Welcome, Guest. Please login or register.

Autor Subiect: Protecţie geotehnică împotriva seismelor  (Citit de 4553 ori)

0 Membri şi 1 Vizitator vizualizează acest subiect.

Offline protelisav

  • Junior
  • **
  • Mesaje postate: 223
  • Popularitate: +7/-73
Protecţie geotehnică împotriva seismelor
« : Septembrie 28, 2011, 09:19:41 p.m. »
    Cutremurele de pământ, alături de vulcanism şi inundaţii, sunt cele mai mari catastrofe naturale care provoacă uriaşe pierderi materiale şi de vieţi omeneşti. În cartea sa „Chestiuni naturale” cunoscutul  filozof  Seneca  menţionează: „ Nici o primejdie nu este fără leac, de care să nu ne putem feri; trăsnetul n-a distrus niciodată popoare întregi; ciuma depopulează oraşele, dar nu le distruge... Dar catastrofa cutremurelor de pământ este cea mai întinsă, cea mai inevitabilă, cea mai neînduplecată, cea mai generală dintre toate primejdiile”.
    Cu toate eforturile materiale şi financiare depuse pe plan mondial pentru studiul cutremurelor, prognoza acestora şi măsurile de protecţie sunt încă ineficiente. Preocupările de inginerie seismică au devenit politici de stat, care au în vedere întocmirea hărţilor de zonare seimică, elaborarea normelor de proiectare a unor construcţii sigure, educaţia seismologică a populaţiei şi asigurarea habitatelor umane.
Există o vastă reţea de observatoare geofizice şi de staţii seismologice,dotate cu aparatură modernă de înregistrare a unor parametrii geofizici- gravitaţie, magnetism, electricitate, radioactivitate- precum şi a mişcărilor scoarţei terestre. Informaţiile obţinute prin efort propriu sau prin colaborare internaţională sunt analizatepe calculatoare pentru descifrarea cauzelor producerii cutremurelor, a modului de propagare a undelor seismice, dar şi identificarea unor modalităţi de predicţie şi a unor mijloace de limitare a efectelor distructive.
    Pe drumul confruntării de idei în descifrarea mecanismelor seismelor s-a trecut de la concepţii naive, bazate pe mituri şi legende la ipoteze îndrăzneţe despre deriva continentelor şi expansiunea fundului oceanelor, integrate apoi în teoria tectonicii globale. Se consideră că litosfera ( învelişul solid, cu grosimi între 70 şi 100km) este divizată în plăci tectonice care plutesc pe un strat vâscos, numit astenosferă, pe care se deplasează lent sub acţiunea curenţilor de convecţie, generaţi cu precădere de gradienţii termici.  La  contactul dintre plăcile tectonice pot să apară tensiuni mari care provoacă seisme.
    Tăria cutremurelor se evaluează după intensitate şi magnitudine. Pentru intensitate, cea mai cunoscută este scara Mercalli-modificată (scara MM), în care seismele sunt clasificate în 12 grade pe baza efectelor acestora asupra oamenilor, clădirilor şi solului. Scara magnitudinii a fost  iniţial elaborată de C. Richter şi perfecţionată ulterior de B. Gutenberg, pentru a elimina aprecierile subiective în evaluarea tăriei undelor seismice, fiind definită pe baza unor înregistrări  de amplitudine cu seismometre standard.  Se consideră că cele mai mari ctremure care apar pe glob nu pot depăşi teoretic valoarea M=9 , datorită limitei de rezistenţă a rocilor.
    Propun factorilor de decizie o soluţie tehnică novatoare,  care se referă la o  structură subterană  utilizată pentru protecţia habitatelor umane împotriva cutremurelor de pământ . În prezent, protecţia clădirilor faţă de seisme se bazează pe suprastructuri din materiale uşoare dar rezistente la solicitările mecanice, prevăzute uneori cu elemente flexibile sau chiar cu dispozitive de amortizare, care preiau şocurile seismice, însă sunt costisitoare şi dificil de aplicat pe scară largă. Construcţiile antiseismice trebuie prevăzute cu armături rezistente, fără deschideri mari şi ornamentaţii masive, având structura de fundament adaptată condiţiilor geologice. Soluţia propusă elimină aceste dezavantaje prin aceea că protecţia geotehnică a clădirilor împotriva cutremurelor de pământ este realizată la scară zonală de către structuri subterane artificiale amplasate în calea undelor seismice, în vecinătatea habitatului uman protejat, care asigură schimbarea direcţiei de propagare a undelor seismice incidente prin fenomenele de reflexie şi refracţie, datorită modificării proprietăţilor mecanice ale mediului în care a fost înglobată.  Prin aplicarea soluţiei geotehnice se obţin următoarele avantaje :
-protecţie comună împotriva seismelor, pe intervale de timp de ordinul secolelor, a tuturor construcţiilor din zona amenajată;
-creşterea stabilităţii terenului amenajat antiseismic faţă de procesele tectonice ;
-amortizarea  investiţiilor  de  amenajare  antiseismică  a  habitatelor umane prin reducerea  pierderilor materiale şi de vieţi omeneşti .
    Energia  imensă  eliberată  într-un  focar seismic se  propagă prin unde mecanice de volum -longitudinale P, transversale S - până la suprafaţa Pământului, unde apar prin interferenţă undele de suprafaţă L, cu lungime mare de undă, de tip Love şi Rayleigh, care, la magnitudini mari, produc ruperi în scoarţă şi avarii catastrofale în construcţii. Cutremurul de pământ este un proces  complex, având pentru componentele spectrale semnificative, obţinute prin analiză Fourier, lungimea de undă cuprinsă între valori minime de ordinul sutelor de metri şi valori maxime de ordinul zecilor de kilometri.  
    Mecanismul cutremurelor cu focare intermediare şi adânci are la bază dinamica plăcilor litosferice, care  tind  să  se echilibreze  izostatic  pe  astenosferă sub acţiunea curenţilor de convecţie  generaţi cu precădere de diferenţele  de  temperatură. În zonele de subducţie au loc acumulări tensionale mari, care  prin descărcare bruscă produc mişcări seismice. Pe lângă procesele tectonice, alte cauze generatoare de seisme sunt legate de vulcanism, maree, prăbuşiri de stânci, impactul meteoriţilor, variaţii bruşte ale presiunii aerului sau chiar sunt provocate artificial prin explozii puternice.
    Amplitudinea undelor seismice scade pe măsura creşterii distanţei parcurse datorită proceselor de absorbţie a energiei de către materia terestră. Schimbarea direcţiei de propagare a undelor seismice are loc pe suprafeţele care separă două medii cu proprietăţi fizice diferite, fenomen întâlnit, de exemplu, la discontinuitatea Moho dintre scoarţa terestră şi manta. Reflexia undelor este caracterizată printr-un unghi de reflexie egal cu unghiul de incidenţă, iar în cazul refracţiei undelor, raportul dintre sinusul unghiului de incidenţă şi sinusul unghiului de refracţie este egal cu raportul vitezelor de propagare a undelor în cele două medii. În general, reflexia şi refracţia undelor sunt fenomene care se produc simultan, însă atunci când viteza  undelor în primul mediu este mai mică decât viteza  undelor în cel de-al doilea mediu, pentru unghiuri de incidenţă mai mari  decât unghiul limită, dispare fenomenul de refracţie, pe suprafaţa de separare producându-se doar fenomenul de reflexie totală.
    Prevederea seismelor prezintă încă multe necunoscute, singurele măsuri de protecţie a habitatelor umane sunt oferite doar de construcţiile sigure sau de soluţiile geotehnice de amenajare zonală antiseismică, care redirecţionează energia colosală a undelor seismice. Deoarece structurile antiseismice subterane au un gabarit imens,varianta constructivă realizabilă în practică este cea de tip reţea,care modifică proprietăţile fizice ale mediului în care este înglobată,în particular rigiditatea şi densitatea medie. Dimensiunile de ansamblu ale unei reţele antiseismice regulate trebuie să fie cu cel puţin un ordin de mărime mai mare decât lungimea de undă, pentru ca aceasta să nu fie ocolită de undele seismice prin fenomenul de difracţie, însă lungimea laturilor reţelei trebuie să fie mai mică de cel puţin 5…10 ori decât lungimea de undă, pentru ca fenomenul de reflexie să se manifeste  semnificativ faţă de ponderea undele seismice transmise. Lungimea de undă la care se face referinţă corespunde cutremurelor de intensitate maximă care se propagă în zona amenajată antiseismic -luate în calcul la realizarea hărţilor de seismicitate. Undele  seismice refractate sau cele care trec nedeviate printr-o reţea rigidă, înglobată  într-un mediu de propagare cu duritate redusă, sunt atenuate cu atât mai mult cu cât lungimea laturilor reţelei este mai mică, iar distanţa parcursă prin reţea este mai mare. Soluţia geotehnică este aplicabilă nu numai terenurilor situate în afara unor aşezări umane,ci şi celor intravilane,deoarece zona protejată antiseismic este mai mare decât zona în care se află structura subterană, extinzându-se cu mult în spatele acesteia pe direcţia de propagare a undelor seismice incidente.
    Structura antiseismică se compune dintr-o reţea triunghiulară regulată R, care se continuă în adâncime prin coloanele verticale 2, fixate în vârfurile triunghiurilor echilaterale de laturi 1 şi dispuse paralel şi echidistant în masa mediului de propagare a undelor seismice. Laturile 1 ale reţelei regulate R  au profil dreptunghiular, iar coloanele verticale 2 sunt de formă cilindrică, similară cu cea a puţurilor obţinute prin forare. Reţeaua R este amplasată la marginea dinspre epicentru a perimetrului intravilan, pe o lungime de ordinul kilometrilor sau chiar a zecilor de kilometrii şi o lăţime de ordinul sutelor de metrii, fiind dispusă aproximativ paralel cu suprafaţa nivelată în prealabil a solului, la o adâncime h =1,5…3 m, pentru a permite efectuarea unor lucrări agricole. În cazul terenurilor cu  pantă mare, coloanele 2 pot fi dispuse înclinat faţă de verticală. Dacă condiţiile geomorfologice permit, atunci structura subterană este orientată, faţă de direcţia de propagare a undelor seismice de suprafaţă, sub unghi de incidenţă mai mare decât unghiul limită, pentru a se produce fenomenul de reflexie totală. Structura geotehnică  este realizată de obicei din beton armat, dar în principiu se poate utiliza orice alt material, cu condiţia că trebuie să aibă rigiditatea şi densitatea diferite de cele ale subsolului amenajat antiseismic. Dimensiunile geometrice pentru componentele unei structuri antiseismice subterane variază între limite largi, în funcţie de intensitatea maximă a cutremurelor, distribuţia focarelor seismice şi eventual a faliilor tectonice, dar şi de natura materialelor de construcţie,  proprietăţile fizice ale mediului de propagare  şi  aria suprafeţei protejate. Pentru exemplificare, se prezintă următoarele valori dimensionale ale unei structurii geotehnice subterane: a = 30…100 m, b = 1…2 m, c = 0,3…0,6 m, d = 0,3…0,6 m, l = 50…500 m,  unde a, b şi c reprezintă lungimea, lăţimea respectiv grosimea laturii 1 a reţelei R, iar d şi l semnifică diametrul respectiv lungimea coloanelor 2 ale structurii subterane.
    În alte variante constructive, reţeaua R este formată din poligoane regulate de tip pătrat, sau hexagon, caz în care consumul de materiale se reduce, însă rezistenţa la solicitările mecanice scade faţă de reţeaua triunghiulară regulată. Tehnica actuală permite efectuarea unei lucrări de amenajare antiseismică a teritoriului, care presupune următoarele etape :
  -realizarea studiului de fezabilitate şi a proiectului  în detaliu de către specialiştii în seismologie şi geotehnică, adaptate la condiţiile geomorfologice concrete ;
   -executarea pe teren a canalelor pentru reţeaua R şi forarea puţurilor pentru coloanele 2 ;
   -introducerea în puţuri a unor tuburi pentru susţinerea pereţilor;
   -realizarea armăturii metalice peste care se toarnă betonul în stare umedă ;
   -finalizarea lucrării prin acoperirea cu pământ a canalelor şi nivelarea terenului .
Pentru simplificarea operaţiilor de execuţie, structura geotehnică subterană se amplasează cu precădere în zone cu terenuri moi, fără denivelări prea mari, evitându-se terenurile în pantă, alcătuite din roci dure. Soluţia tehnică prezentată, deşi necesită investiţii foare mari, este o alternativă zonală, mult mai eficientă decât  protecţia  antiseismică pentru fiecare construcţie în parte.
    Este uşor de imaginat  amenajarea unor porţiuni din platforma continentală a mărilor şi oceanelor cu diverse structuri hidrotehnice, pentru protecţia ţărmului la tsunami prin fenomenele de reflexie, refracţie şi atenuare a valurilor seismice. Protecţia la tsunami, a habitatelor umane din vecinătatea mărilor şi oceanelor, se poate realiza prin amenajarea platformei continentale adiacente cu structuri rezistente la solicitări mecanice de mare intensitate, care asigură atenuarea, reflexia, refracţia, interferenţa şi difracţia favorabilă a valurilor seismice. Se urmăreşte realizarea unor structuri care delimitează spaţii cu secţiuni transversale variabile şi o mare rezistenţă la înaintare. Se verifică experimental şi se poate demonstra teoretic  că viteza valurilor seismice variază aproximativ invers proporţional cu secţiunea transversală, având ca model ecuaţia de continuitate, Sv =constant, valabilă la curgerea lichidelor prin conducte de secţiune variabilă.
    Pentru exemplificare, se prezintă  schema simplificată a unei structuri de protecţie la tsunami, formată din pereţi verticali, având în plan orizontal înclinări diferite faţă de direcţia de propagare a valurilor seismice. În spaţiul divergent delimitat de pereţii 1 şi 2, viteza valurilor seismice scade iar în spaţiul convergent delimitat de pereţii 2 şi 3 viteza valurilor seismice creşte. La traversarea structurii de protecţie se produc turbioane de mare intensitate care preiau o mare parte din energia valurilor seismice, având ca efecte benefice scăderea înălţimii şi a distanţei de înaintare pe uscat volumului de apă care produce inundaţii. Variaţia secţiunii transversale a spaţiilor dintre pereţi se poate relializa şi prin construirea la baza acestora a unor praguri cu înălţimi diferite. În acest mod se asigură  o mai bună consolidare a întregii structuri de protecţie, care este supusă unor solicitări mecanice foarte mari. [eliminat reclama nejustificata] .
« Ultima Modificare: Octombrie 28, 2011, 02:57:11 p.m. de Pozitron »

Offline AlexandruLazar

  • Senior
  • ****
  • Mesaje postate: 1754
  • Popularitate: +95/-17
Răspuns: Protecţie geotehnică împotriva seismelor
« Răspuns #1 : Septembrie 29, 2011, 12:36:35 p.m. »
Citat
Pentru exemplificare, se prezintă în figura alăturată schema simplificată a unei structuri de protecţie la tsunami, formată din pereţi verticali, având în plan orizontal înclinări diferite faţă de direcţia de propagare a valurilor seismice.

Care figură?

DanielTex

  • Vizitator
Răspuns: Protecţie geotehnică împotriva seismelor
« Răspuns #2 : Septembrie 29, 2011, 12:58:00 p.m. »
Copy-paste. Nici macar nu e ordonat frumos textul in paragrafe ca sa poti citi mai usor ;D ::)

Offline protelisav

  • Junior
  • **
  • Mesaje postate: 223
  • Popularitate: +7/-73
Răspuns: Protecţie geotehnică împotriva seismelor
« Răspuns #3 : Septembrie 29, 2011, 07:13:08 p.m. »
Citat
Pentru exemplificare, se prezintă în figura alăturată schema simplificată a unei structuri de protecţie la tsunami, formată din pereţi verticali, având în plan orizontal înclinări diferite faţă de direcţia de propagare a valurilor seismice.

Care figură?
Figura este postata pe www.voxinventica.com, la pagina web "PROTECTIE" .

Offline protelisav

  • Junior
  • **
  • Mesaje postate: 223
  • Popularitate: +7/-73
Răspuns: Protecţie geotehnică împotriva seismelor
« Răspuns #4 : Septembrie 29, 2011, 07:39:21 p.m. »
Copy-paste. Nici macar nu e ordonat frumos textul in paragrafe ca sa poti citi mai usor ;D ::)
Sper sa-ti placa...

Offline protelisav

  • Junior
  • **
  • Mesaje postate: 223
  • Popularitate: +7/-73
Răspuns: Protecţie geotehnică împotriva seismelor
« Răspuns #5 : Octombrie 01, 2011, 06:08:59 p.m. »
Romania se afla intr-o zona seismica de mare risc. Va sugerez sa reflectati asupra articolului "Protectie geotehnica impotriva seismelor".