Efectele cutremurelor

Alunecare de teren

Reprezintă un proces de deplasare a rocilor sau depozitelor de pe versanți, cât și forma de relief rezultată. Mișcarea seismică poate declanșa alunecările de teren prin destabilizarea substratului versanților.

Lichefiere

Reprezintă un fenomen prin care un anumit tip de sol saturat sau parțial saturat cu apă își pierde, datorită vibrațiilor induse de cutremur, proprietatea de solid și începe să „curgă“ ca un lichid. De obicei solul nisipos sau loessoid este cel mai vulnerabil la lichefiere. Fenomenul se produce la accelerații ale solului mai mari de 1 m/s².

Efectele lichefierii, datorate cutremurelor ce au afectat orașul Christchurch (Noua Zeelandă, 2011) (sursa: stuff.co.nz)

Efectele lichefierii, datorate cutremurelor ce au afectat orașul Izmit (Turcia, 1999) (sursa: Lestuzzi P.)

Având sau nu legătură cu alunecările de teren se pot produce fenomene de tasare, crăpare și prăbușire a terenului sau ivire la suprafață a nisipului, apei sau a altor lichide.

Tsunami

Sunt o serie de valuri cu înălțimi impresionante ce se propagă în oceane, mări sau lacuri, datorită deplasării bruște a unui volum masiv de apă. Denumirea de tsunami vine din limba japoneză, unind cuvintele „port“ (tsu) și „val“ (nami).

Cauzele principale ale tsunamiurilor sunt:
- cutremurele majore, produse sub oceane și mări sau în zonele litorale, ce prezintă un anumit tip de mecanism de producere (care favorizează dislocarea bruscă a unei mase mari de apă)
- erupțiile vulcanice și alunecările de teren, căderea meteoriților sau expoziile puternice (cazuri mai rare).

Majoritatea tsunamiurilor au loc în Oceanul Pacific și Indian. Și în Marea Neagră se pot produce tsunamiuri; cutremurul din 31 martie 1901 (Mw 7,2) din zona Shabla a produs un tsunami cu înălțimea maximă de 5 m.

Viteza de propagare a valurilor tsunami poate să depășească 700 km/h în largul oceanului, însă înălțimea lor este foarte mică, aproape imperceptibilă. Odată cu apropierea de țărm și atingerea suprafeței de fund a acestuia, viteza de propagare a valurilor scade semnificativ dar înălțimea valului crește până la zeci de metri. Față de valurile normale cu o lungime de undă tipică de 30–40 m, valurile tsunami au o lungime de undă de câteva sute de km.

Harta propagării tsunamiului declanșat de cutremurul din Oceanul Indian (Sumatra, Indonezia, 2004, MW 9,1), ilustrând și înălțimea maximă a valurilor (sursa: nctr.pmel.noaa.gov). Tsunamiul a produs 280.000 de victime, fiind cel mai devastator din istoria recentă.

Momentul în care tsunamiul provocat de cutremurul Tohoku (Japonia, 2011, MW 9,0) a ajuns la țărm (sursa: Reuters și Associated Press). Tsunamiul a produs 18.000 de victime și a avariat grav Centrala Nucleară de la Fukushima.

Factori principali duc la prăbușirea clădirilor

Caracteristicile mișcării solului

Comportamentul unei clădiri în timpul unui cutremur este puternic influențat de modul în care se mișcă solul de sub ea, în momentul trecerii undelor seismice. Contează foarte mult și cum se transmite această mișcare la nivelul clădirii (interacțiunea sol‑structură).

Caracteristici ale mișcării seismice, cu influență majoră asupra clădirilor:

Accelerația
Undele seismice determină mișcarea Pământului cu o accelerație de până la câțiva m/s² – cutremurul din 4 Martie 1977 a avut în București, la stația INCERC, accelerația maximă de ≈2 m/s². Cu cât accelerația este mai mare, cu atât este mai periculos pentru clădiri.

Pe măsură ce ne îndepărtăm de hipocentrul cutremurului, valorile de accelerație scad, la nivelul rocii de bază. În anumite tipuri de sol (de‑a lungul râurilor unde sunt straturi groase de sedimente), undele seismice pot fi puternic amplificate, rezultând valori de accelerație mari.

Conținutul de frecvențe

Frecvențele înalte (1–100 Hz) afectează mai mult clădirile cu puține etaje, pe când frecvențele joase (0.3–1 Hz, corespunzătoare perioadelor mai mari de 1 secundă) pot afecta clădiri cu mai multe etaje.

Analogie cu privire la efectul diferitor frecvente asupra construcţiilor

Durata
Cu cât durează mai mult eliberarea energiei unui cutremur, cu atât acesta este mai periculos.

Modul de construcție

Pentru a nu se prăbuși, o clădire trebuie să fie capabilă să preia dar și să transmită eforturile care iau naștere în elementele structurale ale ei. Este normal ca o clădire să se deformeze parțial, în timpul unui cutremur, însă important este să poată reveni la forma inițială (să fie ductilă).

Impactul undelor seismice asupra elementelor structurale şi nestructurale

Elementele structurale sunt de bază pentru rezistența unei clădiri, așa cum sunt și oasele pentru corpul uman. Acestea nu trebuie să cedeze în cazul unui cutremur.

Elementele nestructurale sunt mai vulnerabile decât elementele structurale, însă avariile acestora nu duc la prăbușirea întregii clădiri decât în cazuri foarte rare.

Clădirile aflate în zone seismice trebuie proiectate ținând cont de codurile seismice din zona respectivă. Acestea se actualizează în timp, pe măsură ce apar noi materiale, tehnici de constructie și evenimente seismice neașteptate.

Reguli de bază pentru construcții mai rezistente seismic

Amplasamentul optim

Trebuie evitată amplasarea clădirilor în zone:

cu hazard seismic ridicat
predispuse la hazarduri declanșate de cutremur, precum alunecări de teren, lichefiere, ruperi de baraje, accidente industriale sau tsunamiuri

Atunci când construcția este totuși necesară, există soluții inginerești care pot fi utilizate:

amplasarea clădirilor pe stâlpi îngropați
adânc în pământ (fundații pe piloni)
realizarea de fundații speciale sau izolarea bazei, cu ajutorul elementelor constructive speciale

Clădiri cu formă și structură neadecvată seismic

Proiectarea seismică

Se recomandă respectarea următoarelor principii:

raport scăzut între înălțime și suprafața bazei
simetrie
uniformitate
continuitate
realizarea unei fundații solide
utilizarea unor materiale de construcție și îmbinări adecvate
păstrarea unei greutăți mici a clădirii
structurile importante (centrale nucleare, poduri, clădiri cu mai mult de 15 etaje etc.) trebuie proiectate la un nivel superior de protecție la cutremur

Proiectarea trebuie să respecte codurile seismice în vigoare, precum P100–1 din România. Acesta specifică:

cerințe de performanță
acțiunea seismică (la ce parametri seismici specifici zonei trebuie să reziste clădirea)
prevederi generale și specifice pentru proiectarea clădirilor (a elementelor structurale, nestructurale și izolarea bazei)

Consultă codul de proiectare seismică din România (P 100–1) aici:

Testarea clădirilor, a componentelor și materialelor

Se poate face:

cu ajutorul meselor vibrante care pot reda mișcările solului la cutremure și machetelor la scară
prin controlul calității: care poate presupune atât inspecția regulată în timpul construcției, cât și testarea în laborator a unor mostre
monitorizare cu ajutorul aparaturii (accelerometre)
cu ajutorul modelării computerizate

Testarea unui model de clădire din zidărie, pe masa vibrantă a Facultății de Construcții și Instalații din Iaşi

Utilizarea unor elemente constructive speciale

Acestea au rolul de a reduce transmiterea mișcării seismice în restul elementelor structurale și pot fi instalate atât la baza structurilor cât și în alte puncte importante. Elementele constructive speciale pot fi:

materiale rezistente dar elastice, precum cauciuc, plumb sau oțel
amortizoare seismice (similare celor pentru autoturisme, dar la o scară mult mai mare)

Amortizoare seismice instalate la podul Rion‑Antirion (Grecia, 227 m. înălțime și 2252 m. lungime), pentru reducerea transmiterii mișcării seismice asupra structurii. Un sistem similar este instalat și la Pasajului Basarab din București.

Pendulul de masă mare (660 tone de oțel) instalat în interiorul zgârie‑norului Taipei 101 (Taiwan). În momentul unui cutremur sau unui taifun, clădirea se deplasează într‑o parte, însă pendulul o aduce înapoi în poziția de echilibru (sursa: wikipedia.org)

Este important să colectăm cât mai multe informații despre efectele cutremurelor, pentru a înțelege mai bine cum să ne protejăm. Ajută la strângerea acestor informații completând, după fiecare cutremur, chestionarul INFP „L‑am simțit”.

SCARA DE INTENSITATE MERCALLI MODIFICATĂ Intensitatea se măsoară într-o anumită locație (oraș, comună) după fiecare cutremur, astfel că diferă de la un loc la altul. Intensitatea este diferită faţă de magnitudine!
GRAD DE INTENSITATE	CÂT DE SEMNIFICATIVĂ ESTE MIȘCAREA SEISMICĂ?	CÂT DE MARI SUNT PAGUBELE?	CARE SUNT EFECTELE CUTREMURULUI?
I	Imperceptibilă	Inexistente	Nu este simțit de către persoane, fiind evidențiat doar de seismometre.
II	Greu perceptibilă	Inexistente	Este simțit în general de către persoane cu sensibilitate la mișcare sau care se află în repaus, în special la etaje superioare ale clădirilor.
III	Slabă	Inexistente	Este simțit în interiorul clădirilor, în special la etajele superioare. Lustrele se mișcă. Se simt vibrații asemănătoare trecerii unui camion ușor pe stradă. Autoturismele care staționeză se pot zgudui ușor.
IV	Ușoară	Nesemnificative	Este simțit înăuntrul clădirilor de mulți oameni, și în afara lor de către mai puțini. Dacă este noapte, multe persoane sunt trezite din somn. Lustrele se mișcă puternic. Ferestrele și ușile se deplasează. Zidurile se aud scrâșnind. Senzația este cea a unui camion greu care a lovit clădirea. Autoturismele care staționeză se zguduie considerabil.
V	Moderată	Foarte slabe	Este simțit de aproape toată lumea. Unele geamuri se sparg. Obiectele care nu sunt fixate se răstoarnă.
VI	Puternică	Slabe	Este simțit de către toată lumea. Mobila grea se poate deplasa. Părți din tencuială cad. Multe geamuri și obiecte se sparg sau se răstoarnă.
VII	Foarte puternică	Moderate	Este greu de stat în picioare. Cutremurul e perceput și de persoanele aflate la volan. Pagube importante ale construcțiilor proiectate greșit. Avarii semnificative ale clădirilor din zidărie neconsolidată. Multe coșuri de fum sunt distruse. Clopotele mari de la biserici încep să bată singure.
VIII	Severă	Însemnate	Manevrarea automobilelor devine dificilă. Pagube mici ale clădirilor bine proiectate și pagube semnificative la restul clădirilor. Monumentele, coșurile de fum sau mobila grea se prăbușesc. Ramurile copacilor se desprind.
IX	Violentă	Puternice	Pagube importante chiar și la cladirile proiectate special pentru a rezista la cutremure. Crăpături evidente în sol.
X	Extremă	Puternice	Pagube majore ale cladirilor proiectate bine. Unele clădiri sunt dislocate din fundații. Avarii serioase ale barajelor. Liniile de cale ferata se îndoaie. Se declanșează alunecări de teren semnificative.
XI	Extremă	Foarte puternice	Puține structuri ramân în picioare. Podurile sunt distruse. Liniile de cale ferată se îndoaie puternic.
XII	Extremă	Extreme	Distrugerea este totală. Apar modificări ale reliefului.

Efectele cutremurelor se evaluează cu ajutorul unei scări de intensitate precum Scara Mercalli Modificată. Efectele cutremurelor depind atât de caracteristicile mișcării solului, cât și de condițiile geologice locale și vulnerabilitatea construcțiilor. Valorile de intensitate diferă pentru același eveniment, dar și de la un eveniment la altul. Care este cea mai mare intensitate pe care ai experimentat‑o până acum?

Harta intensităților cutremurului din 4 martie 1977 (sursa datelor: Kronrod et al., 2013). Harta prezintă și numărul victimelor din zonele cele mai afectate (sursa datelor: Georgescu și Pomonis, 2012)

Efectele cutremurelor:

EFECTELE CUTREMURELOR ASUPRA MEDIULUI NATURAL