Comportarea in situ a constructiilor la cutremurele din Turcia – Siria si din Gorj, din februarie 2023

dr. ing. Emil-Sever GEORGESCU

Cutremurele din Turcia si Romania din februarie 2023

Secventa de cutremure catastrofale din 6 februarie 2023 din sudul Turciei si nordul Siriei a produs emotie si ingrijorare in Romania. In primul rand, prin numarul mare de cladiri prabusite si avariate, morti si raniti. Un seism crustal cu ml 4,5 s-a produs in aceeasi zi in zona Buzau, la nici 10 minute dupa primul seism turcesc. Dupa o saptamana, la 13 februarie, s-a produs un seism crustal cu ml 5,2 in Gorj. Ca sa fie emotia completa, dupa o zi, pe 14 februarie, a mai venit in Gorj si un ml 5,7, cu avarii si panica… Sutele de replici si alte avarii in alte judete invecinate au facut ca situatia sa devina un subiect de analiza si la nivelul guvernului.  

Dat fiind ca mari miscari de Vrancea nu mai fusesera simtite de mult in Gorj, multi localnici uitasera ca acolo este si o zona cu seisme cauzate de cateva falii locale, desi anul trecut mai fusese un alt cutremur. 

Societatea a devenit brusc foarte ingrijorata. Imediat au aparut anumite observatii, vehiculate si in alte ocazii de mass-media, potrivit careia ar exista o corelatie in timp intre marile seisme din Turcia si cele de la noi. Apar intrebari de genul: cum ar rezista la noi cladirile la niste cutremure de acea magnitudine? Ce se poate face cu cladirile cunoscute ca avand un risc seismic ridicat?

 Paradoxal, mass-media pare foarte preocupata mai intai de cauzele tectonice ale acelor cutremure din Turcia si eventuala posibilitate a predictiei seismice. Oare ce am putea face la nivel de mari orase si tara daca ar exista acea posibilitate?

Mai realist ar fi insa sa ne concentram asupra cauzelor de langa noi si a masurilor fezabile de protectie.

Cauzele dezastrului provocat de cutremurele din Turcia

Cutremurele catastrofale s-au produs la 6 februarie 2023 in zona Kahramanmaras – Gaziantep din sudul Turciei si nordul Siriei (M_w=7,8 sau 7,7, apoi M_w=6,7 sau 6,6 si M_w=7,5 sau 7,6), cu sute de replici. Numarul de cladiri prabusite si avariate este enorm (peste 50.000 numai in Turcia), ca si cel al victimelor – peste 41.000 de morti si raniti (in Turcia si Siria) – conform datelor de la 16.02.2023, cu cifre care au continuat sa creasca zi de zi. 

Turcia are harti de zonare seismica detaliate si coduri de proiectare avansate. Cum sunt aplicate este insa o grava problema a acelei societati. O simpla cautare pe internet ne va arata ca in Turcia sunt responsabile de cutremure doua mari falii (nord-anatoliana si est-anatoliana, care pornesc din est) ca si o mare zona seismica in vest. Cutremurele sunt crustale (de suprafata) iar magnitudinile ridicate pot sa duca la seisme cu maxime de acceleratii de ordinul a 0,4 g. In 1999 s-au produs pe falia nord-anatoliana cutremurele catastrofale de la Izmit, din 19 august (seism cu M_w 7,4, denumit si Kocaeli sau Golcuk, cu peste 18.000 de morti), si apoi de la Duzce, la 12 noiembrie, cu M_w 7.2 si 839 de morti. Desi pe falia est-anatoliana s-au produs frecvent cutremure distructive, se estima ca de cca 200 de ani nu se mai produsese un eveniment foarte puternic pe segmentul de sud-vest.

Dupa dezastrele din 1999 s-a dovedit ca existau carente grave si cu un lung istoric in modul in care se realizau constructiile, mai ales in boomul imobiliar de dupa 1980, prin neglijente, solutii structurale vulnerabile si coruptie in autorizarea construirii unor blocuri cu aparenta moderna. S-au inasprit politicile publice si s-au dat Camerelor Inginerilor atributii de control. Se parea ca (macar) constructiile de dupa 1999 vor fi mai rezistente.

Zona de sud-vest era cunoscuta bine de seismologi si era studiata intensiv, ca fiind cumva in asteptarea unui mare seism, data fiind acumularea de stres ce se estima ca s-ar fi produs in adancuri. Cu toate acestea, cutremurele de acum au surprins populatia prin violenta miscarilor si catastrofele produse in marile asezari urbane.

Deoarece situatia deosebit de grava din zona este inca in etapa de urgenta, nu am toate datele necesare unei analize detaliate. Ceea ce voi prezenta sunt date si aspecte preliminare. Spatiul fiind limitat, nu vom cita publicatiile din care am extras unele date.

Exista cauze ale dezastrului care sunt comune cu cele din 1999 de pe falia nord-anatoliana si de la alte cutremure de pe falia est-anatoliana, cum ar fi unele solutii architectural-structurale frecvent practicate care erau de mult timp cunoscute ca producand vulnerabilitati. Acestea sunt parterul slab – structuri rigide rezemate numai pe stalpi si uneori cu un parter prea inalt, stalpi lamelari, betoane sub marca sau segregate, armare transversala insuficienta, grinzi puternice si stalpi slabi etc.

Dupa dezastrele din 1999, se parea ca structurile care nu au ductilitate de ansamblu si de detaliu vor fi evitate prin masuri de proiectare si control public. Relatarile presei arata ca in 2002 au fost adoptate legi mai ferme si prevederi pentru pedepsirea incalcarii acestora. S-a promovat si un program guvernamental de consolidare a cladirilor cu risc seismic, aplicat la cca. trei milioane de locuinte. Insa in asteptarea anului electoral 2018, guvernul a acordat o amnistie pentru constructiile ridicate fara autorizatie. Cei care s-au autodenuntat au intrat in legalitate, respectiv noua milioane de proprietari de case, a caror siguranta seismica nu era cunoscuta si printre care au fost probabil si multe dintre constructiile grav avariate sau prabusite acum.

Imaginile ne arata ca aceste solutii exista sau au fost utilizate in continuare, chiar la cladiri inalte (10-15 niveluri). Si mecanismele de prabusire vizibile sunt cunoscute de mult timp: prabusiri cauzate de parterul slab/flexibil (multe in lateral) asociate cu prabusiri sandwich (plansee suprapuse si stalpi zdrobiti), dar si unele prabusiri pe verticala, aparent fara cauze vizibile si semnale de prevenire. O simpla imbinare si armare curenta stalp-grinda nu poate rezista la momente incovoietoare locale atat de mari si solicitari ciclice iar solutiile de placa groasa pe stalpi sunt de asemenea neadecvate la astfel de solicitari.

Pe de alta parte, se pune si intrebarea: de ce unele cladiri au ramas in picioare, intre multe altele prabusite? Sa nu ne miram, la toate cutremurele (chiar si in Turcia) sunt astfel de situatii. Exista o anumita variabilitate a conditiilor de teren ca si a calitatii constructiilor. Nu stim daca acele cladiri nu au avarii. Analizele care se vor face asupra acelor cladiri ar putea arata cat si cum va trebui modificat codul seismic dar si ce solutii constructive sunt adecvate, chiar daca valorile de acceleratii au fost excesiv de mari.

Nu avem analize complete, dar prabusirea in acelasi mod a unor grupuri de cladiri realizate de acelasi investitor readuce in discutie suspiciunea ca s-a cautat numai profitul, s-au utilizat proiecte repetitive dar cu dimensionari la limita, realizate de persoane fara calificare deosebita si care nu au inteles lectiile amare ale cutremurelor precedente. Executia si erorile sau interventiile neautorizate sunt de asemenea cauze foarte posibile. Cazul unei cladiri cu cinci niveluri rasturnate si la care nu exista decat o fundatie superficiala, fara sa fi existat lichefierea drept cauza, este deja dovada unor grave neglijente de conceptie.

Comportarea constructiilor din Turcia in raport cu acceleratiile inregistrate

In zona afectata din Turcia erau cca 13 milioane de locuitori in 10 provincii. Numeroase cladiri urbane si infrastructuri au fost distruse sau grav avariate. Unele acceleratii au fost de cateva ori mai mari decat la cutremurele din nord, din 1999. Ca ingineri constructori, ne intereseaza modul de comportare a structurilor, cauzele prabusirilor si relatia acestora cu codurile, solutiile arhitectural-constructive si tehnologiile de executie, ca si cu politicile publice de control si asigurare a calitatii.

Turcia are cateva retele „strong-motion” de inregistrat cutremure puternice, iar in zona s-au obtinut numeroase accelerograme in localitati. Acestea ne indica unele valori de acceleratie a terenului care sunt sub cele de cod, dar si multe care depasesc excesiv valorile din harta de zonare seismica, ajungand pana la cca. 2 g la Pazarcik, unde a fost epicentrul primului cutremur. Verificarea datelor este in curs. Analiza componentelor miscarii si compozitia spectrala ne arata ca in zona faliei componenta verticala a fost foarte mare in raport cu cea orizontala, uneori depasind-o (ceea ce este cumva normal), oricum peste valorile de cod. Mai mult, continutul spectral arata perioade de oscilatie relativ lungi, de pana la 1 secunda, ceea ce suprasolicita structurile zvelte cu acceleratii peste valorile de cod.

 In conditiile de acceleratii excesive si componente verticale mari, din doua cutremure succesive, stalpii au putut suferi efectul oscilatiilor alternante cu mai multe cicluri pentru care nu erau detaliati. Structurile ar fi trebuit sa aiba o a doua linie de aparare, printr-un nucleu central rezistent si/sau pereti structurali dispusi rational si echilibrat, care sa preia fortele seismice pe ambele directii.

O ipoteza care va trebui atent verificata este aceea ca la unele structuri ar fi aparut solicitari axiale foarte mari si care au zdrobit imbinarile stalp-grinda, iar acestea s-au prabusit pe verticala (oarecum similar cu Centrul de calcul MTTC din 1977).

In aceste conditii cu acceleratii foarte mari in raport cu ceea ce prevede codul, desigur ca ne putem intreba daca structurile din zona aveau sanse de supravietuire. Sunt argumente care spun ca n-ar fi fost posibil. Poate ca nu in sensul general, dar de ce nu au ramas avariate dar recognoscibile ca structura si s-au prabusit atat de brusc cladiri noi si care erau declarate ca rezistente la seism?

Cutremurele crustale din Gorj, din 13 si 14 februarie 2023

 Cutremurul din 13 februarie 2023, cu magnitudinea ml de 5,2, s-a produs la ora 16:58 in judetul Gorj, in vecinatatea zonei Targu Jiu, la o adancime de 16,5 km, potrivit INCDFP. Acesta a fost urmat de trei replici, dintre care cea mai importanta, de 3,4 pe scara Richter, s-a produs la ora 17:50, la 8,2 km adancime. Desi seismul a fost resimtit in zona Olteniei, dar si la distanta (Timisoara, Cluj), nu au fost semnalate pagube materiale sau victime.

Cutremurul din 14 februarie 2023 s-a produs la ora 15:16:53, la adancimea de 40 km, si a avut magnitudinea ml 5,7. Cutremurul a fost simtit in mai multe orase ale tarii: Craiova, Targu Jiu, Drobeta-Turnu Severin, Sibiu, Timisoara, Cluj, Arad, Bucuresti, dar si in Bulgaria si Serbia. S-au produs sute de replici.

Datele preliminare arata ca la Targu Jiu avariile au constat in fisuri in pereti, desprinderi ale unor elemente de constructie la 48 imobile, dintre care 20 de case de locuit, 15 blocuri, 2 biserici, 1 spatiu comercial, 3 obiective economice, 7 sedii de institutii, ca si avarii usoare la mai multe cosuri de fum de la unele blocuri de locuit din zona Debarcader a Municipiului Targu Jiu. Cateva biserici au fost avariate langa Targu Jiu, la Tismana. A fost avariat si sediul Primariei (cladire monumentala de zidarie, veche de la 1898), la care mai multe cosuri s-au prabusit si au cazut in strada sau peste masini aflate in curte. In interiorul Primariei au fost avariate stucaturile de epoca de la plafon. Mici avarii s-au inregistrat in alte doua judete invecinate.

Ca probleme medicale, ISU a raportat atacuri de panica la 9 persoane, 4 fiind din jud. Gorj, cateva traumatisme provocate de diverse elemente de constructie, fiind necesara consultatie la spital, iar o persoana a ramas blocata in lift, intr-un bloc din Targu Jiu,  si a fost extrasa de echipajele de interventie. Ca urmare a caderilor de caramizi si tigle de pe cladiri au fost avariate sase autoturisme in Targu Jiu, iar pe Defileul Jiului au cazut stanci. In judetul Hunedoara au fost identificate efecte in 7 localitati (fisuri la diferite corpuri de cladire, scari de bloc, balcoane etc).

Istoria seismica a zonei ne arata pana acum ca magnitudinea celui mai mare cutremur crustal local fusese la 20 iunie 1943, M_w 5,2. In 1912 si 1963 mai fusesera cutremure avand M_w 4,5, Probabil ca seismul de ml 5,7 (echivalabil cu cca. M_w 5,5) va deveni maximul zonei.

Comportarea constructiilor la cutremur trebuie analizata si inteleasa in raport atat cu specificul lor constructiv, dat de evolutia lor in istorie, cat si cu caracteristicile miscarii seismice. Miscarile seismice crustale au o compozitie spectrala care solicita structurile rigide, de exemplu cele din zidarie, iar mai ales in vecinatatea sursei se explica avariile mentionate.

Reteaua Nationala de Monitorizare si Protectie Seismica a Patrimoniului Construit, operata de INCD URBAN-INCERC, prin componenta sa Reteaua seismica nationala pentru constructii, a obtinut inregistrari accelerografice la Targu Jiu si in alte localitati; la Targu Jiu s-a inregistrat pe 14 februarie o acceleratie de varf a terenului (PGA) de 0,1968 g. Nivelul PGA arata o buna corelatie cu unele avarii constatate la cladiri traditionale, ca si cu modul in care s-au comportat cladirile noi, realizate dupa coduri relativ recente. Aceste date vor permite, dupa o prelucrare detaliata, sa se traga si alte concluzii.

Invataminte pentru inginerii constructori din Romania

Fiecare mare cutremur ne invata sau ne confirma ceva, de multe ori cu un pret enorm. Dezastrul din Turcia demonstreaza insa ca la peste 20 de ani de la marile tragedii din 1999 societatea si unii dezvoltatori imobiliari au uitat lectiile amare ale acelor ani. Si la noi, la 46 de ani de la 4 martie 1977, par sa se fi uitat unele vulnerabilitati si prioritati. Cel putin la nivelul unor proprietari de apartamente. In Romania exista un sistem de control al calitatii in constructii. Nu stim daca unii dezvoltatori au putut sa incalce legile atat de mult ca in Turcia, insa dupa astfel de dezastre apar ingrijorari publice si la noi, ceea ce a condus la inceperea unor evaluari.

Trebuie reamintit ca sursa de adancime intermediara Vrancea (de tip paleosubductie), ca si cutremurele crustale din Vrancea sau din alte surse din tara noastra, difera de sursele crustale de pe faliile din Turcia prin mai multe caracteristici, inclusiv prin regimul magnitudinal. Cutremurele de magnitudine relativ similara din istoria Romaniei s-au produs la 1802, 1838, 1940 si 1977, dar nu le putem atat de simplu corela cu altele. Despre cutremurele istorice nu avem date asa cum avem despre cele de acum. Tectonica globala include insa multe interactiuni.

Ca succesiune in timp, nu putem nega anumite relatii intre cutremurele din Turcia si cele de la noi, dar adancimile si mecanismele si decalajul in luni sau ani sunt semnificative. Oricum, astfel de probleme se vor studia in continuare.

Dar pe noi ne intereseaza in primul rand constructiile. Prabusirile de tip „stiva de vreascuri” au existat si la noi, la blocul Carlton in 1940 si in 1977 la cladirile cu schelet de beton realizate inainte de 1940. Dar in 1977 s-au prabusit (partial) numai trei cladiri noi. Insa repetarea dezastrelor nu trebuie admisa. Consideram ca trebuie identificate si interzise inca din etapa de autorizare unele solutii vulnerabile cunoscute de atat de mult timp, cum ar fi parterul slab/flexibil, cu stalpi mult mai slabi pe o directie, daca nu exista masuri compensatorii adecvate.

Atat in Turcia, cat si in Romania, s-a dovedit inca o data rolul retelelor de inregistrare a miscarilor puternice pentru constructii in localitati, pentru a sti la ce forte au fost supuse in realitate structurile de diferite tipuri si cum s-au comportat in raport cu codul.

Autoritatile au inspectat peste 387.000 de cladiri din cele 10 provincii afectate de cutremur in sud-estul tarii. Ne gandim ca, dupa starea de urgenta, in Turcia se vor putea face analize ale cladirilor care au supravietuit si in comparatie cu acceleratiile locale inregistrate de retelele de tip strong-motion se va putea evalua care a fost „secretul” care le-a salvat. Nu stim inca in ce mod ar putea fi evaluate cladirile prabusite, ale caror componente au devenit un morman de moloz, pentru a sti ce anume le-a condamnat… Insa, oficial, dupa anuntul Ministerului Planificarii Urbane, toate cladirile grav avariate si periculoase ar urma sa fie sa fie demolate urgent, prin implozie.

In Turcia, ca si in orice tara, desi intotdeauna va fi urgenta, reconstructia, care poate ca va include si consolidari si reparatii, trebuie sa fie facuta numai cu solutii ingineresti verificate, dupa principiul ISDR-ONU „To build back better” adica „Sa construim dupa aceea mai bine”.

Scenariile de cutremur care ne arata unde sunt vulnerabilitati in constructii si ce pierderi putem avea nu trebuie sa creeze panica. Acestea trebuie sa fie baza unor masuri si politici publice preventive si eficiente. Toate inainte ca viitoarele cutremure sa ne arate cat de mult, daca, si cine a gresit.

Reteaua noastra seismica nationala pentru constructii de la URBAN-INCERC trebuie sa beneficieze de finantare continua si adecvata. Sunt necesare cercetari si testari la scara mare pe structuri sau componente care sa arate care sunt solutiile tehnice care asigura supravietuirea constructiilor si siguranta vietii ocupantilor, chiar si sub solicitari extreme.

Reactia populatiei a fost foarte mult influentata de secventele seismice din Turcia si apoi de asocierea cu cele din Gorj. Unii au uitat ca toata Romania este zona seismica. Pentru a evita atat panica nejustificata cat si o comportare care poate pune in pericol viata, populatia din diferite zone si localitati ar trebui sa primeasca periodic si fara accente de alarmare informatii cu privire la sursele seismice din vecinatate si reactia adecvata si protectoare la cutremure semnificative.

Sa stie si ca actiunea seismica va cauza diferite avarii la constructii mai vechi dar acestea nu vor fi neaparat catastrofice. Ca exista solutii ingineresti de proiectare si, dupa caz, de consolidare.

La INCD URBAN-INCERC se realizeaza periodic actiuni de diseminare a unor astfel de cunostinte prin ECBR – Centrul European pentru Reabilitarea Cladirilor din cadrul Acordului EUR-OPA Hazarduri majore. In perioade de criza cauzate de evenimente seismice, membrii CNCisC – COMISIA NATIONALA COMPORTAREA in situ A CONSTRUCTIILOR pot sa contribuie la transmiterea unor informatii corecte si utile populatiei.

(Articol publicat intr-o versiune usor modificata in Buletinul CISC, Nr. 1, Anul XXVII ianuarie – februarie 2023, Cod ISSN 1584-6687, editat de COMISIA NATIONALA COMPORTAREA in situ A CONSTRUCTIILOR – http://www.cncisc.com/wp-content/uploads/2023/03/Buletin-informativ-nr.-1-2023.pdf)

Autor: dr. ing. Emil-Sever GEORGESCU – INCD URBAN-INCERC, vicepresedinte Constructii CNCisC

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 201 – aprilie 2023, pag. 44-47