«

»

Cutremurele vrancene si estimarea hazardului seismic in codurile de proiectare structurala

Share

crainic_fig 1Ultima revizuire a Codului de proiectare seismica – Prevederi de proiectare pentru cladiri P100-1/2013 – a condus la modificari majore ale valorilor de proiectare ce cuantifica hazardul seismic (Capitolul 3 din Cod). Modificarile operate in celelalte capitole sunt de detaliu si nu schimba semnificativ versiunea anterioara a Codului. Constatam, astfel, in Codul P100-1/2013 o crestere fara precedent a fortelor seismice de proiectare pe intreg teritoriul national.

Aceasta masura a fost motivata prin trecerea la o rata medie de recurenta a cutremurului de proiectare (IMR) de 225 ani, fata de versiunea anterioara unde se accepta un IMR de 100 de ani, in perspectiva ajungerii intr-un  viitor apropiat la un IMR de 475 de ani. S-a acceptat, astfel, implicit ca si in tara noastra exista toate premisele teoretice si practice pentru implementarea metodologiilor probabilistice de evaluare a hazardului seismic pe intreg teritoriului national. Chiar daca zonele seismogene au naturi foarte diferite de la o regiune la alta, datele instrumentale sunt extrem de limitate, iar zona seismogena Vrancea prezinta parti­cularitati de manifestare ce o fac net diferita de alte zone cu cutremure subcrustale.

Referindu-ne la cutremurele vrancene, care domina hazardul seismic al unei mari parti a teritoriului national, incercam, in cele ce urmeaza, sa formulam o serie de intrebari si sa schitam posibile raspunsuri, din care sa rezulte in ce masura modul cum s-a abordat evaluarea hazardului seismic de proiectare in codul P100 corespunde realitatilor actuale ale cunoasterii, ale resurselor disponibile si ale necesitatilor proiectarii structurale din tara noastra.

 

Particularitatile zonei seismogene Vrancea

Cu toate ca s-a discutat si s-a scris mult despre particularitatile cutremurelor vrancene, consideram necesar a prezenta sintetic cele mai importante aspecte privitoare la ceea ce se stie despre ele, ca un necesar punct de plecare in analiza ce urmeaza. Din lunga lista de materiale bibliografice referitoare la acest subiect, am selectat doar cateva, extrem de concludente, reprezentand afirmatiile unor autoritati indiscutabile ale domeniului.

In lucrarea lor fundamentala [8], clasicii seismologiei ingineresti B. Gutenberg si Ch. Richter afirma: „Pe Centura Alpida (…) exista doua remarcabile surse de cutremure intermediare: una sub (muntii) Hindu Kush, la aproximativ 36,5°N, 70,5°E cu cutremure la adancime de aproximativ 230 km si cealalta in Romania, la 46°N, 26,5°E la adancimi de 100…150 km. Frecventa repetare a cutremurelor, din aproape acelasi hipocentru, in aceste doua cazuri, este un fenomen exceptional, suge­rand conditii mecanice care difera in anumite privinte de cele care controleaza aparitia celor mai multe alte cutremure”.

Dupa cum subliniaza prof. Al. Cismigiu, reluand si dezvoltand informatiile macroseismice descrise si analizate in lucrarile clasice ale prof. I. Atanasiu [1], G. Demetrescu, s.a., ”Mecanismul cutremurelor vrancene este foarte complex si poate diferi de la o manifestare la alta (…). I. Atanasiu a incercat sa defineasca trei tipuri de cutremure: a. cutremure simetrice, la care zonele de culminatie seismice se dispun “simetric” atat in Moldova cat si in Muntenia (…) b. cutremure nesimetrice cu centrul de greutate al culminatiilor in Moldova (mai dese) si c. cutremure nesimetrice cu centrul de greutate al culminatiilor in Muntenia (mai rare).

La nivel macroseismic sunt cunoscute, de asemenea, fenome­nele de directivitate si asimetrie ale cutremurelor vrancene, fenomene a caror explicatie  constituie obiectul mai multor studii de specialitate.

Nu intra in obiectul prezentului articol (si nici in competenta autorilor) analizarea cauzelor geologice / geofizice extrem de complexe care genereaza aceste fenomene.

 

Retinem, insa, ca particularitati indiscutabile, natura subcrustala a cutremurelor vrancene (adancimi de focar frecvente de 70…150 km) si unicitatea absoluta a formelor lor de manifestare.

 

Modele macroseismice si modele analitice de estimare a hazardului seismic de proiectare

In mod traditional, hazardul seismic de proiectare era precizat in coduri prin harti de zonare seismica. Aceste harti erau trasate pe baza observatiilor macroseismice reali­zate dupa cutremure puternice, prin chestionare prin care se evaluau efectele cutremurului cuantificate prin intensitati nominale. O asemenea abordare o regasim si astazi chiar si in tari avansate,  avand insa o activitate seismica redusa.

Dezvoltarea exploziva, in ultimele decenii, a instrumentelor de inregistrare a miscarilor seismice, a procedeelor de scanare a formatiunilor geologice profunde, precum si a tehnicii de calcul care permite prelucrarea cantitatilor uriase de date obtinute, a impulsionat formularea de procedee analitice din ce in ce mai avansate pentru evaluarea parametrilor care cuantifica hazardul seismic. Aceasta s-a facut in paralel cu intelegerea din ce in ce mai profunda a mecanismelor de producere si propagare a evenimentelor seismice.

Fiind bazate pe date culese in zonele seismogene dupa produ­cerea unor evenimente seismice, metodele analitice de estimare a hazardului au un pronuntat caracter empiric.

Exista doua tipuri de abordari analitice ale estimarii hazardului seismic: analiza deterministica („DSHA” – „Deterministic Seismic Hazard Analysis”) si cea probabilista („PSHA” – „Probabilistic Seismic Hazard Analysis”). In principiu, ambele tipuri de analiza implica parcurgerea a doua etape: (1) alegerea unui  cutremur de referinta presupus ca se manifesta intr-un punct considerat a fi epicentrul acestuia si stabilirea caracteristicilor sale specifice si (2) cuantificarea efectelor cutre­murului de referinta in puncte situate la diferite distante de epicentrul acestuia, prin functii analitice denumite legi de atenuare sau relatii predictive.

In abordarea determinista, cutre­murul de referinta, considerat a fi, dupa caz, „cutremurul de control” sau „cutremurul de proiectare” sau „cutremurul maxim de siguranta” sau „cutremurul maxim credibil” etc. se alege in functie de informatiile oferite de bazele de date existente.

Este evident caracterul subiectiv al acestei alegeri. Stabilirea legii de atenuare (etapa a 2-a) a cunoscut o evolutie in timp, pe masura inte­legerii din ce in ce mai aprofundate a fenomenului seismic, a factorilor de care depind formele de manifestare a acestuia pe un amplasament situat la o anumita distanta de epicentrul considerat.

Daca, la inceputurile ingineriei seismice, legea de atenu­are era o functie de forma (Kövesligety, 1907):

in prezent se gaseste in literatura de specialitate un considerabil numar de legi de atenuare, din ce in ce mai complexe, cum ar fi:

(Molas Yamazuki) (M este magnitudinea moment a evenimentului considerat, r, h sunt distante iar coeficientii sunt determinati din bazele de date referitoare la cutremurele din zona considerata, prin regresie).

Abordarea probabilista se asea­mana cu cea determinista, cu deosebirea ca marimile care intervin (intensitatea cutremurului de refe­rinta, adancimea focarului, distantele ce precizeaza pozitia in plan a epicentrului etc.) sunt considerate a fi variabile aleatorii independente, de distributie Poisson. In loc de a determina valori fixe ale parametrilor ce cuantifica hazardul (ca in DSHA) se determina valori ce pot aparea cu o anumita probabilitate de depasire.

La randul sau, cutremurul de refe­­rinta, in loc de a se produce intr-un moment nedeterminat (DSHA) cu o magnitudine fixa, poate aparea la un anumit numar de ani („Interval Mediu de Referinta” IMR) cu o magnitudine M, situata intre o valoare minima semnificativa Mmin si una maxima Mmax, avand  o anumita probabilitate (acceptata) de depasire.

Sintetic se poate afirma ca meto­dele analitice de analiza a hazardului prezinta urmatoarele particularitati:

  1. Coeficientii si insasi metodologia de calcul se stabilesc, de la caz la caz, pe baza informatiilor furnizate de bazele de date existente pentru zona seismogena. Prin urmare, relatiile de calcul (functiile de ate­nuare) si rezultatele sunt valabile numai pentru situatiile avute in vedere la stabilirea acestora;
  2. Imensa majoritate a analizelor DSHA si PSHA sunt stabilite pentru cutremure crustale. Extrapolarea lor pentru alte tipuri de cutremure este fundamental gresita chiar daca, prin regresie lineara, se recalculeaza coeficientii din relatiile de atenuare;
  3. Pentru cutremurele subcrustale vrancene, care au particularitati de manifestare atat de diferite de cele din alte parti ale lumii, asa cum s-a aratat mai sus, autorii nu cunosc sa existe metodologii specifice de tip DSHA sau PSHA care sa modeleze realist fenomenele constatate la acestea si care sa fie utilizate apoi la determinarea hazardului seismic de proiectare.

In lipsa unor modele analitice credibile pentru aceste cutremure, harta de zonare seismica adoptata in codul P100-1-2013 s-a dedus din cea a codului P100-1-2006, prin simpla multiplicare a acceleratiilor de varf ale terenului cu un coeficient constant de 1,25 pentru intregul teritoriul national.

Este evident ca atribuirea unei peri­oade medii de revenire IMR = 225 de ani valorilor PGA (marimea ag), din harta de zonare seismica, nu are nicio justificare. Prin aceasta masura, fortele seismice de calcul din Romania devin cele mai mari din Europa. Este de observat faptul ca, pe langa cresterea ag cu 25%, se genereaza, indirect, cresteri suplimen­tare ale fortei seismice de calcul: cu 40% (!) la constructiile cu H > 45 m si cu 20% la construc­tiile din Bucuresti (!) cu T = 1,4…1,6 secunde.

Efectele acestei masuri arbitrare sunt, insa, considerabile:

  1. a) cresterea substantiala si absolut nejustificata a fortelor seismice de proiectare, chiar daca, dupa cutremurul din 4 martie 1977, fortele seismice de proiectare au capatat valori continuu si consistent marite in raport cu cele din normativul care le-a precedat;
  2. b) amplificarea cu un unic factor a valorilor ag initiale din codul P 100 – 1/2006, adoptate pentru intreg te­ritoriul national independent de tipul sursei (intermediara sau crustala), a facut ca zone intinse ale tarii (Ba­zinul Transilvaniei, Banatul), cunoscute ca avand o seismicitate redusa si cu caracteristici foarte particulare, sa devina pentru proiectare zone de inalta seismicitate cu tot ce implica acest lucru din punct de vedere economic si tehnic (Arad, Timisoara, Medias, Sibiu etc. ag = 0,20g);
  3. c) pastrarea, pentru constructiile existente, a hartii de zonare seismica din codul P100-1-2006 este principial absurda si de natura a crea confuzii atat tehnice cat si juridice.

 

Este evaluarea probabilista a hazardului seismic („PSHA”) aplicabila fara rezerve cutremurelor vrancene?

Exista doi factori fundamentali de care trebuie tinut seama atunci cand se opteaza pentru adoptarea in codul de proiectare seismica a unei metodologii de cuantificare a hazar­dului seismic de proiectare:

  1. Caracterul de unicitate (la nivel mondial) a particularitatilor sursei seismogene Vrancea;
  2. Insuficienta inregistrarilor pe durata suficient de lunga a cutre­murelor semnificative din punct de vedere al proiectarii structurale.

Trebuie avut in vedere, de ase­menea, faptul ca Ingineria seismica a cunoscut, in ultimele decenii, progrese considerabile care au condus la cunoasterea, cu inalt grad de incredere, a particularitatilor raspunsului seismic al diferitelor tipuri de constructii si la posibilitatea de a-l dirija avantajos. Castigul, din punct de vedere al sigurantei structurale, este considerabil.

Stabilirea fortelor seismice de proiectare trebuie sa tina cont de aceste realitati. Atunci cand se elaboreaza coduri de proiectare seismica trebuie acceptata diferenta conceptuala si cantitativa dintre parametrii hazardului seismic determinati prin metodele seismologiei ingineresti si cei nominali care, impreuna cu intreaga metodologie de analiza structurala, conduc la un grad de asigurare care sa reflecte compromisul rational – economic si tehnic – intre resursele disponibile si riscul seismic asumat.

Rezulta obli­gatia absoluta a autorilor de coduri de proiectare seismica de a calibra rezultatele abordarilor analitice prin judecati ingineresti [9]. Aceasta cerinta este necesar a fi observata in mod deosebit pentru situatia specifica a cutremurelor vrancene in cazul carora se multiplica incertitudinile prin dificultatile de cunoastere a sursei seismice, prin insuficienta datelor instrumentale pe o durata de timp rezonabila si pe o arie concludenta si prin lipsa unui model analitic care sa oglindeasca credibil particularitatile de manifestare ale acestor cutremure.

 

Cum s-ar putea aborda realist evaluarea hazardului generat de cutremurele vrancene?

Nivelul fortelor seismice de proiectare are un efect hotarator asupra rezultatului procesului de proiectare structurala si, in consecinta, trebuie stabilit cat se poate de corect la nivelul actual de cunoastere. Cu toate ca, in ultimele decenii, s-au facut progrese remarcabile in cunoasterea structurii geologice a zonelor afectate de cutremurele vrancene, in explicarea mecanismelor de focar ale acestor cutremure si in modelarea lor matematica, trebuie recunoscut faptul ca suntem inca departe de a cuprinde extrema lor diversitate de manifestare si  de a cuantifica credibil hazardul generat de acestea.

Din punct de vedere al nivelului de proiectare al hazardului seismic corespunzator cutremurelor vrancene, succinta examinare efectuata in cadrul prezentei comunicari eviden­tiaza:

  1. nivelul deosebit de inalt al acceleratiilor de proiectare prevazute in codul de proiectare seismica P 100-1/2013, depasindu-l pe cel existent in normele unor tari avansate, ca Italia de exemplu;
  2. lipsa unei metodologii PSHA specifica cutremurelor vrancene. In lipsa ei, harta de zonare seismica din codul P100-1-2013 a pastrat, practic (cu foarte mici corectii / adaptari), distributia zonelor seismice din precedentul cod, multiplicand insa valorile acceleratiilor seismice de varf ag cu un coeficient de 1,25, constant pe intregul teritoriu national (fig. 1);
  3. din cauza dificultatilor obiective in formularea unei metodologii PSHA specifice strict cutremurelor vrancene (insuficienta datelor instrumentale pe o perioada semnificativa si pe o arie necesara, dificultatea modelarii formelor de manifestare extrem de variabile si de neobisnuite ale acestor cutremure), folosirea rezultatelor oricaror modele analitice de estimare a hazardului acestor cutremure in practica de proiectare trebuie privita cu multa prudenta si supusa unor judecati ingineresti.

Trebuie sa recunoastem faptul ca hartile de zonare seismica existente in toate codurile de proiectare din tara noastra au la baza constatarile macroseismice facute cu ocazia cutremurelor majore din ultimele decenii. Afirmatiile referitoare la perioadele de revenire ale valorilor parametrilor seismici de proiectare din aceste documente sunt mai degraba estimari empirice decat valori deduse din aplicarea unei metodologii PSHA consecvente.

In aceste conditii, consideram ca singura cale rationala de stabilire a valorilor de proiectare a hazardului, compatibila cu nivelul actual real de cunoastere a particularitatilor cutre­murelor vrancene, o constituie analiza atenta a informatiilor macroseismice existente. Acestea ar trebui corelate cu prevederile similare din alte tari cu nivel de hazard seismic comparabil cu cel de la noi.

Adoptarea valorilor de proiectare pentru acceleratiile seismice ale solului specifice fiecarei zone seismogene a tarii ar fi trebuit sa fie rezultatul unui proces de apropiere a punctelor de vedere ale specia­listilor, cunoscuti si recunoscuti (profesionisti si nu cadre cu raspunderi administrative) in domeniul seismologiei ingineresti si al proiectarii structurale. Numai printr-un consens intre specialistii domeniului s-ar putea asigura compensarea nume­roaselor incertitudini care greveaza acuratetea asteptata pentru un act cu caracter tehnic si juridic de importanta codului de proiectare seismica P100, cu implicatii majore asupra sigurantei constructiilor de pe intreg teritoriul national.

 

BIBLIOGRAFIE

[1] Atanasiu, I. Cutremurele de pamant din Romania. Bucuresti: Editura Academiei R.P.R. (1961);

[2] Balan Stefan, Cris­tescu Valeriu, Cornea Ion, Cutremurul de pamant din Romania de la 4 martie 1977”, Editura Academiei R.S.R. 1982, Bucuresti;

[3] CiSmigiu, A.: Dupa 4 martie” Revista Arhitectura nr. 4/1877;

[5] Constantinescu L, Enescu D., „Cutremurul din Vrancea in cadru stiintific si  tehnologic”, editura Academiei R.S.R., Bucuresti 1985;

[6] Douglas John, Ground-motion prediction equations 1964-2010”, PEER Report 2011 / 102, BRGM;

[7] Enescu, D., MArmu­rea­nu, Gh. & Enescu, B. D. (2001), A procedure for estimating the seismic hazard generated by the Vrancea earthquakes and its application. I: The reference earthquake. In 2nd National Conference on Earthquake Engineering, Bucharest, Romania (in Romanian);

[8] Gutenberg, B.; Richter, Ch., “Seismicity of the earth and associated phenomena” Princeton University Press, Princeton, N.J., 1954;

[9] Kramer L. Steven, „Geo­technical Earthquake Engineering”, Prentice Hall, 1996;

[10] Kövesligethy von, R. (1907). Seismischer Stärkegrad und Intensität der Beben, Gerlands Beiträge zur Geophysik, Band VIII, Leipzig;

[11] Molas Gilbert L., Yamazaki Fumio, Attenuation of earthquake ground  motion in  Japan including deep focus events”, Bulletin of the Seismological Society of America,  vol. 85, no. 5, pp. 1343-1358, October 1995;

[12] Postelnicu, T.; Petrovici, R.; Cretu, D.; Crainic, L.: Probleme ale evaluarii actiunii seismice de proiectare. Revista AICPS REVIEW nr. 3/2014;

[13]      Radulian, M., Popa, M., Grecu, B., Popescu, E. & Panza, G. F. (2004). Seismic Hazard of Romania due to Vrancea Earthquakes – How asymmetric is the Strong Ground Motion Distribution. Acta Geod. Geoph. Hung. 39 (2-3), 309-318;

[14]      Radulian, M., Vaccari, F., MÂndrescu, N., Panza, G.F. & Moldoveanu, C.L. (2000). Seismic hazard of Romania: Deterministic Approach. In: G. Panza, M. Radulian, C.-I. Trifu (Eds.), Seismic Hazard of the Circum-Pannonian Region (pp. 221-247). Basel: Birkhäuser Verlag;

[15]      Rogozea, M., Radulian, M., MArmureanu, Gh., MÂndrescu, N. & Paulescu, D. (2013). Large and moderate historical earthquakes of 15th and 16th centuries in Romania reconsidered. Romanian Reports in Physics 65(2): 545–562. q

 

(Din AICPS Review, 1-2/2015) 

Autori:
prof. dr. ing. Liviu CRAINIC – UTCB
prof. dr. ing. Dan CRETU – UTCB 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 129 – septembrie 2016, pag. 56

 



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/2016/09/01/cutremurele-vrancene-si-estimarea-hazardului-seismic-in-codurile-de-proiectare-structurala/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.