări b) Rezistenţe

Fig. 7.10. Curbe de probabilitate [105]

Fenomenele inginereşti sunt cu atât mai bine caracterizate cu cât probabilitatea valorilor extreme

sau limită şi este mai mică. De exemplu o probabilitate de 1,5 ‰ poate fi considerată

satisfăcătoare pentru nevoile practice curente. Dar pentru obţinerea unei astfel de probabilităţi trebuie

efectuate 2000 de încercări din care doar 3 sunt semnificative. Şi cum fiecare rezultat trebuie verificat de

minim cinci ori, numai pentru o singură valoare S sau R ar fi necesare 10 000 de încercări.

Dotarea tehnologică actuală a laboratoarelor, nu este capabilă să satisfacă acest volum de

încercări. De aceea se ridică nivelul probabilităţii în detrimentul preciziei. Astfel o probabilitate de 5%

este considerată în prezent ca realizabilă. În aceste condiţii, se trasează curbele densităţii de probabilitate

ale solicitării şi rezistenţei, determinându-se pentru probabilitatea p = 5% valorile şi

(fig.7.11).

Fig. 7.11. Valorile limită şi [105]


154

Aceste valori limită, deşi corespund unor cercetări experimentale obiective şi riguroase, datorită

numărului relativ mic de încercări (5 din 100), sunt considerate prea puţin precise pentru a fi introduse în

condiţia de siguranţă S < R. De aceea ele se corectează cu diferiţi coeficienţi, deduşi prin analize

statistice şi denumiţi ca în concepţia deterministă de siguranţă. Datorită acestei corecţii, concepţia se

numeşte semi-probabilistă şi stă la baza tehnicii actuale de calcul.

3. Metoda la stări limită, elaborată în prima jumătate a secolului al XIX-lea pe baza modelelor

Prandtl şi Maxwell consideră următoarele două stări limită:

I. Stări limită ultime de

- Rezistenţă;

- Stabilitate;

- Oboseală.

II. Stări limită ale exploatării normale datorate

- Deformaţiilor sau deplasărilor excessive;

- Deschiderii fisurilor;

- Vibraţiilor cu amplitudini inacceptabile.

Pentru calculul practic în ambele stări limită, solicitarea maximă de probabilitate p se amplifică cu

un coeficient n de supraîncărcare obţinându-se solicitarea de calcul

n > 1 (7.23)

Rezistenţa minimă de aceeaşi probabilitate p se reduce cu un coeficient de omogenitate k

obţinându-se rezistenţa de calcul

k < 1 (7.24)

iar în condiţia simbolică de siguranţă S < R se introduce coeficientul condiţiilor de lucru m, care ţine

seama de eventualele neconcordanţe dintre calcule şi realitate, astfel că în final, condiţia S < R incluzând

şi cazul limită devine

(7.25)

Cei trei coeficienţi de siguranţă iau în consideraţie abaterile posibile ale solicitărilor şi

rezistenţelor reale faţă de cele de calcul, abateri ce nu ar fi incluse în probabilitatea de 5 %. În plus se ţine

seama de ceea ce se întâmplă cu construcţia în momentul atingerii stării limită şi dacă există sau nu

rezerve de rezistenţă.

Se are în vedere de asemenea modul în care cedează construcţia, cu sau fără avertizare.

Metoda la stări limită este în prezent oficial în vigoare pentru toate construcţiile din oţel,

aluminiu, lemn, zidărie şi beton precum şi pentru terenul de fundaţie. Periodic, ea este susceptibilă de

perfecţionări prin modificarea celor trei tipuri de coeficienţi de siguranţă. Totuşi într-un viitor mai mult

sau mai puţin îndepărtat, urmează să fie înlocuită printr-o tehnică de calcul mai avansată.

C. Concepţia probabilistă, elimină complet orice coeficient de siguranţă prin reducerea

probabilităţii de apariţie a solicitărilor şi rezistenţelor limită sau extreme la valori oricât de mici, de

exemplu sub 1,5 ‰ (fig. 5.19).


155

Fig.7.12. Verificarea probabilistă [105]

În această situaţie condiţia simbolică de siguranţă , incluzând şi cazul limită devine

(7.26)

În acest caz construcţia va fi exploatată cu o siguranţă considerată satisfăcătoare, fără însă ca

aceasta să fie o siguranţă absolută. Faţă de probabilitatea de referinţă p adoptată prin prescripţii, se poate

calcula probabilitatea de supravieţuire a construcţiei (SAFE-LIFE) sau riscul de distrugere controlată

(FAIL-SAFE).

Problema fundamentală a acestei concepţii de calcul, constă în stabilirea probabilităţii de referinţă

p şi determinarea pe curbele densităţii de repartiţie a solicitărilor şi a rezistenţelor limită.

7.2. Noţiunea de calitate


Construirea într-un timp şi la un cost cât mai redus a unei construcţii de bună calitate, a fost şi va

rămâne un deziderat al oricărui constructor şi beneficiar.

Cerinţele pieţii, solicită în permanenţă depistarea celor mai efeiciente metode de analiză a tuturor

posibilităţilor de care se dispune, pentru a. se soluţiona diferitele probleme legate de realizarea unor

calităţi şi fiabilităţi ridicate atât la materialele de construcţie cât şi la construcţiile executate.

Abordarea aspectelor legate de asigurarea calităţii şi fiabilităţii la o construcţie, solicită informaţii

din diferite domenii pluridisciplinare, cum ar fi: statistica matematică, teoria sistemelor, teoria

probabilităţilor, fizica aplicată, tehnologia materialelor, tehnologii de fabricaţie etc. [47].

7.2.2. Conceptul de calitate

Calitatea reprezintă ansamblul de proprietăţi şi caracteristici ale unei entităţi care îi conferă

acesteia aptitudinea de a satisface necesităţi exprimate şi implicite [60].

Proprietăţile şi caracteristicile se referă în principal la:

- contracte, comenzi, solicitări între beneficiar (utilizator, consumator) şi producător (executant);

- standarde şi norme acceptate atât de furnizor cât şi de client.

Sistemul calităţii, definit de Organizaţia Internaţională de Standardizare (ISO) în seria de

standarde 9000, s-a dezvoltat ca răspuns la provocările globalizării crescânde a pieţei şi a fost unanim

acceptat la nivelul Uniunii Europene. Pentru ţările din afara UE, certificarea sistemului calităţii este


156

înţeleasă ca un paşaport pentru intrarea pe piaţa Uniunii. Chiar şi companii mari din Japonia şi S.U.A.

care au programe pentru controlul calităţii bine concepute, sunt în căutare de certificări conforme cu

standardele ISO 9000, pentru a obţine credibilitate la nivel internaţional. În ţara noastră, SR ISO 8402 din

1995, ediţia a 2-a, defineşte termenii fundamentali referitori la conceptele calităţii, aşa cum aceştia se

aplică în toate domeniile, pentru elaborarea şi utilizarea standardelor referitoare la calitate, precum şi

pentru o înţelegere reciprocă în comunicaţiile internaţionale [47].

7.2.3. Componentele calităţii

Calitatea este formată din patru componente principale [60]:

a) caracteristicile produselor;

b) preţul produselor;

c) termenele de livrare;

d) serviciile oferite.

O importanţă deosebită revine condiţionării între valorile caracteristicilor şi preţ, ceea ce de regulă

este exprimat prin raportul calitate-preţ.

a) Ca sferă de interes, ansamblul caracteristicilor polarizează nuanţat optica beneficiarului

(caracteristici constructive, funcţionale, ergonornice), a producătorului (caracteristici tehnologice),

societăţii (caracteristici ecologice) şi comun tuturor dar strict specifice, sunt aspectele caracteristicilor

economice;

b) Preţul produsului - reprezintă o categorie economică distinctă şi, cu toate că este inclus în

cadrul caracteristicilor economice, s-a menţionat separat, deoarece are o contribuţie comparabilă cu cea a

ansamblului caracteristicilor;

c) Termenele de livrare - într-o economie de piaţă respectarea termenelor este o condiţie "sine qua

non" a asigurării calităţii. Un produs sau un serviciu - chiar foarte bun, nelivrat la timp, atunci când e

necesar, poate să aducă prejudicii grave beneficiarului (clientului);

d) Serviciile oferite - serviciile sunt, spre exemplu, în spaţiul activităţilor comerciale: facilităţi

oferite, garanţii acordate, livrarea pieselor de schimb, activităţi de service/acţiunile de întreţinere privind

formarea personalului de exploatare.

7.2.4. Standardele calităţii. Acceptare şi aria de răspândire

Sistemele de management al calităţii sau "sistemele de asigurare a calităţii" sunt sisteme specifice

unor organizaţii. Acestea nu sunt unitare şi din acest motiv pot fi standardizate doar recomandări şi

directive generale pentru sistemul de management al calităţii [60].

Dezvoltarea reglementărilor MC a pornit din SUA în anii '50, şi a fost impulsionată de condiţiile

stricte de calitate impuse de industria militară şi după aceea de condiţiile stricte de securitate ale uzinelor

nucleare. După 1963, odată cu norma MIL Q 9858, aceste reglementări s-au răspândit în toate ţările

occidentale şi s-au perfecţionat pe parcurs, ajungând în cele din urmă la seria de standarde internaţionale

ISO 9000. Datorită piedicilor în desfăşurarea comerţului ca urmare a reglementărilor specifice unei

branşe sau la nivel naţional, s-a impus necesitatea discutării unui standard unitar pe plan mondial şi care

să depăşească specificul unei branşe. Această sarcină de redactare a unei reglementări privind asigurarea

calităţii, luând în considerare toate reglementările cunoscute în acea vreme, a revenit Comitetului ISO TC

176. După apariţia lor în anul 1987, aceste standarde au fost preluate de cele mai multe ţări membre ISO.

Deoarece organizaţiile europene care se ocupă de standardizare (CEN şi CENELEC), au ridicat

seria de standarde ISO la rang de standarde europene sub denumirea EN, ele au devenit obligatorii pentru

ţările membre ale UE şi sunt recomandate cu insistentă ţărilor EFTA [47].

În România aceste standarde au fost adoptate sub titulatura SR EN ISO.

Colecţia de standarde ISO 9000 este editată în 58 de ţări, ca standard naţional în limba ţării

respective şi este cel mai răspândit standard al Organizaţiei Internaţionale pentru Standardizare - ISO. În


157

32 de ţări s-a introdus certificarea sistemelor de management al calităţii conform ISO 9001, 9002 sau

9003 iar pe mapamond există peste 20.000 de certificate.

Uniunea Europeană a preluat colecţia de standarde sub denumirea de EN ISO 9000.

Standardele tehnice respectiv reglementările, nu au caracter de lege şi trebuie înţelese drept

recomandări. Cine se abate de la acestea, poartă în mod special răspunderea [47].

7.3. Noţiunea de fiabilitate

7.3.1. Definiţie. Conceptul şi categorii de fiabilitate

Definită la început "siguranţa în funcţionare", noţiunea de fiabilitate a apărut în jurul anului 1960,

fiind desprinsă din conceptul de calitate şi reprezentând la acea dată capacitatea produsului de a-şi

menţine calitatea specificată pe toată durata de utilizare.

Fiabilitatea unui sistem presupune o probabilitate de funcţionare în timp iar noţiunea de calitate se

referă la o stare de moment şi nu la comportarea viitoare a sistemului. Din păcate, există încă o oarecare

confuzie asupra relaţiei între termenii fiabilitatea şi siguranţa în funcţionare a unui sistem, care de multe

ori sunt consideraţi echivalenţi, trecându-se astfel cu vederea că fiabilitatea reprezintă o caracteristică care

condiţionează siguranţa în funcţionare a unui sistem [47].

De fapt, fiabilitatea unui sistem este legată de pura sa capacitate de bună funcţionare, în timp ce

siguranţa în funcţionare, se referă la întreaga sferă din jurul sistemului: microclimat, personal care

deserveşte sistemul, alte sisteme aflate în legătură cu acesta etc. Este în general o idee acceptată, că prin

creşterea fiabilităţii unui sistem, creşte şi siguranţa sa în funcţionare [72].

Fiabilitatea reprezintă una din componentele de bază ale calităţii unui produs [80].

Teoria fiabilităţii este o ştiinţă interdisciplinară, care se referă la etapele de existenţă a produselor

cum ar fi proiectarea, fabricarea, transportul, montarea, exploatarea, reabilitarea, demolarea etc. Între

calitate şi fiabilitate există o strânsă legătură deoarece "aptitudinea de folosire” din definiţia calităţii,

include capacitatea de folosire în timp a unui produs.

Nivelul actual de dezvoltare, impune noilor produse să li se asigure şi o fiabilitate ridicată. În

ultimul timp, beneficiarii înscriu în clauzele contractuale condiţii referitoare la fiabilitate. Ca urmare, au

apărut programe de calcul prin care fiabilitatea a trebuit să fie prognozată, măsurată sau asigurată [120].

Conceptul de fiabilitate este definit sub două aspecte: cantitativ şi calitativ [50].

a) Privită sub aspect cantitativ, fiabilitatea este probabilitatea ca un sistem să-şi îndeplinească

funcţia fundamentală, în condiţii date, pe o perioadă de timp precizată;

b) Sub aspect calitativ, fiabilitatea reprezintă ansamblul caracteristicilor calitative ale unui

sistem, care determină aptitudinea acestuia de a-şi îndeplini funcţia specifică, în condiţii prescrise, de-a

lungul unei perioade de timp precizate.

Datorită caracteristicilor sale calitative, printre care se numără şi fiabilitatea, sistemul este

purtătorul material al unui serviciu pe care îl îndeplineşte. Se poate spune că fiabilitatea reprezintă şi

"calitate în timp".

În figura 7.13 este prezentată, modalitatea de variaţie a fiabilităţii, pornind de la necesitatea

socială şi terminând cu faza de exploatare [47].

În funcţie de etapa de realizare a fiabilităţii, rezultă următoarele categorii de fiabilitate:

1. Fiabilitatea proiectată, care poate fi determinată în perioada fazei de concepere şi

proiectare a sistemului. În această fază, se execută verificarea fiabilităţii, pe baza unui model matematic,

în conformitate cu specificaţia tehnică şi se stabileşte mentenanţa sistemului, în condiţiile de exploatare

prescrise;

2. Fiabilitatea experimentală se determină în laboratoare, pe standuri şi instalaţii care

realizează condiţiile reale de exploatare ale sistemului;

3. Fiabilitatea operaţională se determină pe baza rezultatelor obţinute de la beneficiari, în

condiţii de exploatare a unui mare număr de sisteme.


158

Fig. 7.13. Deprecierea fiabilităţii între necesităţile sociale şi momentul exploatării [47]

7.3.2. Obiectele teoriei fiabilităţii

Privite la modul general, "obiectele de studiu" ale fiabilităţii poartă denumirea de sistem şi

element [18].

Sistemul reprezintă un ansamblu - integrat sau nu - de elemente între care există relaţii

deterministe, precum şi totalitatea acestor relaţii (ex. construcţia).

Elementul - este o parte a sistemului, capabilă să îndeplinească o anumită funcţiune în cadrul

acestuia (ex. elementul de construcţie).

Din punct de vedere al fiabilităţii, elementul este o componentă a sistemului, ce poate fi

caracterizată prin proprii indicatori de fiabilitate.

7.3.3. Fiabilitatea fizică

7.3.3.1. Mecanismul general al defectărilor

Termenul de fiabilitate este strâns legat de următorii doi termeni şi anume: neconformitate şi

defect [47], [137].

Potrivit SR ISO 3534-2-1996, neconformitatea reprezintă nesatisfacerea unei condiţii specifice şi

poate reprezenta o abatere a unei caracteristici de calitate de la nivelul dorit sau o stare care apare cu

severitate suficientă astfel încât produsul sau serviciul asociat, să nu îndeplinească cerinţa unei

specificaţii. Acelaşi standard defineşte defectul ca nesatisfacerea unei condiţii de utilizare prevăzute.

Acesta se consideră o abatere a unei caracteristici de calitate de la nivelul dorit (impus) din motive

normale sau raţional previzibile. Din cele prezentate mai sus, rezultă că noţiunea de neconformitate se

foloseşte de către producător la controlul calităţii sau la recepţia produselor, iar cea de defect, în procesul

de exploatare al produsului [47].

Încetarea capacităţii unui produs de a-şi îndeplini sarcinile impuse sau întreruperea funcţionării

lui în perioada de exploatare, se numeşte defectare sau cădere.

Utilizare Fabricaţie Creaţie Marketing

Nivel obţinut cu

întreţinere

preventivă

necorespunzătoare

Nivel de fiabilitate în

exploatare obţinut cu

revizii periodice

Depreciere

datorită

uzurii

Depreciere în

exploatare datorită

uzurii cauzate de

întreţinere

necorespunzătoare

Nivel de fiabilitate

acceptat(realizat)

Nivel de fiabilitate potenţial

(al concepţiei)

Nivel de fiabilitate relevat

de cercetarea pieţii

Nivel ideal al fiabilităţii

B

C

D

E

G

H

F

N

A

Nivel de

fiabilitate

Exploatarea sistemului


159

Se poate afirma că defectele reprezintă cauza defectărilor. Aflarea cauzelor apariţiei defectelor,

rezultă în urma efectuării unei analize calitative a procesului de degradare la nivel microstructural al

materialelor din care sunt executate elementele componente ale produselor.

Cercetările efectuate în domeniul rezistenţei materialelor, au postulat că " un punct de defect

apare într-un obiect perfect, atunci când energia înmagazinată după o anumită lege, depăşeşte o valoare

critică ".

În cazul unui schimb energetic cu mediul înconjurător, cantitatea de energie absorbită de material

se înmagazinează în structură. Pentru toate materialele şi implicit elementele care au înglobate aceste

materiale, există o valoare critică a aceastui mecanism de înmagazinare a energiei, faţa de care energia în

exces determină modificări asupra legăturilor din interiorul structurii. Această valoare critică se numeşte

limită de rupere. Materialele prezintă imperfecţiuni structurale, ce contribuie la creearea unor zone de

material cu legături slabe. La nivel global, legăturile din interiorul materialelor, se aseamănă cu un şir de

verigi ale unui lanţ, iar existenţa imperfecţiunilor reprezintă veriga slabă a acestui lanţ [47].

În cazul unui schimb energetic cu exteriorul, energia absorbită de material poate cauza ruperea

legăturilor slabe şi distrugerea zonei structurale respective. Rezultă că rezistenţa critică a unui sistem, este

dată de elementul lui cea mai slab.

Evoluţia în timp a unui defect este foarte importantă. De exemplu, în situaţia unei structuri în care

un număr de elemente au cedat, încărcările pe elementele constructive rămase, cresc odată cu căderea

fiecărui element slab. Viteza de creştere a încărcărilor, este strâns legată de înmulţirea cedării

elementelor. Rezultă că timpul în care cedează un nou element se scurtează, accelerând procesul de

defectare globală. În situaţia în care structura conţine imperfecţiuni mari (ex. fisuri, crăpături, incluziuni),

repartiţia energiei înmagazinate se schimbă esenţial şi apare fenomenul de concentrare energetică [47].

7.3.3.2. Interacţiunea sarcină – rezistenţă

Fig. 7.14. Legătura dintre rezistenţă şi sarcină [47]

0

1

Timpul

Durabilitate

Fiabilitatea

Sarcină constantă

Rezistenţă

Log.

Rezistenţei

Log.

Sarcinii

0


160

Condiţia de asigurare a unei anumite fiabilităţi pentru un material, este ca rezistenţa structurii

acestuia să depăşească sarcina aplicată pe o anumită perioadă de timp. Când rezistenţa scade, aceasta

poate să ajungă la valoarea sarcinii sau la valori mai mici decât aceasta, rezultând defectarea sistemului

(fig. 7.14) [47].

Când asupra sistemului, influenţează şi alţi factori, graficul din fig. 7.14 se modifică, în sensul că

se reduce timpul de folosinţă al sistemului.

Procesul de defectare este de regulă mult mai complex, deoarece în multe situaţii, sarcina aplicată

nu este constantă ca în fig. 7.14, ci variabilă.

7.3.3.3. Tipuri de defecţiuni

Defecţiunea reprezintă rezultatul unui proces de defectare, care împiedică funcţionarea unui

sistem. Defectările sistemelor, se clasifică după mai multe criterii (tab. 7.1).

Tabelul 7.1. Clasificarea defecţiunilor [47]

Nr. crt. Criteriul Tipul defecţiunii

1 Natura defecţiunii - Funcţionale şi structurale

- De aspect

- De asamblare

2 Mod de depistare - Vizibilă

- Ascunsă

3 Cauza apariţiei - Generate de concepţia constructivă

- Generate de concepţia tehnologică

- Generate de regimul de exploatare

4 Importanţă - Critice

- Majore

- Minore

5 Durata defectării - Temporară

- Intermitentă

- Definitivă

6 Posibilitatea eliminării - Eliminabilă

- Neeliminabilă

7 Nivelul defectării - Totală

- Parţială

8 Viteza de apariţie - Bruscă

- Progresivă

9 Frecvenţa apariţiei - Unică

- Sistematică

10 Legătura dintre defecţiuni - Dependente

- Independente

Pentru a preveni defecţiunile, este foarte importantă cunoaşterea cauzelor apariţiei acestora.

Defecţiunile cauzate de concepţia constructivă au greşeli de proiectare iar cele generate de

concepţia tehnologică şi de execuţie, au la bază greşeli de concepere şi de proiectare a tehnologiilor de

fabricare.

În faza de execuţie, defecţiunile sunt generate de [47]:

- natura materialului;

- maşina sau utilajul tehnologic;

- operatorul uman;


161

- metoda de control.

Defecţiunile generate de regimul de exploatare, au loc datorită greşelilor comise în folosirea

incorectă a datelor privind modul de exploatare, neatenţiei şi necunoaşterii. La sistemele mecanice,

defecţiunile apar în general datorită fenomenului de uzură şi întreţineri necorespunzătoare şi au un

caracter gradual [47].

7.3.4. Fiabilitatea statistică. Indicatori de fiabilitate

În sens cantitativ, fiabilitatea reprezintă probabilitatea ca sistemul să-şi îndeplinească funcţia

fundamentală, pe o perioadă de timp prestabilită, în anumite condiţii date [114].

Conform acestei definiţii, probabilitatea de bună funcţionare p(t) poate fi exprimată prin relaţia:

p(t) = P(t > ) (7.27)

în care t este variabila aleatoare timp iar este limita specificată a duratei de bună funcţionare sau a

numărului de cicluri de funcţionare.

Ţinându-se seama de regulile probabilităţilor, se pot deduce următoarele:

- dacă t = 0, p(0) = 1;

- dacă , p(t) 0.

Din punct de vedere probabilistic, momentul apariţiei unei defecţiuni nu poate fi stabilit cu

certitudine, ci numai sub forma unei probabilităţi, căreia i se poate ataşa un interval de încredere.

Conceptul de fiabilitate al sistemelor are atât caracter probabilistic, cât şi statistic. Caracterul

statistic, indică faptul că determinarea caracteristicii de fiabilitate se face numai pe baza datelor despre

defecţiunile constatate în perioada exploatării sistemelor [135].

Mărimile care exprimă cantitativ fiabilitatea produselor sunt indicatorii de fiabilitate.

Aceştia sunt [86], [136]:

- probabilitatea de bună funcţionare (funcţia de fiabilitate);

- probabilitatea de defectare (funcţia de defiabilitate);

- densitatea de probabilitate a defectărilor (densitatea avariilor);

- intensitatea defectărilor (funcţia de risc);

- timpul mediu de bună fucţionare (durabilitatea).

7.4. Scheme de fiabilitate a sistemelor

Sistemele sunt constituite din elemente între care există relaţii de ordin funcţional.

Abordarea problematicii fiabilităţii sistemelor, implică următoarele [114]:

- cunoaşterea parametrilor funcţionali ai sistemelor şi elementelor componente;

- asocierea pentru fiecare element component al unui sistem a stărilor de funcţionare şi de defectare;

- pentru construirea schemei logice de fiabilitate a sistemelor, se indică legăturile dintre elementele

componente.

Un sistem poate fi privit sub două aspecte [18]:

- funcţional, prin schema bloc funcţională;

- logic, prin schema logică de fiabilitate.

Schema bloc funcţională a unui sistem, indică modul de dispunere a elementelor componente,

funcţiile lor tehnologice şi condiţiile tehnice de funcţionare a sistemului.

Schema logică de fiabilitate, oferă indicaţii referitoare la legătura care există între fiabilitatea

fiecărui element şi fiabilitatea întregului sistem.


162

În funcţie de complexitatea sistemului, schema logică de fiabilitate, poate să fie asemănătoare cu

schema bloc funcţională.

În orice moment, un sistem se poate afla într-una din stările de funcţionare sau de defect.

Deoarece un sistem se compune din n elemente, notate de la 1...n, rezultă că orice element component se

poate afla la un moment dat în stare de funcţiune sau de defect. Starea întregului sistem, depinde numai

de starea elementelor componente [47].

Elaborarea schemei logice de fiabilitate (schemei de conexiuni) [21].

Se parcurg următoarele etape:

- se reprezintă căile de transmitere a informaţiei prin linii unidirecţionale;

- elementele conectate în serie au o singură cale de transmitere a informaţiei;

- elementele conectate în paralel au ” i+1” căi de transmitere a informaţiei;

- modulul reprezintă un element sau un grup de elemente ce funcţionează corect dacă semnalul trece de la

intrare până la ieşirea lor;

- liniile şi modulele se conectează obţinându-se o schemă logică de fiabilitate a sistemului.

Pentru efecuarea analizei fiabilităţii sistemelor se utilizează [18]:

a) metoda statică;

b) metoda dinamică.

a) Dacă sistemul trebuie să lucreze fără să se defecteze într-un anumit interval de timp şi în

condiţii de exploatare date, se utilizează metoda statică cu aplicarea principiilor de bază ale teoriei

probabilităţilor;

b) Dacă condiţiile de exploatare ale sistemului nu sunt date, se utilizează metoda dinamică şi

elementele de bază ale proceselor aleatoare.

În funcţie de specificul şi particularităţile fiecărui sistem, calculul fiabilităţii se face în general în

trei etape [18]:

a) proiectare;

b) fabricaţie;

c) exploatare.

Calculul fiabilităţii este foarte important în prima fază, când proiectantul trebuie să rezolve două

probleme [86]:

1) proiectarea unui sistem cu caracteristici date şi capabil să realizeze anumite funcţiuni în

conformitate cu condiţiile tehnice impuse;

2) proiectarea unui sistem fiabil în exploatare.

Sistemele sunt constituite din unităţi funcţionale şi din unităţi constructive iar respectivele valori

numerice ale parametrilor de fiabilitate se determină relativ uşor. Descompunerea aceasta nu este unică.

Ea depinde de modul de analiză a fiabilităţii sistemului, de informaţiile privitoare la componente şi

despre parametrii lor de fiabilitate, etc.

Variaţia parametrilor de fiabilitate ai sistemului sunt funcţii aleatoare.

7.5. Durabilitatea structurală

Durabilitatea indică limita până la care valorile caracteristicilor sunt menţinute pe durata de

viaţă, ţinând cont de procesul natural de modificare al caracteristicilor, excluzând efectul acţiunilor

exterioare agresive [113].

Durabilitatea este o exigenţă fundamentală în Directiva CEE. Având în vedere că exigenţele

esenţiale sunt funcţii de timp şi trebuie îndeplinite în orice moment al duratei de viaţă a construcţiilor,

rezultă că durabilitatea este un deziderat fundamental.

În Eurocod nr. 2 - capitolul 4.1 - Proiectarea structurilor din beton, se defineşte durabilitatea unei

structuri în timpul duratei de serviciu ca fiind cerinţa: „ca aceasta să-şi îndeplinească funcţionalitatea, cu

asigurarea rezistenţei şi stabilităţii, fără pierderi semnificative ale funcţionalităţii, în cazul unei

mentenanţe uzuale".


163

Studierea durabilităţii structurale, necesită cunoştinţe multidisciplinare. S-a ajuns să se utilizeze

tehnici sau metode de experimentare din ce în ce mai performante şi complexe atât pentru cercetările de

laborator cât şi pentru investigarea unor construcţii existente. În urma acestor investigaţii, s-a stabilit că

este necesară conformarea structurii din punct de vedere al durabilităţii [34].

Pe baza durabilităţii se determină costul lucrărilor de întreţinere sau mentenanţă. În acest sens, este

necesar să fie impuse cerinţe de calitate pentru executant şi condiţii de exploatare şi întreţinere pentru

utilizator [118].

Ca măsură a durabilităţii structurale se poate adopta noţiunea de „fiabilitate structurală".

7.6. Conceptul de fiabilitate structurală


Fiabilitatea structurală reprezintă probabilitatea, ca o lucrare de construcţii să-şi îndeplinească,

în mod adecvat, misiunea pentru care a fost realizată, cel puţin un timp dat [103].

Conceptul de fiabilitate structurală a apărut în anii “90. Prin această metodă s-a căutat să se

găsească o legătură între secţiunile unei construcţii. Această legătură s-a găsit pe baza unor scheme

fiabiliste [103].

Istoria schemelor fiabiliste a parcurs mai multe etape [103]:

- conceptul de cedare la limită;

- conceptul de lanţuri de articulaţii plastice;

- concepte bazate pe ductilitate.

Siguranţa şi fiabilitatea structurilor, sunt reglementate de următoarele coduri şi standarde:

Eurocod 1, Eurocod 6, Eurocod 8, respectiv ISO 2394:1998 – Principii generale privind fiabilitatea

pentru structuri, ISO 13822:2001 - Baze pentru proiectarea structurilor - Evaluarea structurilor

existente, a doua ediţie ISO 13822:2010 - Baze pentru proiectarea structurilor; Evaluarea structurilor de

patrimoniu, precum şi alte normative utilizate la nivel naţional.

Conceptul comun al codurilor, constă într-o verificare a integrităţii structurale în ceea ce priveşte

starea limită de serviciu (daune locale, vibraţii excesive şi deformări) şi starea limită ultimă înaintea

colapsului (pierderea echilibrului, instabilitatea sau schimbări bruşte de sistem structural).

Conceptul comun al standardelor, recomandă determinarea probabilităţii de eşec.

Sunt diferite metode de calcul sau de aproximare a probabilităţii de eşec.

Standardul ISO 13822 recomandă asocierea indicelui de fiabilitate β pentru fiecare dintre aceste

condiţii în parte. Valorile indicelui β sunt cuprinse în intervalele: 0 ÷ 2,3 pentru starea de serviciu, 2,3 ÷

3,5 pentru starea de uzură (oboseală) şi 3,5 ÷ 4,3 pentru starea limită ultimă.

Prin urmare, poate fi selectată o valoare sigură a indicelui cuprinsă între β = 3.5 ÷ 4.3, atunci când

este efectuată o verificare completă la colaps a unei structuri [103].

Standardul ISO 2394:1998 recomandă metoda FORM de calcul a probabilităţii de eşec, din cauza

simplităţii sale în aplicare şi preciziei satisfăcătoare.

Această metodă de calcul propusă de ISO 2394:1998 şi preluată ulterior de ISO 13822:2001 şi

ISO 13822:2010, poate fi utilizată pentru evaluarea riscului seismic al clădirilor existente în vederea

consolidării sau demolării, fie pentru proiectarea seismică a clădirilor noi.

7.6.2. Concepţia actuală de fiabilitate structurală

Construcţiile sunt concepute să reziste la acţiuni de diferite intensităţi pe durata lor de existenţă.

Pentru a se asigura faptul că aceste structuri rămân fiabile o dată cu trecerea timpului, ISO a

publicat un standard pentru evaluarea siguranţei şi stării de funcţionare a structurilor existente.

Standardul ISO 13822:2001, Baze pentru proiectarea structurilor – Evaluarea structurilor existente, a

fost dezvoltat ca un ghid practic pentru inginerii de structură şi clienţii lor.

În cea a doua ediţie, ISO 13822:2010, detaliază pentru prima dată, caracteristicile şi orientările

specifice privind evaluarea structurilor de patrimoniu.


164

Prof. Hirozo Mihashi, liderul proiectului de standard, explica: “Suntem foarte încântaţi că

începând de acum standardul include şi recomandările specifice pentru structurile de patrimoniu, care

reprezintă comoara culturală şi intelectuală a lumii. Este important ca aceste clădiri să poată fi menţinute

în bune condiţiuni, pentru a se bucura de ele în siguranţă şi generaţiile viitoare.”

Cu o populaţie mondială în creştere, este din ce în ce mai importantă activitatea de extindere a

duratei de viaţă a structurilor existente. Însă evaluarea siguranţei construcţiilor, necesită abilităţi foarte

diferite de cele necesare dezvoltării unor noi structuri, incluzând cunoştinte dincolo de sfera de aplicare a

codurilor de proiectare.

ISO 13822 oferă inginerilor un instrument util, necesar pentru a evalua cu încredere siguranţa şi

funcţionabilitatea clădirilor, astfel încât, după posibilităţi, structura patrimonială să poată fi conservată,

fără costuri inutile.

Limitarea costurilor şi modificărilor este foarte importantă ţinând cont pe de o parte de faptul că

inginerii sunt supuşi unei presiuni puternice, lucrând pe baza unor bugete limitate iar pe de altă parte

nivelul de intervenţie la structura iniţială trebuie să fie minim, reducându-se astfel impactul asupra

mediului. În acest mod ISO 13822 are o contribuţie importantă la dezvoltarea durabilă [H].

Cerinţele şi procedurile ISO 13822 se bazează pe principiile de fiabilitate structurală. Standardul

se poate aplica la orice tip de structură existentă.

Standardul ISO 13822 este util pentru:

• Anticiparea modificărilor sau extinderea duratei de viaţă a unei structuri;

• Efectuarea controalelor de fiabilitate (de exemplu, pentru cutremure sau creşterea

intensităţii traficului) prevăzute de către autorităţi, societăţi de asigurare, proprietari etc.;

• Evaluarea deteriorării structurale datorită acţiunilor factorilor dependenţi de timp (de

exemplu coroziune, îmbătrânirea structurii);

• Verificarea daunelor structurale cauzate de acţiuni accidentale (de exemplu explozii,

incendii etc.)

ISO 13822, Baze pentru proiectarea structurilor – Evaluarea structurilor existente, a fost elaborat

de către comitetul tehnic ISO, ISO / TC 98, Baze pentru proiectarea structurilor, subcomitetul SC 2,

Fiabilitatea structurilor şi este disponibil în cadrul institutelor naţionale membre ISO.

După cum am precizat şi în paragraful anterior, standardul ISO 13822/2001 recomandă pentru

calculul nivelurilor de siguranţă ale construcţiilor, introducerea în calcul a indicelui de fiabilitate β.

Primul indice de fiabilitate propus, este atribuit lui Rjanitzyne în anul 1950, în Uniunea Sovietică.

Ideea a fost preluată şi popularizată de Cornell. Forma cea mai completă este acreditată de

Hasofer şi Lind din Elveţia care au dat indicelui β o definiţie precisă [51].

Indicele de fiabilitate β, reprezintă raportul între valoarea medie şi abaterea medie pătratică a

marginii de siguranţă variabile [51]

(7.28)

unde

β - indicele de fiabilitate;

- valoarea medie a marginii de siguranţă;

- abaterea standard.

Indicele indică numărul de deviaţii standard între punctul de medie şi limita de stare m = 0.

Indicele de fiabilitate este un număr adimensional şi de obicei valorile sale sunt de câteva

unităţi.

În funcţie de valorile pe care le poate lua β, construcţiile pot fi încadrate în următoarele domenii

de siguranţă [H]:


165

β < 1,5 construcţiile sunt nesigure;

construcţiile au un nivel de siguranţă medie;

construcţiile au siguranţă mare;

β > 4,0 construcţiile sunt extrem de sigure.

Valoarea medie a marginii de siguranţă este definită prin relaţia

μ = R – S (7.29)

unde R şi S sunt rezistenţe respectiv solicitări. Valoarea medie sau speranţa matematică este media

probabilă a valorilor pe care le pot lua atât rezistenţele cât şi acţiunile în anumite stări de încărcare care

trebuie să nu fie neapărat stările limită – pur şi simplu valorile probabile dintr-o anumită secţiune.

Fiabilitatea structurală este

(7.30)

iar fiabilitatea temporală se exprimă prin funcţia

(7.31)

unde

(7.32)

reprezintă factorul de risc şi

ţ (7.33)

reprezintă parametrul în timp ce indică durabilitatea (MTBF) şi care are un rol important în stabilirea

ciclurilor de mentenanţă [103].

Fiabilitatea structurală înlocuieşte conceptul de situaţie defavorabilă cu suma siguranţelor

minime. Astfel se modifică un concept simplist de calcul al siguranţei construcţiilor în secţiunile cele mai

slabe fără să se ţină seama de legăturile între ele, cu un concept care permite combinarea secţiunilor.

Acest concept de calcul imprimă siguranţei construcţiilor un caracter holistic (global). Fiabilitatea

structurală nu are un caractr absolut.

Fiabilitatea structurală reprezintă probabilitatea ca pe durata de exploatare a construcţiilor,

răspunsul aşteptat al acestora pentru toate grupările de încărcări să rămână mai mic decât capacitatea

respectivă [82].

Pe plan mondial, în unele ţări (ex. SUA) se urmăreşte prin calcule să se ajungă la starea limită

ultimă înainte de colaps, având la bază conceptul de ductilitate caracterizat de deformaţiile plastice care

nu sunt măsurabile.

În Japonia de exemplu, calculul construcţiilor este global şi este bazat pe scheme fiabiliste.

Schemele fiabiliste depind de strategia de calcul. Pot fi strategii mai simple şi mai complexe. O evaluare

în general a unei construcţii implică o strategie mai simplistă [103].

Siguranţa construcţiilor – care costă - este departe de a fi un concept realizat. S-a reuşit controlul

siguranţei construcţiilor prin folosirea materialelor şi sistemelor inteligente (SMART MATERIAL AND


166

SYSTEMS). Materialul inteligent este materialul a cărui siguranţă este controlabilă în orice ipoteză şi

orice punct. În acest sens, noile construcţii sunt concepute şi construite pentru a fi supuse la cât mai

puţine solicitări [103].

7.6.3. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β

Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β este următoarea (fig. 7.15) [103]:

Fig. 7.15. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β [103]

Indicele de fiabilitate β reprezintă din punct de vedere geometric, distanţa cea mai scurtă de la

centru la funcţia stării limită

(7.34)

Observaţii:

- este definit fiabilistic şi este o distanţă probabilă; - β este concept convenţional;

- Caracterul convenţional rezultă din faptul că suntem dispuşi să plătim un anumit cost

pentru siguranţă.

7.6.4. Evaluarea fiabilităţii structurale

Evaluarea fiabilităţii structurale se face conform standardului ISO 13822, ţinând cont de

ierarhizarea următorilor termeni (fig. 7.16):

y

x

C

Siguranţă (A< R)

Nesiguranţă (A > R)

Funcţia stării limită

M


167

Fig. 7.16. Schemă de ierarhizare a termenilor conform standardului ISO 13822/2001

Conform aceluiaşi standard, diagrama generală de evaluare a structurilor existente este

următoarea (fig. 7.17):

Evaluare

Intervenţii

Investigaţie

Analiză

structurală

Construcţie

Operaţie

Încărcarea documentului

Inspecţie

Testare

Întreţinere

Reabilitare

Demolare

Reparare

Upgradare

Întreţinere

Monitorizare

Schimbarea destinaţiei

Verificare


168

Fig. 7.17. Schema logică generală a evaluării fiabiliste a structurilor existente [H]

Cereri/ Nevoi

Caietul de sarcini al obiectivelor de evaluat

Scenarii

Evaluare preliminară

- Studiu de documente şi alte elemente de probă; - Inspecţie preliminară;

- Verificări preliminare;

- Deciziile privind acţiunile imediate; - Recomandari pentru evaluări detaliate.

Evaluări detaliate

- Documentare detaliată şi revizuire;

- Inspecţie detaliată şi testarea materialelor;

- Determinări de acţiuni; - Determinări de proprietăţi ale structurii;

- Analiza structurală;

- Verificări.

Continuă inspecţiile?

Rezultatele evaluării de raportare

Sentinţe şi decizii

Fiabilitate suficientă?

Construcţii

Reabilitare Reparare, Upgradare

Demolare

Operaţii

-Monitorizare -Schimbarea destinaţiei

Operaţii

-Monitorizare -Schimbarea

destinaţiei

Intervenţii

DA

NU

DA

NU

NU

DA

DA


169

7.6.5. Metode de calcul a fiabilităţii structurale

1. Evenimentele de eşec şi variabile de bază aleatorii

În analiza fiabilităţii sistemelor şi elementelor componente, principala problemă este să se

evalueze probabilitatea de eşec corespunzătoare unei anumite perioade specifice de referinţă. Totuşi şi

alte stări de neeşec ale elementelor sau ale sistemului considerat sunt de interes, cum ar fi: avarierea

excesivă, indisponibilitatea etc.

În general orice stare care poate fi asociată cu consecinţe în termeni de costuri, pierderi de vieţi

omeneşti sau impact asupra mediului, este de interes.

În cele ce urmează nu se va face diferenţa între aceste tipuri diferite de stări şi pentru simplitate

toate aceste stări vor fi socotite ca fiind evenimente de eşec. Evenimentele de eşec sunt convenabil să fie

descrise în termeni de relaţii funcţionale care sunt definite complet dacă evenimentul are loc. Un

eveniment de eşec poate fi descris ca o relaţie funcţională a limitei de stare funcţională a funcţiei stării

limită g(x,) în următorul mod [24]:

(7.35)

unde componentele vectorului x sunt realizările aşa numitei variabile de bază aleatorii x care reprezintă

toate influenţele nesigure relevante pentru probabilitatea de eşec. În ecuaţia de mai sus evenimentul de

eşec F este simplu definit ca fiind soluţiile funcţiei g(x) ce pot lua valori negative sau zero.

Având definit evenimentul de eşec, probabilitatea eşecului poate fi determinată cu următoarea

integrală

(7.36)

unde este funcţia densităţii probabilităţii de atingere a variabilelor x.

Această integrală se rezolvă netrivial şi aproximările numerice sunt expeditive. Cele mai folosite

metode pentru obţinerea soluţiilor acestei integrale sunt:

- tehnicile de integrare numerică;

- simularea Monte Carlo;

- extensiile asimptotei Laplace;

- metodele FORM/SORM.

Tehnicile de integrare numerice au devenit foarte rapid eficiente pentru evaluarea mărimii

vectorului x şi sunt în general irelevante. Una dindre metodele de largă aplicaţie şi eficientă pentru

calculul probabilităţii de eşec al unui element/sistem structural este metoda de tip FORM, care este

consecventă cu soluţiile obţinute de către extinderea integralei asimptotice Laplace [29].

2. Metoda FORM de calcul a fiabilităţii structurale

Metoda FORM reprezintă una din cele mai importante metode de evaluare a fiabilităţii în teoria

fiabilităţii structurale. Metoda este larg folosită în problemele practice de inginerie şi s-au dezvoltat

diferite programe de calcul pentru analiza FORM.

Metoda FORM include următoarele etape [G]:

1. Se stabilesc sarcinile care acţionează asupra structurii şi stările limită ultime asociate

acestora. Se scrie starea limită ultimă sub forma unei ecuaţii care implică rezistenţele R şi sarcinile S şi se

explicitează prin detaliere toate variabilele şi toţi parametrii Xn utilizaţi la determinarea R şi S. Toţi

parametri implicaţi reprezintă variabile aleatoare Xn;

2. Al doilea pas constă în atribuirea unei anumite distribuţii de probabilitate pentru fiecare

variabilă Xn. De obicei, aceasta este o decizie importantă şi se face luând în considerare numeroase studii

de laborator sau experimente;


170

3. Al treilea pas presupune transformarea variabilelor aleatoare Xn într-un spaţiu de variabile

standard normal distribuite;

4. Pasul patru constă în găsirea, în spaţiul normal standard de variabile U, a liniei cele mai

mici care uneşte punctul care se află pe g(Un) = 0 de originea spaţiului. Acest punct este denumit punctul

de eşec sau punctul de proiectare, u *;

5. Ultimul pas este de a estima probabilitatea de eşec în funcţie de indicele β şi funcţia de

distribuţie normal standardizată Φ.

3. Funcţii liniare pentru stări limită şi variabile normal distribuite

În cazul în care funcţia limită de stare g(x) este o funcţie liniară a variabilelor de bază aleatorii X,

se scrie funcţia limitei de stare sub forma [29]:

(7.37)

Dacă variabilele de bază sunt normal distribuite, marginea de siguranţă liniară se defineşte prin

(7.38)

iar valoarea şi abaterea medie normal distribuită a marginei de siguranţă este

(7.39)

(7.40)

unde sunt coeficienţii de corelare între variabilele şi [29].

Probabilitatea de eşec este

(7.41)

şi se reduce la evaluarea funcţiei de distribuţie standard normală

(7.42)

unde este indicele de fiabilitate [45]

(7.43)

Pentru un caz bidimensional, indicele de fiabilitate are următoarea interpretare geometrică [29]:


171

Fig. 7.18. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate – reprezentarea cazurilor

dimensionale ale funcţiei liniare a variabilelor de bază aleatorii X şi funcţiei liniare de stare limită

normal distribuită U [29]

În figura 7.18., funcţia de stare limită g(x) a fost transformată într-o funcţie limită de stare g(u)

prin normalizarea variabilelor aleatoare în variabile aleatoare normal distribuite standardizate, conform

relaţiei [29]:

(7.44)

astfel încât variabilele aleatoare au valorile cuprinse între zero şi unitatea abaterii standard.

Indicele de fiabilitate are o interpretare geometrică simplă, ca fiind cea mai mică distanţă între

planul format de graniţa între domeniul sigur şi domeniul definit de evenimentul de eşec.

Această definire a indicelui de fiabilitate (vezi Hasofer şi Lind) nu depinde de funcţia limită de

stare, ci de graniţa dintre domeniul sigur şi domeniul de eşec [51].

Punctul suprafeţei de eşec cu distanţa cea mai mică faţă de origine, se numeşte punctul de eşec. Se

observă că evaluarea probabilităţii de eşec în acest caz, se reduce la unele evaluări simple în ceea ce

priveşte valorile medii şi abaterile standard ale variabilelor aleatoare de bază.

Exemplul 1 de evaluare fiabilistă a unui element de construcţie

Se consideră o bară din oţel supusă unei încărcări. Bara cedează dacă i se se aplică o încărcare S

care depăşeşte rezistenţa oţelului. Rezistenţa oţelului R şi încărcarea S se consideră variabile normal

distribuite necorelate. Marginea de siguranţă şi abaterile medii standard de elasticitate şi încărcare au

următoarele valori medii: , , , [29].

I. Evenimentul de eşec al funcţiei de stare limită este

0

2

4

6

8

10

12

- 4

-2

- 6

2 4 6 8 10

8

10

12

8 10

- 8

- 8


172

(7.45)

iar marginea de siguranţă este

(7.46)

II. Abaterea standard şi marginea de siguranţă au următoarele valori medii

(7.47)

(7.48)

III. Indicele de fiabilitate are valoarea

(7.49)

IV. Rezultă că probabilitatea de eşec este

[29] (7.50)

3. Funcţii nelineare de stare limită

Dacă funcţia de stare limită nu are variabile aleatoare de bază liniare X, Hasofer şi Lind au sugerat

efectuarea acestei liniarizări în punctul de eşec al suprafeţei eşecului reprezentat în spaţiu normalizat

[51]. Această situaţie este reprezentată în spaţiul bidimensional din figura următoare:

Fig. 7.19. Ilustrare a liniarizării propuse de Hasofer şi Lind în spaţiul normal standard [51]

În figura de mai sus este reprezentat faptul că suprafaţa de eşec este liniară în punctul de eşec al

dreptei

(7.51)

Deoarece funcţia limită de stare este în general nelineară şi nu se cunoaşte punctul de eşec în

prealabil, acesta se determină iterativ, prin rezolvarea următoarei probleme de optimizare:

, (7.52)

β


173

Această problemă se poate rezolva în moduri diferite. Un exemplu al rezolvării problemei constă

în repetarea următoarei scheme, cu condiţia ca funcţia de stare limită să fie diferenţiabilă

, (7.53)

(7.54)

În urma a câteva iteraţii, va rezulta punctul de eşec precum şi indicele de fiabilitate .

Exemplul 2 de evaluare fiabilistă a unui element de construcţie

Se ia în considerare bara de oţel din exemplu precedent. Rezistenţa oţelului, încărcarea S şi

secţiunea transversală A sunt normal distribuite şi au următoarele valori medii ale marginilor de siguranţă

şi abaterilor medii standard: , , , , [29].

Funcţia de stare limită este următoarea

(7.55)

Pasul 1. Transformarea variabilelelor aleatorii normal distribuite R, A şi S în variabile aleatoare

normal distribuite standard [29]

(7.56)

(7.57)

(7.58)

Pasul 2. Scrierea funcţiei limită de stare ca variabile aleatoare distribuite în mod normal în spaţiul

de standardizare [29]

(7.59)

(7.60)

(7.61)

Pasul 3. Scrierea ecuaţiei de calcul al indicelui de fiabilitate [29]


174

, (7.62)

(7.63)

(7.64)

(7.65)

(7.66)

unde

(7.67)

Pasul 4. Calculul iterativ al indicelui de fiabilitate [29]

Tabel nr. 7.2. Exemplu de calcul iterativ pentru starea limită nelineară [29]

Indici/Iteraţie 1 2 3 4 5 6

3,0000 5,4218 4,3607 4,7149 4,5973 4,6400

-0,5800 -0,3664 -0,0041 -0,0647 -0,0312 -0,0382

-0,5800 -0,9283 -0,9973 -0,9961 -0,9975 -0,9963

0,5800 0,0642 0,0729 0,0597 0,0632 0,0768

Rezultă că indicele de fiabilitate are valoarea [29].


175

CAPITOLUL 8

FIABILITATEA DEMOLĂRILOR PRIN IMPLOZII CONTROLATE

8.1. Consideraţii generale

Demolarea construcţiilor prin implozii controlate, implică specialiştii în efectuarea unor lucrări

specifice care generează riscuri de securitatea şi sănătatea muncii. La realizarea lucrărilor de demolare cu

ajutorul explozivilor de către personalul autorizat în acest scop, se combină riscurile existente pe orice

şantier de construcţii cu cele specifice lucrului cu materii explozive. Firmele care execută lucrări de

demolări cu materii explozive, trebuie să facă o identificare şi evaluare a riscurilor la care pot fi expuşi

lucrătorii pe durata efectuării demolărilor. Aceste riscuri sunt generate în special de efectele exploziilor şi

de rateurile parţiale sau totale [20], [84].

Cel mai mare risc la operaţiile de demolări cu explozivi, se datorează rateurilor. Lichidarea

rateurilor este întotdeauna o activitate care implică specialiştii să intervină pe baza unui algoritm foarte

restrictiv de lucru. Se poate întâmpla în unele situaţii, ca rateul parţial să aibă efect de avariere a

componentei structurale sau a construcţiei şi acestea să nu cadă conform proiectului de demolare [78].

În aceste situaţii, echipa de artificieri este expusă atât riscurilor datorate încărcăturilor explozive

care nu au detonat, cât şi posibilităţii prăbuşirii necontrolate a unor elemente de construcţii în timpul

operaţiilor de lichidare a rateurilor.

În anumite situaţii, pentru şeful echipei este foarte dificil să ia decizia de a mai perfora alte găuri

ajutătoare pentru lichidarea rateului sau de aplicare a altor încărcături explozive şi de refacere a

circuitului de iniţiere a acestora. În timpul perforării de găuri noi, personalul implicat este expus la riscul

unor detonări neaşteptate a încărcăturilor neexplodate, sau, în situaţia clădirilor grav avariate, se poate

întâmpla ca datorită oscilaţiilor generate de echipamentul de perforare, să aibă loc prăbuşiri de elemente

constructive.

Pe de altă parte şi executarea reţelei de iniţiere a încărcăturilor explozive impune efectuarea unor

operaţii care pot expune personalul participant la riscul de detonare necomandată. La demolarea

construcţiilor prin implozii controlate, nivelul de risc poate fi diferit în funcţie de tipul sistemului de dare

a focului (electric, pirotehnic etc.) şi a modului de executare a reţelei de iniţiere din compunerea acestuia.

Riscul datorat folosirii capselor detonante electrice de joasă intensitate ridică cele mai multe probleme.

Sensibilitatea acestor capse la surse de curent străine este foarte mare şi din acest motiv, în anumite

situaţii, folosirea capselor electrice de joasă intensitate la lucrările de demolare trebuie evitată [93].

În situaţia realizării reţelelor de iniţiere la care se foloseşte fitil detonant în afara găurilor de

distrugere, are loc o creştere a efectului undei de şoc aeriene. Astfel, în apropiere de zone rezidenţiale,

şcoli, spitale etc. nu este recomandată folosirea acestor reţele de iniţiere în măsura în care nu se poate

proteja în mod corespunzător reţeaua de fitil detonant. Folosirea de fitil detonant cu încărcătură liniară

redusă, poate conduce la întreruperea reţelei de iniţiere sau la o iniţiere nefiabilă a încărcăturilor din

găuri. În schimb, utilizarea de sisteme de iniţiere de tip neelectric (ca de exemplu Nonel, Primadet etc.)

reprezintă soluţii cu riscuri mici în ceea ce priveşte gradul de expunere la pericol a lucrărilor de demolare.

Pe lângă o siguranţă şi fiabilitate foarte bună a acestor sisteme de iniţiere, trebuie însă menţionat

că preţul unitar destul de ridicat nu le fac întotdeauna atractive din punct de vedere al eficienţei

economice. Acest aspect al costurilor, face ca în unele situaţii, reţeaua de iniţiere propusă prin proiect să

fie una mixtă de tip non-electric în combinaţie cu fitil detonant şi cu utilizare de capse detonante

electrice, cu riscurile şi dezavantajele aferente [57].

În anumite situaţii, dacă personalul nu are o experienţă suficientă şi sarcina de muncă nu este

corelată cu potenţialul uman calificat (se lucrează în grabă, cu efectiv subdimensionat sau în schimburi

prelungite), se poate ajunge ca avantajul folosirii elementelor de tip non-electric să dispară, întrucât

greşelile de montaj sunt foarte greu de depistat şi pot să apară rateuri parţiale, datorită faptului că nu se

poate măsura continuitatea reţelelor ca la sistemele de iniţiere electrice [57], [128].


176

8.2. Fiabilitatea sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive

Pentru determinarea probabilităţii sistemelor de iniţiere (sistemelor de dare a focului), de a iniţia

încărcăturile explozive folosite la demolarea construcţiilor prin implozii controlate, prezint un concept

comparativ de calcul fiabilist neliniar al schemelor fiabiliste de legături ale mijloacelor de iniţiere din

compunerea acestor sisteme. Calculele se bazează pe siguranţa în funcţionare a mijloacelor de iniţiere

(capselor detonante) din alcătuirea ramificaţiilor (ramurilor) reţelei de iniţiere, modalităţile de legături

(conexiuni) între capsele detonante şi dispunerea ramificaţiilor reţelei faţă de punctul de dare a focului.

În efectuarea calculelor, folosesc următoarele funcţii de calcul ce exprimă cantitativ fiabilitatea

elementelor din compunerea sistemului de iniţiere: funcţia de fiabilitate a sistemului (probabilitatea de

iniţiere); funcţia de defiabilitate a sistemului (probabilitatea de rateu); funcţia de densitate a rateurilor,

funcţia de risc (intensitatea sau rata rateurilor) şi funcţia capacităţii probabile de iniţiere a sistemului

(numărul mediu probabil de iniţieri între două rateuri consecutive).

Acest concept de calcul este valabil pentru orice tip de tehnologie de iniţiere şi depinde de

probabilitatea elementelor componente ale sistemului de iniţiere de a avea rateu.

8.2.1. Calculul fiabilist al schemelor de legături ale capselor detonante din compunerea

sistemelor de iniţiere

A) Exemplu de calcul fiabilist pentru varianta I-a de realizare a sistemului de iniţiere a

încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozie controlată a unei structuri [98], [101]

Să se calculeze capacitatea probabilă de iniţiere a încărcăturilor explozive, în vederea demolării

prin implozie controlată, a următoarei structuri:

Figura 8.1. Concepţie a variantei I de realizare a sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive, în

vederea demolării prin implozie controlată a unei structuri

Sistemul de iniţiere a încărcăturilor explozive poate fi electric, pirotehnic sau de alt tip. Se

consideră că mijloacele de iniţiere ale încărcăturilor explozive sunt capse detonante milisecundă care sunt

garantate de producător că dau 1 rateu/1000 de capse iniţiate. Fiecare capsă iniţiază detonaţia încărcăturii

explozive aferentă fiecărui stâlp pe nivel iar ramificaţiile (ramurile) reţelei de iniţiere sunt identice.


177

Rezolvare:

1. Realizarea schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante din alcătuirea sistemului de

iniţiere a încărcăturilor explozive

Figura 8.2. Schema fiabilistă nr. I de legături ale capselor detonante

2. Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste nr. I de legături a capselor

detonante

F n dn

iniţieri (8.1)

unde

– capacitatea probabilă de iniţiere a schemei I;

F – fiabilitatea schemei I;

n - bucăţi de capse detonante.

Rezultă,

F (8.2)

(8.3)

F (8.4)

F F (8.5)

F e (8.6)

unde

- defiabilitatea schemei I;

- defiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;

F - fiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;

F - fiabilitatea individuală a capselor detonante.

Riscul de a avea rateu al unei capse detonante din alcătuirea reţelei de iniţiere este


178

λ

iniţieri

iar capacitatea probabilă de iniţiere a unei capse detonante din compunerea sistemului de iniţiere a

încărcăturilor explozive (numărul mediu probabil de iniţieri ale capselor detonante între două rateuri

consecutive) are valoarea

iniţieri (8.8)

Fiabilitatea unei capse detonante, este de ordinul I:

F e e

(8.9)

Rezultă,

F F

F

F

F

F

F F F F

F

F F F F

F

F F F

F F

F n dn

F F

F F

dn

λ

λ

λ

λ

λ iniţieri

Capacitatea probabilă de iniţiere a capselor detonante din compunerea sistemului I de iniţiere a

încărcăturilor explozive este:

λ

iniţieri

Rezultă,

iniţieri iniţieri

B) Exemplu de calcul fiabilist pentru varianta a II-a de realizare a sistemului de iniţiere a

încărcăturilor explozive, folosite la demolarea prin implozie controlată a unei structuri [98], [101]

Să se calculeze capacitatea probabilă de iniţiere a încărcăturilor explozive, în vederea demolării

prin implozie controlată, a următoarei structuri:


179

Figura 8.3. Concepţie a variantei II de realizare a sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive, în

vederea demolării prin implozie controlată a unei structuri

Sistemul de iniţiere a încărcăturilor explozive poate fi electric, pirotehnic sau de alt tip. Se

consideră că mijloacele de iniţiere ale încărcăturilor explozive, sunt capse detonante milisecundă care

sunt garantate de producător că dau 1 rateu/1000 de capse iniţiate. Fiecare capsă iniţiază detonaţia

încărcăturii explozive aferentă fiecărui stâlp pe nivel iar ramificaţiile reţelei de iniţiere sunt identice.

Rezolvare:

1. Realizarea schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante din alcătuirea sistemului de

iniţiere a încărcăturilor explozive

Figura 8.4. Schema fiabilistă nr. II de legături ale capselor detonante.


180

2. Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste nr. II de legături a capselor

detonante

F n dn

iniţieri

unde

– capacitatea probabilă de iniţiere a schemei II;

F - fiabilitatea schemei II;


Rezultă,

F

F

F F

F e

Riscul de a avea rateu al unei capse detonante din alcătuirea sistemului de iniţiere este

λ

iniţieri

iar capacitatea probabilă de iniţiere a unei capse detonante din compunerea sistemului de iniţiere a

încărcăturilor explozive are valoarea

iniţieri (8.25)

unde

- defiabilitatea schemei II;

- defiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;

F - fiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;

F - fiabilitatea individuală a capselor detonante.

Rezultă,

F F

F

F

F

F

F

F F F F

F F

F F F

F F

F

F n dn

F F

F F

F

dn

λ

λ

λ

λ

λ

λ iniţieri


181

Capacitatea probabilă de iniţiere a capselor detonante din compunerea sistemului II de iniţiere a

încărcăturilor explozive este:

λ

iniţieri

Rezultă,

iniţieri iniţieri

C) Calculul costului capselor detonante din alcătuirea sistemelor de iniţiere [98], [101]

Considerând că preţul mediu de achiziţie a unei capse detonante milisecundă este de aproximativ

10 lei, rezultă costul capselor detonante din compunerea reţelelor, în cele două variante de demolare:

n lei

D) Calculul raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere al schemelor fiabiliste [98], [101]

lei

iniţiere

lei

iniţiere

E) Analiza comparativă a rezultatelor obţinute în cele două variante de calcul fiabilistic

1) Prima variantă a schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante, are 4 legături în paralel

şi 5 legături în serie iar a doua variantă are 5 legături în paralel şi 4 legături în serie;

2) Capacitatea probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante din al

doilea sistem de iniţiere, este cu 37% mai mare (mai bună) decât a primului sistem

3) Numărul şi costul capselor detonante din compunerea sistemelor de iniţiere, pentru cele două

variante de demolare, este acelaşi;

4) Raportul cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste, este în ce-a de-a doua

variantă de demolare, cu 37% mai mic (mai bun) faţă de cel din prima variantă;

5) Capacităţile probabile de iniţiere ale schemelor fiabiliste de legături ale capselor detonante din

compunerea sistemelor de iniţiere, au valori mult mai mici decât capacitatea probabilă de iniţiere a unei

capse detonante

iniţieri iniţieri iniţieri

F) Concluzie

Se adoptă varianta a II-a de demolare, favorizată de mai multe ramificaţii legate în paralel ale

sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive.


182

8.3. Tehnici de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, prin configuraţia legăturilor între

elementele componente

Sistemele de iniţiere a încărcăturilor explozive pot fi electrice, pirotehnice sau de alt fel. De

exemplu, un sistem de iniţiere electric este compus dintr-o reţea de iniţiere formată din cabluri principale

şi secundare de curent (linii de dare a focului) conectate la reoforii capselor detonante electrice ce sunt

introduse în încărcăturile explozive ce trebuie iniţiate pentru a detona. Cablurile principale se cuplează la

surse de curent (explozoare). Prin apăsarea butonului de dare a focului de la explozor, se trimite în circuit

un curent electric de înaltă intensitate care ajunge la capsele detonante, rezultând iniţierea capselor şi

detonaţia încărcăturilor de exploziv. Comparativ cu sistemul de iniţiere electric, celelalte tipuri de sisteme

de iniţiere diferă de acesta prin natura elementelor componente şi prin mijlocul de dare a focului [99].

Tehnicile de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, în vederea executării cu un grad de risc cât

mai redus a demolărilor prin implozii controlate, se pot aplica atât pentru ramificaţiile (ramurile)

constituente ale reţelei de iniţiere în vederea demolării fiecărui element de construcţie în parte, cât şi

pentru grupări de elemente de construcţie. Aceste tehnici se implementează de la concepţia de proiectare

a schemelor de legături ale capselor detonante (scheme fiabiliste) din compunerea reţelelor de iniţiere a

încărcăturilor explozive şi până la punerea în practică a iniţierii sistemului (darea focului) [99].

În ordinea cronologică de implementare, cele mai importante metode de creştere a fiabilităţii

sistemelor de iniţiere folosite la demolarea construcţiilor, sunt: alegerea unor materii explozive şi

mijloace de iniţiere de o calitate foarte bună, realizarea unor scheme simple de legături a mijloacelor de

iniţiere, crearea unor scheme de legături a mijloacelor de iniţiere cu consecinţe limitate a rateurilor,

realizarea unor scheme redundante de legături a mijloacelor de iniţiere cu un bun raport preţ/fiabilitate,

folosirea unui număr optim de specialişti instruiţi şi experimentaţi, normarea judicioasă a activităţilor în

scopul înlăturării lucrului în grabă, verificarea continuităţii circuitelor (dacă este posibil) şi protecţia

liniilor principale şi secundare ale reţelelor de iniţiere împotriva schijelor. Fiabilitatea sistemului de

iniţiere, depinde de fiabilitatea componentelor sale iar specialistul este de multe ori limitat din

considerente economice în alegerea elementelor componente de cea mai bună calitate [99].

Datorită riscului mare de accidente la care este expus personalul lucrător în cazul rateurilor,

realizarea în faza de proiectare a schemelor redundante de legături ale mijloacelor de iniţiere, are un rol

esenţial. Acest lucru se datorează faptului că, odată ce schema de legături a mijloacelor de iniţiere a fost

concepută, nu se mai poate ameliora fiabilitatea ei decât prin folosirea unor elemente componente de o

calitate foarte bună. De asemenea, în această etapă este hotărâtoare măiestria cu care specialiştii

proiectează schemele de legături ale mijloacelor de iniţiere, care nu trebuie să aibă neapărat ca scop

realizarea celei mai bune fiabilităţi, ci realizarea celui mai bun compromis între preţ şi fiabilitate [99].

Noţiunea de redundanţă a fost folosită în sensul ei tehnic prima dată de către Niquist în anul 1920.

Conceptul de redundanţă a fost introdus în fiabilitate de Newman în anul 1956 prin analogie cu noţiuni

din teoria informaţiei elaborate de Shannon. Termenul este sinonim cu rezervare [11].

Folosirea schemelor de legături redundante ale mijloacelor de iniţiere din compunerea reţelelor de

iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozie controlată a construcţiilor, constă în

utilizarea în cadrul schemelor a mai multor mijloace de iniţiere decât este necesar pentru îndeplinirea

scopului propus, astfel încât transmiterea lanţului de foc să funcţioneze chiar în prezenţa unor rateuri.

Folosirea redundanţei în realizarea schemelor este activă, adică elementul redundant este conectat

permanent la sistemul de dare a focului şi funcţionează în acelaşi timp cu acesta. Prin introducerea

redundanţei, se poate ajunge uneori la situaţia ca pentru a avea loc rateul total al sistemului de iniţiere, să

trebuiească ca toate elementele de iniţiere constituiente, să aibă rateu în funcţionare.

Montarea în paralel a două elemente este numită sistem cu redundanţă simplă şi înseamnă că dacă

una dintre componente se defectează, sistemul va continua să funcţioneze datorită celeilalte componente,

montată în paralel. Prin extensie, atunci când sistemul este constituit din n componente în paralel, n-1 se

pot defecta fără ca sistemul să se defecteze, dacă cea de-a n-a componentă continuă să îndeplinească

funcţia respectivă [11].


183

8.3.1. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate din capse detonante

legate în serie, fără redundanţă

A) Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste

Schema 1)

Figura 8.5. Schema fiabilistă a unei capse detonante

F F

λ

iniţieri

Schema 2)

Figura 8.6. Schema fiabilistă a două capse detonante legate în serie

F F

λ

iniţieri

Schema 3)

Fig. 8.7. Schema fiabilistă a trei capse detonante legate în serie

F F

iniţieri

Schema 4)

Figura 8.8. Schema fiabilistă a patru capse detonante legate în serie

F F

iniţieri


184

Schema 5)

Figura 8.9. Schema fiabilistă a cinci capse detonante legate în serie

F F

iniţieri

Figura 8.10. Variaţia capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste

B) Calculul sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste

λ

999

499,5

333 249,75

199,8

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5 Scheme fiabiliste

η (iniţieri)


185

Figura 8.11. Variaţia sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste

C) Calculul costului capselor detonante din compunerea schemelor fiabiliste

Având în vedere că preţul mediu de achiziţie al unei capse detonante milisecundă este de

aproximativ 10 lei, rezultă:

lei

lei

lei

lei

lei

100%

50%

33,3% 25%

20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

1 2 3 4 5

Δη

Scheme fiabiliste


186

Figura 8.12. Variaţia costului capselor detonante din alcătuirea schemelor fiabiliste

D) Calculul raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

Figura 8.13. Variaţia raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste

10

20

30

40

50

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5

C (lei)

Scheme fiabiliste

0.01 0.04

0.09

0.16

0.25

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

1 2 3 4 5

C/η(lei/iniţieri)

Scheme fiabiliste


187

E) Interpretarea rezultatelor

1. Pentru schema fiabilistă 1, alcătuită dintr-o capsă detonantă, capacitatea probabilă de iniţiere a

schemei fiabiliste este 999 iniţieri, costul capsei detonante este 10 lei iar raportul cost/capacitate

probabilă de iniţiere este 0,01 lei/iniţiere;

2. Pentru schema fiabilistă 2, alcătuită din 2 capse detonante legate în serie, prin introducerea

celei de-a doua capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste de la

999 iniţieri la 499,5 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu

50%, creşterea costului capselor detonante cu 100% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de

iniţiere a schemei fiabiliste la 0,04 lei/iniţiere;


celei de-a treia capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la

333 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 33,3%, creşterea

costului capselor detonante cu 50% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei

fiabiliste la 0,09 lei/iniţiere;


celei de-a patra capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la

249,75 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 25%, creşterea

costului capselor detonante cu 33,3% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a

schemei fiabiliste la 0,16 lei/iniţiere;


celei de-a cincea capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la

199,8 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 20%, creşterea

costului capselor detonante cu 25% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei

fiabiliste la 0,25 lei/iniţiere.

8.3.2. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate din capse detonante

legate în serie, cu redundanţă globală


Schema 1)


F F

λ

iniţieri

Schema 2)

Figura 8.15. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu o redundanţă


188

F F F

F F F F F

F F F

F n dn

λ

λ

λ

iniţieri

Schema 3)

Figura 8.16. Schema fiabilistă a două capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală

F F F

F F F F

F n dn

F F F

dn

λ

λ

λ

λ

iniţieri

Schema 4)

Figura 8.17. Schema fiabilistă a trei capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală

F F F

F F F F


189

F n dn

F F F

dn

λ

λ

λ

λ

iniţieri

Schema 5)

Figura 8.18. Schema fiabilistă a patru capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală

F F F

F F F F

F n dn

F F F

dn

λ

λ

λ

λ

iniţieri

Schema 6)

Figura 8.19. Schema fiabilistă a cinci capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală

F F F

F F F F

F n dn

F F F

dn

λ

λ

λ

λ

iniţieri


190



λ uc

999

1498,5

1158,8 1078,9 1048,9 1028,9

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 4 5 6 Scheme fiabiliste

η(iniţieri)


191



lei

lei

lei

lei

lei

lei

0%

50%

27,34%

20,44% 17,67% 15,77%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

1 2 3 4 5 6

Δη

Scheme fiabiliste


192



lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

10

20

30

40

50

60

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6

C(lei)

Scheme fiabiliste


193




schemei fiabiliste este 999 iniţieri, costul capsei detonante este 10 lei iar raportul cost/capacitate

probabilă de iniţiere este 0,01 lei/iniţiere;

2. Pentru schema fiabilistă 2, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu o redundanţă, prin introducerea

redundanţei, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la 1498,5 iniţieri,

creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 50%, creşterea costului capselor

detonante cu 100% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la

0,0133 lei/iniţiere;

3. Pentru schema fiabilistă 3, alcătuită din două capse detonante legate în serie cu o redundanţă

globală, prin introducerea celei de-a doua legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de

iniţiere a schemei fiabiliste la 1158,5 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei

fiabiliste cu 22,66%, creşterea costului capselor detonante cu 50% şi creşterea raportului cost/capacitate

probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0259 lei/iniţiere;

4. Pentru schema fiabilistă 4, alcătuită din trei capse detonante legate în serie cu o redundanţă

globală, prin introducerea celei de-a treia legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de


fiabiliste cu 6,9%, creşterea costului capselor detonante cu 33,3% şi creşterea raportului cost/capacitate


5. Pentru schema fiabilistă 5, alcătuită din patru capse detonante legate în serie cu redundanţă

globală, prin introducerea celei de-a patra legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de

iniţiere schemei fiabiliste la 1048,9 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei



6. Pentru schema fiabilistă 6, alcătuită din cinci capse detonante legate în serie cu redundanţă

globală, prin introducerea celei de-a cincea legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de



probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0583 lei/iniţiere.

0.01 0.0133

0.0259

0.037

0.0476

0.0583

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

1 2 3 4 5 6

C/η (lei/iniţieri)

Scheme fiabiliste


194

8.3.3. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste, formate dintr-o capsă

detonantă cu mai multe redundanţe


Schema 1)


F F

λ

iniţieri

Schema 2)

Figura 8.25. Schema fiabilistă unei capse detonante cu o redundanţă

F n dn

iniţieri (8.110)

unde

- capacitatea probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste 2;

F - fiabilitatea schemei fiabiliste 2;

- defiabilitatea schemei fiabiliste 2;

F - fiabilitatea individuală a capsei detonante;


F (8.111)

(8.112)

F (8.113)

F (8.114)

F F F

F F F

F e (8.117)

F n dn

F F

dn


195

λ

λ

λ

λ iniţieri

Schema 3)

Figura 8.26. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu două redundanţe

F n dn

iniţieri

unde






F (8.122)

F (8.123)

F

F

F

F

F F F F

F e (8.126)

F n dn

F F F

dn

λ

λ

λ

λ

λ iniţieri


196

Schema 4)

Figura 8.27. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu trei redundanţe

F n dn

iniţieri

unde






F

F

F

F

F

F

F

F F F F

F

F e (8.135)

F n dn

F F F

F

dn

λ

λ

λ

λ

λ

λ iniţieri


197

Schema 5)

Figura 8.28. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu patru redundanţe

F n dn

uc

unde




F - fiabilitatea individuală a capselor detonante;


F (8.140)

F (8.141)

F

F

F

F

F

F

F F F F

F F

F e (8.144)

F n dn

F F F

F F

dn

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ iniţieri


198



λ iniţieri

999

1498,5

1831,5

2081,2 2281

0

500

1000

1500

2000

2500


η(iniţieri)


199



lei

lei

lei

lei

lei


0%

50%

72,22%

85,85% 95,45%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

1 2 3 4 5

Δη

Scheme fiabiliste

10

20

30

40

50

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5

C (lei)

Scheme fiabiliste


200


lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere

lei

iniţiere




schemei fiabiliste este de 999 iniţieri. Costul capsei detonante este 10 lei. Raportul cost/capacitate

probabilă de iniţiere al schemei fiabiliste este 0,01 lei/iniţiere;

2. Pentru schema fiabilistă 2, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu o redundanţă, prin introducerea

redundanţei, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la 1498,5 iniţieri,

creşterea sporului capacităţii de iniţiere al schemei fiabiliste cu 50%, creşterea costului capselor

detonante cu 100% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la

0,0133 lei/iniţiere;

3. Pentru schema fiabilistă 3, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu două redundanţe, prin

introducerea celei de-a doua redundanţe, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei

fiabiliste la 1831,5 iniţieri, creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu

0.01

0.0133

0.0163

0.0192

0.0219

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

1 2 3 4 5

C/η(lei/iniţieri)

Scheme fiabiliste


201

22,22%, creşterea costului capselor detonante cu 50% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de

iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0163 lei/iniţiere;

4. Pentru schema fiabilistă 4, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu trei redundanţe, prin

introducerea celei de-a treia redundanţe, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei

fiabiliste la 2081,2 iniţieri, creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu

13,63%, creşterea costului capselor detonante cu 33,3% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă

de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0192 lei/iniţiere;

5. Pentru schema fiabilistă 5, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu patru redundanţe, prin

introducerea celei de-a patra redundanţe, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei

fiabiliste la 2281 iniţieri, creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 9,6%,

creşterea costului capselor detonante cu 25% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a

schemei fiabiliste la 0,0219 lei/iniţiere.

8.4. Analiza comparativă a rezultatelor obţinute în urma efectuării calculelor de fiabilitate

Calculul de fiabilitate al sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin

implozii controlate a construcţiilor, se efectuează pentru a minimiza probabilitatea de rateu.

În faza de proiectare a schemelor fiabiliste de legături ale capselor detonante din compunerea

sistemelor de iniţiere ale încărcăturilor explozive folosite la demolarea construcţiilor, indicatorii

(parametrii) de fiabilitate se calculează în funcţie de probabilitatea de rateu a mijloacelor de iniţiere

(capse detonante) şi de geometria sistemelor de iniţiere (tipul de legături ale capselor detonante, numărul

capselor detonante pe fiecare ramificaţie şi modul de dispunere a ramificaţiilor din alcătuirea sistemelor).

Geometria sistemului de iniţiere depinde de geometria construcţiei, în sensul că specialistul

realizează ramificaţiile (ramurile) reţelei din alcătuirea sistemului şi alege tipul şi cantitatea de exploziv

folosit, în funcţie de numărul de niveluri ale construcţiei, numărul elementelor de construcţie/nivel care

trebuie distruse, dimensiunile componentelor structurale, tipul materialului de construcţie din care sunt

realizate elementele de construcţie etc.

Conceptul de calcul fiabilist efectuat în acest capitol, se bazează pe teoria mulţimilor, teoria

probabilităţilor, logica matematică şi statistica matematică. Metodele de calcul prezentate, constituie

exemple de control a demolărilor prin implozii (control prin geometria sistemelor de iniţiere a

încărcăturilor explozive realizate în funcţie de geometria construcţiilor) atât înainte (SAFE LIFE –

serviciu garantat), cât şi după apăsarea butonului de dare a focului (FAIL SAFE – distrugere controlată).

Complementar cu acest concept de calcul, preocupările actuale de creştere a fiabilităţii sistemelor

de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolări, trebuie să aibă în vedere şi eliminarea altor

cauze (decât cele de iniţiere a capselor detonante) care pot contribui la transmiterea defectuoasă a lanţului

de foc (cauze tehnologice, umane etc.) contribuindu-se astfel, pe ansamblu, la “ameliorarea fiabilităţii

sistemelor de iniţiere” (“reliability improvement”).

Fără a neglija aceste cauze, proiectarea fiabilă a schemelor reţelelor de iniţiere a încărcăturilor

explozive, constituie factorul hotărâtor al creşterii siguranţei demolărilor.

În urma calculelor efectuate, rezultă că proiectarea schemelor fiabiliste de legături ale capselor

detonante cu redundanţă, asigură realizarea unor sisteme de dare a focului cu fiabilitate ridicată. După

introducerea fiecărei redundanţe, capacitatea probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste creşte cu o pantă

din ce în ce mai mică. Pentru n > 2 şi acelaşi număr de legături ale capselor detonante, capacitatea

probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste alcătuite din legături în serie de capse detonante cu o

redundanţă globală, este superioară faţă de capacitatea probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste

alcătuite din legături în serie de capse detonante şi inferioară faţă de capacitatea probabilă de iniţiere a

schemelor fiabiliste alcătuite din legături de capse cu redundanţe multiple (fig. 8.33).

La schemele fiabiliste ale sistemelor de iniţiere alcătuite din capse detonante cu legături

redundante multiple, cel mai mare câştig de capacitate probabilă de iniţiere, se realizează pentru n = 2.


202

Astfel, se constată că cea mai înaltă fiabilitate se obţine aplicând redundanţa la nivelul cel mai jos

al reţelei, adică la nivelul capsei detonante.

Având în vedere costurile însemnate ale elementelor din alcătuirea sistemelor de iniţiere,

evaluarea fiabilistă pentru un cost global dat nu trebuie neglijată. Din calculele efectuate, reiese că

valoarea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere pentru schemele de legături ale capselor

detonante cu redundante multiple, este cea mai mică (cea mai bună) din cele trei variante de calcul luate

în considerare (fig. 8.34). Acest raport este cu atât mai avantajos, cu cât valorile lui n sunt mai mici.

Figura 8.33. Variaţia capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste ale capselor detonante:

scheme cu mai multe legături redundante (linie portocalie), scheme cu legături în serie (linie roşie) şi

scheme cu legături în serie, cu o redundanţă globală (linie verde)

Figura 8.34. Variaţia raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste ale capselor

detonante: scheme cu mai multe legături redundante (linie portocalie), scheme cu legături în serie (linie

roşie) şi scheme cu legături în serie, cu o redundanţă globală (linie verde)

499,5 333

249,75 199,8

1498,5 1158,8 1078,9 1048,9 999

1498,5

1831,5

2081,2 2281

0

500

1000

1500

2000

2500


η(iniţieri)

0,01

0,04

0,09

0,16

0,25

0,0133 0,0259

0,0370 0,0476

0,0163 0,0192 0,0219 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3


C/η(lei/iniţieri)

0,0133


203

8.5. Credibilitatea matematică a calculelor de fiabilitate

Indicatorul cheie în calculele de fiabilitate efectuate, este factorul de risc , care poate fi la un

nivel mai jos sau mai ridicat. Factorul de risc variază între limite largi iar valorile absolute ale acestuia au

un caracter probabil foarte pronunţat. Din acest motiv, datele statistice (evenimentele) culese de pe teren

sunt foarte importante. Cu cât acestea sunt mai numeroase, cu atât calculul de probabilitate efectuat este

mai precis. Pentru valori relative ale factorului de risc, procedeul de efectuare a calculului comparativ,

este obiectiv şi riguros [102].

Spre exemplu, variaţia în funcţie de timp a funcţiei de risc , are loc conform figurii următoare:

Figura 8.35. Variaţia în funcţie de timp a funcţiei de risc [18]

Funcţia de risc din acest capitol, exprimă intensitatea rateurilor (defectărilor) şi este un

indicator cantitativ al fiabilităţii sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolări.

În calcululele efectuate, riscul de rateu al capselor detonante din compunerea sistemelor de

iniţiere, a fost garantat de producător la valoarea de 1 rateu la 1000 bucăţi de capse detonante. Această

probabilitate de iniţiere (de funcţionare) a capselor detonante, a rezultat în urma testelor (evenimentelor)

efectuate de uzina constructoare pentru fiecare lot de capse detonante fabricate.

În urma acestor considerente, rezultă obiectivitatea calculelor de fiabilitate efectuate, care au la

bază probabilitatea de rateu a mijloacelor de iniţiere impusă de fabricant.

Capacitatea probabilă de iniţiere a capselor detonante, reprezintă un parametru de fiabilitate al

sistemului de iniţiere. Rigurozitatea calculelor acestui parametru, derivă atât din introducerea în funcţiile

de calcul a formulelor de calcul de fiabilitate corespunzătoare pentru diferitele variante de legături ale

capselor detonante din compunerea sistemelor de iniţiere, cât şi în urma analizei comparative a

rezultatelor obţinute.

Calculul fiabilist al schemelor de legături ale capselor detonante din compunerea sistemelor de

iniţiere a încărcăturilor explozive, le conferă specialiştilor implicaţi în executarea lucrărilor de demolare

prin implozii controlate, credibilitate sporită în evaluarea parametrului capacitate probabilă de iniţiere a

capselor detonante, în vederea efectuării operaţiilor de puşcare în siguranţă, fără înregistrări de rateuri.

t

1 2

3

Serviciu

Rodaj Uzură

Niveluri ale

factorului de risc λ


204

CAPITOLUL 9 - STUDII DE CAZ

STUDIU DE CAZ nr. 1

9.1. Simularea demolării prin explozii controlate

Dezvoltarea tehnicii de calcul a dus la apariţia a numeroase programe de modelare şi simulare

numerică destinate pentru studierea comportării materialelor şi obiectelor pe timpul solicitărilor la care

sunt supuse. În urma perfecţionării acestor programe, s-a ajuns să se poată simula atât comportamentul

componentelor structurale la diferite tipuri de solicitări, cât şi cel al unei structuri la demolare prin

explozii controlate [94].

În acest mod, se poate evita apariţia unei situaţii generate de utilizarea unor încărcături de

exploziv dimensionate doar pe baza unor relaţii empirice, luate din lucrările de specialitate, care pot

produce atât efecte nedorite asupra mediului înconjurător şi adiacent, cât şi o demolare defectuoasă, fără

ca proiectantul să poată estima corect aceste inconveniente.

9.1.1. Caracteristicile obiectivului de simulat şi a amplasamentului acestuia Pentru a evita demolarea nereuşită prin explozii controlate a unei construcţii industriale propuse

pentru demolare, cât şi pentru a minimiza costurile acestei activităţi, am efectuat modelarea matematică şi

simularea demolării prin explozii controlate a structurii în cauză, după care am validat rezultatele

simulării, prin compararea etapelor de demolare a modelului cu etapele demolării propriu-zise a

prototipului.

Structura de demolat denumită în continuare obiectivul de simulat a fost situată în incinta Fabricii

de pâine TITAN Bucureşti. Fabrica a fost amplasată în zona de E a municipiului Bucureşti, în imediata

apropiere a intersecţiei bulevardului Basarabia cu şos. Morarilor, pe str. Baia de Aramă nr. 1, în spatele

frontonului de blocuri de pe b-dul Basarabia, pe o suprafaţă de aproximativ 29.735 m2 (prezentată cu

contur roşu în Anexa 1). Dispunerea construcţiei industriale, este prezentată în figura 9.1 [94].

Figura 9.1. Dispunerea obiectivului – OD 12 [94]

În exteriorul Fabricii de pâine TITAN, în partea de sud, sunt construite opt cvartaluri de blocuri,

cel mai apropiat fiind la 130 m. Între gardul fabricii şi cvartalurile de blocuri alăturate, sunt străzi şi spaţii

verzi aferente. Obiectivul de simulat era o structură în cadre din beton armat, structura de rezistenţă fiind

formată din stâlpi şi grinzi rigidizate prin intermediul planşeelor. Construcţia avea o formă

dreptunghiulară în plan, cu dimensiunile 28,20 9,25m, având regimul de înălţime de P+5E+2R

(înălţimea 31,90m) şi era alcătuită din două corpuri, fără rost de dilatare între ele. Primul corp avea

dimensiunile 12,20 9,25m şi regimul de înălţime P+5E+2R (31,90m) iar celălalt corp avea 16,00 9,25m

şi regimul de înălţime P+5E (24,50m). Structura de rezistenţă (realizată din cadre din beton armat) a fost

alcătuită din stâlpi (având dimensiunile 0,75 0,75m la parter şi etajul 1, respectiv 0,65 0,65 m la etajul

2), grinzi (0,35 1,00m şi 0,45 0,70m la parter, 0,60 1,00m şi 0,45 1,00m la etajul 1) şi nervuri (0,25

0,40m şi 0,20 0,30m). Dispunerea şi secţiunile stâlpilor de la parter, sunt prezentate în figura 9.2.


205

Structura era modulată pe o deschidere de 9,00m şi 5 travee 3,5m pentru partea de clădire care

avea regimul de înălţime P+5E şi 2 deschideri de 4,50m şi 1 travee 6,00m pentru cealaltă parte a

clădirii. Planşeele tehnologice din beton armat erau la cotele: +3,50, +7,00m, +11,50m, +16,00m,

+20,50m, +25,00m şi +28,70m (fig. 9.3.). Acoperişul era de tip cheson din beton armat pentru corpul de

clădire cu regimul de înălţime P+5E şi de tip placă din beton armat pentru corpul cu regimul de înălţime

P+5E+2R, ambele fiind prevăzute cu termo şi hidroizolaţie.

Figura 9.3. Secţiunile transversale ale obiectivului de simulat [94]

Accesul la etajele superioare se realiza prin scări şi lift aflate la extremitatea vestică a clădirii.

Accesul se făcea şi prin clădirea Siloz făină, la etajele 1 (cota +3,25m), 2 (cota +7,00m) şi 5 (cota

Figura 9.2. Planul parter al structurii simulate [94]


206

+20,50m), cele două construcţii fiind separate printr-un rost de dilatare. Închiderile erau executate din

pereţi de zidărie de cărămidă şi suprafeţe vitrate, care însă au fost distruse odată cu părăsirea fabricii [94].

9.1.2. Prezentarea Metodei Elementului Aplicat

Pentru a analiza comportarea obiectivului de simulat la demolarea controlată cu explozivi, am

folosit o nouă metodă numită Metoda Elementului Aplicat (AEM), care îmbină caracteristicile Metodei

Elementului Finit (FEM) cu cele ale Metodei Elementului Discret (DEM). Metoda Elementului Aplicat a

fost elaborată în urma studiilor de cercetare efectuate de profesorul Hatem Tagel-Din de la Universitatea

din Tokyo, în domeniul comportării structurilor sub acţiunea încărcărilor generate de cutremure.

Principalul avantaj al acestei metode este acela că poate descrie comportamentul sistemului structural la

acţiuni accidentale şi excepţionale, începând cu aplicarea forţelor, deschiderea şi propagarea fisurilor,

separarea elementelor structurale şi terminând cu prăbuşirea totală a construcţiei. Timpul necesar unei

analize complete este rezonabil iar acurateţea rezultatelor este satisfăcătoare. În literatura de specialitate

există mai multe articole în care se prezintă studii ce relevă acest aspect [52], [69], [109], [110].

Evaluarea modului de comportare a unei structuri la acţiunea exploziei, este bine reprezentată în

literatura de specialitate prin mai multe metode de analiză, dintre care se pot aminti: analiza statică

liniară, analiza statică neliniară, analiza dinamică liniară, analiză dinamică neliniară cu şi fără

considerarea efectelor exploziei. Analizele prezentate au fost efectuate în cea mai mare parte folosind

programe de calcul bazate pe Metoda Elementului Finit [108],

Metoda Elementului Aplicat, datorită modului de îmbinare a elementelor (figura 9.4 a, poate să

surprindă foarte bine apariţia atât a dezvoltării articulaţiilor plastice cât şi desprinderea elementelor

(figura 9.4 b), ceea ce face posibilă analiza comportării structurilor în diferite situaţii: demolare

controlată, impact, explozie etc. [122].

Elementele constituente ale modelului (fig. 9.5) sunt conectate printr-o serie de puncte (fig. 9.6).

În fiecare punct sunt ataşate trei resorturi: un resort normal şi două de forfecare. Fiecare resort reprezintă

deformaţiile, deformaţiile specifice şi eforturile unitare pentru o anumită parte a structurii (fig.9.7).

Separarea elementelor se produce atunci când este depăşită o anumită valoare pentru deformaţia

specifică (fig. 9.9) [94].

9.1.3. Metoda Elementului Aplicat implementată în programul Extrem Load Structures

Extreme Load Structures (ELS) este un instrument avansat de analiză neliniară structurală şi

reprezintă software-ul comercial bazat pe AEM.

Resorturi normale şi

tangenţiale.

a

a

a

d

d

d

2

d

2

Volum reprezentat de o

pereche de resorturi

pentru eforturile normale

şi tangenţiale.

Valoarea

deformaţiei de

separare.

a) Conectarea elementelor b) Separarea elementelor

Figura 9.4. Conectarea şi separarea elementelor în Applied Element Method [106]


207

Modelarea ELS se realizează folosind o varietate de componente structurale standard, cum ar fi:

stâlpi, grinzi, pereţi, ferestre, profile de oțel şi armături etc. pentru a reflecta atributele dorite ale

structurilor. În vederea ajutării utilizatorului în modelare se pot importa atașamente, cum ar fi Dxf, STL,

DGN și Jpeg. Modelele pot fi de asemenea importate din mai multe programe software bazate pe FEM

cum ar fi: Abaqus, ANSYS, ETABS, Gambit, LS-DYNA, Nastran, PATRAN, SAP2000 și STAAD.

Fig. 9.5. Dimensionarea elementului de volum caracterizat de starea spaţială de

eforturi unitară [145]

De asemenea prin Building Information Modeling (BIM) compatibil cu un plug-in pentru

Autodesk Revit Structure, ELS permite utilizatorilor să importe componente structurale create anterior.

Solverul ELS efectuează etapizat analiza statică și dinamică în 2D și 3D a structurilor la

următoarele tipuri de încărcări statice şi dinamice: sarcini concentrate, deplasări, presiuni hidrostatice,

presiuni uniforme, sarcini în mișcare, sarcini distribuite etc., deplasări, acţiuni seismice, acţiunea

exploziilor etc. ELS are în compunere o bibliotecă de materiale predefinite pentru ambele tipuri de

modelări (liniare şi nelineare) care includ oțel, beton, beton armat, sticlă, aluminiu etc. [59], [64].

Rezultatele analizei pot fi reprezentate printr-o varietate de diagrame, grafice și fișiere animate.

În comparaţie cu Metoda Elementului Finit, Metoda Elementului Aplicat constituie o alternativă

relativ rapidă şi precisă de analiză a modelării şi simulării colapsului progresiv al structurilor. AEM nu

este superioară faţă de FEM din punctul de vedere al modelării structurale ci datorită obţinerii unor

simulări a colapsului progresiv foarte apropiate de realitate. Prin Metoda Elementului Aplicat se poate

executa atât analiza liniară cât și neliniară a comportamentului unei structuri în timpul coliziunii și

colapsului [59].

Fig. 9.6. Ataşarea în fiecare punct de contact a elementelor, a trei resorturi [145]


208

Fig. 9.7. Resorturile ataşate în fiecare punct de contact al elementelor, preiau solicitările triaxiale [145]

În AEM, elementele care împart aceeași suprafață au arcuri de conectivitate între ele, chiar dacă

suprafețele lor comune ocupă doar o parte a suprafeței de ansamblu și nu întreaga zonă. În această

situaţie, elementele finite nu sunt conectate între ele. În FEM, conectivitatea parțială este posibilă dacă se

împarte elementul în mai multe elemente mici, însă această abordare ar introduce mai multe grade de

libertate şi ar creşte complexitatea definirii elementelor şi a rezolvării problemei (fig. 9.8) [108].

Fig. 9.8. Compararea conectivităţii elementelor în Metoda Elementului Finit şi Metoda Elementului

Aplicat [145]

Fig. 9.9. Compararea separării elementelor în Metodele Elementului Finit şi Aplicat [145]


209

9.1.4. Modelul de material pentru beton şi armătură

Modelul constitutiv adoptat pentru beton în programul de calcul bazat pe metoda elementului

aplicat Extreme Loading for Structures, este prezentat în figura 9.10.

Pentru modelarea betonului la compresiune se foloseşte modelul Maekawa, figura 9.10 a [73].

În acest model pentru a defini înfăşurătoarea efortului şi deformaţiei la compresiune, sunt

introduşi următorii parametri: modulul lui Young, parametrul de rupere (care reprezintă gradul de

distrugere internă a betonului) şi deformaţia plastică la compresiune. În acest fel curbele de încărcăre şi

de descărcare, pot fi descrise destul de bine.

Modulul de elasticitate transversal poate fi calculat în conformitate cu deformaţia în locul de

poziţionare al resortului. Pentru resorturile care descriu comportarea armăturii este folosit modelul

prezentat de Ristic [85].

Rigiditatea armăturii este calculată pe baza deformaţiei resortului asociat armăturii, stării de

eforturi (fie că este vorba de încărcăre sau descărcare) şi a evoluţiei în timp a oţelului, care controlează

efectul Bauschinger (fig. 9.11).

În acest model se presupune că betonul se fisurează atunci când efortul principal atinge limita de

rezistenţă la întindere a betonului.

După fisurare, există două modalităţi de tratare a fisurii, dacă aceasta nu aparţine unui element de

suprafaţă:

1) împărţirea elementului în două elemente şi generarea de noi resorturi între suprafeţele fisurii;

2) lăsarea elementului aşa cum este şi redistribuirea eforturilor rezultate prin fisurare.

Prima metodă este mai precisă dar foarte complicată şi mare consumatoare de timp când se

analizează structuri complicate şi probleme de prăbuşire progresivă.

Cealaltă metodă nu e la fel de precisă dar conduce la rezultate rezonabile. Dacă comportarea

betonului este guvernată de fisurile transversale, se recomandă reducerea mărimii elementului pentru a

permite formarea fisurilor cât mai precis.

a) Beton supus eforturilor b) Beton supus eforturilor Figura 9.11. Comportarea armăturii la

tangenţiale axiale eforturi axiale [85]

Figura 9.10. Modelul constitutiv pentru beton

implementat în ELS [85]

9.1.5. Realizarea modelului geometric al structurii

Modelul geometric al obiectivului de demolat este prezentat în figura 9.13.a. Pentru realizarea

modelului geometric au fost definite în ELS, stiluri pentru fiecare tip de stâlpi (figura 9.12 a), grinzi

(figura 9.12 b) şi elemente de închidere [95].


210

a) Modelul geometric al structurii b) Structura reală

Figura 9.13. Modelul şi prototipul înainte de demolare [95]

b) Definirea grinzilor cu secţiunea 0,50 × 0,80m

Figura 9.12. Modul de definire ale componentelor structurale [95]

.

a) Definirea stâlpilor cu secţiunea 0,75×0,75m


211

9.1.6. Introducerea scenariului de demolare

Acest pas constă în specificarea elementelor structurale, a ordinii şi timpului la care urmează să

fie îndepărtate acestea [122]. Ordinea de distrugere este prezentată în figura 9.14. În această etapă se

indică de asemenea, timpul total al analizei şi pasul de timp. Pentru analiză am folosit două valori pentru

pasul de timp: un pas de timp de 0,001 s pentru a surprinde modul de comportare a structurii între două

trepte de explozie (intervalul dintre două explozii succesive a fost ales la 0.25 μs) şi un pas de timp de

0.01 s pentru a se verifica direcţia de cădere şi modul de distrugere al construcţiei [95].

9.1.7. Verificarea şi interpretarea rezultatelor

Reprezintă etapa în care sunt evidenţiate direcţia de cădere şi modul de distrugere finală al

obiectivului de demolat. În acest sens, am prezentat mai multe ipostaze comparative atât din timpul

simulării, cât şi al demolării ulterioare a structurii [95].

a) Pierderea stabilităţii construcţiei şi începutul basculării

Figura 9.14. Definirea treptelor de explozie [95]

1

2

3

4

6

6

5


212

b) Etapă din timpul basculării construcţiei

c) Prăbuşirea construcţiei pe teren

d) Sfărâmăturile construcţiei după prăbuşire

Figura 9.15. Etapele demolării pentru structura simulată (modelul) şi cea reală (prototipul) [95]

După compararea rezultatelor obţinute în urma simulării demolării modelului, cu cele ale

demolării propriu-zise a prototipului, se observă că din punct de vedere al direcţiei de cădere şi al

gradului de distrugere a structurii, rezultatele simulării se apropie foarte mult de rezultatele demolării, aşa

cum se poate observa în figurile 9.15 a, b, c, d.

Rezultă că programul de calcul Extreme Load Structures folosit şi Metoda Elementului Aplicat

aleasă să descrie comportamentul sistemului structural la demolare prin acţiunea exploziilor, conduc la

diferenţe foarte mici între simulare şi demolare, validându-se astfel rezultatele simulării [95].


213

STUDIU DE CAZ nr. 2

9.2. Evaluarea efectelor care se manifestă asupra construcţiilor situate în vecinătatea

demolărilor prin explozii controlate

Pe timpul demolării construcţiilor prin explozii controlate, se manifestă asupra mediului

înconjurător o serie de efecte care pot solicita construcţiile aflate în vecinătatea demolărilor. Din acest

motiv, pentru a preveni eventualele accidente şi reclamaţii, se impune ca specialiştii în demolări să

identifice şi cuantifice aceste efecte, pentru ca să le poată atenua prin metode specifice [100].

9.2.1. Caracteristicile obiectivului de protejat

Obiectivul de protejat constă dintr-un bloc de locuinţe - A18 B - care este un sistem structural

combinat pe 10 etaje compus dintr-un sistem de cadre care asigură rezolvarea elastică a planului de

arhitectură, combinat cu diafragme care asigură preluarea încărcărilor orizontale. Soluţia constructivă

este cu nucleu rigid şi cadre. Nucleul situat în poziţie centrală este alcătuit din diafragme dispuse în jurul

liftului. Nucleul rigid preia în cea mai mare parte încărcările orizontale, stâlpilor revenindu-le rolul de a

prelua încărcările gravitaţionale aferente (fig. 9.16). Blocul este situat la sud-vest faţă de obiectivul de

demolat, în vecinătate, la o distanţă de 130 m (vezi Anexa 2) [100].

1- nucleu central realizat din diafragme de beton armat; 2 - cadre marginale de beton armat;

3 - cadre intermediare de beton armat

Figura 9.16. Perspectivă a obiectivului de protejat [100]


214

Figura 9.17. Vedere realizată de pe terasa obiectivului de demolat, cu ansamblul de blocuri de locuinţe din

care face parte obiectivul de protejat şi ecranul de protecţie din baloţi de paie

Figura 9.18. Vedere de ansamblu a OD 12- Curăţătorie înaintea demolării, realizată de la etajul

10 al obiectivului de protejat

Obiectivul de protejat

(bloc de locuinţe - A18 B)

Obiectivul de

demolat (OD 12- Curăţătorie)

130 m

130 m

Ecran de protecţie din

baloţi de paie


215

9.2.2. Efectele manifestate la demolarea prin explozii controlate asupra mediului

înconjurător

La demolarea obiectivului de demolat prin explozii controlate, asupra mediului înconjurător se

manifestă în principal următoarele efecte [65], [70], [87]:

- efectul undei de şoc aeriene;

- efectul seismic;

- efectul fragmentelor aruncate;

- efectul poluării mediului înconjurător.

9.2.3. Evaluarea efectului undei de şoc aeriene

Exploziile produse în aer, pe suprafaţa pământului sau în cavităţi forate în elementele de

construcţii (găuri de mină), cu buraj necorespunzător (sau fără buraj) pot produce unde de şoc

aeriene puternice. Oscilaţiile aerului sunt generate de explozii şi sunt influenţate de condiţiile

atmosferice şi topografice existente [8], [61].

În mod obişnuit, la demolări prin explozii, următoarele patru mecanisme sunt responsabile de

generarea oscilaţiilor aerului de către explozii: explozia în aer; evacuarea gazelor în atmosferă de la

încărcăturile de exploziv neburate; degajarea în atmosferă a gazelor de la fitilul detonant; mişcarea

terenului produsă de explozie este transmisă aerului [65].

Detonarea explozivilor neburaţi şi detonările în aer conduc la o rapidă degajare în atmosferă a

tuturor gazelor, căldurii şi luminii generate. Gazele în expansiune fac să apară în aer o undă de

presiune numită undă de şoc aeriană. Această undă de şoc se caracterizează printr-o suprapresiune (o

creştere bruscă a presiunii peste cea atmosferică). Această creştere a presiunii este urmată de o

descreştere (fig. 9.19), ceea ce face ca după un anumit timp, faza pozitivă a variaţiei de presiune să

fie urmată de o fază negativă, în care presiunea devine mai mică decât presiunea atmosferică [61].

PY

f

p

PX

t s t

Figura 9.19. Alura curbei presiune - timp pentru o undă de şoc în aer [15]

Conform legislaţiei în vigoare (HG 536/2002), valoarea suprapresiunii în frontul undei de şoc se

determină cu relaţia:

32 77.284.0 fp [kg/cm

2] (9.1)

unde λ este distanţa scalată

R

Q3

[kg/m]

(9.2)

iar

Q – cantitatea de material exploziv, exprimat în echivalent TNT, care detună instantaneu [kg];


216

R – distanţa măsurată de la locul exploziei la obiectivul considerat [m].

Pentru OD 12, obiectivul cel mai apropiat e un bloc de locuinţe (A18 B), aflat la distanţa de 130 m

(vezi Anexa 4). Încărcătura maximă utilizată pe treapta de întârziere este de Q = 4,8 kg dinamită (vezi

anexa 10). Deoarece pentru demolare se utilizează un amestec exploziv pe bază de nitroglicerină, care

(conf. tabelului de la art. 4 alin. 1 din HG 536/2002) are coeficientul de echivalenţă TNT egal cu 1,3,

rezultă [127]:

Q = 4,8 x 1,3 = 6,24 kg ech. TNT

Cantitatea de fitil detonant cu miez din pentrită care detună pe treapta de întârziere este de 0,480

kg şi are 0,624 kg. ech. TNT iar cantitatea totală maximă de exploziv care detună pe o treaptă de

întârziere este de 6,864 kg ech. TNT.

În aceste condiţii valoarea parametrului λ este:

130

864,633

R

Q = 0,0146 [kg/m]

(9.3)

Rezultă:

fp = 0,0128 kg/cm2 (9.4)

Comparând valoarea calculată cu cea pentru spargerea parţială a geamurilor (0,01÷0,015

kg/cm2), se constată că aceasta se situează aproximativ la mijlocul intervalului [61].

În acest calcul, nu s-a ţinut cont de faptul că masa totală de exploziv pentru care s-a efectuat

calculul anterior este repartizată pe încărcături mici, care sunt introduse în găuri de mină. Din această

cauză, în literatura de specialitate (lucrări ale specialiştilor de la Swedish Detonic Research Foundation-

Suedia) se consideră că valoarea suprapresiunii în unda de şoc este:

ff pp 2.0*[kg/cm²] (9.5)

Rezultă că 00256.0* fp [kg/cm²] şi această valoare este mult sub limita suprapresiunii în

frontul undei de şoc, care poate produce vreo pagubă obiectivului protejat (vezi tab. 9.11) [61].

Din analiza acestor date, reiese că pentru protejarea clădirii de locuinţe, este suficientă montarea

pe stâlpi în dreptul găurilor de mină, a unor mijloace de protecţie constituite din plasă de sârmă, benzi

transportoare uzate din cauciuc, panouri din tablă striată şi/sau crearea unor ecrane de protecţie din baloţi

de paie [100].

9.2.4. Evaluarea efectului seismic

Efectul seismic datorat oscilaţiilor produse de detonarea încărcăturilor explozive la lucrările de

puşcare, supune construcţiile situate în apropiere la mişcări în spaţiu, datorită cărora elementele lor

constructive sunt solicitate dinamic. În funcţie de intensitatea oscilaţiilor şi a stării construcţiilor,

solicitările pot să producă în timp avarierea acestora. Acest lucru are loc atunci când oscilaţiile produse,

conduc la solicitări dinamice care depăşesc rezistenţa la întindere, forfecare sau încovoiere a elementelor

constructive [10], [16], [28].

Pentru aprecierea efectului seismic al oscilaţiilor elastice transmise prin pământ la fundaţiile

clădirilor, pe plan mondial a fost ales în majoritatea cazurilor criteriul vitezei, întrucât acesta este singurul

parametru reproductibil pentru întreaga gamă de frecvenţe proprii seismelor produse prin lucrări de


217

puşcare. Undele seismice care se manifestă asupra construcţiei de protejat, sunt generate de explozia

încărcăturilor explozive în găurile de mină forate în elementele de construcţii ale OD 12 şi de impactul cu

terenul la prăbuşirea construcţiei [100].

9.2.4.1. Evaluarea efectului seismic indus de exploziile din elementele de construcţie La proiectarea lucrărilor de puşcare, mărimea încărcăturii explozive concentrate ce se poate

detona instantaneu, se determină cu relaţia

3

k

RQinst

[kg. (echivalent TNT)] (9.6)

unde:

R - distanţa între locul puşcării şi obiectiv (m);

k - coeficient funcţie de proprietăţile mediului în care se explodează;

α - coeficient care depinde de indicele de acţiune al exploziei [65], [92].

Cantitatea de exploziv posibil a fi detonată pe treapta de întârziere, se stabileşte cu relaţia

1. )(3

2KnfQQ institrtr

.[kg. (echivalent TNT)] (9.7)

unde:

f(n) - coeficient de reducere funcţie de timpul de întârziere al sistemului de iniţiere;

K1 - coeficient de reducere funcţie de numărul puşcărilor efectuate în cursul unui an [65], [92].

Cunoscând că:

- R = 130 m, distanţa între OD 12 şi blocul A18 B;

- K = 9 pentru roci argiloase;

- α = 1 (pentru indicele de explozie n = 1);

- f(n) = 0.917 pentru sistemul NONEL-MS ce se utilizează la demolare;

- K1 = 1 (pentru o puşcare),

şi utilizând relaţiile de calcul prezentate anterior, pentru obiectivul OD 12 se obţine:

Qinst = 3012 kg echivalent TNT = 2317 kg dinamită;

Qtr itr = 1841,5 kg echivalent TNT = 1416,5 kg dinamită.

Se observă că valorile obţinute din calcul sunt foarte mari în comparaţie cu cantitatea maximă de

exploziv detonată pe treapta de explozie Q = 6,864 kg dinamită (vezi Anexa 10). Chiar dacă încărcăturile

explozive ar detona în găuri de mină practicate în pământ, viteza de oscilaţie generată de şocul exploziei,

este sub valoarea stabilită ca admisibilă [63].

În concluzie, având în vedere faptul că aceste încărcături explozive detonează deasupra

pământului, nu se poate lua în discuţie un eventual efect seismic indus prin teren, la lucrările de puşcare

executate pentru demolarea OD 12.

9.2.4.2. Evaluarea efectului seismic indus la prăbuşirea construcţiei

La prăbuşirea unei structuri ce se demolează prin explozii controlate, pot rezulta efecte seismice a

căror mărime depinde de energia generată la impactul cu terenul. Această energie este în funcţie de masa

structurii ce se demolează şi înălţimea centrului ei de greutate. O parte din această energie este consumată

în procesul de răsturnare, în energie de frecare şi lucru mecanic de modificare a formei structurii [63].


218

Energia indusă în pământ datorită impactului cu terenul, este transmisă sub formă de unde de

oscilaţie. Intensitatea maximă a oscilaţiei este funcţie de durata de transmisie în timp a energiei în

pământ, care la rândul ei este influenţată de comportarea la răsturnare a structurii [28].

O construcţie care se destramă la demolarea prin răsturnare, produce la impactul succesiv cu

terenul a elementelor constructive dezmembrate, oscilaţii mult mai mici decât în cazul izbirii de teren,

prin prăbuşirea instantanee a întregii construcţii [64].

La evaluarea efectului seismic produs de prăbuşirea pe teren a obiectivuluide de demolat, trebuie

avut în vedere că structura de rezistenţă este formată din cadre de beton armat. Pentru aceste structuri

atunci când procedeul de demolare ales este prin răsturnare pe o direcţie, diminuarea ponderii principale a

energiei de cădere este realizată prin spaţiile mari care există în interiorul structurii şi care fac ca la un

moment dat, doar o mică parte din elementele construcţiei să fie în contact cu terenul, în timp ce alte

elemente ajung la rupere după care se prăbuşesc complet (fig. 9.22) [100].

Se apreciază că în procesul de demolare al OD 12, nu sunt probleme din punct de vedere al

intensităţii oscilaţiilor pământului generate la prăbuşirea construcţiei, astfel încât să fie afectate clădirile

învecinate.

Figura 9.20. Spaţiu din interiorul structurii de Figura 9.21. Spaţiu din interiorul structurii de

demolat de la un etaj inferior demolat de la un etaj superior

Figura 9.22. Elementele structurale ale OD 12 prăbuşite pe teren în urma demolării

9.2.5. Evaluarea efectului fragmentelor aruncate

Principalele urmări ale acestui efect ce se pot manifesta la demolarea OD 12, sunt [100]:

Componente structurale rezultate în urma prăbuşirii prin

basculare a construcţiei industriale


219

- distrugeri locale, în urma impactului dintre fragmentele aruncate şi obiectivul de protejat;

- producerea de incendii locale, acolo unde cad fragmentele aruncate, dacă acestea sunt încălzite la o

temperatură corespunzătoare;

Pentru înlăturarea producerii acestor efecte, s-au luat o serie de măsuri de protecţie, cum ar fi:

- instalarea pe OD 12 în dreptul găurilor de mină încărcate cu explozivi, a unor plase de sârmă cu ochiuri

de 0,05 × 0,05 m, pentru încetinirea şi reţinerea fragmentelor mari desprinse la explozie (fig. 9.23, 9.24);

- instalarea pe OD 12 în dreptul găurilor de mină încărcate cu explozivi, a unor ecrane textile şi ecrane

din tablă striată, pentru încetinirea şi reţinerea fragmentelor mici desprinse la explozie (fig. 9.24);

- instalarea unui ecran de protecţie din baloţi de paie între obiectivele de demolat şi de protejat (fig. 9.25);

- identificarea, imediat după demolare, a posibile focare de incendiu şi stingerea lor [65].

Figura 9.23. Plasă de sârmă folosită la Figura 9.24. Materiale pentru încetinirea şi reţinerea

confecţionarea ecranelor de protecţie fragmentelor mari desprinse la explozie

9.2.6. Evaluarea efectului poluării mediului înconjurător

Acest efect are loc într-o foarte mică măsură fiind foarte limitat ca timp şi spaţiu de acţiune şi se

datorează atăt gazelor de explozie şi prafului rezultat în urma sfărâmării structurii de rezistenţă din beton

armat, cât şi interacţiunii elementelor de construcţie între ele şi la contactul cu terenul. Limitarea

răspândirii norului de praf care a rezultat în urma prăbuşirii OD 12, s-a realizat prin împrăştierea apei cu

furtunul în zona de producere a demolării, atât înainte cât şi imediat după prăbuşirea construcţiei [100].

Figura 9.25. Efectul poluării cu praf şi gaze de explozie pe timpul demolării OD 12

Ecrane din plasă de sârmă

dispuse peste ţesătură textilă Ecrane din

tablă striată

Ecran de protecţie

din baloţi de paie


220

STUDIU DE CAZ nr. 3

9.3. Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor


Obiectivele majore ale cercetării efectului seismic al exploziilor asupra construcţiilor, constau în

stabilirea de criterii de deteriorare sigure, stabilirea unor metode eficiente de evaluare a efectului seismic,

stabilirea unor formule empirice pentru estimarea orientativă a nivelului oscilaţiilor induse în urma

exploziilor (sunt foarte utile atunci când nu se dispune de înregistrări), stabilirea pe baze experimentale a

nivelurilor admisibile de oscilaţii, pentru diferite grade de deteriorări ale construcţiilor [28].

În acest studiu de caz, prezint modul de comportare a clădirii cu 10 etaje - A 18 B (descrisă în

Studiu de caz nr. 2) şi denumită în continuare obiectivul de protejat, la acţiunea undelor seismice

generate de demolarea prin explozii controlate a construcţiei industriale OD 12 - Curăţătorie (descrisă în

Studiul de caz nr. 1 şi denumită obiectivul de demolat). Obiectivele de demolat şi de protejat se află la

distanţa de aproximativ 130 m unul faţă de celălalt.

Construcţia industrială, a fost demolată cu explozii controlate prin tehnica basculării, în data de

11.07.2006, la ora 18:00. Condiţiile atmosferice din timpul demolării au fost: temperatura 300C,

presiunea atmosferică 752 mm col. Hg, viteza vântului 0,2 m/s din direcţia N-E, umiditatea relativă în aer

45%.

Pentru studierea răspusului dinamic al obiectivului de protejat la demolarea prin explozii a

obiectivului de demolat, am efectuat la etajul 10 al clădirii protejate, înregistrări ale oscilaţiilor induse

asupra acestei structuri, înainte, în timpul şi după activitatea de demolare.

Înregistrările le-am realizat cu un vitezometru, cu care am înregistrat succesiv pe cele trei direcţii

principale NS, EV şi verticala Z, următorii parametrii dinamici ai structurii: deplasările (mm), vitezele

(mm/s), acceleraţiile (mm/s2), smucitura (mm/s

3), frecvenţele proprii (Hz) şi perioadele proprii (s) [22].

Vitezometru GeoSIG GBV-316 (fig. 9.26) pe care l-am utilizat la aceste înregistrări, este de

regulă instalat în clădirea Facultăţii de Îmbunătăţiri Funciare din cadrul Universităţii de Ştiinţe

Agronomice şi Medicină Veterinară Bucureşti. În amplasament, acest aparat execută înregistrări ale

mişcării pământului de pe urma cărora se poate calcula probabilitatea de apariţie a unui seism în

amplasamentul respectiv, deci hazardul seismic. Acest lucru este necesar să fie cunoscut pentru protecţia

seismică a amplasamentului în cauză, conform normativelor în vigoare [27].

9.3.2. Prezentarea instrumentului GeoSIG GBV- 316

Aparatul GBV 316 este un sistem de achiziţie a datelor seismice produs în Elveţia. Echipamentul

este disponibil în mai multe variante constructive [27]:

- cu semnal intern sau trei axe, într-o carcasă metalică portabilă;

- numai ca digitizor, sau alte configuraţii.

Opţional se pot folosi şi senzori externi cum ar fi: seismometre, geofoane, accelerometre sau alţi

senzori cu tensiunea de intrare în intervalul 0 - 5 VDC. Valorile mai mici pot fi amplificate.

În timpul operării normale, senzorii introduc toate evenimentele în formă digitală de 16 biţi în

memoria de 64 kb a instrumentului. Datele înregistrate sunt stocate în memoria EPROM şi nu se pierd

dacă sistemul nu mai este conectat la sursa de tensiune. Sistemul GBV este configurat astfel încât să fie

conectat la un calculator personal printr-un port de comunicare RS 232 [27].

Accesul la datele înregistrate este posibil prin conectarea la calculatorul personal, permiţându-se o

comunicare la viteză mărită a datelor, astfel încât să fie extrase foarte rapid.

Algoritmii de declanşare includ raportul mediu dintre Media Perioadei Scurte (STA) şi cea a

perioadei lungi (LTA) şi nivelul de declanşare. Raportul de declanşare (STA/LTA) calculează mediile

semnalelor de perioadă lungă şi scurtă de 50 de ori pe secundă (la fiecare 0.02 secunde).

Când STA depăşeşte multiplii presetaţi ai LTA, instrumentul GBV începe înregistrarea.


221

Patru led-uri împreună cu display-ul sistemului dau informaţii utilizatorului despre semnalul sosit,

dată şi timp, spaţiul de memorie ocupat şi mesajele eronate. Tipul de informaţie este afişat pe display-ul

instrumentului şi poate fi setat de utilizator cu ajutorul softaware-ului tip GeoDAS.

În funcţie de specificaţie şi culoarea lor, led-urile indică [27]:

AC – culoare verde – conectarea instrumentului la sursa de tensiune;

RUN – culoare verde – clipeşte la fiecare două secunde în momentul în care GBV-ul funcţionează

normal;

EVEN – culoare galbenă – este aprins pe durata înregistrării unui eveniment. Numărul flash-urilor

în 10 secunde reprezintă cantitatea de memorie utilizată în procente;

Error – culoare roşie – clipeşte în momentul în care are loc o eroare (descărcarea bateriei,

memorie plină, senzor stricat).

Figura 9.26. – Instrumentul GBV 316 [27]

Pe un capac în interiorul aparatului, este montat circuitul electric principal al acestuia compus din:

transformatorul de curent, micro-controler-ul, ceasul şi memoria aparatului. Carcasa instrumentului

conţine şi o baterie reîncărcabilă de 12 VDC. Această baterie poate furniza timp de aproximativ 2 zile

autonomia necesară în condiţii de utilizare normală [27].

Aparatul are amplasat pe una din feţele laterale 4 conectori şi un întrerupător. Conectorii sunt:

1. Conectorul RS 232 – pentru ataşarea unui calculator la GBV, folosit pentru a seta

parametrii operaţiilor sau recuperarea datelor înregistrate;

2. Conectorul GPS – este folosit pentru conectarea unui GPS extern la GBV. Semnalul de la

acest receptor este folosit să permită localizarea aparatului;

3. Conectorul pentru sursa de putere – prin acest conector aparatul este alimentat cu energie

electrică (17 – 30VDC) şi 550mA;

4. Conectorul pentru senzorul extern – permite conexiunea cu un senzor extern. La acest

conector pot fi conectate mai multe tipuri de senzori externi cu puterea de intrare a semnalului între 0-5

VDC [27].

Opţionale şi accesorii [27]:

Modem. Poate fi conectat un modem extern la GBV care are rolul de a da accesul controlului la

GBV printr-o linie telefonică. Se poate ca GBV-ul să sune în momentul evenimentului. În momentul

producerii evenimentului, GBV-ul apelează automat la numărul telefonic presetat.

GPS este un receptor de satelit ataşat la GBV. Această unitate dă informaţii exacte despre poziţia

instrumentului.

Memorie. Memoria standard este de 2 Mb şi există posibilitatea upgrade-ului până la 10 Mb [27].


222

9.3.3. Amplasarea şi operarea cu instrumentul GBV-316

Selectarea locului de amplasare a aparatului, constă în alegerea unui loc cât mai liniştit în care

instrumentul să nu fie expus condiţiilor de mediu neprielnice. După ce locul a fost identificat, se

realizează montarea aparatului. În acest scop, se desfac cele patru şuruburi ale carcasei, iar prin găurile

care practicate la baza carcasei, se introduc 4 şuruburi tip M6 cu care se realizează prinderea aparatului

de placa de beton. Denivelarea platformei pe care este montat instrumentul, poate fi de maxim 30 [27].

9.3.4. Modul de operare al instrumentului GBV-316

a) Condiţionarea semnalului [27]

Senzor: intern SM 6 Model B;

Rezoluţie: 16 biţi în intervalul 0 – 5 V;

Frecvenţa: 4.5 Hz;

Rezistenţa de amplificare: 8.2 kOhm.

Tabelul 9.1. – Caracteristicile senzorului intern [27]

Amplificare Constanta

seismografului

(Vs/m)

Constanta

generatorului

totală (incl.

8.2 kOhm)

(Vs/m)

Scala

completă

a

voltajului

(mV)

Scala

completă a

semnalului

(mm/s)

Rezoluţia

semnalului

(V)

Semnalul

LSB

(mm/s)

2.2 28,8 60,5 1136 41,26 34,67 1261

10 28,8 275 250 9078 7,629 277,4

100 28,8 2750 25 0,908 0,763 27,74

1000 28,8 27500 2,5 0,091 0,076 2,774

Relaţiile Acceleraţie – Viteză – Deplasare

fdf

av

2

2 (9.8)

2242 f

a

f

vd

(9.9)

22242 fdfva (9.10)

unde

a – acceleraţia (m/s2)

v – viteza (m/s)

d – deplasarea (m)

f – frecvenţa (Hz)

Exemplu: considerând o viteză de 3 mm/s la frecvenţa de 20 Hz rezultă

mgsmxxxfva 4.38/38.02014.32003.02 2 (9.11)

mmmxxf

vd 0238.08.23

2014.32

003.0

2

(9.12)


223

b) Amplificarea semnalului

Versiunea standard a instrumentului GBV are un preamplificator intern, care permite să amplifice

semnalele la senzorul intern cu un factor de amplificare de 2.2/10/100/1000. Valorile se selectează cu

ajutorul unui conector existent pe placa de bază [27].

Tabelul 9.2. – Calculul deplasării, vitezei şi acceleraţiei la diferite frecvenţe [61] Frecvenţa

(Hz)

Deplasarea

(m)

Deplasarea

(um)

Viteza

(m/s)

Viteza

(mm/s)

Acceleraţia

(m/s2)

Acceleraţia

(mg)

1 0,0000001 0,1 0,000000628 0,000628319 0,000000395 0,000040243

2 0,0000001 0,1 0,000001257 0,001256637 0,000000790 0,000080486

5 0,0000001 0,1 0,000003142 0,003141593 0,000001974 0,000201215

10 0,0000001 0,1 0,000006283 0,006283185 0,000003948 0,000402430

20 0,0000001 0,1 0,000012566 0,012566371 0,000007896 0,000804861

50 0,0000001 0,1 0,000031416 0,031415927 0,000019739 0,002012152

100 0,0000001 0,1 0,000062832 0,062831853 0,000039478 0,004024304

c) Filtru de decimare

GBV-ul suportă frecvenţe de 25, 50, 100 şi 200 Hz. Filtrul de decimare este realizat cu ajutorul

unui filtru cu pas mic digital. Filtrul de decimare este proiectat astfel încât amplificarea răspunsului

frecvenţei este 60 dB la fs/2 (fs = sampling frequency) [27].

Figura 9.27. Frecvenţa de răspuns [27] Figura 9.28. Pasul de răspuns [27]

d) Declanşarea înregistrării Înregistrarea începe cu un interval de timp înaintea evenimentului şi se încheie la un alt interval

de timp după ce a avut loc evenimentul. Aceste intervale pre şi post eveniment, se pot defini de către

utilizator cu ajutorul software-ului GeoDAS (fig. 9.29) [27].

Figura 9.29. Modul de înregistrare a datelor [27]


224

În situaţia în care utilizatorul setează instrumentul să înregistreze continuu, atunci ledul galben

amplasat pe capacul instrumentului, va funcţiona în permanenţă.

Raportul STA/LTA (Short Time Average/Long Time Average) calculează mediile perioadei

scurte şi perioadei lungi ale semnalelor intrate. Când STA creşte cu un multiplu presetat faţă de LTA,

GBV-ul începe să înregistreze datele. Avantajul acestui tip de declanşare a înregistrării este acela că

sensibilitatea de declanşare se adaptează la semnalul seismic. Astfel se obţin mai puţine erori de

declanşare a înregistrării, decât cu alte tipuri de metode de înregistrare [27].

Pentru folosirea raportului de declanşare STA/LTA, sunt folosite următoarele informaţii:

- perioada de capăt a intervalului scurt;

- perioada de capăt a intervalului lung;

- raportul dB al mediei perioadei scurte la media perioadei lungi ce declanşează înregistrarea;

- atunci când utilizatorul doreşte, poate avea cele două valori STA şi LTA aduse la zi [27].

Media timpului pentru STA şi LTA, poate fi aleasă după cum urmează:

- STA 0.1 la 10 secunde;

- LTA 1 la 999 secunde.

LTA nu poate fi setată mai mică decât STA. Valorile lui ALFA pentru o funcţionare corectă a

instrumentului GBV 316, sunt prezentate în tabelul 9.3.

Tabelul 9.3. Valorile maxime ale lui ALFA pentru unele valori ale raportului STA/LTA [27]

STA LTA Maximum

ALPHA

2.0 10 14 dB

1.0 10 20 dB

0.5 10 26 dB

0.5 20 32 dB

0.2 20 40 dB

LTA

STAALPHA 10log20 (9.13)

e) Înregistrarea datelor

Un eveniment este o perioadă de timp în care are loc înregistrarea. Când s-a obţinut un eveniment

GBV-ul îl stochează în format digital în memoria disponibilă. Pentru ca înregistrarea să se oprească

trebuie să existe o condiţie de oprire setată de utilizator de la calculatorul conectat la aparat. Tot de

utilizator sunt setate şi intervalele de timp pre şi post eveniment [27].

Capacitatea de înregistrare exprimată în secunde este dată de formula:

SRTBByteCH

CFMt

)(

(9.14)

unde: CF - factorul de compresiune a datelor (este setat 1.5 dar poate lua valori în intervalul 1...7); Byte -

GBV foloseşte formatul 2 Byte data; TB - intervalul de timp; CH - număr de canale; SR - rata (SPS);

t - timpul (s).

Cu 2Mbyte de memorie instalată, înregistrând pe 3 canale cu o rată de 200 SPS, timpul maxim de

înregistrare obţinut este de 37 min. GBV-ul nu înregistrează peste datele deja înregistrate. Atunci când

memoria este plină, înregistrarea se opreşte automat.


225

f) Extragerea datelor

Pentru a extrage datele, se foloseşte un calculator ce se poate conecta la aparat prin portul RS 232.

După conectare se instalează software-ul GeoDAS sau orice alt tip de program de captură a datelor. Acest

software poate să convertească înregistrările făcute în diferite tipuri de formate, cunoscute pentru

programele MATLAB, SEISAN, SCDS etc. Aceste software-uri, sunt specializate ptr. calculul şi

prelucrarea datelor cu ajutorul unor funcţii matematice [27].

9.3.5. Înregistrări

Înregistrările efectuate cu sistemul de achiziţie a datelor GBV 316 la etajul 10 al obiectivului de

protejat, situat la 130 m faţă de obiectivul de demolat, înainte, în timpul şi după producerea demolării

prin explozii controlate, sunt în concordanţă cu specificaţiile din subcapitolul 6.6 al tezei - Evaluarea

mişcărilor pământului produse de explozii [100].

A. Înregistrări pe 3 direcţii ortogonale înaintea demolării [100]

Figura 9.30. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în deplasări înaintea demolării

Figura 9.31. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în viteze înaintea demolării


226

Figura 9.32. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în acceleraţii înaintea demolării

Figura 9.33. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în smucituri înaintea demolării

Figura 9.34. Transformata Fourier a structurii înaintea demolării


227

B. Înregistrări pe trei direcţii ortogonale în timpul demolării [100]

Figura 9.35. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în deplasări în timpul demolării

Figura 9.36. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în viteze în timpul demolării

Figura 9.37. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în acceleraţii în timpul demolării


228

Figura 9.38. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în smucituri în timpul demolării

Figura 9.39. Transformata Fourier a structurii în timpul demolării

C. Înregistrări pe trei direcţii ortogonale după demolare

Figura 9.40. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în deplasări după demolare


229

Figura 9.41. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în viteze după demolare

Figura 9.42. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în acceleraţii după demolare

Figura 9.43. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în smucituri după demolare


230

Figura 9.44. Transformata Fourier a structurii după demolare

9.3.6. Prelucrarea şi interpretarea înregistrărilor

După prelucrarea înregistrărilor cu soft-ul GeoDAS, am obţinut valorile maxime pentru

deplasările, vitezele, acceleraţiile, frecvenţele şi perioadele proprii ale obiectivului de protejat.

Rezultatele parametrilor înregistraţi sunt prezentate tabelar, sub formă de valori comparative pe cele 3

direcţii şi în cele 3 momente ale înregistrării, astfel:

Tabelul 9.4. Valori maxime ale parametrilor mişcării înregistraţi pe direcţia verticală [100]

Parametru Înainte de explozie În timpul exploziei După explozie

Deplasare (mm) 13,52 x 10-7

425,1 x 10-7

33,17 x 10-7

Viteză (mm/s) 553,7 x 10-7

12250,0 x 10-7

1104,0 x 10-7

Acceleraţie (mm/s2) 26260,0 x 10

-7 632000 x 10

-7 55970,0 x 10

-7

Smucitură (mm/s3) 1589000 x 10

-7 -29660000 x 10

-7 -3264000 x 10

-7

Frecvenţa proprie (Hz) 3,13 3,22 3,00

Perioada proprie (s) 0,3194 0,3105 0,3333

Tabelul 9.5. Valori maxime ale parametrilor mişcării înregistraţi pe direcţia N-S [165]

Parametru Înainte de explozie În timpul exploziei După explozie


742,0 x 10-7

21,35 x 10-7

Viteză (mm/s) 247,0 x 10-7

19360,0 x 10-7

444,0 x 10-7

Acceleraţie (mm/s2) 9830,0 x 10

-7 610000 x 10

-7 23990,0 x 10

-7


-7 29960000 x 10

-7 1501000 x 10

-7



Tabelul 9.6. Valori maxime ale parametrilor mişcării înregistraţi pe direcţia E-V [100]

Parametru Înainte de demolare În timpul demolării După demolare


1334,0 x 10-7

25,66 x 10-7

Viteză (mm/s) 239,0 x 10-7

29550 x 10-7

579,0 x 10-7

Acceleraţie (mm/s2) 9600 x 10

-7 811000,0 x 10

-7 21380,0 x 10

-7


-7 30520000 x 10

-7 1171000 x 10

-7




231

În urma evaluării comparative a valorilor maxime ale parametrilor dinamici înregistraţi la etajul

10 al obiectivului de protejat, pe cele 3 direcţii şi în cele trei momente luate în considerare, rezultă că

aceste valori au avut amplificările cele mai mari pe direcţia E-V în timpul demolării, faţă de valorile

înregistrate înaintea demolării, conform tabelului următor:

Tabelul 9.7. Amplificările maxime ale parametrilor înregistraţi pe direcţiile verticală,

N-S şi E-V în cele 3 momente ale înregistrării [100]

Parametru Amplificarea maximă

Direcţia verticală Direcţia N-S Direcţia E-V

Deplasare (mm) 31,44 61,67 121,49

Viteză (mm/s) 22,12 78,38 123,64

Acceleraţie (mm/s2) 24,06 62,05 84,47

Smucitură (mm/s3) 18,66 42,25 46,73



Din tabelul de mai sus se observă că dintre toate amplificările parametrilor de mişcare pe direcţia

E-V, amplificarea maximă corespunde pentru parametrul „viteză”. Amplitudinea maximă de oscilaţie a

obiectivului de protejat pe direcţia E-V, exprimată prin viteza particulei, este de 0,003 mm/s şi are o

valoare de 123,64 ori mai mare în timpul demolării faţă de valoarea înregistrată înaintea demolării.

9.3.7. Analiza înregistrărilor În urma evaluării comparative a valorilor parametrilor dinamici înregistraţi, rezultă că acestea au

suferit modificări de două ordine de mărime în timpul exploziei faţă de valorile înregistrate înaintea

exploziei. Cu excepţia frecvenţei şi perioadei proprii, mărimile parametrilor înregistraţi după explozie,

sunt duble faţă de cele anterioare exploziei.

Pentru a evalua influenţa oscilaţiilor seismice produse la demolarea construcţiei industriale asupra

blocului de locuinţe, am comparat valorile maxime ale parametrilor dinamici care caracterizează

oscilaţiile seismice produse atât de explozii cât şi de prăbuşirea construcţiei industriale, cu gradele de

deteriorare ale construcţiilor indicate în lucrările de specialitate ca fiind corespunzătoare pentru aceste

valori [25], [65].

După cum am precizat în cap. 6, paragraful 6.6.2.3, din cercetările în domeniu rezultă că pentru

oscilaţii ale terenului ale căror frecvenţe depăşesc valoarea de 10 Hz, criteriul de deteriorare recomandat

al construcţiilor este viteza particulei iar pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz, acesta se alege în funcţie de

mărimea deplasării particulei [65].

Datorită faptului că frecvenţa oscilaţiilor pe timpul demolării obiectivului a fost mai mică de 10

Hz, rezultă că mărimea deplasării particulelor reprezintă criteriul de deteriorare cel mai indicat pentru a

evalua gradul de deteriorare al obiectivului de protejat.

Pentru a aduce un plus de credibilitate evaluării gradului de deteriorare al obiectivului de protejat,

în afară de evaluarea parametrului deplasarea particulei, efectuez şi analiza comparativă a gradul de

deteriorare după mărimea vitezei şi acceleraţiei particulei.

Din tabelul 9.6, se observă că amplitudinea maximă de oscilaţie a obiectivului de protejat pe

direcţia E-V, exprimată prin deplasarea particulei (d = 0,0001334 mm) este mult mai mică decât

amplitudinea minimă admisibilă de oscilaţie a unei construcţii exprimată în valori ale deplasării

particulei, astfel încât aceasta să fie deteriorată (d = 0,05 mm conform tabelului 6.5 din cap. 6) şi de

asemenea mult mai mică faţă de amplitudinea minimă admisibilă de oscilaţie a unei construcţii exprimată

prin deplasarea particulei (d = 2,67 mm) pentru ca o construcţie oscilată la o frecvenţă foarte joasă (f = 5

Hz) să fie fisurată (conform tabelului 6.4 din cap. 6).


232

Tot din tabelul 9.6, rezultă că valoarea amplitudinii maxime de oscilaţie exprimată prin viteza

particulei înregistrată de vitezometru pe timpul demolării prin explozii a construcţiei industriale (v ≈

0,003 mm/s), este cu trei ordine de mărime mai mică decât nivelul de oscilaţie exprimat în valori ale

vitezei particulei stabilit de Medvedev (v = 2 mm/s), astfel încât oscilaţiile să fie percepute de oameni

(conform tab. 6.8 din cap. 6).

Acceleraţia particulei este un parametru foarte des utilizat în aprecierea efectului seismic al

cutremurelor de pământ asupra construcţiilor. În vederea evaluării efectului seismic pe baza folosirii

acceleraţiei particulei rezultate în urma exploziilor, cercetările făcute de Thoenen şi Windes (1942), au

arătat că dacă acceleraţia este mai mică decât 0,1g, nu este de aşteptat nici o deteriorare a clădirilor [28].

După Buzdugan et. al. (1976), nivelul de oscilaţie exprimat în valori ale acceleraţiei pentru

apariţia unor deteriorări grave ale unei construcţii de mică înălţime, ca urmare a efectelor seismice ale

exploziilor, are valoarea a = 0,05 mm/s². Mărimea acceleraţiei mişcării particulei înregistrată de

vitezometrul GBV-316, are valoarea a = 0,08 mm/s², însă nu corespunde încadrării lui Buzdugan,

deoarece în cazul de faţă obiectivul de protejat este o clădire înaltă, cu 10 etaje.

9.3.8. Interpretarea rezultatelor

Din tabelele 9.4, 9.5 şi 9.6, reiese că valorile maxime ale parametrilor dinamici înregistraţi după

demolare, în comparaţie cu valorile maxime ale parametrilor înregistraţi înaintea demolării, sunt aproape

duble, fapt care demonstrează că efectele oscilaţiilor pământului generate la demolarea structurii de

demolat şi manifestate asupra structurii de protejat, sunt cumulative. În conformitate cu prevederile

reglementării tehnice "Cod de proiectare. Bazele proiectării structurilor în construcţii", indicativ CR 0-

2012, efectele dependente de timp asupra structurilor care sunt cumulative, trebuie asociate cu durata de

viaţă proiectată a construcţiilor respective [X].

În urma analizei rezultatelor înregistrărilor, se validează atât calculele efectuate în paragraful

9.2.5 pentru determinarea efectului seismic indus de exploziile din elementele de construcţie, precum şi

enunţul efectuat în paragraful 9.2.6, cu referire la efectele seismice generate la impactul cu terenul a

obiectivului de demolat.

Influenţa oscilaţiilor seismice generate la demolarea prin explozii controlate a obiectivului de

demolat, asupra clădirii monitorizate şi a oamenilor care locuiesc în această clădire, au fost conform

scării de intensităţi macroseismice MSK-64, imperceptibile, adică intensitatea oscilaţiilor a rămas sub

limita sensibilităţii oamenilor iar oscilaţiile terenului au fost înregistrate numai de vitezometru (conform

tab. 6.8 de la paragraful 6.6.2.2). În conformitate cu scara macroseismică europeană EMS-98, efectele au

fost nesesizate de oameni chiar în cele mai defavorabile situaţii [132].

La demolarea prin explozii controlate a obiectivului de demolat, asupra obiectivului de protejat nu

s-au produs avarii şi degradări.

Nu au fost înregistrate reclamaţii din partea locatarilor obiectivului de protejat, referitoare la

neplăceri cauzate de efectele produse atât în timpul, cât şi după executarea activităţii de demolare prin

explozii controlate.

Studiul evaluării influenţei oscilaţiilor seismice produse la demolarea prin explozii controlate a

construcţiei de demolat asupra construcţiei de protejat, are în mod special un rol justificativ.

Acest studiu, poate fi pus (de către executantul lucrării de demolare) la dispoziţia organelor

abilitate, în situaţia apariţiei reclamaţiilor locatarilor obiectivului de protejat, referitoare la neplăceri sau

daune datorate activităţii de demolare.


233

STUDIU DE CAZ nr. 4

9.4. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate

9.4.1. Introducere

Executarea lucrărilor de demolare cu explozivi în domeniul construcţiilor, necesită luarea unor

măsuri de protecţie a mediului înconjurător, datorită efectelor distructive manifestate în principal sub

forma undelor de şoc şi a proiecţiei de fragmente şi schije rezultate în urma detonării încărcăturilor de

explozivi. În cazul lucrărilor de demolare executate în zonele urbane şi în special în imediata apropiere a

unor construcţii care trebuie protejate, aceste efecte prezintă un interes special, deoarece pot constitui

surse generatoare de distrugeri şi accidente [123].

În timpul lucrărilor de demolări cu explozivi, se adoptă o serie de măsuri pentru protejarea

mediului împotriva efectelor generate de explozii (în special suprapresiunea în frontul undei de şoc şi

proiecţiile de schije). Aceste măsuri constau în folosirea tehnicilor de protecţie cu mijloace de protecţie

balistică (ecrane) confecţionate din diferite materiale, ce se interpun la anumite distanţe, între încărcătura

explozivă şi zona sau construcţiile care trebuie protejate [96].

În cazul demolărilor controlate în care protecţia necesară este maximă (zone urbane sau cu lucrări

importante) este necesar să se utilizeze o combinaţie de ecrane care să realizeze o diminuare puternică a

undei de şoc aeriene şi a materialului sfărâmat aruncat [65].

Una din metodele folosite la protejarea obiectivelor faţă de efectele exploziilor puternice, este cea

a ecranelor realizate sub forma unor pereţi de protecţie dispuşi între explozii şi obiective (fig. 9.45 şi

9.46). Soluţia este de a utiliza saci de plastic umpluţi cu apă, susţinuţi de blocuri mari din polistiren.

Sistemul poartă denumirea de “Perete Poldine” [77].

Mulţi dintre observatorii militari experimentaţi şi chiar specialiştii în explozivi - spun producătorii

de astfel de echipamente - au fost surprinşi de eficacitatea sacilor cu apă şi chiar credeau că încărcăturile

de testare au fost prost trase [88].

În urma studiilor efectuate, argumentele pe care le aduce Explo Safety în sprijinul demonstrării

ştiinţifice a eficacităţii baricadelor cu apă sunt:

- densitatea de cca. 800 de ori mai mare a apei decât a aerului. Rezultă că forţele de frecare sunt

mult mai mari în apă;

- căldura latentă a apei (2,25 106 J/kg) este aproape jumătate din căldura de explozie a unui

exploziv (QTNT = 4,54 106 J/kg). Un nor de picături de apă de mare suprafaţă, prin evaporare poate

absorbi o cantitate mare din energia rezultată în urma transformării explozive;

-

Figura 9.45. Perete Poldine [88] Figura 9.46. Perete Poldine [88]

- în amestecul de apă cu aer, viteza sunetului suferă o modificare în sensul scăderii ei (studii

efectuate de Karplus şi Clinch, în 1964). Viteza sunetului în apă este de aproximativ de 1480 m/s iar în


234

aer este de 340 m/s. În amestecul 50% - 50% apă – aer, care are o densitate medie de două ori mai mică

decât a apei, viteza sunetului la presiune atmosferică e mai mică cu 20 m/s;

- Pentru amestecuri de 10% - 90% apă-aer, viteza sunetului scade cu 30 m/s.

O altă serie de teste efectuate de institutul de cercetare Battelle, referitoare la folosirea jetului de

apă pentru reducerea şocului undei distructive în câmp deschis şi ca un reducător de presiune cvasistatică

(QSP) a suflului distructiv în spaţii închise, au condus la următoarele rezultate:

- cu ajutorul apei se reduce nivelul zgomotului care poate fi o măsură a suprapresiunii;

- cu ajutorul apei se pot reduce distrugerile provocate clădirilor de suprapresiunea în frontul

undei de şoc ;

- cu ajutorul apei se pot reduce distrugerile în spaţii închise.

Deşi au fost efectuate numeroase experimente atât în ţară cât şi în străinătate pentru determinarea

caracteristicilor impuse materialelor de protecţie la efectele exploziilor, acest domeniu nu este încă pe

deplin cercetat [25], [49], [70], [88], [89], [90], [112].

Prin acest studiu, doresc să-mi aduc contribuţia pe cale teoretică şi experimentală la aprofundarea

cunoştinţelor referitoare la atenuarea efectelor exploziei cu ajutorul ecrane stratificate [97].

9.4.2. Studiul teoretic al atenuării efectelor exploziilor cu ecrane triplustratificate

În vederea optimizării caracteristicilor constructive ale unui ecran de protecţie balistică constituit

din materiale omogene cu densităţi diferite, dispuse în trei straturi (gel balistic-aer-gel balistic),

împotriva efectelor exploziei, am efectuat o simulare a atenuării presiunii de explozie (generată de

detonaţia unei încărcături explozive concentrate de 10 kg TNT), cu un astfel de ecran. În acest scop, am

folosit programul de calcul cu elemente finite AUTODYN 2D de la ANSYS şi am determinat variaţia

suprapresiunii în frontul undei de şoc la distanţe diferite, în două variante de lucru [1], [2], [3], [4], [5].

Varianta 1: simularea detonării pe pământ a unei încărcături concentrate de 10 kg TNT, plasată

la distanţele de 2 respectiv 4,3 m faţă de doi traductori de presiune dispuşi pe acelaşi ax cu încărcătura

explozivă;

Varianta 2: simularea detonării pe pământ a unei încărcături explozive concentrate de 10 kg

TNT, plasată la distanţele de 2 respectiv 4,3 m faţă de doi traductori de presiune dispuşi pe axe diferite

faţă de încărcătura explozivă, după interpunerea la jumătatea distanţei între încărcătura explozivă şi

senzorul 2, a unui ecran triplustratificat cu dimensiunile 1,0×1,0×0,3 m.

Mod de lucru [5]

Pentru materialul TNT (trinitrotoluen) programul AUTODYN utilizează atât ecuaţia de stare Lee-

Tarver în vederea modelării detonaţiei explozivului, cât şi ecuaţia “Jones - Wilkins - Lee” (JWL) pentru a

modela explozivul în stare iniţială (neiniţiat). Acest material are definite proprietăţile în tab. 9.8.

Tabelul 9.8. Proprietăţile materialului TNT

Ecuaţia de stare JWL

Densitatea de referinţă ρ = 1,63 g/cm3

Constante

C1 = 3,7377 108 kPa

C2 = 3,7471 106 kPa

r1 = 4,15

r2 = 0,9

ω = 0,35

Viteza de detonaţie C-J = 6,93 103 m/s

Energia C-J = 6,0 106 kJ/m

3

Presiunea C-J = 2,1 107 kPa


235

Ecuaţia de stare JWL se poate scrie sub forma

v

ee

vr1Ce

vr1Cp

vr

2

2

vr

1

121

(9.15)

unde: p este presiunea hidrostatică, v = 1/ρ reprezintă volumul specific, ρ este densitatea, iar C1, r1, C2, r2

şi ω (constanta adiabatică) sunt constante determinate experimental ce depind de tipul explozivului [5].

Modelul numeric unidimensional cu geometrie predefinită de tip „wedge”, al unei încărcături

explozive sferice în spaţiu deschis este prezentat în figura 9.47.

Am definit mai întâi condiţia iniţială şi anume ca energia internă a aerului să aibă valoarea

2,068×105 J, pentru ca aerul să fie la presiunea atmosferică (P = 1 bar).

Figura 9.47. Modelul numeric unidimensional

Modelul a fost realizat cu solver-ul “Euler multi-material”, specific problemelor în care sunt

modelate gazele, fluidele sau solidele ce urmează a suferi deformaţii mari.

Având ca principal avantaj, faptul că în timpul simulării elementele domeniului discretizat nu sunt

distorsionate, nefiind nevoie de o rediscretizare, solver-ul Euler este recomandat în cazul modelării

undelor de şoc generate la detonaţia unui exploziv [1].

Astfel, am definit un domeniu cu lungimea de 4500 mm, aplicând totodată, condiţia iniţială

stabilită anterior (P = 1 bar).

În urma procesului de discretizare au rezultat 450 elemente (fig. 9.48).

Cantitatea de exploziv TNT, cu masa de 10 kg, am modelat-o sub formă sferică, având punctul de

detonaţie stabilit în centrul sferei.

Figura 9.48. Detaliu al discretizării modelului numeric


236

Pentru a putea vizualiza după simulare, valorile suprapresiunii la diferite distanţe de încărcătura

de exploziv, am definit din faza de modelare, o serie de gauge-uri (elemente ce au drept corespondent

fizic traductorii de presiune) [4].

Se cunoaşte faptul că, prin prelucrarea matematică a unor rezultatele experimentale, s-a

demonstrat că suprapresiunea în frontul undei de şoc pf, se calculează cu relaţia:

2808 1

4,5[ ]

2 2 2

1 1 10,048 0,32 1,35

ZPa

p barf

Z Z Z

(9.16)

unde:

Pa - presiunea aerului în momentul detonaţiei bar;

Z - distanţa scalată m, [15].

Distanţa scalată se determină cu formula

3/1W

RZ (9.17)

unde:

W - echivalentul în TNT a cantităţii de exploziv folosit Kg];

R - distanţa care separă locul de dispunere al explozivului şi obiectivul considerat m, [15].

În următoarele două variante, voi prezenta variaţia suprapresiunii pf cu distanţa R. Această

variaţie o voi reprezenta pe de o parte, pe baza datelor empirice obţinute din ecuaţia (9.16), iar pe de altă

parte, pe baza rezultatelor simulărilor numerice cu ajutorul softului AUTODYN [5].

Varianta 1: Simularea exploziei pe pământ a unei încărcături concentrate de 10 kg TNT

dispusă la distanţele de 2 respectiv 4 m faţă de două traductoare de presiune

Figura 9.49. Evoluţia suprapresiunii în frontul Figura 9.50. Valoarea măsurată a suprapresiunii în

undei de şoc la momentul t = 0,8 ms [4] frontul undei de şoc de traductorul de presiune 1 [5]


237

Figura 9.51. Evoluţia suprapresiunii în frontul undei Figura 9.52. Valoarea măsurată a suprapresiunii în

de şoc la momentul t= 1,7 ms [4] frontul undei de şoc de traductorul de presiune 2 [5]

Interpretarea simulărilor pentru varianta 1

Suprapresiunile măsurate de cei doi traductori de presiune dispuşi la distanţele de 2 respectiv 4,3

m faţă de explozia a 10 kg TNT, au valorile aproximative de 18 respectiv 2,4 bari.

Varianta 2: Simularea exploziei pe pământ a unei încărcături concentrate de 10 kg TNT,

dispusă la distanţa de 2,0 m faţă de un ecran triplustratificat cu dimensiunile 1,0×1,0×0,3 m.

Figura 9.53. Evoluţia suprapresiunii în frontul Figura 9.54. Valoarea măsurată a suprapresiunii

undei de şoc la momentul t= 2,80 ms [4] în frontul undei de şoc de traductorul 1 [5]

Figura 9.55. Evoluţia suprapresiunii în frontul Figura 9.56. Valoarea măsurată a suprapresiunii

undei de şoc la momentul t= 4,5 ms [4] în frontul undei de şoc de traductorul 2 [5]


238

Interpretarea simulărilor pentru varianta 2

Suprapresiunile în frontul undei de şoc măsurate de cei doi traductori de presiune au valorile

aproximative de 38 bari respectiv 80 mbari.

Datorită reflexiilor şi refracţiilor undei de şoc la interacţiunea cu ecranul stratificat, la baza

ecranului presiunea a crescut de la valoarea de 18 bari corespunzătoare variantei fără ecran, la 38 bari

pentru varianta cu ecran. La 2 m în spatele ecranului, suprapresiunea în frontul undei de şoc este atenuată

de la valoarea de 2,4 bari corespunzătoare variantei fără ecran, la valoarea de 80 mbari pentru varianta cu

ecran.

9.4.3. Studiul experimental al atenuării efectelor exploziilor cu ecrane triplustratificate

Pentru validarea studiului teoretic al atenuării efectelor exploziilor asupra mediului înconjurător

cu ajutorul ecranelor triplustratificate, compar rezultatele obţinute în urma modelării şi simulării

detonaţiei încărcăturii de 10 kg TNT în spaţiu deschis cu ajutorul programului AUTODYN 2D, cu

rezultate obţinute pe cale experimentală [6].

În acest sens, am participat la realizarea unui studiu experimental în Poligonul de Încercări al

Armatei Jegălia, jud. Călăraşi, care a avut în vedere îndeplinirea următoarelor obiective:

- Validarea studiului teoretic al atenuării efectelor exploziilor asupra mediului înconjurător cu

ajutorul ecranelor stratificate;

- Studiul comportării la acţiunea exploziei, a ecranelor stratificate dispuse în interiorul zonei de

distrugere totală a exploziei unei încărcături explozive cu masa Q = 10 kg TNT;

- Determinarea eficacităţii ecranelor stratificate împotriva efectului brizant al exploziei (efectul

prin suflu şi schije);

- Studiul fenomenului de atenuare a suprapresiunii în frontul undei de şoc de către ecranele

stratificate;

- Evaluarea în funcţie de rezultatele obţinute, a posibilităţii de folosire a ecranelor stratificate la

protejarea mediului înconjurător şi a oamenilor de efectele exploziei.

Condiţiile de executare a experimentului

Pentru îndeplinirea obiectivelor propuse, s-au construit la S.C. STIMPEX S.A. Bucureşti, 4

ecrane din fibră de sticlă cu dimensiunile 100 50 27cm fiecare, prevăzute la interior cu trei

compartimente de volume egale, dispuse lamelar, pe lungime (fig. 9.57).

În compartimentele laterale ale ecranelor am introdus gel balistic iar în compartimentul din mijloc

a fost aer (fig. 9.58) [77]

Ecranele le-am amplasat unul peste altul pe sol, pe dimensiunea cea mai mică (pe grosime) după

care le-am apropiat între ele pentru a forma un ecran mai mare (fig. 9.59, fig. 9.60).

Ecranul mare a fost încastrat în pământ cu 3 tije metalice din cornier cu platbanda de 2,5 cm

lăţime.

În spatele ecranului am dispus o pătură antisuflu din kevlar cu grosimea de 2,0 cm şi suprafaţa de

1,5 m².

În faţa ecranului, la distanţa de 2 m pe sol, am detonat succesiv două încărcături explozive

concentrate cu masa de 0,4 respectiv 10 kg TNT (fig. 9.61).


239

Figura 9.57. Ecran triplustratificat [97] Figura 9.58. Încărcarea compartimentelor laterale

ale ecranelor cu gel balistic [97]

Figura 9.59. Vedere frontală a dispunerii încărcăturii explozive faţă de ecran [97]

Figura 9.60. Vedere laterală a dispunerii încărcăturii explozive faţă de ecran [97]

2 m

2 m

2 m 2 m

1 m

2 m

Traductor de

presiune 1

Traductor de

presiune 2 10 kg TNT

Ecran

triplustratificat

10 kg TNT

Ecran

triplustratificat


240

Figura 9.61. Confecţionarea încărcăturii explozive de Figura 9.62. Vedere frontală a încărcăturii de

10 kg TNT de către autorul tezei [97] 2 kg cuie dispusă pe încărcătura explozivă [97]

Pe toată suprafaţa dinspre ecran a încărcăturii explozive de 10 kg, am dispus o încărcătură de 2 kg

cuie cu masa medie a cuielor de 1 g (fig. 9.62).

Metoda de determinare a presiunii de explozie şi a suprapresiunii la detonarea în teren a

materialelor explozive, este descrisă în procedura specifică Ps-LIPBP-05 a Laboratorului de Încercări

pentru Protecţie Balistică şi Pirotehnice din cadrul Centrului de Cercetare Ştiinţifică pentru Apărare

CBRN şi Ecologie, laborator acreditat de RENAR.

Pentru măsurarea suprapresiunii în frontul undei de şoc, s-a folosit un sistem de achiziţie a datelor

special destinat acestui scop.

Aparatura de măsură a presiunii de explozie, este un sistem multicanal de achiziţie analog-digitală

a parametrilor funcţionali ai mijloacelor explozive compus din: condiţioner de semnal; osciloscop de tip

PICOSCOPE 3424; notebook; traductori piezoelectrici de presiune caracterizaţi prin valoarea maximă a

presiunii pe care o poate măsura şi sensibilitatea lor, măsurată în [pC/V] sau [bar/V]; cablu coaxial low-

noise cu conectori BNC, utilizaţi pentru a realiza conexiunea dintre traductorii piezoelectrici de presiune,

condiţionerul de semnal şi osciloscop (fig. 9.63) [6].

Tehnologia folosită a constat din amplasarea pe pământ în suporţi de oţel a 2 traductori de

presiune piezoelectrici tip PCB model 102: primul în faţa ecranului, la distanţa de 2 m lateral stânga faţă

de încărcătura de exploziv şi al doilea la 2 metri în spatele ecranului. Senzorii au fost dispuşi pe axe de

direcţii diferite.

Traductorii de presiune piezoelectrici etalonaţi pentru diferite presiuni (13,945 bar/V, 6,812

bar/V), au fost dispuşi faţă de încărcătura explozivă, invers proporţional cu distanţa până la aceasta cu

scopul de a face faţă solicitărilor la presiune.

Înainte de executarea propriu-zisă a experimentului, s-a executat pe acelaşi amplasament,

explozia unei încărcături concentrate de 0,4 kg TNT pentru verificarea funcţionării senzorilor şi

calibrarea aparaturii de înregistrare.

După calibrarea aparaturii, s-a detonat în acelaşi loc unde a avut loc prima explozie, o încărcătură

explozivă paralelipipedică concentrată, cu masa de 10 kg TNT [7].

Condiţiile climatice pe timpul desfăşurării experimentului au fost: strat de zăpadă gros de 5 cm,

temperatura mediului ambiant -2 °C, cer înnorat, vânt moderat 2-3 m/s din direcţia N-E.


241

a) b)

Figura 9.63. Sistem multicanal de achiziţie analog-digitală a parametrilor funcţionali ai mijloacelor

explozive, acreditat RENAR [7]

9.4.4. Interpretarea efectelor obţinute în urma producerii exploziei

În urma exploziei încărcăturii de 10 kg TNT, datorită suflului cele patru ecrane au fost proiectate

şi împrăştiate pe o distanţă de aproximativ 10 m de la poziţia iniţială (fig. 9.64).

Două ecrane au fost dezmembrate în părţile constituiente (cele în contact cu terenul) iar celelalte

două au suferit spargeri ale cavităţilor, dar nu s-au dezmembrat [97].

Figura 9.64. Împrăştierea ecranelor de către suflul exploziei [97]

În locul exploziei a rezultat un crater aparent cu diametrul de 3 m (fig. 9.64) şi o zonă de

fumizare cu o suprafaţă neregulată, întinsă pe aproximativ 200 m² (fig. 9.65).

Figura 9.65. Craterul aparent al exploziei [97] Figura 9.66. Efectul de fumizare [97]

3 m


242

Din analiza efectelor exploziei asupra ecranelor, am constatat că schijele proiectate de explozie au

fost în marea lor majoritate reţinute de ecrane şi doar câteva din acestea au penetrat ecranele.

Acestea din urmă nu au mai avut suficientă energie şi au fost oprite de pătura antisuflu, fără însă a

rămâne înfipte în aceasta.

Pătura antisuflu nu a suferit nici un fel de deteriorare, însă a fost proiectată de suflul exploziei în

construcţia din beton armat situată la aproximativ 15 m în spatele ecranului. Având în vedere faptul că

ecranul a fost amplasat la distanţa de 2 m care este mai mică decât raza zonei de distrugere totală a

exploziei (R = 5 m), acesta nu a rezistat la suflul exploziei şi s-a răsturnat iar tijele metalice de încastrare

au fost smulse din pământ.

Ecranul mare a atenuat foarte mult energia cinetică a schijelor, însă datorită proiectării celor 4

ecrane constituente şi dezmembrării unor părţi componente ale acestora, a dat naştere la rândul lui unor

proiecţii periculoase.

9.4.5. Interpretarea înregistrărilor efectuate în timpul exploziei. Validarea simulării

În urma analizei înregistrărilor efectuate în timpul exploziei, am constat că suprapresiunea în

frontul undei de şoc la la nivelul pământului şi la 2 m în spatele ecranului, a fost puternic atenuată la

aprox. 80 mbar (fig. 9.67), sub limita valorii minime de a produce leziuni asupra corpului omenesc care

este de aprox. 350 mbar (tab. 9.11) [97].

Din analiza comparativă a valorilor suprapresiunii în frontul undei de şoc obţinute pe cale

analitică, cu valorile obţinute experimental, se observă că acestea sunt foarte apropiate şi rezultă că

simularea atenuării suprapresiunii în frontul undei de şoc prezentată la paragraful 9.4.2. este validă [97].

Suprapresiunea în frontul undei de şoc (calculată cu formula 9.1 de la paragraful 9.2.3), la

distanţa de 4 m faţă de explozia unei încărcături explozive de 10 kg TNT, fără a fi atenuată de ecran de

protecţie, are o valoare aproximativă de 2,3 bar şi este letală (vezi tab. 9.13).

O clădire care se află la această distanţă, suferă distrugeri iremediabile (conform tab. 9.10).

În situaţia în care clădirea se protejează cu un ecran similar celui folosit la acest experiment şi în

aceleaşi condiţii, distrugerile provocate clădirii de suprapresiunea în frontul undei de şoc generată de

explozia încărcăturii, se situează la limita inferioară a distrugerii pereţilor din lemn sau BCA ai caselor

obişnuite (vezi tab. 9.11) [97].

Figura 9.67. Înregistrarea suprapresiunii în frontul Figura 9.68. Înregistrarea suprapresiunii în frontul

undei de şoc de către traductorul piezoelectric undei de şoc de către traductorul piezoelectric

situat la 2 m în spatele ecranului [97] situat la 2 m lateral stânga faţă de ecran [97]

Senzorul de presiune situat la 2 m lateral în stânga ecranului, a înregistrat o valoare maximă a

suprapresiunii în frontul undei de şoc de aproximativ 18 bar (fig. 9.68)

În urma celor prezentate, rezultă că o clădire dispusă la distanţa de 4 m faţă de explozia pe sol a

unei încărcături explozive de 10 kg TNT, care este protejată la jumătatea acestei distanţe de un ecran


243

triplustratificat cu grosimea de aprox. 30 cm alcătuit din medii cu aceleaşi grosimi dar cu densităţi

diferite (gel balistic – aer - gel balistic), suferă mai multe tipuri de distrugeri la acţiunea suprapresiunii în

frontul undei de şoc.

Acestea constau în smulgerea geamurilor, căderea tencuielii, pagube neînsemnate sau distrugeri la

pereţii din lemn sau BCA (vezi tab.9.11). Din punct de vedere al efectului de suflu al exploziei, clădirea

nu este protejată dacă ecranul nu rămâne încastrat în poziţia iniţială.

În urma calculelor efectuate, am evaluat că ecranul triplustratificat din fibră de sticlă a realizat la

nivelul solului, la 2 m în spatele lui şi la 4 m faţă de încărcătura explozivă, o atenuare foarte mare (de 28

ori) a suprapresiunii în frontul undei de şoc, faţă de situaţia în care nu se interpune acest ecran.

Conform tabelului 9.12, distanţa minimă de siguranţă pentru persoanele neprotejate împotriva

schijelor proiectate de explozia unei încărcături de 10 kg TNT, este de 274 m.

Ca urmare a efectului proiecţiei de schije, se constată că foarte puţine schije au penetrat ecranul

iar după ecran energia schijelor a fost foarte mică, deoarece nu au produs nici un fel de deteriorare asupra

păturii antisuflu dispusă în spatele ecranului.

Tabelul 9.9. Presiunea maximă înregistrată de cei doi senzori de presiune pe timpul exploziei [97]

9.4.6. Încheiere

Explozia este un fenomen ce se produce în timp scurt şi generează un mare volum de gaze,

puternic încălzite şi comprimate, care la rândul lor izbesc mediul limitrof. Impactul violent dintre

produşii de detonaţie şi mediu, dă naştere la unde de şoc. Efectul distructiv al exploziei se datorează în

principal efectului brizant al acesteia (efectul prin suflu şi schije) şi a suprapresiunii în frontul undei de

şoc [7], [32].

Studiul de caz desfăşurat în condiţiile prezentate mai sus, a scos în evidenţă următoarele:

- ecranul dispus în zona de distrugere totală a exploziei, este de unică folosinţă;

- ecranul protejează o construcţie dispusă la 2 m în spatele lui de distrugerea completă;

- ecranul atenuează suprapresiunea în frontul undei de şoc la 2 m în spatele lui, la valori neletale;

- ecranul asigură o bună eficacitate la atenuarea propulsiei de schije cu greutatea medie de 1g;

- ecranul insuficient încastrat în teren pentru a nu se răsturna, nu este eficace pentru a rezista la

suflul exploziei şi dă naştere la proiecţii periculoase [97].

Tabelul 9.10. Distrugerile provocate de explozie asupra clădirilor [88]

Cantitatea

de exploziv

Demolare

Distrugere

iremediabilă

Distrugeri

reparabile

Distrugeri

minore

Până la 4,5 0,91-1,5 1,5-2,7 6,1 31

5-11,3 1,8-3 3-4,6 9 46

11,8-22,7 3,7 7 15 104

23-68 6 15 31 198

68-113 14 29 58 244

114-227 14 29 58 341

227-454 23 46 91 488

Senzor de

presiune/dispunere

Senzorul 1 dispus la 2 m de

încărcătura explozivă şi lateral faţă

de ecran

Senzorul 2 dispus la 4,3 m de

încărcătura explozivă şi la 2 m în

spatele ecranului

Presiune maximă

înregistrată 18 bar 0,08 bar


244

Tabelul 9.11. Valorile suprapresiunii în frontul undei de şoc pf, care produc diferite distrugeri

(KINNEY F. G., Explozii şi şocuri în aer, New York, 1962 ) [61]

TIPURI DE DISTRUGERI pf mbar

Distrugeri minime la geamuri 1 - 3

Spargerea geamurilor obişnuite 10 – 15

Suprapresiunea minimă ce produce avarii la rachetele dirijate 15 – 25

Smulgerea geamurilor, căderea tencuielii, pagube neînsemnate la clădiri 35 - 75

Oameni trântiţi la pământ 70 – 100

Deformarea plăcilor metalice 75 – 125

Distrugeri la pereţii din lemn sau BCA ai caselor obişnuite 75 – 150

Distrugeri la pereţii realizaţi din elemente de beton 200 – 300

Deformarea rezervoarelor pentru produse petroliere 200 – 300

Doborârea stâlpilor de telegraf şi înaltă tensiune 300 – 500

Pagube importante la clădirile cu structură mecanică de rezistenţă 300 – 500

Spargerea timpanelor 350 – 1000

Distrugerea parţială a structurilor de rezistenţă realizate din beton armat 400 – 600

Răsturnarea mijloacelor de transport auto 700 – 800

Letalitate în proporţie de 100 % 6000

Distrugerea aproape completă a majorităţii clădirilor 2000 – 5000

Formarea de cratere în pământuri cu rezistenţă medie 20000 – 30000

Tabelul 9.12. Distanţa minimă de siguranţă pentru persoanele neadăpostite/neprotejate în cazul

exploziilor generatoare de fragmente [90]

Cantitatea

de exploziv

Distanţa de

siguranţă

Cantitatea

de exploziv

Distanţa de

siguranţă

Cantitatea de

exploziv

Distanţa de

siguranţă

0-12,2 274 20,9 325 41 410

12,7 277 21,8 329 43 416

13,6 284 22,7 337 45 427

14,5 290 25 348 57 457

15,4 294 27 357 68 488

16,3 302 30 366 91 533

17,2 305 32 373 136 610

18,1 311 34 384 181 671

19,1 314 36 393 227 732

20 320 39 399

Tabelul 9.13. Distanţa efectului mortal pentru încărcături de exploziv fără schije [119]

Cantitatea de

exploziv

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Distanţa la

care efectul

este mortal în

proporţie de

100%

2,5

3,0

3,2

3,5

4,0

4,2

4,5

4,7

4,8

5,2

5,3

5,4

5,5

5,6

5,8


245

Capitolul 10

CONCLUZIE

10.1. Îndeplinirea obiectivelor tezei

Din punct de vedere structural, lucrarea este organizată pe 10 capitole interdependente între ele.

Succesiunea capitolelor este firească şi oferă soluţiile necesare pentru atingerea scopurilor

propuse.

Anexele lucrării reprezintă o bază de date care întregeşte palierul informaţional al cercetărilor

abordate.

Obiectivele tezei de doctorat cu titlul “Evaluarea fiabilistă a construcţiilor în vederea demolării

prin implozii controlate” au fost îndeplinite după cum urmează:

Obiectivul 1 - Conceptul demolării construcţiilor prin implozii controlate

- Am prezentat conceptul imploziei controlate, care constituie o metodă de lucru performantă folosită la

demolarea prin explozii a construcţiilor;

Obiectivul 2 - Studiul comparativ între explozii provocate şi cutremurele de pământ

- Am efectuat un studiu comparativ între exploziile provocate şi cutremurele de pământ, din care a

rezultat că acţiunea seismică a exploziilor puternice este asemănătoare şi net inferioară cu acţiunea

seismică a unui cutremur de mică intensitate, însă nu trebuie neglijată;

Obiectivul 3 - Acţiunea exploziei asupra componentelor structurale

- Am prezentat mecanismul distructiv al exploziei asupra componentelor structurale, care generează

efecte cu caracter atât util cât şi neproductiv;

Obiectivul 4 - Simularea demolărilor prin explozii controlate

- Am validat simularea unei demolări prin explozii controlate, cu rezultatele înregistrate la demolarea

reală a construcţiei;

Obiectivul 5 - Evaluarea efectelor care se manifestă asupra mediului înconjurător la

demolările prin explozii controlate

- Am evaluat efectele care se manifestă asupra mediului înconjurător la demolarea prin explozii

controlate a unei contrucţii industriale, după care am validat aceste evaluări;

Obiectivul 6 - Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate

- Am efectuat studii teoretice şi experimentale referitoare la eficacitatea ecranelor stratificate de atenuare

a efectelor generate de explozii puternice;

Obiectivul 7 - Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor

- Am înregistrat şi analizat oscilaţiile seismice manifestate asupra unei clădiri situate în vecinătatea unei

demolări prin explozii controlate;

Obiectivul 8 - Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate

- Am prezentat un concept de calcul fiabilist al capacităţii probabile de iniţiere a încărcăturilor explozive

folosite la demolările prin implozii controlate.

10.2. Contribuţiile autorului

Pentru uşurinţa înţelegerii, contribuţiile autorului sunt grupate după aceleaşi criterii ca şi cele

folosite la explicarea obiectivelor tezei.

Răspunsurile din lucrare au fost analizate şi fundamentate în timp şi reprezintă în mare măsură,

atât rezultatul studiilor teoretice, cât şi al celor experimentale din activitatea de cercetare în poligon.

Soluţiile propuse în procesul de cercetare ştiinţifică, au fost analizate şi perfecţionate împreună cu

specialişti din U.M. 0466 Bucureşti, Poligonul de Încercări al Armatei Jegălia jud. Călăraşi, Academia


246

Tehnică Militară, INCERC Bucureşti, U.T.C. Bucureşti, U.S.A.M.V. Bucureşti, S.C. STIMPEX S.A.,

U.M. 02512C Bucureşti, S.C. TAB CONSTRUCT S.R.L., S.C. DINAMIT S.R.L. Petroşani şi S.C.

LEKOMET S.R.L. Ploieşti.

Studiile şi experimentele efectuate, confirmă modelele de calcul folosite şi oferă soluţii la

problematica abordată.

Rezultatele experimentale obţinute, s-au raportat la determinările în domeniu specificate în lucrări

de specialitate ca fiind valide.

Principalele contribuţii personale care se desprind în urma efectuării studiilor teoretice şi a

cercetărilor experimentale din Poligonul de Încercări al Armatei Jegălia şi incinta fostei Fabrici de Pâine

“Titan” Bucureşti, constau în:

- Efectuarea unei sinteze referitoare la rolul şi locul imploziilor controlate în concepţiile actuale de

demolare cu ajutorul exploziilor;

- Prezentarea importanţei demolărilor în asigurarea criteriilor de performanţă ale construcţiilor;

- Prezentarea asemănărilor şi deosebirilor între acţiunile seismice generate de o explozie provocată

şi un cutremur de pământ;

- Modelarea şi simularea demolării prin explozii controlate a unei construcţii cu programul Extreme

Load Structures şi validarea acestei simulări;

- Evaluarea şi validarea efectelor manifestate asupra mediului înconjurător, la demolarea prin

explozii controlate a unei construcţii;

- Înregistrarea şi analizarea oscilaţiilor seismice induse asupra unui bloc de locuinţe aflat în

vecinătatea demolării prin explozii controlate a unei construcţii industriale;

- Modelarea şi simularea numerică la diferite distanţe, cu programul specializat AUTODYN 2D, a

atenuării presiunii de explozie în spaţiu deschis, cu ajutorul unui ecran triplustratificat;

- Validarea rezultatelor simulării numerice cu cele ale exploziei propriu-zise, folosind un sistem

multicanal de achiziţie analog-digitală a parametrilor exploziei, acreditat RENAR;

- Aducerea aportului în poligon, alături de alţi specialişti, la experimentarea comportării unui ecran

de protecţie balistică triplustratificat, la efectele exploziei;

- Efectuarea unui calcul comparativ a probabilităţii de demolare a unei structuri prin implozii

controlate;

- Efectuarea unui calcul comparativ de creştere a fiabilităţii sistemelor de iniţiere a încărcăturilor

explozive, folosite la demolarea construcţiilor;

- Efectuarea unui calcul, cu un program elaborat în MathCAD, a caracteristicilor termodinamice şi

de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO, folosită la demolarea unei construcţii industriale.

10.3. Valoarea aplicativă a tezei

Teza de doctorat, a fost elaborată şi structurată în conformitate cu prevederile regulamentului

Şcolii Doctorale adoptat de Senatul UTCB la 30 septembrie 2013. Privite din această perspectivă,

contribuţiile personale ale autorului au şi o valoare aplicativă, după cum urmează:

1. Prezentarea avantajelor oferite de modelarea şi simularea demolărilor cu explozivi, ce

constau în reducerea cheltuielilor cu materiile explozive şi a ponderii rateurilor;

2. Teza oferă o soluţie originală de monitorizare a clădirilor supuse la solicitări extreme,

generate de demolările prin explozii controlate a construcţiilor situate în vecinătate;

3. S-a demonstrat experimental eficienţa utilizării ecranelor stratificate alcătuite din medii

alternante omogene cu densităţi diferite, la atenuarea efectelor exploziilor;


247

4. Prin cercetările experimentale efectuate, s-au aprofundat cunoştinţele referitoare la

folosirea ecranelor stratificate în vederea reducerii energiei cinetice a schijelor, sub limita letalităţii;

5. Rezultatele teoretice şi experimentale obţinute, contribuie la optimizarea caracteristicilor

constructive ale ecranelor de protecţie balistică triplustratificate;

6. A fost prezentat conceptul de a demola în cunoştinţă de cauză o construcţie, după

evaluarea fiabilităţii ei structurale;

7. S-a elaborat un concept fiabilist de evaluare a siguranţei demolărilor prin implozii

controlate, cu ajutorul unor metode de calcul a probabilităţii de eşec (rateu);

8. În teză sunt prezentate exemple de calcule comparative de evaluare fiabilistă, valabile

pentru orice tip de tehnologie de iniţiere a încărcăturilor explozive;

9. Prin studiul efectuat, s-a evidenţiat importanţa determinării indicatorilor de fiabilitate, în

faza de proiectare a sistemelor de iniţiere a exploziilor;

10. S-au exemplificat tehnici de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, în vederea

executării cu un grad de risc cât mai redus al demolărilor prin implozii controlate;

11. Exemplele de calcule fiabiliste efectuate, au evidenţiat reducerea probabilităţii de rateu a

demolăriilor prin implozii controlate, pentru un cost global dat;

12. Teza contribuie la implementarea conceptului de control prin geometrie al demolării

construcţiilor prin implozii, atât înainte (SAFE LIFE – serviciu garantat) cât şi după apăsarea butonului

de dare a focului (FAIL SAFE – distrugere controlată).

Direcţiile de cercetare din cuprinsul tezei, prin complexitatea problematicii abordate, prezintă

posibilităţi largi de investigare în viitor. Problematica aplicării teoriei fiabilităţii în vederea demolării

structurilor cu ajutorul detonaţiei explozivilor, rămâne în continuare deschisă cercetărilor teoretice şi

experimentale de înalt nivel ştiinţific, astfel încât, prin evaluarea fiabilistă a construcţiilor, demolarea

prin implozie să devină controlabilă.

___________________________

ANEXE LA TEZA DE DOCTORAT

Nr. Anexă Denumirea anexei de la teza de doctorat

1 Foaie de calcul a caracteristicilor termodinamice şi de detonaţie ale dinamitei

GOMA 2 ECO folosită la demolarea obiectivului de demolat OD 12-Curăţătorie

2 Plan de dispunere a obiectivului de demolat OD 12 - Curăţătorie la scara 1:500

3 Construcţiile aflate în imediata vecinătate a OD 12 - Curăţătorie

4 Obiective asupra cărora se pot manifesta efecte nedorite în urma demolării OD

12 – Curăţătorie

5 Lucrări efectuate pentru demolarea OD 12 - Curăţătorie

6 Lucrările pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie

7 Lucrările de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie

8 Activităţi executate la demolarea controlată prin puşcare a OD 12 - Curăţătorie

9 Mod de acţiune în caz de rateu

10 Parametrii de puşcare ai OD 12 - Curăţătorie

11 Realizarea treptelor de întârziere pentru OD 12 – Curăţătorie

12 Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 - Curăţătorie

13 Măsuri organizatorice şi de siguranţăla demolarea OD 12 - Curăţătorie

14 Plan de situaţie a obiectivelor de demolat din fosta Fabrică de Pâine “Titan”


248

ANEXA 1

FOAIE DE CALCUL

efectuată cu un program elaborat în MathCAD, a caracteristicilor termodinamice şi de detonaţie ale

dinamitei GOMA 2 ECO fabricată de firma MAXAM – Spania, folosită la demolarea prin explozii

controlate a construcţiei industriale OD 12 , din cadrul fostei Fabrici de Pâine „Titan” Bucureşti.

NOTAŢII: pN - proporţia de azot în nitroceluloză; SN - gradul de nitrare al nitrocelulozei; p - vectorul proporţiei masice a componenţilor pulberii; M_elem - vectorul masei atomice de C, H, O, N; M - vectorul maselor molare a componenţilor dinamitei; mc - vectorul maselor componentilor dintr-un kg de dinamită; n_c - vectorul numărului de moli de componenţi dintr-un kg de dinamită; xi -numărul de atomi de carbon din compusul "i"; yi -numărul de atomi de hidrogen din compusul "i"; zi -numărul de atomi de oxigen din compusul "i"; ui -numărul de atomi de azot din compusul "i"; X - matricea cu numărul de atomi de C,H,O,N pentru fiecare component "i"; xm - numărul de atomi de carbon C din formula chimică echivalentă; ym - numărul de atomi de hidrogen H din formula chimică echivalentă; zm - numărul de atomi de oxigen O din formula chimică echivalentă; um - numărul de atomi de azot N din formula chimicã echivalentă; p - vectorul proporþiilor masice ale componentilor din dinamită; M_elem - vectorul maselor atomice ale elementelor C, H ,O ş i N; M - vectorul maselor molare ale componentelor "i" din dinamită; i - indice component; j - indice atomi C, H, O, N; n_c - vectorul numãrului de moli de component "i" dintr-un kg de dinamită;

nt - numărul total de moli într-un kg de amestec; F_eq - vectorul formulei chimice echivalente; A - coeficient de oxigen;

- balanţa de oxigen, calculată pentru oxidarea completă;

- numărul de moli de CO2 obţinut la detonaţia 1kg de dinamită;

- numărul de moli de CO obţinut la detonaţia 1kg de dinamită;

- numărul de moli de CO2 obţinut la combustia 1kg de dinamită;

- numărul de moli de H2 obţinut la combustia 1kg de dinamită;

- numărul de moli de H2O obţinut la combustia 1kg de dinamită;

- numărul de moli de CO2 obţinut la combustia 1kg de dinamită;

qf - matricea căldurilor de formare; Qex - căldura de explozie;

Caracteristicile termodinamice şi de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO, se calculează

în vederea utilizării lor în programele de balistică terminală şi de evaluare a efectelor detonaţiei,

asupra mediului înconjurător.

Foaia de calcul este constituită din trei părţi :

1) Calculul formulei chimice echivalente a dinamitei;

2) Calculul caracteristicilor termodinamice ale dinamitei pe baza ecuaţiei reacţiei de

combustie;

3) Calculul caracteristicilor de detonaţie ale dinamitei.

B_CO2

n_CO2n_CO

n_N2

n_H2

n_H2O

n_CO2


249

pN 12.7

X

a

2

0

16

6

b

4

4

22

12

c

6

3

4

0

d

2

2

0

4

X

6

2

0

16

6

7.51926

4

4

22

12

9.96148

6

3

4

0

2.48074

2

2

0

4

1. Calculul formulei chimice echivalente a dinamitei

1.1. Formula chimică a componenţilor dinamitei - NOTĂ: calculul este efectuat pentru 1 kg de dinamită

Componenţii dinamitei 2 ECO sunt:

1. NC - NITROCELULOZA ------ C6H(10-S)O(5+2S)NS

2. NGL - NITROGLICOL ----- C2H4(ONO2)2 = C2H4O6N2

3. AN - AZOTAT DE AMONIU ----- NH4NO3 = H4O3N2

4. DBF - DIBUTILFTALAT ------- C16H22O4

5. MA - METENAMINA ------------C6H12N4

Se introduce proporţia de azot în NC:

-Indicele componenţilor dinamitei;

-Indicele atomilor componenţi C, H, O, N;

-Indicele de temperatură.

a) b)

Figura 1. Dinamită GOMA 2 ECO folosită la demolarea construcţiei industriale OD 12

- Gradul de nitrare a NC

Formula chimică a fiecãrui component este:

i 1 5

j 1 4

k 1 40

b 7.51926a 6

b 10 SNa 6

c 9.96148 d 2.48074

c 5 2 SN d SN


250

p2 26 %

1.2. Proporţiile masice ale componenţilor dinamitei

- Se introduce proporţia masică de NC;

- Se introduce proporţia masică de NGL;

- Se introduce proporţia masică de AN;

- Se introduce proporţia masică de DBF;

- Se introduce proporţia masică de MA.

Verificare:

1.3. Masele molare ale componenţilor dinamitei

1.4. Masa şi numărul de moli componenţi într-un kg de dinamită

SN 3.6pN

31.13 pN SN 2.48074

p1 3 %

p3 65 %

p4 3 %

p5 3 %

p1 p2 p3 p4 p5 1

p

0.03

0.26

0.65

0.03

0.03

M

273.77817

152.072

80.052

278.336

140.196

g

molM_elem

12.01

1.008

16.00

14.01

g

mol M X M_elem

n_c

0.10958

1.70972

8.11972

0.10778

0.21399

mol kg1

mc

30

260

650

30

30

mc p 1000n_ci

pi

Mi


251

1.5. Formula chimică echivalentă a dinamitei

Verificare masa totală a dinamitei:

2. Calculul caracteristicilor termodinamice ale dinamitei

2.1. Calculul coeficientul de oxigen

- Dinamita este suboxigenată.

2.2. Calculul balanţei de oxigen

2.3. Determinarea ecuaţiei probabile a combustiei şi compoziţia produşilor de reacţie

xm

i

n_ci Xi 1 xm 7.08535 mol kg1

F_eq

xm

ym

zm

um

ym

i

n_ci Xi 2 ym 45.08077 mol kg1

F_eq

7.08535

45.08077

36.14016

20.78666

mol kg1

zm 36.14016 mol kg1

zm

i

n_ci Xi 3

um

i

n_ci Xi 4 um 20.78666 mol kg1

m_t F_eq1 M_elem1 F_eq2 M_elem2 F_eq3 M_elem3 F_eq4 M_elem4

m_t 1

Azm

2 xmym

2

A 0.98445

B_CO21600

1000

kg

mol zm 2 xm

ym

2

B_CO2 0.91349

B_CO1600

1000

kg

mol zm xm

ym

2

B_CO 10.42307


252

Scrierea ecuaţiei transformării explozive:

Se introduc coeficienţii a, b, c în ecuaţiile următoare:

Se introduce constanta de echilibru k1 corespunzătoare temperaturii T alese:

Se înlocuiesc valoriile soluţiei numerelor de moli:

1 2 2 2 3 2 4 5 2. . . .xm ym zm umC H O N n C O n H O n H n C O n N

a xmkg

mol a 7.08535

b ymkg

mol b 45.08077

c zmkg

mol c 36.14016

d umkg

mol d 20.78666

n3um

2

n1 n4 7.08535

2 n2 2 n5 45.08077

2 n1 n2 n4 36.14016

n2 n4

n1 n57.8607

Find n1 n2 n4 n5( )

6.6848988426515399264

22.369911157348460074

0.40045115734846007362

0.17047384265153992638

4.4886534744675353787

33.543463474467535379

11.574003474467535379

11.003078474467535379


253

2.4. Determinarea căldurii de combustie

Căldurile de formare ale componenţilor amestecului exploziv sunt:

- Căldura de formare a NC;

- Căldura de formare a NGL;

- Că ldura de formare a AN;

- Că ldura de formare a DBF;

- Că ldura de formare a MA.

- Căldura de formare a dinamitei;

Căldurile de formare ale produşilor de combustie sunt:

CO2n1 6.6848988426515399264

mol

kg

H2 O n2 22.369911157348460074mol

kg

N2 n3 10.39333mol

kg

CO n4 0.40045115734846007362mol

kg

H2 n5 0.17047384265153992638mol

kg

q1 2469kJ

kg

q2 1499kJ

kg

q3 4428kJ

kg

q4 2913kJ

kg

q5 285.6kJ

kg

q

2.469 106

1.499 106

4.428 106

2.913 106

2.856 105

m2

s2

Qam

i

qi pi

Qam 3.43797 103

kJ

kg Qam 821.14455

kcal

kg

n_p

n1

n2

n3

n4

n5

Qp

393.8

240.8

0

111.9

0

kJ

mol


254

Căldura de formare a produşilor de reacţie este:

Căldura de combustie se calculează cu relaţia:

2.5. Calculul energiilor interne ale produşilor de reacţie

Qfp 8.064 103

kJ

kg

Qfp 1.92605 103

kcal

kg

Qex Qfp Qam Qex 4.62603 106

m2

s2

Qex 4.62603 103

kJ

kg

Qex 1.10491 103

kcal

kg

Qfp n_p Qp

Tc

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

3700

3800

3900

k1

4.527

4.876

5.2046

5.5154

5.807

6.0851

6.3413

6.5819

6.8075

7.0147

7.2014

7.3932

7.5607

7.7057

7.8607

7.991

8.1144

8.2266

8.331

8.4258

ei

75.91

80.93

86.08

91.31

96.59

101.91

107.22

112.63

118.07

123.51

129.00

134.48

140.01

145.58

151.15

156.71

162.28

167.89

173.50

179.11

56.02

60.08

64.22

68.49

72.81

77.16

81.6

86.08

90.56

95.12

99.69

104.29

108.94

113.59

118.28

122.97

127.70

132.43

137.16

141.89

41.20

43.92

46.68

49.44

52.25

55.05

57.90

60.75

63.64

66.48

69.37

72.26

75.19

78.08

81.01

83.94

86.83

89.81

92.74

95.67

41.83

44.55

47.35

50.16

52.97

55.81

58.70

61.55

64.44

67.33

70.26

73.15

76.08

79.01

81.94

84.87

87.86

90.73

93.71

96.64

38.39

40.78

43.20

45.72

48.31

50.95

53.63

56.39

59.16

61.96

64.77

67.66

70.50

73.43

76.32

79.25

82.23

85.20

88.17

91.19

kJ

mol


255

Se introduce în relaţia următoare indicele k de temperatură:

Se introduce indicele de temperatură ales:

Ei1 n1 ei1 1 n2 ei1 2 n3 ei1 3 n4 ei1 4 n5 ei1 5




















Ei15 4.54412 103

kJ

kg


256

3. Calculul caracteristicilor de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO

Se compară valoarea energiei interne cu căldura de combustie obţinută pentru temperatura aleasă:

2.6. Calculul volumului specific al gazelor

- Volumul specific cu apă vapori;

- Volumul specific cu apa condensată.

Se introduce valoarea temperaturii Tech de echilibru:

2.7. Calculul forţei dinamitei

3.1. Calculul presiunii de detonaţie

Ei15 Qex Qex

0.01771

Ntotal n1 n2 n3 n4 n5

Ntotal 40.01906 mol kg1

V0 n1 n2 n3 n4 n5( ) 22.418l

mol

V0 897.14735l

kg

V0sp n1 n3 n4 n5( ) 22.418l

mol

V0sp 395.65868l

kg

Tech 3400 K Rc 8.1345J

mol K

f 1.10682 103

kJ

kgf Ntotal Rc Tech

pCJ

2 3 4 5 6

1

2

3

4

5

93.581·10 94.386·10 95.064·10 95.662·10 96.202·10

94.874·10 95.969·10 96.893·10 97.706·10 98.442·10

96.366·10 97.797·10 99.003·10 101.007·10 101.103·10

98.057·10 99.868·10 101.139·10 101.274·10 101.395·10

99.947·10 101.218·10 101.407·10 101.573·10 ...

m1

kg s2

pCJh r 15.58kbar( ) ehcm

3

g

2

r


257

3.2. Calculul vitezei de detonaţie a dinamitei

= 5346 m/s;

DCJh r 1.01 r 1 1.3 ehcm

3

g

mm

s

DCJ

2 3 4 5 6 7

1

2

3

4

5

33.731·10 34.129·10 34.436·10 34.691·10 34.91·10 35.103·10

34.062·10 34.496·10 34.831·10 35.108·10 35.346·10 35.556·10

34.394·10 34.863·10 35.225·10 35.525·10 35.783·10 36.01·10

34.726·10 35.23·10 35.62·10 35.942·10 36.219·10 36.464·10

35.058·10 35.597·10 36.014·10 36.36·10 36.656·10 ...

m s1


258

3.3. Calculul coeficientului politropic al produşilor de detonaţie

CJh 9

2.127

2.276

2.427

2.58

2.735

CJh 10

2.084

2.228

2.375

2.523

2.673

CJh 8

2.177

2.331

2.487

2.646

2.806

CJh r 1DCJh r 2

2 QKJr


259

ANEXA 2

Plan de dispunere a obiectivului OD 12 – Curăţătorie, la scara 1:500

Figura 2. Dispunerea Fabricii de pâine TITAN Bucureşti (contur roşu) [125]

ANEXA 3

Tabelul 1. Construcţiile aflate în imediata vecinătate a OD 12 – Curăţătorie [124]

Obiectivul de la

care se măsoară distanţa

Obiectivul până la care s-a măsurat distanţa Dispunere

în teren

Distanţa

minimă măsurată [m]

OD

12 –

Cură

ţăto

rie

Siloz vechi OD 18, 19 aparţinând Hercesa

Imobiliara SA

N 23

Siloz nou OD 20, 21 aparţinând Hercesa

Imobiliara SA

N 45

Atelierul OD 22 - Moară de porumb

aparţinând Hercesa Imobiliara SA

NE 19

Od 22 - Moara de porumb aparţinând Hercesa

Imobiliara SA

E 28

Secţie expandate E 75

Depozit A 831 aparţinând firmei Belle Profile E 136

Siloz Făină aparţinând Hercesa Imobiliara SA E 30

Bloc A20 A * S 160

Bloc A18 B * S-SE 130

Punct termic (130) * S 156

Bloc B32 * S 170

Birouri aparţinând S.C 94 Bitex SRL SV 138

Punct termic (47) SV 134

Birouri aparţinând S.C. UTI GRUP V 133

Bloc B8 V 143

O.D. 12

Bloc de locuinţe A – 18 B

130 m


260

ANEXA 4

Tabelul 2. Obiective asupra cărora se pot manifesta efecte nedorite în urma demolării OD 12

Nr.

Crt. Obiectiv de protejat

Distanţa minimă [m]

faţă de OD 12

Agent distructiv posibil, a cărui

manifestare trebuie controlată

1. Depozit A 831

aparţinând firmei

Belle Profile

136 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

2. Bloc A20 A 160 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

3. Bloc A18 B 130 Undă de şoc aeriană, fragmente

aruncate, undă seismică

4. Punct termic (130) 156 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

5. Bloc B32 170 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

6. Birouri aparţinând

S.C 94 Bitex SRL 138

Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

7. Punct termic (47) 134 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

8. Birouri aparţinând

S.C. UTI GRUP 133

Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

9. Bloc B8 143 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,

undă seismică

ANEXA 5

Lucrări efectuate pentru demolarea OD 12 – Curăţătorie

Pentru demolarea controlată prin explozii dirijate a obiectivului OD 12 – Curăţătorie, sunt

necesare efectuarea a două tipuri de lucrări: lucrări pregătitoare şi lucrări de puşcare [124].

Aceste lucrări cuprind o serie de activităţi comune, după cum urmează:

- Realizarea instructajului de protecţie a muncii general şi cel specific al personalului de către

conducătorul locului de muncă. Instructajul va cuprinde informaţii privind riscurile de accidentare,

prevederile specifice de securitate a muncii şi alte instrucţiuni proprii, precum şi măsurile de prim ajutor

în caz de accidentare. Instructajul se finalizează cu semnătură în fişa de protecţie a muncii. Participă tot

personalul care va desfăşura activităţi în cadrul acelui loc de muncă;

- Stabilirea zonei de restricţie în jurul OD 12;

- Montarea de îngrădiri de interzicere a accesului la OD 12 pe timpul pregătirii şi demolării.

Acestea vor fi semnalizate vizibil, atât pe timp de zi cât şi pe timp de noapte;

- Instalarea punctului de acces în incinta îngrădirii de interzicere, uşor de controlat şi dispus astfe l

încât să fie vizibil de la OD 12.

ANEXA 6

Lucrări pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie

Lucrările pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 constau în:

1. Debranşarea şi verificarea debranşării (dacă este cazul) a OD 12 de la reţelele de

distribuţie a energiei electrice, a apei şi a gazului metan;

2. Debranşarea şi verificarea debranşării (dacă este cazul) a OD 12 de la reţeaua de canalizare

şi de la alte reţele tehnologice interne (abur, aer comprimat etc.) ale Fabricii de pâine “Titan”;

3. Efectuarea lucrărilor pregătitoare care vor fi specificate pentru fiecare obiectiv de


261

demolare în parte;

4. Montarea de schele pentru lucrul la înălţime;

5. Marcarea poziţiei găurilor;

6. Perforarea găurilor;

7. Demontarea obiectelor, aflate în zona de acţiune a încărcăturilor explozive, care pot fi

aruncate pe timpul prăbuşirii (ex. tâmplăria slab montată, geamuri, elementele tehnologice dispuse pe

pereţii exteriori, tencuiala şi betonul intens fisurate);

8. Pregătirea materialelor de protecţie şi a mijloacelor de fixare ale acestora;

9. Pregătirea materialului pentru buraj [124].

ANEXA 7

Lucrări de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie

Lucrările pregătitoare de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12, constau în

1. Identificarea şi marcarea locului de retragere şi adăpostire a personalului şi utilajelor pe

timpul executării demolării controlate;

2. Identificarea şi marcarea locurilor de pază în jurul zonei de restricţie;

3. Desemnarea personalului de pază;

4. Instruierea personalului care execută paza;

5. Identificarea şi marcarea locului de retragere a artificierului şi de dare a focului;

6. Se realizează, pe timpul fiecărei puşcări, o perdea de apă. Aceasta poate fi realizată prin

prezenţa la locul de demolare a unei maşini autospeciale sau prin mijloace puse la dispoziţie de

antreprenorul general al lucrării;

7. Se asigură prezenţa la locul de demolare, pe timpul puşcării, a unei ambulanţe [124].

Lucrările de puşcare propriu-zise sunt următoarele:

1. Se pregătesc materialele de protecţie şi mijloacele de fixare ale acestora;

2. Se pregăteşte materialul pentru buraj;

3. Se realizează sistemul de încărcături explozive:

4. Se introduc în găurile de mină încărcăturile explozive cu mijloacele de iniţiere;

5. Se burează încărcăturile explozive;

6. Se dispun mijloacele de protecţie în poziţiile de lucru;

7. Se realizează şi se verifică reţeaua de iniţiere;

8. Se execută demolarea:

a) Se pun în operă măsurile organizatorice de asigurare a zonei de demolare;

b) Se dau semnalele convenţionale de avertizare;

c) Se iniţiază încărcăturile explozive;

9. Se verifică rezultatele demolării;

10. Se iau măsurile necesare pentru asanarea eventualelor încărcături rămase neexplodate;

11. Se întocmeşte procesul verbal de constatare a rezultatelor demolării, moment în care

demolarea controlată a OD 12 se consideră încheiată.

ANEXA 8

Activităţi ce se execută la demolarea controlată prin puşcare a OD 12 - Curăţătorie

Conform coeficientului de zvelteţe calculat Cz = 3,24 această construcţie se va demola prin

răsturnare pe direcţia NE – SV.

În acest scop OD 12 se pregăteşte pentru demolare, realizându-se activităţile prezentate la Anexa

6 - Lucrări pregătitoare.

Pentru demolarea prin răsturnare a OD 12, se desfăşoară următorele activităţi:

1) Se dezafectează pereţii de compartimentare de la parter, etajul 1 şi etajul 2;

2) Se montează schele pentru lucrul la înălţime;


262

3) Se marchează poziţia găurilor de mină şi a şliţului;

4) Se perforează găurile de mină în stâlpii de la parter, etajul 1 şi etajul 2 din axele A , B şi

C şi în grinzile transversale de la etajul 1, conform parametrilor de puşcare de la Anexa 9;

5) După terminarea tuturor lucrărilor pregătitoare şi înainte de introducerea încărcăturilor de

exploziv, se vor demola scările de la parter, etajul 1 şi etajul 2. Accesul se va face prin punctele de acces

de la OD 13 - Siloz făină de la etajele 1, 2 şi 5 [125].

Înainte de desfăşurarea fiecăreia din activităţile prezentate mai sus, conducătorii locurilor de

muncă vor efectua instructajul de protecţie a muncii general şi cel specific, finalizate cu semnătură în fişa

de protecţie a muncii. Participă tot personalul care va desfăşura activităţi în cadrul acelui loc de muncă.

ANEXA 9

Mod de acţiune în caz de rateu

În caz de rateu se procedează ţinând cont de precizările art. 19 din PT-E 07, astfel:

- se aşteaptă timp de 5 sau 15 minute la darea focului pe cale electrică sau pirotehnică;

- se verifică reţeaua de iniţiere şi mijlocul de dare a focului;

- se remediază defectele constatate;

- se repetă puşcarea;

- în cazul unor porţiuni de reţea nedetonată, acestea se vor reface şi iniţia din nou.

ANEXA 10

Parametrii de puşcare ai OD 12 – Curăţătorie

În conformitate cu prevederile paragrafului 2.4.3 din cap. II al tezei, parametrii de puşcare pentru

grinzile şi stâlpii din beton armat ai OD 12 sunt prezentaţi în tabelul următor:

Tabelul 3. Parametrii de puşcare OD 12 - Curăţătorie

Parametru de puşcare Stâlpi axele A şi

B (E2)

0,65x0,65m

Stâlpi axele A şi B

(P+E1)

0,75x0,75m

Grinzi E1 0,45x0,70m

Grinzi E1 0,35x1,00m

Gtr, [m] 0,65 0,75 0,45 0,35

Gp, [m] 0,65 0,75 0,70 1,00

Anticipanta - W, [m] 0,325 0,25 0,225 0,175

Distanţa între găuri pe rând

– a, [m] 0,4875 0,375 0,33375 0,2625

Distanţa între rândurile

verticale – b, [m] 0,325 0,25 0,225 0,175

Nr. de rânduri de găuri - N 1 2 1 1

Număr de găuri pe un

stâlp/grindă – Ng, st 3 12 2 3

Lungimea de gaură – lg, [m] 0,325 0,50 0,475 0,825

Încărcătura explozivă pe

gaură Qg, [kg] 0,100 0,100 0,100 0,100

Număr de încărcături

discontinue, nip 1 1 1 3

Încărcătura explozivă pe

element, Qst, [kg] 0,30 1,20 0,20 0,30


263

a) b) c)

Figura 3. Ramuri de iniţiere ale încărcăturilor explozive pentru distrugerea elementelor portante ale

construcţiei de demolat OD 12 - Curăţătorie de la: a) parter, b) etajul 1, c) etajul 2.

Tabelul 4. Necesarul de fitil detonant

Cantitate de fitil

detonant cu miez

exploziv de 10 gr/ml

OBIECTIV OD 12 Nr. buc.

Stâlpi şi grinzi

Stâlpi 75x75 cm parter pe axele A şi B 0,120 kg 9

Stâlpi 75x75 cm etaj 1 pe axele A şi B 0,120 kg 9

Stâlpi 65 x 65 cm etaj 2 pe axa A 0,030 kg 7

Stâlpi 65 x 65 cm etaj 2 pe axa B 0,070 kg 2

Grinzi 45x70cm 0,020 kg 3

Grinzi 35x100 cm 0,030 kg 4

Rezervă 10% 0,269 Kg

Total ≈ 3,0 kg

După cum se poate observa, aportul de exploziv adus de fitilul detonant, având miezul exploziv de

10g/ml pentrită, este de 3,0 kg ×1,3=3,9 kg ech. TNT pentru OD 12.

ANEXA 11

Realizarea treptelor de întârziere pentru OD 12 - Curăţătorie

Numărul total de trepte de întârziere este N = 6. Cantitatea maximă de exploziv pe treapta de

întârziere se înregistrează pe treapta 1 şi a fost calculată ca fiind formată din următoarele cantităţi:

1. masa totală de exploziv pe stâlpul 7-A parter (stâlpul aflat la intersecţia axelor 11 şi A): 1,20

kg dinamită;

2. masa totală de exploziv pe stâlpul 8-A parter: 1,20 kg. dinamită;



5. masa totală de exploziv pe treapta 1 de întârziere = 4,80 ×1,3=6,24 kg. ech. TNT;

6. masa de exploziv dată de fitilul detonant este: 0,480×1,3=0,624 kg. ech. TNT, astfel că

încărcătura maximă pe treapta de întârziere este de 6,864 kg ech. TNT (având în vedere că dinamita şi

pentrita care formează miezul exploziv al fitilului au acelaşi coeficient de echivalenţă TNT: 1,3) [125];


264

Deoarece distanţele dintre stâlpi sunt relativ mici şi există posibilitatea întreruperii transmiterii

iniţierii la încărcăturile de exploziv, se vor realiza următoarele:

- se va proteja faţa fiecărui stâlp, pe care sunt dispuse încărcăturile de exploziv şi reţeaua de fitil

detonant, folosind mijloace de protecţie constituite din covor de bandă de cauciuc uzată prinsă de stâlp.

Această protecţie va fi şi un foarte bun remediu împotriva undei de şoc aeriene şi împotriva propulsiei de

fragmente, care se produc pe timpul exploziilor;

- reţeaua de tub de şoc, care de obicei se realizează la nivelul pardoselilor, va fi protejată prin

acoperire cu materiale din zonă: corniere metalice fixate cu cărămizi, table metalice fixate cu moloz etc.

ANEXA 12

Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 – Curăţătorie

Tabelul 5. Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 - Curăţătorie

OD 12

Exploziv Dinamită 34,97 kg. ech TNT

Fitil detonant 10gr/ml 3,9 kg. ech. TNT

Capse NONEL

Treapta 1 4

Treapta 2 3

Treapta 3 4

Treapta 4 4

Treapta 5 4

Treapta 6 7

TOTAL 26

Elemente de conectare EZTL-17 22

Capse pirotehnice 2

Fitil de amorsare Bickford 4,0 m

ANEXA 13

Plan de situaţie a obiectivelor de demolat din fosta Fabrică de Pâine “Titan” Bucureşti


265

ANEXA 14

Măsuri organizatorice şi de siguranţă la demolarea OD 12 - Curăţătorie

Măsuri organizatorice [126], [127].

Lucrările de demolare controlată a OD 12 prin puşcare, se desfăşoară cu respectarea prevederilor

Legii nr. 126/1995 privind regimul materiilor explozive, modificată şi completată prin Legea nr.

464/2001 şi Legea nr. 478/2003, precum şi a Normelor tehnice privind deţinerea, prepararea,

experimentarea, distrugerea, transportul, depozitarea, mânuirea şi folosirea materiilor explozive

utilizate în orice alte operaţiuni specifice în activităţile deţinătorilor, precum şi autorizarea artificierilor

şi a pirotehniştilor, aprobate prin HG nr. 536/2002.

-Data şi orele la care se efectuează lucările de puşcare se vor stabili de comun acord de SC TAB

CONSTRUCT CONFORT SRL, SC LEKOMET SRL şi SC DINAMIT SRL;

-Puşcările de demolare se vor executa în baza avizului I.T.M. al municipiului Bucureşti şi cu

înştiinţarea Poliţiei municipiului Bucureşti;

-La momentul executării demolării controlate, se va asigura prezenţa la locul demolării a unei

ambulanţe cu echipajulul şi dotarea necesară pentru a da primul ajutor în caz de accident;

-Se desemnează un specialist, angajat al SC LEKOMET SRL, care răspunde de conducerea şi

coordonarea lucrărilor de puşcare a OD 12. Lucrările de puşcare pot fi executate doar de către persoane

calificate şi autorizate, care posedă carnet de artificier în care este înscrisă categoria de lucrări de

demolare;

-La începerea activităţii la locul de muncă, unde se execută lucrări specifice demolării controlate a

OD 12, se va face instructajul periodic al personalului de către conducătorul locului de muncă.

Instructajul va cuprinde informaţii privind riscurile de accidentare, prevederile specifice de securitate a

muncii şi alte instrucţiuni proprii, precum şi măsurile de prim ajutor în caz de accidentare;

-Lucrările de puşcare vor fi executate de personal tehnic al S.C. LEKOMET SRL, sub conducerea

directă a cadrului tehnic desemnat. Activitatea se desfăşoară în baza dispoziţiilor de puşcare (pentru

demolarea controlată propriu-zisă, spargerea supragabariţilor rezultaţi şi demolarea fundaţiilor) întocmite

de SC LEKOMET SRL în baza prezentei documentaţii tehnice. De dispoziţia de puşcare ia cunoştinţă

atât cadrul tehnic care conduce şi coordonează lucrările de puşcare, cât şi artificierul/artificierii angrenaţi

în activitate, pe bază de semnătură;

-Lucrările de demolare se execută pe etape, aşa cum sunt precizate acestea în prezenta

documentaţie tehnică;

-Se stabileşte o zonă de restricţie în jurul OD 12, la o distanţă de 100 m de acesta. Montarea

îngrăditurilor de interzicere a accesului în zona de restricţie şi instalarea punctului de acces, se fac de

către SC LEKOMET SRL, înainte de începerea lucrărilor pregătitoare pentru demolarea controlată a OD

12. Accesul în zona de restricţie este permis doar prin punctul de acces. Toate celelalte căi de acces se

blochează sau vor semnaliza vizibil, pe timp de zi sau noapte, interdicţia accesului;

-Debranşarea şi verificarea debranşării OD 12 de la reţelele de distribuţie a energiei electrice,

apei, gazelor, canalizare şi de la orice alte reţele tehnologice interne ale Fabricii de pâine “Titan”;

-Demontarea obiectelor care pot fi aruncate pe timpul prăbuşirii (ex. tâmplăria slab montată,

geamuri, elementele tehnologice dispuse pe pereţii exteriori, tencuiala şi betonul intens fisurate din zona

de acţiune a încărcăturilor explozive);

-Identificarea şi marcarea locului de retragere şi adăpostire a personalului şi utilajelor pe timpul

executării demolării controlate. Acestea se amplasează la o distanţă mai mare decât maximul dintre

distanţa de siguranţă rezultată din calcul şi cea prevăzută în art. 7.1 din NSPM pentru depozitarea,

transportul şi folosirea materiilor explozive. Personalul se poate retrage la o distanţă mai mică, dacă locul

de retragere este construit din beton sau alte materiale corespunzătoare care pot asigura protecţia faţă de

efectele demolării controlate (art. 7.8 din NSPM pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor

explozive);

-Identificarea, marcarea locurilor de pază în jurul zonei de restricţie şi desemnarea personalului de


266

pază de către SC LEKOMET SRL. Personalul care execută paza va fi instruit cu privire la atribuţii şi

modul de acţiune şi va semna „Procesul Verbal de Instruire a Personalului de Pază“;

-Identificarea şi marcarea locurilor de retragere a artificierului şi de dare a focului. Acesta trebuie

să fie amplasat astfel încât să asigure protecţie faţă de efectele demolării controlate, vizibilitate directă

către punctul de acces în zona de restricţie şi către posturile de pază. În situaţia în care nu poate fi

asigurată vizibilitatea directă cu unele posturi de pază, locul de dare a focului trebuie să permită sesizarea

semnalelor de înştiinţare emise de personalul care execută paza (art. 7.11 din NSPM pentru depozitarea,

transportul şi folosirea materiilor explozive);

-La locul puşcării se va aduce material exploziv şi mijloace de iniţiere cât se consumă în ziua

respectivă. Materialele explozive şi mijloacele de iniţiere se vor păstra, conform normelor în vigoare, în

locul de retragere a artificierului, sub paza permanentă a unei persoane nominalizate prin dispoziţia de

puşcare;

-Pe o rază de 50 m de locul unde se păstrează şi manipulează materialele explozive şi mijloacele

de iniţiere sunt interzise focurile deschise şi fumatul;

-Se interzice accesul în zona de lucru cu materiale explozive a altor persoane în afara celor

nominalizate în dispoziţia de puşcare şi celor care conduc şi controlează activitatea de demolare

controlată;

-Încărcarea găurilor de mină va începe numai după ce zona de restricţie a fost închisă accesului şi

au fost instalate posturile de pază;

-Amplasarea încărcăturilor explozive şi iniţierea exploziei se va face succesiv, pe etape, conform

celor specificate în prezenta documentaţie. Găurile încărcate se burează până la gură;

-Este interzisă încărcarea unui număr mai mare de găuri decât cel care se iniţiază într-o repriză;

-Pentru prevenirea aruncării de material mărunt, ca efect al exploziei, pana de detaşare va fi

acoperită cu covoare din bandă de cauciuc, plasă de sârmă sau prelată;

-Pentru reducerea cantităţii de praf care se formează în momentul iniţierii încărcăturilor şi

prăbuşirii OD 12, se stropeşte cu stropi de apă atât înainte cât şi imediat după executarea demolării,

parterul şi suprafaţa de cădere. În acest sens, se asigură prezenţa la locul de puşcare a unei maşini

autospeciale pentru realizarea unei perdele de apă înainte şi după executarea demolării controlate.

Cod de semnale acustice pentru anunţarea exploziei:

- un sunet lung: evacuarea personalului;

- două sunete lungi: legarea explozorului la reţeaua de iniţiere;

- un sunet scurt: darea focului;

- trei sunete scurte: încetarea focului.

La terminarea lucrărilor de puşcare a OD 12, artificierul va întocmi un raport asupra rezultatelor

puşcărilor efectuate. Raportul se anexează procesului verbal de recepţie parţială sau finală întocmit între

executantul lucrării de demolare controlată şi beneficiarul acesteia.

Măsuri de siguranţă

La executarea lucrărilor de puşcare se vor respecta Normele Generale de Protecţie a Muncii,

Normele Specifice de Protecţie a Muncii pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor explozive

şi Prescripţiile Tehnice anexe [130].

Pe timpul desfăşurării demolării controlate a OD12, executantul S.C. LEKOMET S.R.L.

PLOIEŞTI trebuie să ia următoarele măsuri de siguranţă:

-Pentru prevenirea accidentelor de muncă şi a îmbolnăvirilor profesionale, personalul angrenat în

activitatea de demolare controlată a OD 12 va fi dotat cu echipament individual de protecţie;

-Personalul care beneficiază de echipament individual de protecţie are obligaţia să poarte

echipamentul pe toată durata îndeplinirii sarcinilor de muncă;

-Pe timp de noapte, cu ceaţă sau când vizibilitatea este redusă sub 200 m, nu se desfăşoară lucrări

de puşcare şi nici activităţi de pregătire a materialelor explozive sau mijloacelor de iniţiere pentru


267

utilizare în scopul executării lucrărilor de puşcare (art. 1.21 din NSPM pentru depozitarea, transportul şi

folosirea materiilor explozive);

-Mânuirea, transportul şi depozitarea materialelor explozive şi de iniţiere se va face cu respectarea

prevederilor “Normelor specifice de protecţie a muncii pentru depozitarea, transportul şi folosirea

materiilor explozive”;

-Înaintea perforării găurilor de mină, se verifică integritatea pereţilor OD12 şi se îndepărtează

orice parte de zid sau tencuială care poate cădea pe parcursul perforării găurilor;

-Pe parcursul perforării găurilor, se urmăreşte permanent ca deasupra locului de muncă să nu se

fragmenteze şi să se prăbuşescă părţi din OD12. În cazul în care se poate produce prăbuşirea acestora, se

întrerupe perforarea. Aceasta se reia doar după înlăturarea pericolului sesizat;

-Înainte de realizarea reţelei de puşcare, artificierul numit pentru a executa această operaţie,

evacuează întreg personalul de la locul puşcării, cu excepţia persoanelor care rămân să-l ajute. Persoanele

care rămân să-l ajute pe artificier, trebuie să respecte întocmai indicaţiile date de acesta;

-După realizarea reţelei de iniţiere, artificierul părăseşte ultimul locul puşcării;

-Înainte de iniţierea exploziei, se verifică ca în zona de restricţie să nu fie nici o persoană;

-După executarea puşcării, artificierul controlează împreună cu conducătorul lucrărilor de puşcare,

locul puşcării;

-În cazul în care încărcăturile au detonat normal, reîntoarcerea la locul puşcării în vederea

continuării activităţilor specifice este permisă după 15 minute de la ultima explozie (vezi memoratorul de

distrugeri G 4);

-În cazul în care se constată că există încărcături neexplodate, se iau măsuri de asanare a acestora,

(art. 7.14 din NSPM pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor explozive);

-Dacă pe parcursul exploziilor au fost aruncate bucăţi de material exploziv neiniţiate, se iau

măsuri de adunare a acestora şi de distrugere;

-Dacă pe timpul executării controlului după demolare, sunt identificate situaţii neobişnuite care ar

pericilita reluarea lucrului în condiţii de siguranţă, conducătorul lucrărilor de puşcare va interzice accesul

în zona OD 12 şi va dispune măsurile necesare la faţa locului pentru remedierea situaţiei. Lucrul se va

relua doar după îndepărtarea situaţiilor neobişnuite identificate;

-Dacă pe timpul operaţiilor de încărcare-evacuare a materialului rezultat în urma demolării

controlate, se identifică încărcături explozive care nu au explodat, resturi de materiale explozive sau

mijloace de iniţiere, se întrerupe imediat lucrul şi este chemat la faţa locului artificierul care ia măsuri de

asanare [128].

BIBLIOGRAFIE

[1] ANSYS Release 6.1.: Theory Reference, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg, 2002;

[2] ANSYS Release 6.1.: Elements Reference, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg, 2002;

[3] ANSYS Release 6.1.: Commands Reference, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg, 2002;

[4] ANSYS Release 6.1.: Basic Analysis Procedures Guide, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg,

2002;

[5] AUTODYN Explicit Software for Non-Linear Dynamics, Version 11.0, User’s Manual, Century

Dynamics Inc, 2007;

[6] Badea S.: Cercetări privind comportarea materialelor de protecție la acțiunea undelor de șoc

provocate de explozii în atmosferă. Teză de doctorat, București, Academia Tehnică Militară, 2011;

[7] Badea S., Niculae C.: Verificarea capacităţii de atenuare a suprapresiunii generată de unda de şoc

produsă de detonaţia unei încărcături explozive plasate la o anumită distanţă de materialul ţintă.

Seminar Ştiinţific ATM, Catedra de Ştiinţe integrate de Aviaţie şi Mecanică, 2010;

[8] Baker W.E: Explosion in air. University of Texas. Press ISBN-10: 0292720033, November 6, 1988;


268

[9] Bârsan, M.G.: Dinamica şi stabilitatea construcţiilor. Editura Didactică şi Pedagogică, 1979;

[10] Bădescu L, Duport G.: Împuşcarea rocilor în subteran şi cariere. Oficiul de documentare şi publicaţii

tehnice - Mine, Petrol, Geologie, Bucureşti, 1971;

[11] Băjenescu Titu: Fiabilitatea sistemelor tehnice. Editura Matrix Rom, Bucureşti, 2003;

[12] Beleş, A., Ifrim, M.: Elemente de seismologie inginerească. EdituraTehnică, 1962;

[13] Beleş, A.: Cutremurul şi construcţiile. Buletinul Societăţii Politehnice, Bucureşti, 1941;

[14] Bîrsan G.: Dinamica structurilor. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980;

[15] Bodin C.: Curs de fizica explozivilor. Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 1972;

[16] Buzdugan Gh., Blumenfeld M., Cosac V., Radeş M., Mihăilescu E.: Relaţii cantitative privitoare la

prevenirea efectelor dăunătoare ale derocărilor prin explozii. Institutul Naţional de Informare şi

Documentare, Bucureşti, 1976;

[17] Buzdugan Gh.: Măsurarea vibraţiilor. Editura Academiei Române, Bucureşti, 1979;

[18] Cătuneanu V., Mihalache A.: Bazele teoriei fiabilităţii. Editura Academiei, Bucureşti, 1983;

[19] Chopra, A.K.: Dynamics of structures. Pretince Hali, 1995;

[20] Ciocoiu N.: Managementul riscului. Editura Eficon Press, Bucureşti, 2004;

[21] Ciucu G., Craiu V.: Introducere în teoria fiabilităţii şi statistică matematică. Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1971;

[22] Clough, R. W., Penzien, J.: Dynamics of Structures. M. Graw Hills Book Co., 1993;

[23] Colban Gh., Structuri din zidărie. Editura AGIR, Bucureşti, 2000;

[24] Cornell C.A.: Probability Based Structural Code. ACI-Journal, vol. 66, 1969;

[25] Cyril M. Harris, Charles E. Crede: Şocuri şi vibraţii. Editura tehnică, Bucureşti, 1969;

[26] Dimoiu I.: Inginerie seismică. Editura Academiei Române. Bucureşti, 1999;

[27] Dragomir C. S.: Influenţa fenomenului de amplificare dinamică asupra răspunsului seismic al

construcţiilor din zidărie. Teză de doctorat, UTCB, 2008;

[28] Enescu D.: Almăşan B., Seismologia exploziilor controlate din industrie. Editura Tehnică, Bucureşti,

1997;

[29] Faber M.H.: Methods of structural reliability theory – an introduction. Swiss Federal Institute of

Technology, 2001;

[30] Fleşeriu L, Dimoiu I.: Calculul în domeniul plastic al cadrelor din oţel solicitate la încovoiere din

încercări statice. Bul. Şt. Tehn. IPR., 7/1973;

[31] Fodor D.: Explozivi minieri şi tehnica utilizării lor în exploatările la zi. Litografia Universităţii

Petroşani, 1995;

[32] Fodor D.: Folosirea explozivilor în industrie. Editura Infomin, Deva, 1998;

[33] Fodor D. Georgescu S.: Un sistem modern, eficient şi de înaltă securitate de iniţiere a încărcăturilor

de explozivi. Revista Minelor, nr. 12, pag. 9-16, 1996;

[34] Georgescu D.: Aspecte privind durabilitatea construcţiilor din beton armat. Teză de doctorat,

UTCB, 2000;

[35] Ghiocel D., Dabija E.: Construcţii civile. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982;

[36] Glushack B. L., Novikov S. A., Pogorelov A. P.: Shock wave initiation of solid heterogeneous

explosives. Fizika gorenia i vzryva, vol. 20, nr. 4, pag. 77-85, 1984;

[37] Goga D.: Contribuţii cu privire la sudarea prin explozie a plăcilor metalice subţiri. Teză de doctorat,

Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 1999;

[38] Goga D.: Probleme speciale de detonică. Note de curs, Academia Tehnică Militară, 2007;

[39] Goga D.: Sisteme Pirotehnice de Iniţiere. Note de curs, Academia Tehnică Militară, 2000-2001;

[40] Goga D.: Suport de curs - Curs postuniversitar de perfecţionare pentru ofiţeri în domeniul

„Explozivi, combustibili speciali şi pirotehnie”, Academia Tehnică Militară;

[41] Goga D. A., Orban O.: Fabricația și proprietățile substanțelor explozive. Editura Academiei Tehnice

Militare, București , 1997;


269

[42] Goga D. A., Dumitrescu R.F.: Principii de evaluare a riscurilor și consemne generale de securitate

pirotehnică. Editura Univers Științific, 2007;

[43] Goga D. A., Paraschiv T., Orban O.: Explozivi și combustibili speciali. Metode de analiză și

identificare. Editura A&C International, 1994;

[44] Goga D.A.: Probleme speciale de detonică. Editura Academia Tehnice Militare, Bucureşti, 2004;

[45] Goga D.A.: Legi de similitudine la explozie. Editura Academia Tehnice Militare, 2000:

[46] Goga D.: Curs detonică şi balistică terminală. Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 2005:

[47] Grămescu T., Chirilă V.: Calitatea şi fiabilitatea produselor. Editura Tehnica-Info, Chişinău, 2002;

[48] Gustafson R.: Swedish blasting technique. S.P.I. Gothenburgh, Suedia, 1973;

[49] Hajek R., Foglar M.: The reduction of peak overpressure using concrete blast barriers. Thirteen

international conference structures under shock and impact, Wessex Institute of Technology,

University of Liverpool, 2014;

[50] Hamelin B.: Maintenance et Fiabilite. Maintenance, 39, Paris, 1974;

[51] Hasofer. A.M., Lind N.C.: An exact and Invariant First Order Reliability Format, ASCE Journal of

the Engineering Mechanics Division, pp. 111-121, 1974;

[52] Helmy H. M., Elfouly A.K., Salem H. M.: Numerical Simulation of Demolition of Perna Seca

Hospital Using the Applied Element Method, Structures Congres, Chicago, Ilinois, United States,

March 29-31 2012;

[53] Hornoiu V.: Riscul generat de activităţile de transport al substanţelor periculoase. Sesiunea de

comunicări ştiinţifice cu tema Protecţia civilă, apărarea împotriva dezastrelor şi gestionarea

situaţiilor de urgenţă, CNPPMSU, 2006;

[54] Ifrim M.: Dinamica structurilor şi inginerie sesimică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,

1973;

[55] Ifrim M.: Analiza dinamică a structurilor şi inginerie seismică. Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1983;

[56] Ifrim M.: Dinamica structurilor şi inginerie seismică. Ediţia a doua, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1984;

[57] INSEMEX : Ghid naţional de evaluarea a riscurilor legate de activitatea de demolare a unor clădiri

industriale şi civile cu ajutorul explozivilor. Petroşani;

[58] Ionaşcu Ghe.: Dezvoltare spaţială durabilă şi urbanism. Editura Fundaţiei România de Mâine,

Bucureşti, 2002.

[59] Izzuddin B.A., Vlassis A.G.: Progressive collapse of multi-storey due to suden column loss, Part I”,

Simplified assessment framework. Engineering Structures, vol 30, 2008;

[60] Juran J., Gryna F. Jr.: Calitatea produselor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1973;

[61] Kinney, G.F., Graham, K.I.: Explosive Shocks in air. Second Edition Poringer – Verlag Berlin

Heidelberg, New York, Tokyo, 1985;

[62] Leţu N.: Explozivi minieri. Litografia Universităţii Petroşani, 1995;

[63] Lupoae M.: Consideraţii privind utilizarea exploziilor controlate la demolarea construcţiilor. Teză

de doctorat, Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 2004;

[64] Lupoae M., Bucur C.: Building demolation – Positive Aspect of Progressive Collapse” MTA-

Review – Military Technical Academy Publishing House – Vol XIX No. 4 December 2009 pp. 399-

408;

[65] Lupoae M., Roşca R.: Comportarea structurilor din beton armat la acţiunea exploziei. Editura

A.T.M., Bucureşti, 2007;

[66] Mârşu. O., Friedrich, R.: Construcţii din beton armat. Editura Didactică şi Pedagogică, 1980;

[67] Marusciac D.: Construcţii civile. Editura Tehnicǎ, Bucureşti, 1998;

[68] Matthews S., Tsui F.: Radar Inspection of Structurez. IABSE, San Francisco, 1995;

[69] Meguro K, Tagel – Din: Applied Element Method Used for Large Displacement Structural

Analysis. Journal of Natural Disaster Science, vol. 24, No 1, 2002, pp 25-34;


270

[70] Mendis P., Ngo T., Gupta A., Ramsay J.: Blast Loading and Blast Effects on Structures – An

Overview. The University of Melbourne, Australia, 2007;

[71] Mihoc Gh., Muja A., Diatcu E.: Bazele matematice ale teoriei fiabilităţii. Editura Dacia, Cluj, 1976;

[72] Niţu.V.I., Ionescu C.: Fiabilitate în energetică. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980;

[73] Okamura H., Maekawa K.: Nonlinear analysis constitutive models of reinforced concrete. Gihodo

Co. Ltd., 1991, Tokyo, Japan;

[74] Ollofsson S.O.: Applied explosives technology for construction and mining. Editura Nora

Boktrzckeri AB, Ärla, Suedia, 1990;

[75] Oprea Gh.: Teoria exploziei, fortificaţii şi lucrări subterane. partea a Il-a. Editura Academiei

Tehnice Militare, Bucureşti, 1974;

[76] Orban O., Goga D.: Fizica explozivilor. Culegere de probleme. Editura Academiei Tehnice Militare,

Bucureşti, 1993;

[77] Orban O., Ţigănescu T.V., Ureche E.C.: Diminuarea undei de explozie cu ajutorul apei. Revista

Tehnică Militară, nr. 4, pag. 17-20, 2002.

[78] Orban O.: Unde de detonaţie. Editura Academiei Tehnice Militare, Bucureşti, 2002;

[79] Pepenar: Analiza unor construcţii degradate datorită fenomenului de coroziune. Referat, INCERC,

1995;

[80] Perşu V.: Cercetări privind fiabilitatea şi mentenanţa sistemelor mecanice din centralele

termoelectrice. Teză de doctorat, UTB, 2013;

[81] Peştişanu C. ş.a.: Construcţii. Editura Didacticǎ şi Pedagogicǎ, Bucureşti, 1995;

[82] Popescu P.: Degradarea construcţiilor. Editura Fundaţiei România de Mâine, Bucureşti, 2002;

[83] Rauch A.: Detonique. Fascicule 1. Les ondes de choc. ENSIETA, Brest, 1993;

[84] Revey G.: Evaluating and managing blasting risk. The Journal of Explosives Engineering, nr. 17,

1999;

[85] Ristic et. al.: “Stress-strain based modeling of hystertic structures under earthquake induced bending

and varying axial loads”, Research report No. 86-ST-01, School of Civil Engineering, Kyoto

University, Kyoto, Japan, 1986;

[86] Robescu D. şi alţii: Fiabilitatea proceselor, instalaţiilor şi echipamentelor de tratare şi epurare a

apelor. Editura Tehnică, Bucureşti, 2002;

[87] Roşca R.: Acţiunea prin explozii controlate asupra mediului. Tehnica Militară, nr. l, pag. 29-36,

1999;

[88] Roşca R.: Protejarea obiectivelor învecinate în cazul executării demolărilor cu exploziv. Revista

Trupelor de Uscat, nr. 4, pag. 75, 1996;

[89] Roşca R.: Tezǎ de doctorat – Cercetǎri experimentale pentru determinarea parametrilor energiei

exploziei în scopul demolǎrii controlate a obiectivelor de suprafaţǎ. Universitatea Petroşani, 2004;

[90] Rotaru T.: Mijloace de protecţie balistică. Note de curs. Academia Tehnică Militară, 2003;

[91] Simion A.: Stadiul cunoaşterii tehnicilor de demolare a construcţiilor prin implozii controlate.

Referat, U.T.C.B., Bucureşti, 2005;

[92] Simion A.: Concepţii de calcul şi prescripţii oficiale existente. Referat, U.T.C.B., Bucureşti, 2007;

[93] Simion A.: Tehnologii avansate şi explozivi performanţi utilizaţi în demolări prin implozii. Referat,

U.T.C.B., Bucureşti, 2008;

[94] Simion A.: Rezumat - The simulation of an industrial building demolition. A patra ediţie a

Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii, economia construcţiilor, arhitectură, urbanism

şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2012;

[95] Simion A., Dragomir C.S.: The simulation of an industrial building demolition. Revista Urbanism.

Arhitectură. Construcţii, Vol. 4, Nr. 2, 2013;

[96] Simion A.: Rezumat - Mitigation the destructive effects of explosion by means of stratiffied shields.

A cincea ediţie a Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii, economia construcţiilor,

arhitectură, urbanism şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2013;


271

[97] Simion A., Dragomir C.S.: Attenuation of the destructive effects of an explosion by stratiffied

screens. Revista Construcţii, Nr. 1, 2013;

[98] Simion A.: Rezumat - The schemes reliability of initiation the explosions used to the demolition of

constructions. A şasea ediţie a Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii, economia

construcţiilor, arhitectură, urbanism şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2013;

[99] Simion A.: Rezumat – Tehnici de creştere a fiabilităţii reţelelor de iniţiere a încărcăturilor explozive

folosite la demolări. A şaptea ediţie a Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii,

economia construcţiilor, arhitectură, urbanism şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2014;

[100] Simion A.: Evaluarea efectelor seismice ale demolărilor prin explozii, Buletin Ştiinţific, UTCB,

2014;

[101] Simion A., Dragomir C.S.: The reliability of demolitions by controlled implosions. Articol acceptat

ptr. publicare în revista Construcţii, Nr. 2, 2014;

[102] Sofronie R.: Inginerie seismică. Note de curs, U.S.A.M.V. Bucureşti, 2004;

[103] Sofronie R.: Fiabilitatea lucrărilor de inginerie a mediului. Note de curs. U.S.A.M.V. Bucureşti,

2004;

[104] Sofronie R.: Rezistenţa materialelor. Curs universitar, U.S.A.V.M. Bucureşti, vol. II, cap. 40, pp.

839-948, 2000;

[105] Sofronie R.: Rezistenţa materialelor. Curs universitar, U.S.A.V.M. Bucureşti, vol. I, 1996;

[106] Sofronie R.: Statica şi stabilitatea construcţiilor. Curs universitar, U.S.A.M.V. Bucureşti, 2000;

[107] Sofronie, R.: Manual RichterGard. TOTAL Publishing, Bucureşti, 2004;

[108] Stuparu M.: Modelarea structuralǎ şi analiza cu elemente finite. Editura Academiei Militare

Tehnice, Bucureşti, 1998;

[109] Tagel-Din H, Meguro K.: "Applied element method for simulation of nonlinear materials: theory

and Application for RC structures", Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE, Vol. 17, No. 2, 2000;

[110] Tagel – Din H., Rahman N.A.; The Applied Element Method: The Ultimate Analysis of

Progressive Collapse. Structure Magazine, No 4, pp 30-33, April, 2006;

[111] Tat Sabin, Zaporojan Mihai, Fissgus Klaus: Explozivi şi tehnica împuşcării în industrie. Editura

Tehnică, Bucureşti, 1985;

[112] Teopilus A. C., Sidi I. D.: Isolation system reability of reinforced concrete building structures.

Thirteen international conference structures under shock and impact, Wessex Institute of

Technology, University of Liverpool, 2014;

[113] Teoreanu I., V. Moldovan, L.Nicolescu: Durabilitatea betonului. Editura Tehnică, 1982;

[114] Titu M.: Fiabilitate şi mentenanţă. Editura AGIR, 2008;

[115] Tologea S.: Accidente şi avarii în construcţii. Editura Tehnică, Bucureşti, 1980;

[116] Tologea S.: Probleme privind patologia şi terapeutica construcţiilor. Editura Tehnică, 1976;

[117] Truşcă T.: Pirotehnie şi explozivi. Editura Tehnică, Bucureşti, 1984;

[118] Vodă V.: Controlul durabilităţii produselor industriale. Editura Tehnică, Bucureşti, 1981;

[119] Voicu V.: Contribuţii la dezvoltarea mijloacelor antiteroriste de neutralizare a dispozitivelor

explozive artizanale. Teză de doctorat. Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 2006;

[120] Wiener U.: Aplicaţii ale reţelelor de probabilitate în tehnică. Editura Tehnică, 1995;

[121] Yadav H. S.: Flyer plate motion by thin sheet of explosive. Propellants explosives and

pyrotechnics, pag.17-20, 1988;

[122] Zidan M.K., Fayed M.N., Elhosiny K.M., Abdelgawad&Orfy H.H.: Modelling of damage patterns

of RC concrete column under demolition by blasting. Thirteen international conference structures

under shock and impact, Wessex Institute of Technology, University of Liverpool, 2014;

[123] Zukas J., Walters W.: Explosive Effects and Applications. Springer –Verlag. New York, 1998;

[124] *** Documentaţie firmǎ specializată în demolǎri cu explozivi (S.C. Dinamit S.R.L. Petroşani);

[125] *** Documentaţie firmǎ specializată în distrugerii dirijate (S.C. Piromarion com. S.R.L.);


272

[126] *** Legea nr. 126 din 1995 privind regimul materiilor explozive modificată şi completată prin

Legea nr. 464/2001;

[127] *** Hotărâre nr. 1.207 din 5 octombrie 2005 pentru modificarea şi completarea Normelor tehnice

privind deţinerea, prepararea, experimentarea, distrugerea, transportul, depozitarea, mânuirea şi

folosirea materialelor explozive utilizate în orice alte operaţiuni specifice în activităţile

deţinătorilor, precum şi autorizarea artificierilor şi a pirotehniştilor, aprobate prin HG536/2002

(Monitorul Oficial nr. 941 din 21 octombrie 2005);

[128] *** Instrucţiuni pentru trupele de geniu. Lucrări de distrugeri. G - 4, Ministerul Apărării

Naţionale, Bucureşti, 1975;

[129] *** Mijloace noi pentru executarea lucrărilor de distrugeri. G - 4, Ministerul Apărării Naţionale,

Bucureşti, 1992;

[130] *** Norme specifice de protecţie a muncii pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor

explozive. Ministerul Muncii şi Protecţiei Sociale, Bucureşti, 1997;

[131] *** Pliante publicitare despre materiale, mijloace explozive şi accesorii ale firmelor: Nitro

NOBEL (Suedia), Nitramonia S.A. Făgăraş, U.M. Sadu;

[132] *** STAS 3648- -71 Scara intensităţilor seismice;

[133] *** STAS 418-85 Explozivi minieri. Dinamita tip II;

[134] *** STAS 8136 - 89 Capse detonante electrice;

[135] *** STAS 8174 - 77 Fiabilitate, mentenabilitate şi disponibilitate. Terminologie.;

[136] *** STAS 10307 - 75 Fiabilitatea produselor industriale. Indicatori de fiabilitate.;

[137] *** STAS 8590 - 80 Prelucrarea datelor. Fiabilitate, întreţinere şi disponibilitate. Terminologie;

[138] *** U.S. General Service Administration (GSA 2003), “Progressive collapse analysis and design

guidelines for new federal office buildings and major modernization projects”, Washington, D.C.

Adrese internet:

[139] -http://www.implosionworld.com - site dedicat demolărilor controlate;

[140] -http://www.daveybickford.com - site dedicat materialelor explozive;

[141] -http://science.howstuffworks.com/building-implosion.htm - How Building Implosion Work;

[142] -http://www. isee.org/journal. htm - The Journal of Explosives Engineering;

[143] -http://www. isee.org/index. htm - International Society of Explosives Engineers;

[144] -http://www. sciencedirect. corn - pagină dedicată demolărilor în direct;

[145] -http://www.kcse.com - site dedicat analizei comportării structurilor la explozie;

[146] -http://www.pcs.phy.cam.ac.uk/ImpactClubBiblios.htm - pagină dedicată referinţelor despre

comportarea materialelor la şoc şi impact;

[147] -http://www.iabti.com - site al organizaţiei pirotehniştilor din SUA.

PRESCRIPŢII OFICIALE DE REFERINŢĂ

[A] ENV 1991 Eurocode l: Basis of design and actions on structures;

[B] ENV 1992 Eurocode 2: Design of concrete structures;

[C] ENV 1996 Eurocode 6: Design of masonry structures;

[D] ENV 1998 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistence;

[E] GE 014-97 Ghid de proiectare. Calculul terenului de fundare la solicitări seismice;

[F] ICOMOS - ISCARSAH, 2001. Recommendations for the analysis, conservation and structural

restoration of architectural hentage;

[G] ISO 2394/1998 General principies on reliability for structures;

[H] ISO 13822/2001 Bases for design of structures - Assessment of existing structures;

[I] ISO 13822/2010 Bases for design of structures - Assessment of existing structures;

http://www.daveybickford.com/


273

[J] SR 11100 - 1:1993 Zonarea seismică. Macrozonarea teritoriului României;

[K] Normativ P100-1/2013 privind proiectarea antiseismică a construcţiilor de locuinţe, social-culturale,

agrozootehnice şi industriale;

[L] Codul CR:2006 privind proiectarea construcţiilor din zidărie;

[M] SR EN 13733:2003 Produse şi sisteme pentru protecţia şi repararea structurilor de beton. Metode de

încercări;

[N] SR EN 1990:2004 Eurocod 2: Bazele proiectării structurilor;

[O] SR EN 1991-1:2004 Eurocod 1: Acţiuni asupra structurilor. Partea 1-1: Acţiuni generale. Greutăţi

specifice, greutăţi proprii, încărcări utile pentru clădiri;

[P] SR EN 1992-1:2004 Eurocod 2: Proiectarea structurilor de beton. Partea 1-1: Reguli generale şi

reguli pentru construcţii;

[R] SR EN 1998 -5:2004 Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistenţa la cutremur. Partea 5:

Fundaţii, structuri de susţinere şi aspecte geotehnice;

[S] SR EN 772-1:2001 Metode de încercare a elementelor pentru zidărie. Partea 1: Determinarea

rezistenţei la compresiune;

[T] SR ISO 6240:1998 Standarde de performanţă în clădiri. Conţinut şi prezentare;

[U] SR ISO 6241:1998 Standarde de performanţă în clădiri. Principii de elaborare şi factori de luat în

considerare;

[V] SR ISO 7162:1998 Standarde de performanţă în clădiri. Conţinutul şi modul de prezentare al

standardelor pentru evaluarea performanţelor;

[X] Cod de proiectare. Bazele proiectării structurilor în construcţii. Indicativ CR 0-2012.

GLOSAR DE TERMENI

Termeni şi definiţii specifice lucrărilor pirotehnice

Amorsare Acţiune care dă naştere unei detonaţii, deflagraţii sau combustii prin

intermediul unui dispozitiv pirotehnic adecvat.

Iniţierea este un termen similar amorsării şi se referă la demararea unei

reacţii explozive. Aprinderea se referă numai la demararea unei

combustii sau deflagraţii;

Deflagraţie Explozie chimică în care zona de reacţie chimică se propagă prin

mediul iniţial cu viteză subsonică, în principal prin conductibilitate

termică;

Detonaţie Explozie chimică la care zona reacţiei chimice se propagă cu o viteză

supersonică în mediul iniţial (neperturbat) prin intermediul unei unde

de şoc;

Detonator Ansamblu (dispozitiv), conţinând cel puţin un exploziv brizant, care

sub acţiunea unui stimul dat (mecanic, electric sau de altă natură) va da

naştere unei unde de şoc şi/sau fragmente, folosite pentru iniţierea unei

încărcături explozive;

Dispozitiv de iniţiere

Sistem destinat iniţierii unui lanţ exploziv sau unui element component

dintr-o muniţie (dispozitiv fuzant, sistem de iniţiere);

Explozie Un proces nuclear, chimic sau fizic în urma căruia se degajă brusc


274

energie (şi adesea gaze) dând naştere la unde de presiune sau şoc;

Exploziv brizant Material sau amestecuri de materiale utilizat în general în încărcăturile

principale cu rol de a obţine efectul terminal dorit într-o aplicaţie

explozivă. Aceste materiale detonează ca urmare a iniţierii lor de către

un exploziv de amorsare. Exemple de explozivi brizanţi: TNT,

compoziţie B, tritonal etc.

Alte denumiri uzuale: exploziv secundar, încărcătură explozivă;

Exploziv plastic Exploziv care este maleabil la temperaturi normale de utilizare;

Exploziv primar

Iniţiator

Împuşca(re)

Încărcătură de

explozie

Material exploziv

Substanţă sau amestecuri de substanţe utilizată pentru iniţierea unei

combustii. Conform denumirii lor generice, aceste materiale sunt

sensibile la stimuli ternici, mecanici şi electrici;

Primul component exploziv folosit într-un lanţ exploziv, capabil să

producă funcţionarea acestuia;

1. Acţiunea de a se împuşca şi rezultatul ei; 2. Operaţie de rupere în

bucăţi a unei roci prin explodarea încărcăturilor de mină; 3. A face să

explodeze o încărcătură explozivă; sinonime: puşcare, puşcat (DEX

98);

Cantitatea de exploziv dintr-o muniţie sau element de muniţie;

O substanţă (sau amestecuri de substanţe) care este capabilă în urma

unei reacţii chimice să producă gaze la astfel de temperaturi şi presiuni

încât să producă pagube mediului înconjurător. Termenul “explozivi”

înglobează astfel toate materialele solide şi lichide cunoscute sub

denumirea de explozivi brizanţi, pulberi şi propergoli, împreună cu

amorse, capse, compoziţii de iniţiere şi pirotehnice (de exemplu:

iluminare, fumigene, întârzietoare, incendiare, trasoare);

Puşcare A produce sfărâmarea rocilor cu ajutorul unui exploziv (DEX 98);

Propulsie Acţiune care produce mişcarea unui obiect (schijă, glonţ, proiectil etc);

Risc

Suflu

Posibilitatea de apariţie a unui accident, exprimată în termeni de

gravitate şi probabilitate de apariţie a pericolului.

Propagarea unei unde de şoc, de amplitudine mare prin aer, creată de

deflagraţia sau detonaţia unui material exploziv;

Termeni şi definiţii

Accelerogramă – înregistrarea mişcării seismice obţinută cu un accelerometru calibrat şi

exprimată prin variaţia acceleraţiilor;


275

Accelerometru – instrument (aparat) specific înregistrării variaţiei acceleraţiilor unui cutremur

(accelerograma seismică);

Acţiune - influenţa exercitată de un agent asupra construcţiei;

Acţiune dinamică (excitaţie - perturbaţie - sursă) - reprezintă orice cauză exterioară, rapid

variabilă în timp care se manifestă asupra unui sistem oscilant (dinamic) generând efecte inerţiale;

Agent - factor care acţionează asupra clădirii (construcţiei) sau a diverselor sale părţi componente;

Aluviune – sedimente neconsolidate, de dată relativ recentă, existente în depozite granulare;

Amortizare - capacitatea de amortizare caracterizează fenomenul de disipare a energiei unui

sistem dinamic, ca urmare a prezenţei forţelor rezistente (care se opun mişcării);

Amplificare dinamică - majorarea deplasărilor la partea superioară a structurii ca urmare a unei

acţiuni dinamice;

Amplificare seismică – fenomen care se manifestă în urma traversării undelor seismice prin

diverse categorii de terenuri cu proprietăţi fizico-mecanice şi dinamice specifice;

Amplitudine - valoarea maximă a cauzei (acţiune) sau a efectului (răspuns) se numeşte

amplitudine. Amplitudinea are un caracter instantaneu atât pe durata acţiunii dinamice, cât şi pe durata

răspunsului dinamic;

Analiza răspunsului în timp (time-history response) – reprezentarea răspunsului structurii

(exprimat în viteze, deplasări) pe timpul istoric al mişcării seismice (definită prin accelerograme);

Ansamblu - reunirea mai multor elemente componente, care asigură realizarea unor funcţiuni;

Armonică – componentă a unei mişcări cu caracter periodic şi a cărei frecvenţă este un multiplu

simplu al frecvenţei fundamentale;

Atenuare – disiparea (amortizarea) energiei eliberate în focar, în funcţie de mai mulţi factori, şi a

cărei consecinţă o reprezintă reducerea intensităţii seismice;

Avarie - schimbare nefavorabilă în starea unei structuri care îi poate afecta performanţele;

Buiandrug – componentă structurală în cadrul construcţiilor din zidărie. Se foloseşte la partea

superioară a golurilor executate în pereţi;

Cerinţa de calitate - exprimarea calitativă a caracteristicilor clădim (în ansamblu, sau a părţilor

componente), pe care aceasta trebuie să le îndeplinească pentru a satisface exigenţele utilizatorilor, ţinând

seama de diverşii agenţi care acţionează asupra construcţiei;

Clădire - construcţie, având ca scop realizarea unor spaţii închise, ce adăpostesc activităţi umane

şi/sau procese tehnologice;

Colaps – starea în care clădirea a cedat;

Componente structurale – elemente ale construcţiei care preiau încărcările, şi le transmit prin

fundaţie la terenul de fundare;

Componente nestructurale - componente care nu sunt considerate în proiectarea seismică ca şi

componente care preiau încărcările, datorită lipsei de rezistenţă sau datorita modului în care este

conectată la structură;

Compoziţie spectrală - este pusă în evidenţă de spectrul de amplitudine exprimat prin serii

convergente sau transformata Fourier;

Conceptul de performanţă structurală - concept ce constă în abordarea sistemică şi globală a

problematicii obţinerii calităţii în proiectarea, executarea şi exploatarea construcţiilor, plecând de la

activităţile şi exigenţele utilizatorilor, în mod independent de mijloacele materiale şi soluţiile folosite,

punând un accent deosebit pe comportarea în exploatare a construcţiilor;

Condiţie tehnică - exprimarea şi detalierea, în termeni tehnici de performanţă, a cerinţei de

calitate;

Conformitate - îndeplinirea cerinţelor specificate în coduri sau standarde;

Consolidare - intervenţiile asupra unei construcţii existente pentru sporirea performanţelor ei

structurale;


276

Construcţiile - orice este implicat sau rezultă din operaţiile de construcţii. Acest termen acoperă

amândouă direcţiile ingineriei civile şi industriale. Se referă la construcţia completă care cuprinde ambele

componente structurale şi nestructurale, precum şi aspectele geotehnice implicate;

Conţinut de frecvenţă – totalitatea frecvenţelor componentelor care definesc o înregistrare

seismică;

Acţiune dinamică - orice cauză exterioară, rapid variabilă în timp, care se manifestă asupra unui

sistem oscilant generând efecte inerţiale;

Confinare – structura a fost închisă cu diferite materiale (grile polimerice etc.);

Criteriu de performanţă - caracteristică ce trebuie luată în considerare la detalierea şi

cuantificarea condiţiilor tehnice, în cantităţi numite „nivele de performanţă";

Cutremur de pământ – fenomen natural (uneori şi artificial) generat de surse tranzitorii care se

manifestă prin unde elastice ce se propagă prin medii caracterizate geologic;

Deteriorare/degradare - stare fizică şi geometrică datorată: acţiunilor chimice, fizice sau

biologice naturale; acţiunilor repetate care produc oboseala materialului; influenţelor normale sau severe

ale mediului; întreţinerii necorespunzătoare a structurii, sau uzurii prin exploatare care afectează într-un

mod defavorabil performanţele structurii, inclusiv fiabilitatea ei în timp;

Ductilitate - raportul dintre defbrmaţia specifică totală şi deformaţia specifică elastică; exprimă

capacitatea de autoapărare a unei construcţii sau structuri, dar este o mărime neconservativă, ireversibilă

şi consumabilă;

Durată de funcţionare - perioada medie probabilă în care o construcţie existentă poate fi

exploatată fără întrerupere din cauza unor avarii, la un nivel de întreţinere planificat sau acceptat;

Durată de serviciu(viaţă) a construcţiei - perioada de timp în care se intenţionează/se aşteaptă ca

o construcţie existentă să rămână în serviciu cu o întreţinere planificată;

Efect - rezultatul unei acţiuni;

Element component - produs realizat ca unitate distinctă, destinat a fi încorporat în clădire pentru

a îndeplini una sau mai multe activităţi specifice;

Elongaţie - valoarea instantanee a cauzei sau a efectului în raport cu un anumit reper de referinţă;

Entalpie - însumarea energiei interne cu lucrul mecanic necesar ocupării de către sistem a

volumului său propriu la presiune constantă;

Entropie - reprezintă o mărime de stare termică a sistemelor fizice, care crește în cursul unei

transformări ireversibile a lor și rămâne constantă în cursul unei transformări reversibile;

Evaluare - mulţimea de activităţi efectuate în scopul verificării fiabilităţii unei construcţii

existente în vederea folosinţei viitoare;

Eveniment microseismic – perturbaţii slabe, naturale sau artificiale, care pot fi identificate numai

instrumental;

Excitaţie - reprezintă orice cauză exterioară, rapid variabilă în timp care se manifestă asupra unui

sistem oscilant generând efecte inerţiale;

Execuţia construcţiei- activitatea de creaţie unei construcţii civile sau industriale Termenul

acoperă munca pe şantier; el poate de asemenea să însemne fabricarea componentelor în afara şantierului

şi montarea lor ulterioară pe şantier;

Exigenţa utilizatorului - enunţarea unei necesităţi faţă de clădirea (construcţia) ce trebuie

utilizată;

Fiabilitate matematică - probabilitatea funcţionării unui sistem fără avarii într-o perioadă

determinată;

Fiabilitate structurală- capacitatea unei structuri sau a unei componente structurale de a satisface

cerinţele specificate, inclusiv exploatarea pe toată durata serviciului fără reparaţii majore, pentru care a

fost proiectată;

Formă structurală - tipul de structură desemnat de aranjamentul componentelor structurale,

precum grindă, coloane, arcade, piloni de fundaţie;


277

Frecvenţa - reprezintă numărul de oscilaţii complete pe o durată de timp egală cu o secundă.

Frecvenţa se mai exprimă prin inversul perioadei, exprimată în secunde, şi se măsoară în Hertzi (Hz);

Frecvenţă proprie de oscilaţie - frecvenţa proprie sau naturală este o caracteristică intrinsecă a

sistemului şi corespunde fiecărei forme proprii de oscilaţie. Numărul frecvenţelor proprii de oscilaţie este

egal cu numărul GLD al sistemului dinamic;

Funcţionalitate - abilitatea unei structuri sau a unei părţi din structură de a răspunde adecvat unei

folosiri normale sub orice acţiune aşteptată;

Grindă - componentă structurală orizontală, supusă la încărcări transversale considerabile şi la o

forţa axială proiectată normalizată;

Hazard seismic - probabilitatea unui amplasament de a resimţi efectele unui cutremur de pământ;

Impuls - produsul dintre forţa şi timpul infinitesimal de aplicare asupra sistemului. Forţa,

depinzând de timp, are valoarea zero în afara duratei de acţionare a impulsului;

Impuls seismic - undă seismică de foarte scurtă durată în raport cu desfăşurarea întregului

eveniment, având în general valorile iniţială şi finală egale cu zero;

Indicele de fiabilitate - valoare sau expresie a probabilităţii de avarie;

Infrastructura - partea structurii situată sub interfaţa de izolare, incluzând fundaţiile.

Flexibilitatea laterală a infrastructurii este practic neglijabilă în raport cu cea a sistemului de izolare;

Inspecţie - examinarea nedistructivă pe teren a unei structuri cu scopul de a aprecia starea fizică a

structurii;

Intensitate – evaloarea convenţională (subiectivă) a severităţii unui cutremur pe baza efectelor de

suprafaţă produse asupra oamenilor, construcţiilor şi configuraţiei terenului;

Investigaţie - colectarea şi evaluarea de informaţii prin: inspecţie, studierea documentaţiei,

verificarea acţiunilor de calcul şi unele încercări;

Încercarea capacităţii portante - testarea prin încărcare totală sau parţială a unei construcţii

pentru a evalua comportarea, proprietăţile sau capacitatea portantă;

Lichefiere – fenomen în urma căruia un depozit granular necoeziv şi saturat se transformă în stare

fluidă datorită creşterii presiunii apei în pori;

Limita elastică – efortul maxim la care este supusă o rocă fără ca deformaţiile să depăşească

limita de curgere sau de rupere;

Litologie – studiul compoziţiei şi texturii rocilor;

Magnitudine – exprimarea violenţei unui cutremur prin intermediul energiei eliberată în focar în

momentul declanşării unui şoc seismic;

Materialul de construcţie - un material folosit în construcţie, ex: beton, oţel, lemn, zidărie

Mentenanţă - intervenţie periodică de rutină pentru păstrarea performanţei structurale;

Metoda de construcţie - maniera în care execuţia va fi îndeplinită, ex.: turnare pe loc, prefabricat,

în consolă;

Microseism – perturbaţie naturală sau artificială, sesizată numai cu ajutorul instrumentelor

specifice (înregistratoare seismice);

Mişcare armonică - mişcarea armonică este descrisă de funcţii trigonometrice simple, sinusoidale

sau cosinusoidale;

Mişcare oscilatorie - mişcarea în timp. pe care o efectuează un sistem elastic inerţial în jurul unei

anumite poziţii de echilibru relative, se numeşte mişcare oscilatorie. Această mişcare poate fi exprimată

prin funcţii armonice simple, periodice sau oarecare;

Mişcarea periodică - mişcarea care se repetă identic la intervale egale de timp. este definită prin

funcţii periodice, care pot fi descompuse în serii Fourier. Fiecare termen al seriei Fourier reprezintă o

componentă a mişcării, cu caracter armonic;

Model de avarie, deteriorare sau degradare - modelul matematic care descrie caracteristicile

structurii ca funcţie de timp, luând în consideraţie starea de avarie, deteriorare sau degradare;

Model structural - conceperea sistemelor structurale folosită pentru calcul şi proiectare;


278

Monitorizare - observarea sau măsurarea periodică sau continui de regulă pe termen lung, a stării

construcţiei sau a acţiunilor la care este supusă;

Nivel cerut de fiabilitate - nivelul de fiabilitate pentru atingerea siguranţei acceptabile şi a

funcţionalităţii dorite ;

Nivel de performanţă - valoare impusă pentru un anumit criteriu de performanţă,' în funcţie de

condiţiile tehnice şi de influenţa agenţilor care acţionează asupra construcţiilor;

Oscilaţie - mişcarea repetată, cu caracter alternant şi variabila în timp, a unui sistem dinamic, în

jurul unei anumite poziţii de echilibru;

PGA – Peak Ground Acceleration - valoarea de vârf a acceleraţiei pământului;

Perete - componentă structurală, în general verticală, care sprijină alte elemente şi care are o

secţiune transversală prelungită cu raportul dintre lungime şi grosime lw / bw mai mare decât 4 şi/sau o

secţiune parţială limitată;

Performanţă - comportarea unui produs în raport cu utilizarea sa. Prin produs se înţelege

construcţia, în ansamblu, sau orice parte a acesteia;

Performanţă structurală - reprezentarea calitativă sau cantitativă a comportării unei construcţii,

de exemplu capacitatea portantă sau rigiditatea în funcţie de siguranţa şi funcţionalitatea sa;

Perioada - reprezintă timpul minim necesar pentru ca o mişcare periodică simplă sau oarecare să

se repete identic;

Perioadă predominantă – perioada corespunzătoare mişcării seismice care produce efecte

maxime într-un amplasament bine definit, de la suprafaţa liberă a terenului;

Proprietăţile materialelor - proprietăţile mecanice, fizice sau chimice ale materialelor de

construcţii;

Pulsaţie - pulsaţia unei mişcări periodice, numită şi frecvenţă circulară reprezintă numărul de

oscilaţii complete, cicluri, într-un interval de timp egal cu 2n secunde. Pulsaţia se măsoară în radiani pe

secundă şi se mai poate obţine direct prin intermediul frecvenţei sau perioadei;

Răspunsul dinamic - mărimea oricărui efect mecanic, variabil în timp, caracteristic sistemului

dinamic, în urma aplicării unei acţiuni exterioare. Răspunsul dinamic se poate exprima în mărimi

cinematice fundamentale: deplasări, viteze şi acceleraţii, sau prin alte stări derivate: forţe generalizate,

energii, eforturi secţionale, tensiuni şi deformaţii;

Răspunsul terenului – caracterizarea mişcării seismice (exprimată în deplasări, viteze sau

acceleraţii), într-un punct situat la suprafaţa liberă a terenului, prin înregistrări instrumentale;

Reabilitare - reconstrucţia sau înlocuirea oricărei componente structurale avariate sau deteriorate

cu scopul menţinerii aceluiaşi nivel de funcţionalitate pe care structura îl avea înainte de avariere;

Recondiţionare - reabilitarea structurilor într-o anumită zonă;

Reparaţie - reconstrucţia sau înlocuirea oricărei componente structurale avariate sau deteriorate

pentru a asigura acelaşi nivel de rezistenţă şi/sau ductilitate pe care îl avea structura înainte de avariere;

Restaurare - refacerea formei unei clădiri aşa cum a fost la un moment dat fie prin scoaterea

părţilor adăugate, fie prin introducerea părţilor care lipsesc;

Rezistenţa terenului – tensiunea limită care defineşte capacitatea portantă a terenului fără să

producă plastificări sau ruperi;

Risc seismic - probabilitatea obţinută prin produsul dintre hazardul seismic şi vulnerabilitatea

seismică;

Rocă de bază – sinonim cu complex bazal;

Seism - reprezintă modelarea cutremurului de pământ;

Seismic – termen caracteristic undelor elastice, naturale sau artificiale care se propagă prin mediul

geologic de la sursă până în orice punct de la suprafaţa liberă;

Seismicitate – caracteristică seismică certă sau probabilă a unei anumite zone superficiale;

Seismograf – instrument care permite înregistrarea undelor seismice;


279

Seismogramă – înregistrarea mişcării seismice obţinută cu un seismometru şi care exprimă

variaţia deplasărilor în timp;

Seismologie – ramură a geofizicii care se ocupă cu studiul cutremurelor şi propagării undelor

seismice;

Sistem dinamic liniar - un sistem dinamic are comportare liniară când este caracterizat prin

liniaritate fizică şi geometrică; proprietăţile inerţiale, disipative şi elastice de definire nu se modifică în

timp;

Sistem dinamic neliniar - un sistem dinamic are comportare neliniară atunci când prezintă

neliniarităţi de ordin fizic sau geometric; unele din proprietăţile de definire devin variabile în timp;

Sistem structural - componentele care preiau încărcările ale unor construcţii civile sau industriale

şi modul în care aceste elemente funcţionează împreună;

Spectru – caracterizarea acţiunii sau răspunsului în funcţie de conţinutul de frecvenţă al sursei

perturbatoare;

Spectru de amplitudine – reprezentarea grafică a relaţiei amplitudine-frecvenţă corespunzătoare

unei înregistrări seismice (se mai numeşte spectrul Fourier);

Spectru de răspuns - este definit de reprezentarea grafică a variaţiei răspunsului maxim, exprimat

în mărimi specifice, în funcţie de caracteristicile sistemului dinamic şi acţiunea exterioară;

Structuri - combinaţii organizate de părţi conectate proiectate să realizeze o rigiditate adecvată;

Subsistem al clădirii - grupare de elemente componente care îndeplinesc împreună mai multe

funcţiuni necesare satisfacerii exigenţelor utilizatorului;

Şoc seismic – mişcare seismică puternică de scurtă durată;

Tectonica – caracterizează rocile şi natura deformărilor din punct de vedere structural;

Textură – alcătuirea intimă, la nivel de particulă minerală, a rocilor;

Tipurile de construcţie - indicarea materialului principal; ex: construcţii din beton armat, din oţel,

din materiale composite, din lemn, din zidărie;

Transformata Fourier – transformarea unei funcţii, exprimată în domeniul timp (cum este cazul

înregistrărilor seismice), în domeniul frecvenţă, ceea ce permite identificarea conţinutului de frecvenţe

ale mişcării seismice;

Undă – mişcare a particulelor materiale, cu caracter alternant, având amplitudini variabile şi

puncte nule fixe (numite şi noduri), ca urmare a energiei eliberate în focar de cutremur;

Undă principală „P” – undă seismică de adâncime, longitudinală sau de dilataţie, în care

mişcarea particulelor materiale în timp coincide cu direcţia de propagare a undei;

Undă secundară „S” – undă seismică de adâncime, transversală sau de forfecare, în care

mişcarea particulelor materiale în timp este perpendiculară pe direcţia de propagare a undei;

Unde de suprafaţă (superficiale) – unde seismice care se manifestă în straturile superficiale

perpendicular pe direcţia de propagare. Aceste unde sunt de tip Rayleigh şi Love sau hidrodinamice;

Unde seismice - unde elastice care se răspândesc în scoarța terestră, fiind provocate de cutremure

sau de explozii artificiale;

Vibraţia - reprezintă mişcarea repetată, cu caracter alternant şi variabilă în timp, a unui sistem

dinamic în jurul unei anumite poziţii de echilibru;

Viteză seismică – viteza de propagare a undelor seismice de tip P şi S, notate prin vp şi vs;

Vulnerabilitate seismică - probabilitatea de avariere a unei construcţii situată într-o zonă

seismică;

Zone de disipare - părţile predeterminate ale unei structuri disipative, unde capacităţile disipative

sunt în special localizate, numite şi regiuni critice.


280

LISTA SIMBOLURILOR ŞI UNITĂŢILOR DE MĂSURĂ

Date folosite la calculul parametrilor de puşcare

W - anticipanta, reprezintǎ linia de minimǎ rezistenţǎ, care de regulǎ este distanţa cea mai micǎ de la

centrul de greutate al încǎrcǎturii la cea mai apropiatǎ suprafaţǎ liberǎ, [m;

a - distanţa între gǎuri, [m;

b - distanţa între rândurile de gǎuri, [m;

gl - lungimea de gaurǎ, [m;

gcl - lungimea de gaurǎ pentru gǎurile de colţ, [m;

gQ - încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ, [kg.;

gcQ - încǎrcǎtura explozivǎ pe gaura de colţ, [kg.;

ipQ - mǎrimea încǎrcǎturii parţiale (discontinue), [kg.;

rn - numǎrul de rânduri de gǎuri;

1 - factor de impedanţǎ – raportul între impedanţa acusticǎ a substanţei explozive şi a mediului adiacent;

2 - factor de legǎturǎ – exprimǎ transferul de energie cǎtre mediul adiacent;

trE - cantitatea de energie transferatǎ mediului, [J/kg.;

p - energia potenţialǎ elasticǎ, [MJ/kg.;

E - modulul de elasticitate, [MPa;

r - efortul de rupere la tracţiune al mediului, [MPa;

r - energia utilizatǎ ptr. fragmentarea mediului, [MJ/kg.;

bV - volumul de excavat, [m³;

S - energia specificǎ superficialǎ a tipului de mediu, [MJ/kg.;

- înfoierea, [m;

ma - densitatea mediului adiacent, [kg./m³;

c - energia consumatǎ ptr. a se realiza deplasarea, [MJ/kg.;

l - lungimea pe care se realizeazǎ deplasarea, [m;

d - energia consumatǎ pentru fragmentarea excesivǎ, [MJ/kg.;

Q - masa încǎrcǎturilor de exploziv, [kg.;

f - energia consumatǎ ptr. deformarea mediului rǎmas, [MJ/kg.;

R - distanţa faţǎ de locul puşcǎrii, [m;

rt - durata vibraţiei, [s;

m - numǎrul treptelor de întârziere;

P - suprapresiunea în frontul undei de şoc, [MPa;

φ - zmucitura, [m/s3];

λ - distanţa scalată [m];

k - coeficient funcţie de proprietăţile mediului în care se puşcă;

H - înălţimea [m];

st - timpul de sosire al undei de şoc, [s;

pt - durata fazei pozitive a undei de şoc, [s;

V - viteza particulei în urma exploziei, [m/s;


281

I - impulsul forţelor de presiune [bars;

f(n) - coeficient de reducere funcţie de timpul de întârziere al sistemului de iniţiere [m];

Date despre materialul de construcţie

m – masa volumică absolută, kg/m3;

cm – viteza sunetului, [m/s];

Im – impedanţa acustică a materialului de construcţie, [kg/m²/s];

ss – energia specifică pe suprafaţă, [MJ/kg];

Gp – grosimea peretelui paralel cu gaura de distrugere, [m];

Gtr – grosimea peretelui transversal la gaura de distrugere, [m];

Date despre materialul exploziv folosit

e – densitatea de încărcare, kg/m3;

D – viteza de detonaţie, [m/s];

Ie – impedanţa explozivului, [kg/m²/s];

e – energia specifică a explozivului, [MJ/kg];

e – diametrul încărcăturii explozive, [m];

Qe – masa încărcăturii unitare de exploziv, [kg];

DM – dimensiunea maximă a fragmentului rezultat la distrugere, m;

Ld – lungimea zonei distruse, [m].

Documents

EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA …digilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/simionadrian.pdf · 2014. 10. 1. · Anexa 1 Foaie de calcul a caracteristicilor termodinamice