«

»

…Si totusi… cutremurele !

Share

Scriam in numarul trecut al revistei ca un cutremur major poate veni oricand peste tara noastra. De aceea, este foarte important cum proiectam, cum construim si mai ales, cum consolidam cladirile afectate de cutremurele anterioare. Asteptam, de aceea, cu interes parerile specialistilor, pe aceasta tema de importanta deosebita pentru constructorii romani.

In acest numar al revistei publicam un articol scris in urma cu 10 ani de profesorul inginer Alexandru Cismigiu, reputat specialist in domeniu, din pacate, disparut, intre timp, dintre noi.

 

cutremurele II fig 2Dupa mai mult de 50 de ani traiti in lumea con­structiilor si in severul camp seismic al Romaniei, consider ca o abordare corecta a problemei este necesara de la inceput.

In ce ma priveste, cred in continuare in filosofia celor trei mari de la inceputul secolului XX: Freyssinet, Caquot, Lossier, dupa care categoria primara care defineste o epoca este materia sub diferitele forme de existenta: piatra, bronzul, fierul, betonul si betonul armat…; produsul, in cazul nostru structura, este un rezultat, care poate deveni si efemer in situatia in care conditiile de mediu mecanic – climatic (MMC) scapa de sub control.

In cazul constructiilor si a materialelor de constructie, actiunea de mediu mecanic dominanta, decisiva uneori, este cutremurul.

Dupa seismologii romani, de altfel recunoscuti pe plan mondial (Richter), sursa principala este focarul Vrancea:

  • ADANC (100-200 km);
  • IZOLAT (unic in Europa; dupa Richter singurul asemanator ca mecanism este focarul Hindu Kush – Afganistan si recent a mai fost consemnat unul inrudit, Bucaramanga – Columbia);
  • PUTERNIC (Mmax este greu de stabilit, totusi dr. V. Marza a apreciat „Cutremurul cel Mare“ din 1802 la M = 7,7);
  • PERSISTENT (3-4 cutremure pe secol cu M │ 6,8).

In acest context, intrinsec si implacabil, atunci cand construim sau consolidam o constructie, va trebui sa ne gandim ca ceea ce a fost in 1802 se poate repeta.

Ma voi referi in continuare, rezumativ, numai la un efect seismic mai putin mediatizat, si anume, efectul SOCULUI SEISMIC.

La cutremurul din Northridge, se mentioneaza ca ╗80% din energia seismului s-a concentrat in secun­dele 3-4. Desi cutremurul a fost relativ moderat (M = 6,8), aproape 100 de structuri in cadre din otel ductil de 20-24 de etaje au suferit importante avarii casante la sudura si in materialul de baza al conexiunilor grinzi – stalpi (noduri de cadru). Ruperea casanta a otelului duc­til s-a inregistrat si la Kobe.

In articolul „Deceniul seismic 1985-1995, de la Mexico City la Kobe“ (trecand prin Loma Prieta si Northridge) am subliniat ca la „Northridge si Kobe nu au fost socul si sudura, ci socul si materia metalica in general“.

Dintre cele trei categorii de rupe­re a materiei meta­lice, respectiv:

(1) din incarcari treptat crescatoare;

(2) din incarcari alternative multiple (obosire);

(3) din SOC;

ultima categorie este mai greu de cuantificat.

In cazul socului seismic, materia ductila nu are timp sa parcurga pali­erul de curgere si se rupe casant.

Incet, incet, ne-am apropiat de acea „menghina“ milenara: Omul intre Materie si Fortele Naturii; intre cele doua categorii implacabile care i-au modelat in tre­cut existenta.

Din multitudinea de repere consemnate pe aceasta tema, am retinut doua, care desi aparent antagonice su­gereaza ceva, si anume ca si astazi – cu tot progresul realizat – este necesara o strategie coe­renta de abordare:

  1. Erickson. The Forces of Nature versus the Tactics of Man. 2 WCEE, Tokyo, 1960.
  2. Powers of Nature. Na­tional Geographic, 1977. Aici capitolul cutre­mure ince­pe cu al nostru, 4-III-1977, exem­­plificat cu pra­busirea blocu­lui Continental, in „taluz natu­ral“ de mate­rie pulverizata.

Care strategie? Aceasta este intrebarea cand cea mai rafinata materie de care dispunem, respectiv cea metalica, obtinuta cu tehnologii de varf, a eclatat sub ochii nostri decoeziv, casanta la Northridge, Kobe etc.

De la inceput, se impune o discernere a para­metrilor care intervin. Astazi se stie ca „raspunsul“ R al unei materii este o functie „subtila“ a starii de ten­siune T, fenomen intuit de marii constructori ai inceputului de secol XX (Considère, Karman, Freyssinet, Caquot etc.)

R = F (stare de tensiune)

Astfel, luand ca element de referinta o materie pietroasa, care in conditii normale este casanta (beton, mortar, ceramica), aceasta, supusa la compresiune tria­xiala, ofera o inalta rezistenta si ductilitate, de unde si principiul fretarii; pe de alta parte, o materie metalica, ductila in conditii normale (din categoriile OB 37, PC 52), supusa la intindere triaxiala se rupe casant, fortand fizic insasi atractia intermoleculara, pe masura ce ne apropiem de intinde­rea hidrostatica (fenomene de limita).

Privind lucrurile dintr-un alt punct de vedere, de altfel cunoscut din Rezistenta Materialelor, ruperea materiei – asa cum s-a mentionat – este o functie de tipul incarcarii, care poate fi:

  • treptat crescatoare in timp;
  • alternativa in timp, in care ciclul de incarcare / descarcare este de­finit de anvergura acestu­ia si de viteza de parcurgere;
  • de tip SOC, deci: R = F (tipul incarcarii).

In fine, este momentul sa ne apropiem de fizica fenomenului. Dupa Albert Caquot (1930) sunt doua stadii fizice de rupere a materiei solide, teoretic bine definite, si anume:

  • eclatarea campului de atractie moleculara;
  • deranjarea ireversibila a stabili­tatii laterale a cam­pului de atractie moleculara, deci: R = F (fizica ruperii).

Cele trei functii R se interac­tioneaza intr-o maniera greu de descifrat. Un moment semnificativ poate fi sur­prins pe curba intrinseca a lui Albert Caquot (1930), in interpretarea data de acest mare constructor si savant al materiei pentru un mediu fizic izotrop si omogen.

sD – eclatarea decoeziva a campului de atractie mo­leculara = rezistenta la soc-teoretic sau intindere hidrostatica s1 = s2 = s3 = s0

tS – lunecarea laterala pura a campului de atractie moleculara = rezistenta statica.

Criteriul care le asociaza este raportul „f” definit drept „fragilitatea“ materiei sub forma: f = sD/tS.

Pentru a majora stadiul fizic sD este necesara supraecruisarea me­talului pana la nivelul unui fir cu structura uniforma, omogena, cu inalta rezistenta la intindere, dar cu o energie de deformatie redusa.

Pentru a majora stadiul fizic tS este necesara, din contra, o structura policristalina, neuniforma, col­tu­roasa, mulata intr-un mediu amorf vascos si cu inalta energie de deformatie ductila in conditii normale.

Aici, prin „conditii normale“ se subintelege o incar­care treptata, in care timpul necesar pentru reorien­tarea cristalitelor materiei intr-o noua pozitie de echilibru este asigurat. Altfel, trecerea de la o stare fizica de com­portare la alta devine posibila, iar experientele de labo­rator si fortele naturii confirma acest paradox aparent.

Pe figura 2 se vede cum cele doua stari fizice sunt antagonice:

sD1>sD2

tS1<tS2

iar o armonizare pentru rezistenta la cutremure, in care ADAPTAREA in TREPTE necesita energie de deformatie este, in primul rand, o proble­ma de fizica.

De altfel, rusul V. l. Feodosiev mentioneaza la acest capitol, pe alt meridian, ca problema legata de incar­carile de contact cu viteze foarte mari trece din dome­niul Rezistentei Materialelor in cel al Fizicii Solidului.

Se pare totusi ca proiectantii tancurilor Tiger, Panther, TC34, KV1 etc. cunosteau ceva mai bine aceasta problema decat noi, constructorii cladirilor. Astfel, rezilienta materiei metalice si conformarea nodu­lui au devenit obiectul obsedant al seminarului: Seismic Design of Buildings after Kobe and Northridge, London 1996, centrul de greutate fiind axat pe: Seismic Design of Steel Buildings after Kobe and Northridge. Some considerations of Fracture Mechanics.

Surse americane si japoneze mentioneaza ca, dupa mai multi ani de la „The Steel Surprise“ (Civil Engineering 1994), inca nu se ajunsese la un consens privind cauzele care au impus o reexa­minare globala a conceptului de structura metalica in zonele intens seis­mice.

Termenii „failed by brittle facture“; „failed by little or no ductility“; „antishock brittle fracture“ etc. inunda inca publicatiile in domeniu. Cu toate aces­tea, au fost atinse cateva puncte strategice impor­tante pentru prevenirea ruperii casante. Interpretate in sensul scopului propus aici, acestea ar putea fi:

  • reconsiderarea fundamentalei probleme a materi­alelor; de la electrod la sudura, de la sudura la materi­alul de baza (bare metal factor), de la materialul de baza la tehnologia de executie si control;
  • reconformarea nodului de cadru la toate verigile, tinand seama de geneza si evolutia avariilor constante si confirmate in laborator;
  • nodul de cadru va trebui privit in viitor ca un „bloc“ rezistent si ductil pe ansamblu si nu pe componente, o unitate structurala care va trebui sa-si pastreze integri­tatea indiferent de intensitatea seismului. Cum un astfel de concept este in general greu de garantat, se practica si solutia cu „izolarea“ nodului si dirijarea deformatiilor plastice in afara acestuia (fig. 3).

Efectul californian, cunoscut ca „dogbone“, prin care se subintelege sla­birea deliberata a grinzilor la o distanta definita de nod, este, in prezent, o teorie pusa la punct (Michael D. Engelhardt, Texas 1999).

Cred ca si con­ceptul devenit clasic in teoria cadrelor, respectiv „strong columns weakbeams“ ar trebui reconside­rat, admitand ca verificari pentru limita de curgere a otelului preferential valorilor medii, dar alternativ si cele maxime si minime probabile.

Exista si partizani recunoscuti, care sugereaza tre­cerea de la nodul „rigid“, bazat pe sudura, la nodul „semi-rigid“, bazat pe imbinari bulonate.

O astfel de tratare modifica teoretic procesul de disi­pare/absorbtie de energie, in sensul ca bucla histeretica curbilinie specifica amortizarii vascoase se transforma in bucla liniarizata, specifica frecarii uscate.

Ansamblul problemelor „de nod“ mentionate ar tre­bui, in principiu, corelat cu o strategie foarte actuala si in plina dezvoltare, si anume atenuarea efectului seis­mic prin amortizori artificiali:

  • exteriori, dispusi la baza structurii sau la parter;
  • interiori, dispusi in zonele cu contrast mare de eforturi/deformatii.

Pentru prima categorie mentionez – fara nici o anga­jare – un punct de vedere japono-american: …“the base isolated structure is only suitable for low-rise buildings rather than for high-rise buildings because the base iso-lator is weak to resist vertical tensile forces. Therefore it is difficult to resist the over-tuming on the base of build­ings“ (Akira Wada, Tokyo Institute of Technology and Yi Hua Huang, Leight University, Pensylvania, USA). Punctul de vedere citat este foarte important, deoarece exista, totusi, informatii ca, la cutremure relativ mode­rate, amortizorii exteriori si-au demonstrat eficacitatea.

In ceea ce priveste amortizorii „interiori“, campul acestora este larg deschis pentru materiale si pentru imaginatie. Astfel, pentru dispozitivele de amortizare vascoase (viscous dampers) este nevoie de o materie vasco-elastica atestata prin incercari severe de labo­rator.

Pentru componente structurale, transformate in amortizori histeretici (histeretic dampers), inceputul a fost facut cu panourile slitate ale recu­noscutului japonez K. Moto, iar propunerea recenta, tot japoneza, de a folosi panouri din metal cu limita de curgere sub 1.000 kg/cm2 este de luat in consideratie; in ultima analiza este vorba tot de materie si de data aceasta nu de computere sau de metode de calcul.

In concluzie, structura metalica, dupa o scurta perioada de criza, si-a recapatat locul cuvenit in ierarhia structurilor rezistente la cutremure.

Trecand la Beton Armat (BA), forta taietoare purta­toare a socului seismic a atacat cele doua verigi slabe ale compozitului, respectiv:

  • rezistenta la intindere pe sectiuni inclinate;
  • aderenta beton – otel care sta la baza principiului BA, respectiv proprietatea betonului de a transmite otelului eforturi prin tensiuni paralele cu suprafata late­rala a barelor.

Triunghiul pe care se „descarca“ aderenta este con­stituit din:

(1) coeziunea intermoleculara beton – otel;

(2) mularea intima a asperitatilor barelor de otel;

(3) incorsetarea betonului activ prin contractie si prin sisteme de armare. Daca, in general, coeziunea este nesemnificativa, in schimb mularea si incorsetarea s-au confruntat puternic cu dinamica socului.

Centimetrii „stratului de acoperire“ au fost spulberati, „maxilarul“ contractiei nu a functionat, barele dezgolite s-au desprins de beton daca nu au fost solid ancorate. Aderenta s-a manifestat ca un fenomen de masa, de volum.

Fenomenul de mai sus a fost intalnit in special la elementele de structura supraarmate cu armatura longi­tudinala. Strict in acest sens apelez la un extras din arti­colul mentionat anterior;

„Anumite circumstante, pot spune fericite, mi-au oferit sansa unica de a putea examina, direct si fara opre­liste, pilastrii autostrazii care traverseaza o parte a orasului San Francisco, grav avariata ca urmare a cutremurului din Loma Prieta si in curs de demolare, fara refacere, spre marea satisfactie a primarului si a popu­latiei din imprejurimi. Ma refer la sistemul de armare: o multime de bare longitudinale de mare diametru, greu de numarat, inlantuite de etrieri simbolici si fara nicio traversare cu armaturi a enormei mase de beton; am consemnat atunci pentru mine: un stalp de beton armat, de mari dimensiuni, suprasaturat cu armaturi longitudi­nale, dar corigent la arma­rea transversala, se comporta la cutremur ca un stalp de beton simplu si aceasta cu atat mai pregnant, cu cat creste masivitatea betonului si saturatia cu armatura longitudinala… registrele de armaturi sunt desprinse de masivul de beton, consti­tuind doua categorii aproape independente“.

Trecand acum la un compozit ierarhic superior, respectiv Betonul Armat cu Armatura Rigida (BAR) – binecunoscut de la Casa Parlamentului – fantastica experienta „Kobe“, la peste o mie de cazuri (1307) ana­lizate, trebuie consemnate urmatoarele:

  • Compozitul BAR, in care componenta rigida a fost solutionata in sistemul „deschis“ (open web type) cu placute simple (Vierendeel) sau triangulatii, s-a dovedit extrem de sensibil la soc si cutremur in general. Au fost inregistrate zeci de fenomene de colaps sau avariere generalizata, la fel ca la un BA cu procent mare de armare (deci casant).

La compozitul BAR, in care componenta rigida a fost solutionata cu „inima plina“ (full web type), nu s-a inre­gistrat niciun fenomen de colaps, desi avarii, uneori importante, au fost consemnate.

  • Celalalt compozit din noua ge­neratie, Beton Incorsetat in Tub Metalic (BAT), nu este mentionat in literatura de specialitate.

Intrebat in scris, cel mai valoros specialist al Japoniei in domeniu, profesorul Masahide Tomii, raspunde: „…there are seven buildings with concrete filled steel tubes columns, and none of them suffered any damage at all“.

Experienta celor doua compozite, prin excelenta anti­seismice, poate fi rezumata astfel: inima plina si beton incorsetat; stalpii din compozitul BAT insumeaza ambii parametri.

Nu intamplator, ultimele cladiri inalte din China au elementele verticale (stalpii) din BAT, in tuburi meta­lice circulare.

Durabilitatea unui astfel de element structural, de alt­fel fundamental, cere un contact intim si stabil de inte­r­ac­tiune otel – beton. Desi in litera­tura de care am dispus nu se specifica, consider ca un beton din ciment necontractil, sau mai bine expansiv, satisface aceasta exigenta.

 

MECANISME VRANCENE PURTATOARE DE SOC

Pe accelerograma a(t), inregistrata la INCERC Bucuresti la 04.03.1977, pe fundalul unor fluctuatii cu perioade largi ale acceleratiilor miscarii pamantului, s-a intercalat o armonica pe un interval de numai 2,8 s, su­gerand un efect de triplu soc.

Prima transa secventiala de numai 0,5 s, purtatoare si a accele­ratiei maxime (amax = 0,20 g), nu este straina de cele 30 de evenimente de colaps partial sau total, cu bilantul sumbru cunoscut.

Profesorul Dan Lungu, specialist in domeniu, men­tioneaza ca, desi sursa este aceeasi, mecanismul, inclusiv accelerograma, poate diferi de la un cutremur la altul.

De asemenea, in articolul Dupa cutremurul moldavic din 04.03.1977 (Arhitectura nr. 4/1977) am men­ti­onat la randul meu: „Mecanismul cutremurelor vrancene este foarte complex si poate diferi de la o manifestare la alta. Hipocentrul nu este un punct geo­metric sau o falie obisnuita in scoarta terestra, ci un volum enorm de materie in principalele ei forme de exis­tenta“… volum supus unui gigantic mecanism de subductie.

In aceste conditii, se poate admite ca pot avea loc si cutremure cu mai multe pachete secventiale, de tipul celui inregistrat la 04.03.1977; evident, cu consecinte greu de prevazut.

 

SA NU UITAM MONUMENTELE ISTORICE

Sub pamantul tarii noastre, zguduit periodic de cutremure puternice si framantat in trecut de semintiile barbare, sunt „inmormantate“ nenumarate monumente istorice despre care nu se stie cum aratau, cine le-a cti­torit si cum au disparut. Din cand in cand, cu prilejul interventiilor de consolidare, ies temporar la lumina aces­te repere de istorie si credinta.

Numai la Suceava cele patru monumente de care ne-am ocupat (arh. Virgil Polizu, constructor Mihai Bradu), Itcanii Vechi, Coconii, Mirautii si Turnul Sf. Dumitru, inclinat cu ~100 cm de la cornisa de baza, au fost toate rezidite pe fundatii mai vechi, uitate. Noroc cu arheologul Mircea Matei, scormonitor in ale istoriei, care le-a relevat, fotografiat si le-a redat statutul de monu­mente pentru posteritate.

Tocmai in acest sens nu cred ca mai putem lasa sa se piarda ceva din fondul care a supravietuit; este o problema de constiinta pluridisciplinara care depaseste nevoile pasa­gere la un moment dat; in ultima analiza, o problema de materiale si tehnologii specifice.

In cei peste „20 de ani de monumente“ am salvat si eu, alaturi de alti colegi (Costel Pavelescu, Mircea Mironescu), cateva repere de la disparitie: Balaciu in plin Baragan (arh. Dinu Hariton), Cozia Veche cu cioturile de ruine stramutate de pe malul stang pe malul drept al Oltului (ing. Saftoiu, arh. Ioana Juravlea, arh. Rica Teodosescu, ing. Dan Baciu, sponsor ing. Mihaila), Sirineasa – Valcea, transformata de oameni in grajd, astazi scoasa partial din pericol (arh. Botez, ing. Dan Baciu, constructor ing. Mitroi).

In stadiul critic de avariere, inainte de prabusire, cor­pul monumentului este fragmentat longitudinal (LG) si transversal (TR) prin ample dizlocari in „blocuri“, cu ten­dinte independente de lucru. Acest mecanism este legic si l-am definit ca atare impreuna cu arh. Sandu Miclescu (mai 1982). Dizlocarea vi­zibila poate atinge 15-20 cm, dar fasia de materie care o insoteste se degradeaza pe multe zeci de centimetri.

Ideea unora dintre restauratorii de vaza, dupa care intreaga „substanta“ a monumentului ar trebui pastrata, poate deveni o iluzie desarta. Cred ca este mai cuminte sa admitem – cu anumite rezerve – articolul 10 al Cartei de la Venetia: „Cand mijloacele tehnice traditionale se dovedesc inadecvate, consolidarea unui monument istoric poate fi asigurata facandu-se apel la toate mijloacele tehnice moderne de conservare si constructie a caror eficacitate va fi fost demonstrata prin date stiinti­fice si garantate de experienta“.

Ne-am apropiat astfel de principalul principiu al con­solidarii monumentelor, si anume: asigurarea coexis­tentei cu caracter de permanenta pentru viitor a doua materii esential diferite:

  • materia originara, obosita, degra­data, local friabilizata;
  • materia noua, cu procesele fizi­co-chimice inca neincheiate.

Aici punctele de vedere pot fi diferite; in ceea ce ma priveste am optat pentru compozitiile verificate secular, respectiv pentru asocierile stabile dintre materiile cimentoase si otelurile ductile.

In anul 1949, s-a sarbatorit la Paris „100 de ani de Beton Armat“*; de atunci s-a mai scurs o jumatate de secol fara ca vitalitatea acestui compozit universal sa fie afectata.

Trecand la monumente, mediul ideal care asigura permanenta in timp a celor doi factori asociati, respectiv ADERENTA si INCLES­TAREA MECANICA de un „pat“ prin excelenta pietros, este cimentul. Cimentul Portland, dar nu in orice compozitie; experienta a aratat ca „betonul greu“, obisnuit, pus in opera (neinspirat) dupa cutremurul din 10-XI-1940, a fost de multe ori respins ca incompatibil.

Pentru a compensa acest gol, am folosit doua matrice speciale cimentoase, Mortar-Beton Grosier (MBG) si Mortar-Beton Fin (MBF)** care nu apartin strict nici betonului si nici mortarului, dar care asigura o exce­lenta aderenta de un „pat“ special pregatit.

Astfel, un element din MB armat (MBA; MFA) inglobat in masa corpului bisericii si zidit spre exterior cu materi­alul originar (caramida sau piatra), dupa cativa ani, in care procesele fizico-chimice descresc exponential, devine un „bulb“ compozit din piatra armata cu caracter de permanenta pentru viitor. Vorbind in mare de „car­casa“ ce incorseteaza spatial prin consolidare corpul mo­numentului (macrostructura podului, substructura fundatiilor, reteaua carteziana de bulbi lamelari) aceasta nu depaseste de regula 10% din substanta originala si transforma monumentul intr-un soi de compozit subtil, cu inalte proprietati de disipare si absorbtie de energie.

Acest ultim parametru, mai putin cunoscut, merita a fi retinut in mod special atunci cand avem in vedere diferite monumente. Astfel, daca pentru otel procentul din amor­tizarea critica este de 1-2%, iar pentru beton armat ma­ximum 5%, pentru zidaria simpla acesta poate atinge 10-20%, incat daca am saraci „materia originara“ de aceasta proprietate miraculoasa niciun monument nu ar putea supravietui unui cutremur puternic si cu atat mai mult unei succesiuni de cutremure. Altele sunt sensibi­litatile intrinseci ale substantei originare; in primul rand slaba rezistenta la intindere si forfecarea directa***, con­centrarile de eforturi datorate golu­rilor, niselor, proemi­nentelor etc., toate insotite de ruperi ca­sante evolutive.

Pentru a-i linisti pe restauratorii de vaza, noi, ingine­rii, avem nevoie de substanta originara, de aceasta „perna“ naturala de amortizare, dar nu oricum, ci incorsetata intr-o carcasa rezistenta, ductila si invizibila.

 

Spre ce ar trebui indreptata totusi rafinarea carcasei?

  1. In primul rand, continuitatea intima intre materia originara si materia noua nu va trebui deranjata de pro­cesele fizico-chimice temporare si in special de fenomenul contrac­tiei; aceasta, stiind ca Mortar-Betonul sub forma de „supa de mazare“ este bogat in ciment.

Aderenta foarte buna obtinuta pe cateva carote extrase va mai trebui verificata tinand seama, alaturi de alti factori, si de factorul timp.

  1. Materia cimentoasa, venita in contact direct sau prin migrare cu paramentul pictat, nu ar trebui sa-i atace prospetimea, valoarea istorica si stabilitatea restaurarii.
  2. In ultima analiza, ne trebuie un ciment necontractil, eventual expansiv si inert in conditiile date.

Cimentul BS 42,5, cu saruri solubile sub 1,5%, folosit in prezent pentru injectii, precum si cazeinatul de calciu pentru plombarile locale, ar putea constitui un punct de pornire pentru un program de cercetare mai larg, din care inginerul nu poate lipsi.

Lucrurile nu mai depind de producatori, ci de com­petitia mondiala in exploatarea intensiva a materiei pe principiul batranilor de la inceputul secolului al XX-lea, ca „adevaratii creatori sunt cei care realizeaza“.

 

* Minunatul album, „Cent ans de Béton Armé“ mi-a fost daruit de colegul si prietenul meu Emilian Titaru; ii multumesc si pe aceasta cale.

** coarse grout, fine grout.

*** Nu exista cutremur fara forfecare si intindere. 

Autor:
prof. ing. Alexandru CISMIGIU

 

 

Continuam, de asemenea, sa prezentam spicuiri din lucrarea profesorului Aurel Beles, Cutremurul Si constructiile, lucrare scrisa dupa Cutremurul din 1940 din tara noastra.

 

Cutremurul si constructiile (II). Spicuiri

Zidurile de calcane, in special, s-au compor­tat foarte rau. La noi este obiceiul cu­rent ca zidurile de calcane sa se execute cu zid din caramida si sa se utilizeze, pentru ulti­ma parte a cladirii, ma­terialul de ramasita cel mai prost. Contrar recomandarilor unei bune executii, de obicei nu se aseaza o ferma langa calcane pentru sustine­rea acoperisului si nici nu se ancoreaza calca­nul de ferme. Din aceasta cauza, calcanele, in cea mai mare parte, au suferit, s-au dislocat si chiar au cazut. Acolo unde calcanul a fost ancorat de ferme asemenea caderi nu s-au produs. Caderea calcanelor a produs, indirect, pagube mari si unele au distrus complet casele alaturate.

In legatura cu celelalte elemente constructive ale cladirilor, putem consemna urmatoarele observatiuni:

Portiunile de zidarie cu­prinzand materiale diferite, in special materiale cu greutate specifica mai mare decat a zidariei, au iesit la iveala si explicatia o gasim prin aceea ca, la acceleratii egale, corpurile cu masa mai mare capata forte mai mari; chiar si caramizile ce nu au fost bine fixate in mortar, cum se intampla cu golurile la­sate in zid pentru fixarea schelelor, au fost uneori scoase afara. Golurile umplute ulterior cu zid au aparut din nou, ceea ce se explica prin lipsa de legatura si prin dife­renta intre perioadele vibratiilor zidariei de umplutura si a celei inconjuratoare.

Cornisele, balcoanele, bowindourile si in genere, consolele si constructiile de pe ele au avut de suferit si am aratat motivul la examinarea consolelor de la scheletele din beton armat.

Cosurile au suferit, de asemenea, foarte mult. In special co­surile inalte si cele cu caciula s-au prabusit, distrugand, pe alocuri, invelitorile si chiar planseele. Forfecarea lor la baza se datoreste fortei taietoare produsa la primele zguduiri. Faptul ca rupturile de cosuri se produc chiar la cutremure usoare, cum sunt cele de gradul VI, se explica prin aceea ca zidaria acestor cosuri, prin actiunea fumului, a variatiilor de tempe­ratura, a ploii, a inghetului si a dezghetului, este in buna parte alterata. De altfel, este semnificativ ca, chiar la cosurile joase care s-au prabusit, in majoritatea cazurilor zidaria se gasea complet dezagregata pe invelitoare.

In ceea ce priveste golurile zidariilor, s-au putut constata foarte multe deschideri la care nu s-a prevazut niciun buiandrug sau vreo alta dispozitie constructiva pentru susti­nerea zidariei de deasupra. O simpla scandura sau numai cadrul usii servesc la sustinerea zidariei. La toate acestea s-au produs crapaturi caracteristice dupa triunghiul clasic de repartizare a sarcinilor deasupra deschiderilor.

Buiandrugii de beton s-au comportat bine, cu conditia sa aiba rea­zime destul de lungi pentru o suficienta legatura cu zidaria de reazim.

Boltile, in special cele cu sageti mici, s-au comportat foarte rau, lucru explicabil prin impingerile orizontale mari. Deplasarile reazimelor au provocat caderea boltarului de la chee sau cel putin crapaturi. Lipsa unei legaturi bune la reazim a produs si aci foarte des crapaturi. In multe cazuri trebuie, insa, sa remarc ca aceste crapaturi erau crapaturi vechi, datorite probabil tasarii zidurilor si care fusesera astupate superficial cu tencuiala, pentru ca, bineinteles, acum sa apara din nou. Numai boltile in plin centru s-au comportat mai bine si dislocarea sau caderea boltilor la unele din ele sunt explicabile prin calitatea cu totul inferioara a caramizii si a morta­rului, sau erau datorate unor crapaturi vechi, pe care doar o tencuiala ulterioara le astupase.

Si acoperisurile au avut de suferit din cauza materialului si modului de executie. Cele de tabla nu au suferit nicaieri, cele de tigla si olane au prezentat insa degradari. In special la cele de tigla cu panta repede, din cauza inaltimilor foarte mari, tigla a fost, adeseori, aruncata jos.

Este evident ca acoperisurile grele au avut un efect defa­vorabil si asupra solicitarii generale a cladirilor, prin faptul ca fortele taietoare, dato­rate fortelor de inertie cu valori mari, au solicitat puternic zidariile, dislocandu-le si produ­cand, pe alocuri, surparea lor.

Tot in legatura cu efectele asupra constructiunilor, trebuie sa relevez o constatare destul de interesanta, facuta asupra tencuielilor. In general, tencuielile de var vopsite in ulei s-au comportat rau, dislocandu-se si cazand in multe parti. Expli­catia acestui fenomen este simpla: stratul de ulei, impiedi­cand carbonatarea hidro­xidului de calciu din mortarul de var, nu a permis intarirea mortarului, care s-a dizlocat de la primele zguduituri.

Varietatea stricaciunilor pricinuite la imobile este foarte mare; am expus cazurile cele mai frecvente, ma voi opri, insa, ceva mai mult asupra a doua cazuri interesante, primul inve­derand un caz de deformatie interesant, al doilea constituind, prin amploarea lui, unul din cele mai mari accidente inregi­strate in istoria constructiunilor.

Primul caz priveste cupola din beton armat de peste aula Facultatii de Drept. Aceasta cupola, de 23 m diametru, se reazema pe 12 pilastri din beton armat inclinati, avand baza lor pe un cerc. Daca admitem ca pilastrii sunt articulati la extremitati, sistemul este mobil pentru cazul fortelor disimetrice. Imbinarea stalpilor de sustinere asigura rigiditatea transversala pentru foitele disime­trice si eventuale forte orizontale, aceasta, bineinteles, numai pentru forte mici, cum sunt cele produse de vant. In cazul cutremurului, fortele orizontale de inertie, produse de componenta orizontala a acceleratiei, au intrecut limita de rezistenta a stalpilor, care au cedat permitand deplasarea cupolei. Cum, insa, deplasarile cupolei au fost determinate de directia undei seismice, s-au rupt numai stalpii de pe doua direc­tiuni normale corespunzatoare direc­tiilor dupa care deplasarile stalpilor au fost mai accentuate. Fenomenul acesta a fost foarte vizibil marcat pe toata periferia cupolei.

Al doilea caz il constituie caderea blocului Carlton. Sur­parea acestei constructiuni constitue un caz unic in istoria betonului armat, caci rar s-a inregistrat o distrugere atat de rapida si de completa a unei constructiuni de aceasta marime. Cladirea, executata pe schelet din beton armat, era asezata in coltul format de Str. Regala cu B-dul Bratianu si prezenta in colt o parte mai inalta, alca­tuind un turn de 4,7 m, iar in laturi 2 aripi, una pe Str. Re­gala de vreo 30 m, si alta spre B-dul Bratianu de 36,50 m inaltime. Cladirea cuprindea 2 subsoluri, parter, mezanin si 11 etaje in partea din colt, 8 etaje, din care 5 in gabarit, spre B-dul Bratianu, 7 etaje, din care 4 in gabarit, spre Str. Regala. In fund, lipit de cladire, se afla o sala de cinematograf.

Dupa cum spun martorii oculari care au asistat la prabusire, inca de la primele zguduituri cladirea dadea impresia ca se scu­funda in pamant, apoi dadea impresia ca s-a umflat spre mijloc, si in fine s-a prabusit. In toata literatura tehnica nu am putut gasi un caz de distrugere mai completa ca la aceasta cladire, unde afara de cativa stalpi laterali si de partea din fund a cinematografului, nimic nu a mai ramas in picioare. De aceea, o reconstituire a cauzelor care au provocat aceasta prabusire este im­posibila, si nu putem face decat ipoteze.

Din cerceta­rile facute la fata locului si din ve­rificarea proiectelor de catre co­misia de ancheta, din care am facut parte si subsem­natul, s-au putut stabili urmatoarele:

In general, evaluarile incarcarilor si calculele au fost bine intocmite, insa la dimensionarea diferitelor elemente nu s-au respectat prevederile circularii germane pentru calculul constructiunilor din beton armat, circulara care este utilizata in mod obisnuit la noi in tara si la care ne-am referit pentru verificarea proiectului.

Rezistentele in stalpi intreceau, pe alocuri, insa in limite acceptabile, valorile prescrise de circulara; in schimb, pro­centul de armare era sub limita de 0,8% scazand pana la 0,5%. De asemenea, diametrele fiarelor longitudinale erau foarte slabe, la parter fiind stalpi cu armaturi de 12 mm diametru.

Doua erori de conceptie in alcatuirea scheletului din beton armat prezinta dupa mine o importanta capitala. Desi nu sunt in contradictie cu nicio prescriptie oficiala, totusi ele sunt contrare unor principii tehnice sanatoase.

Este vorba de o serie de stalpi din fatada care aveau o sec­tiune cu totul nerationala, in forma de L cu o latime de 20-24 cm si o lungime de 120-170 cm. Incarcatura acestor stalpi era de 183-235 tone. Aceasta forma nelo­gica este foarte nepotri­vita pentru stalpi. In primul rand o excentricitate, chiar mica, in apli­carea sarcinei, mareste simtitor rezistentele in stalpi. In al doilea rand, acesti stalpi se comporta rau la o solicitare transversala, din cauza fortei taietoare orizontale produsa de cutremur.

A doua eroare de conceptie este lipsa de continuitate a stalpilor. O serie de stalpi, incepand din etajul III, au fost supri­mati si in locul lor s-au dispus alti stalpi care isi aveau reazimul pe grinzi si care se ridicau apoi pe 5-6 etaje. La mai multi din acesti stalpi, grinzile care sustineau stalpii cei noi, rezemau pe alte grinzi, care la randul lor erau sustinute de alte grinzi si asa mai departe. Am aflat pana la 4 rezemari succesive, ba chiar la unii stalpi grinzile rezemau pe console. Am aratat mai sus care este efectul dezastruos al acestor rezemari de stalp pe grinzi si console, atunci cand este vorba de solicitari dinamice. Efectul dinamic va fi si mai resimtit in cazul rezematorilor succesive de grinzi, din cauza elasticitatii si deci a sagetii pe care o poate lua punctul de sprijin al stalpului nou.

Pe langa aceste erori de conceptie – fundamentale, scheletul de beton armat prezinta inca o serie de greseli, abateri, fata de prevederile circularii germane.

Astfel, axarea stalpilor de la un etaj la altul nu era facuta in conditiuni bune peste tot, dand loc la excentricitati apreciabile; pe langa aceasta, unele grinzi cu sectiune foarte mare rezemau pe stalpi subtiri, producand excentricitati in stalpi. Si trebuie sa observam ca nici stalpii externi nu au fost dimen­sionati pentru momentele de incastrare transmise de grinzi, asa cum prevede circulara.

La acestea trebuie inca sa adau­gam lipsa unor grinzi de rigidizare, caci grinzile transversale ale cladirii erau in genere subtiri, de 14 cm latime, iar zidurile interioare subtiri, de 7 cm si 14 cm, nu compensau lipsa de rigiditate a scheletului.

In privinta executiei lucrarii, controlul dimensiunilor si a armaturilor, care au putut fi identificate, au indicat ca preve­derile proiectului au fost respectate. In schimb, s-au putut con­stata unele defecte de executie, precum plane de separatie in betonul stalpilor, armaturi deplasate in sectiuni, dezaxari de stalpi la trecerea de la un planseu la altul si, in fine, mustati prea scurte la stalpi. Toate aceste defecte erau de natura sa reduca in special rezistenta transversala a constructiei.

Cat priveste calitatea betonului, aceasta s-a cercetat din doua puncte de vedere: 1. rezistenta betonului; 2. dozajul cimentului.

Pentru aprecierea rezistentei betonului s-au taiat cuburi de proba din piesele care nu prezentau deteriorari aparente pro­duse cu ocazia dara­marii si au fost supuse la incarcare pana la rupere. Rezistentele aflate au variat de la 101 kg/cm3 la 202 kg/cm2 cu o medie de 127 kg/cm2. Daca ad­mitem ca lucrarea s-a executat cu ciment special, rezistenta cubica dupa 28 zile trebuia sa fie de 160 kg/cm2, iar dupa 4 ani – cat era vechimea blo­cului -, trebuia sa fie mai mare, cam 200 kg/cm2. Daca tinem socoteala insa ca acestea cuburi nu erau con­fec­tionate in forme speciale, ci taiate din stalpi si grinzi, o reducere importanta a rezistentei este de asteptat, dupa cum se mentioneaza in Beton-Kalender.

Date precise lipsesc in literatura de specialitate, in pri­vinta acestei reduceri de rezi­stenta. Intr-un studiu al lui Graf gasim, insa, ca pentru probele taiate din corpul soselelor redu­cerea ajunge la 70% din aceea a probelor direct confectio­nate, de unde rezulta ca rezistenta la care trebuia sa ne asteptam era de 140 kg/cm2. Daca adaugam inca faptul ca blocurile au fost cioplite, nu ta­iate, ca blocurile din care s-au luat probele suferisera si prin cadere si prin incendiu, putem spune ca rezistenta de 127 kg/cm2 aflata nu denota o calitate mai rea decat minimul cerut de circulara germana si ca nu calitatea betonului a putut fi cauza prabusirii.

In fine, verificandu-se si dozajul cimentului, s-a cons­tatat ca cimentul era in jurul proportiei de 300 kg/m3 beton, iar analiza granulometrica a betonului a dat un rezultat accep­tabil.

In rezumat, am putea spune ca defectele de proiectare, de calcul, de executie, luate individual nu erau de natura sa com­promita lucrarea, insa fiecare in parte contribuia la reducerea coeficientului de siguranta. In special defectele tindeau spre reducerea rezistentei transversale a cladirii.

Mai ales cele doua erori fundamentale de care erau afectati stalpii, erori datorate conceptiei de arhitectura mercantilista de care sufera atatea cladiri ale noastre, faceau ca aceasta constructie sa fie foarte sensibila la actiunea cutremurelor.

Este locul sa remarcam aici ca, in comparatie cu alte cla­diri, Carltonul nu prezinta nici erori de calcul mai mari, nici abateri mai grave, nici executie mai rea decat am avut ocazia sa vedem la multe alte cladiri, care desi au suferit, nu au dat loc niciuna la un accident atat de grav cum a fost cel dela Carlton.

Si totusi, cladirea Carlton a fost singura care s-a surpat, iar distru­gerea ei a fost de o forma cum inca nu stiu sa se fi inregistrat vreun accident in istoria betonului armat.

 

De ce a cazut, deci, Carltonul?

In mo­mentul cand o cladire pri­meste prima zguduitura data de cu­tremur, se dezvolta o serie de forte de inertie. Sub actiunea acestor forte de inertie se produc in cladire forte taietoare si momente incovoietoare. Fortele taie­toare au o valoare ma­xima la fata terenului iar sub actiunea lor stalpii au fost solicitati la forfecare la nivelul planseelor, incepand cu planseul de peste subsol.

Este probabil ca, din cauza unei neconcordante intre centrele de greutate ale diferitelor plansee si centrele de rigiditate ale stalpilor, s-a produs si un efect de torsiune in jurul unui ax ver­tical al cladirii, care a marit efectele de forfecare si de incovoiere. Forta de forfecare a lucrat, dupa cat se pare, normal pe fetele late ale stalpilor subtiri de care am amintit mai sus. Se poate demonstra ca travaliul de deformatie la forfe­care variaza proportional cu patratul grosimii sectiunii, fiind dat de formula:

T = tmax2d2b/2G

unde T este travaliul de deformatie, d grosimea barei, b latimea ei, tmax rezistenta maxima la taiere si G coeficientul de elasticitate transversala. Pentru aceiasi sectiune utila, travaliul absorbit pentru deformatie va fi cu atat mai mic, cu cat grosimea va fi mai redusa. Aceasta ne-ar explica de ce energia fortelor taietoare dezvoltate in constructie a putut distruge cu usurinta stalpii subtiri.

Acesti stalpi au fost, pur si simplu, retezati de lovitura produsa de cu­tremur si deplasati pe planseu. La randul lui, acesta nu a putut rezista si stalpii retezati au perforat plan­seul de peste primul sub­sol, au trecut prin planseul celui de al doilea si s-au oprit in pamant. Acelasi fenomen pare ca s-a re­petat si la planseul de peste parter. Aceasta cred ca rezulta clar din starea in care si astazi se gaseste unul din acesti stalpi si anume cel dinspre Str. Regala. Acolo se poate vedea stalpul subsolului legat inca de perete, alaturi stalpul parterului, stand in picioare cu capul de jos retezat, aratand clar ciocnirile fiarelor ar­maturii, si chiar sustinand inca radiatorul si in fine, tot alaturi, ceva mai incolo si vertical, stalpul etajului in aceeasi stare. Si stalpul din colt este rasturnat in sub­sol, asezat dupa diagonala cladirii si cu capetele forfecate.

Cladirea, nemaiavand sustinerea necesara, a inceput a se afunda; scheletul care, cum am vazut, ince­pand de la etajele III si IV avea stalpii deplasati si rezemati pe grinzi, nu a mai avut rigiditatea necesara, a inceput sa cedeze lateral in dreptul acestor etaje, dand impresia unei um­flari laterale si s-a prabusit. Fenomenul s-a petre­cut, asa cum spun mar­torii oculari: „Cladirea parea ca incepe sa se scufunde, apoi s-a umflat pe la mijlocul ei si, in fine, s-a prabusit complet”, inscri­ind in istoria betonului armat cea mai teribila catastrofa din cate se cu­nosc.

In cele de mai sus am aratat care este interpretarea mecanica ce se poate da fenomenelor produse de cutremure si am examinat, in lumina acestei expuneri, stricaciunile care s-au produs, la cladirile de la noi, de cutremurul din 10 Noiembrie 1940.

Autor:
prof. Aurel A. Beles 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 126 – iunie 2016, pag. 58

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2016/06/01/si-totusi-cutremurele/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.