Inginerie seismic1. Noiuni de seismologieNoiunea de seism / cutremur

- micarea oscilatorie, - brusc, - spaial, haotic de la suprafaa pmntului datorat unui oc deosebit de puternic produs de cauze interne sau externe.- cataclisme naturale deosebit de periculoase

- nu sunt insoite de fenomene certe de preavizare

Studierea micrilor seismice se face cu ajutorul a dou tiine:tiin geofizic care se ocup cu studiul structurii globului terestru i, n special, cu cel al scoarei terestre, cauzele cutremurelor, propagarea i nregistrarea undelor seismice, a mecanismelor de producere n focar a cutremurelor, zonarea seismic a terenurilor.parte a dinamicii structurilor care se ocup cu proiectarea i protecia antiseismic, analiznd probleme ca: amplasarea localitilor i a obiectivelor economice, comportarea construciilor la cutremure, comportarea terenului de fundare la trecerea undelor seismice, stabilirea tipului de structuri i de fundaii rezistente la cutremure.Seismologia - Ingineria seismic -

Noiuni de bazAmplitudinile oscilaiilor spaiale D (t) se definesc n general prin 3 componente: 2 n plan orizontal N S, E V; o component orientat dup verticala locului.

Efectul acestor micri se transmite la fundaia construciilor ca aciuni indirecte de tipul cedrilor de reazeme, cedri variabile n timp, oscilatorii, care au ca rezultat producerea oscilaiilor construciilor, deci apariia pe masele n micare a forelor de inerie numite aciuni seismice.

Efectele cutremurelor sunt diferite n funcie de o serie de parametrii: adncimea focarului; distana pn la epicentru; tria ocului n focar; natura straturilor geologice prin care se propag undele seismice; numrul i calitatea construciilor din zon; gradul de populare al zonei; caracteristicile dinamice ale structurii analizate (perioada proprie de vibraie, fraciunea din amortizarea critic). Fiecare cutremur se manifest n mod unic.

Cutremurele sunt adeseori nsoite i de alte fenomene, cum ar fi: fenomene luminoase n linia orizontului datorate eliberrii de energie i modificarea cmpului magnetic ntre poli sau ntre pmnt i atmosfer;

zgomote puternice produse de ruperea, zdrobirea sau fracturarea masivelor de roci prin care trec undele seismice;

fenomene tectonice ca alunecri de mase mari de pmnt, ridicarea sau coborrea nivelului scoarei, apariia unor falii de suprafa.

2. Clasificarea cutremurelorDup amplasamentul focarului continentale cu focar n zona continentelor;

oceanice cu focar n zona oceanelor. Aceste focare sunt amplasate de-a lungul dorsalelor oceanice, adic a munilor subacvatici; sunt mai slabe ca intensitate i pot fi nsoite de valuri mari numite tsunami (>30 m).

Rspndirea focarelor

Dup adncimea focarului crustale - superficiale, cu focarul situat la o adncime de 0 30 km, (Banatice);

subcrustale - normale, cu focarul situat la o adncime de 30 60 km;

- intermediare, cu focarul situat la o adncime de 60 300 km, (Vrncene);

- de adncime, cu focarul situat la o adncime de 300 750 km.

Dup cauze cutremure datorate unor cauze externe (exogene) sunt cele produse de impactul cu meteorii, influena cometelor, modificarea vitezei de rotaie a pmntului datorat erupiei solare. Sunt cutremure slabe ca intensitate i cu efecte minore.

cutremure datorate unor cauze interne (endogene)cutremure de prbuire (cam 3% din numrul total de cutremure) se datoreaz alunecrii unor gheari sau a unor mari masive de pmnt, prbuirii n goluri carstice cu efecte locale reduse: eventual bararea vilor, formarea lacurilor;b) cutremure vulcanice (cam 7% din numrul total de cutremure) apar n momentul formrii coului vulcanic. Au efecte regionale moderate.c) cutremure tectonice (cam 90% din numrul total de cutremure) legate de dinamica plcilor litosferice - pot avea efecte dezastruoase.

n dreptul foselor oceanice placa cu crust nou intr sub placa continental veche, avnd loc fenomenul de subducie.

Al doilea fenomen apare cnd se ntlnesc plci cu sensuri de micare inverse, aa numitul fenomen de coliziune a plcilor.Datorit fenomenului de formare de crust nou se produce cel de-al treilea fenomen i anume micarea relativ ntre plci la suprafa prin forfecare.

Cauzele cutremurelor tectonice sunt cele 3 fenomene: subducia, coliziunea i micarea relativ care nsoesc dinamica plcilor litosferice.

Categorii de cutremure n Romnia

Cutremure polikinetice (timp de cteva luni, mai multe ocuri):

cutremurele fgrene; cutremurele Pontice (focare paralele cu litoralul); cutremurele danubiene (Vre Moldova Nou).

2. Cutremurele monokinetice (pot fi nsoite de cteva replici)

cutremurele transilvane (Mure Trnava Mare); cutremurele prebalcanice (Bulgaria); cutremurele banatice legate de tendina de scufundare a zonei; cutremurele moldavice (Curbura Carpatic sau cutremurele vrncene care sunt cutremure intermediare cu adncimea focarelor de 100 150 km).

Facultatea de Medicina

3. Undele seismice

n momentul producerii ocului seismic, n focar se elibereaz energia de deformaie acumulat n masivul de roc sub form de energie cinetic care se propag prin straturile geologice sub forma unor unde elastice.

Aceste unde elastice se numesc unde seismice i, ajungnd la suprafaa pmntului, produc oscilaia scoarei terestre, adic cutremurul.

Dup origine i modul de manifestare, undele seismice sunt:

Unde seismice de adncime unde ce pornesc din focar, i, dup modul de oscilaie al particulelor sunt de 2 feluri:

longitudinale (P primare), particulele materiale oscileaz paralel cu direcia de propagare, sunt nsoite de intinderi sau compresiuni precum i de modificri de volum;

transversale (S secundare), particulele materiale oscileaz normal pe direcia de propagare, fiind nsoite de tensiuni de forfecare, nefiind nsoite de modificri de volum. Conin 82% din energia cutremurelor sunt cele mai periculoase pentru construciile dezvoltate pe vertical produc deplasri orizontale la suprafaa terenului.

Undele P pot strbate medii solide, lichide sau gazoase, suferind fenomene de refracie i reflexie la trecerea prin diferitele straturi ale pmntului. Ca urmare a acestor fenomene, plecnd din focar, apar zone pe glob n care undele P generate de acel eveniment seismic nu se resimt.

Undele S pot strbate numai medii solide, nu i medii lichide sau gazoase (care nu pot fi solicitate la forfecare), suferind fenomene de refracie i reflexie la trecerea prin diferitele straturi ale scoarei i mantalei pmntului. Ca urmare a acestor fenomene, plecnd din focar, apar zone pe glob n care undele S generate de acel eveniment seismic nu se resimt.

Dac admitem la nivelul dimensiunilor geologice c mediul de propagare este omogen i izotrop, viteza undelor este:

unde: - coeficient de compresibilitate volumic;

- modulul de elasticitate la deformabilitate transversal al mediului;

E - modulul de elasticitatela deformare longitudinal al mediului;

- densitatea mediului;

- coeficientul Poisson.

Pentru medii slabe, mbibate cu ap, viteza

undelor principale este de circa 0,4 km/s; undelor secundare de 0,2 km/s.

Pentru medii formate din roci dure, bazalt, viteza de propagare a

undelor principale este de circa 5,8 km/s; undelor secundare 3,5 km/s.

Cunoaterea vitezei de propagare a diferitelor tipuri de unde prin diverse medii este foarte important pentru seismologi deoarece furnizeaz informaii asupra poziiei focarului sau a existenei a unuia sau a mai multor focare.

nregistrarea undelor seismice P i S n diferite staii de nregistrare.Efectul trecerii undelor P i S asupra mediului n amplasamente situate n apropierea focarului i la distan.

B. Unde seismice de suprafa (L lungi, cu perioada circa 80 s) se formeaz la suprafa prin:

reflexia refracia interferena

fenomene provocate de existena suprafeelor de discontinuitate care separ materiale cu densiti diferite.

Se manifest la suprafa, practic la 10 m adncime nu se mai resimt, iar la 3 m adncime amplitudinea lor se reduce cu 30% (amplitudinea lor scade exponenial cu adncimea). Au vitez aproximativ constant de 3,4 km/s, sunt unde spaiale, de volum.

La rndul lor, undele seismice de suprafa sunt de dou tipuri:

longitudinale (R Rayleigh); transversale (Q Love).undelor de adncime,

4. nregistrarea undelor seismice

nregistrarea undelor produce singurele mrimi obiective cuantificabile ce reprezint excitaii sub form de cedri de reazeme oscilatorii asupra fundaiilor construciilor.

Micarea seismic ntr-un punct fiind micare spaial necesit nregistrri pe 3 direcii care, prin compunere, descriu micarea general.

Direciile pe care se fac aceste nregistrri sunt: verticala amplasamentului i 2 direcii pe orizontal (N S, E V).

nregistrrile se fac cu ajutorul a 2 aparate specializate:

Seismometru

seismograma = diagrama de variaie a deplasrii n punctul de nregistrare dup o anumit direcie;

Accelerometru

accelerograma = diagrama de variaie a acceleraiei micrii n punctul de nregistrare dup o anumit direcie.

Aceste nregistrri reprezint baza pentru calculul construciilor, deci pentru o proiectare antiseismic, pentru c ele reprezint ncrcri, aciuni la baza construciei sunt elemente obiective.

Schematic, accelerometrul este un sistem oscilant cu un grad de libertate dinamic alctuit dintr-o mas m, un resort cu o constant elastic k i un amortizor vscos cu un coeficient de amortizare c.

Cnd undele ajung la baza aparatului, masa acestuia ncepe s oscileze.

Oscilaiile proprii ale masei aparatului nu trebuie s influeneze parametrii oscilaiilor care se nregistreaz.

Pulsaiile sau perioadele proprii ale aparatului trebuie s difere mult de pulsaiile oscilaiilor care se nregistreaz.

n orice nregistrare se pot pune n eviden prezena succesiv a trei faze: faza precursoare n care apar oscilaiile primare i secundare; faza principal n care apar undele de suprafata (L) i o amplificare a micrii; faza final n care undele se atenueaz prin amortizare.

Geofizicienii, pe baza nregistrrii undelor seismice, pot alctui hodografe cu ajutorul crora pot localiza focarul cutremului, pot identifica existena a mai multor focare, precum i numrul de ocuri din fiecare focar.

5. Magnitudinea cutremurelorMagnitudinea (M) este un parametru unic care definete tria ocului n focar i este legat de cantitatea de energie de deformaie eliberat n momentul producerii ocului seismic. Este un parametru obiectiv pentru caracterizarea unui cutremur.Charles Richter a definit magnitudinea ca logaritmul zecimal al amplitudinii maxime msurate n microni la 100 km de epicentru, nregistrat cu un seismometru standard Wood Anderson cu perioada proprie de 0,8 s, cu fraciunea din amortizarea critic c = 0,8 i cu un factor de multiplicare f = 2800:

ntre magnitudine i energia eliberat s-au stabilit diferite relaii empirice:

(ergi)

Relaia este exprimat n scar logaritmic, deci la o unitate de magnitudine corespunde o variaie a amplitudinii de 10 ori i a energiei de 32 de ori.

n funcie de magnitudine, cutremurele se clasific n:

cutremure majore cu M = 7 9 (20 / an / glob, din care cu M = 8 sau 9 sunt 1/ an / glob); cutremure moderate cu M = 5 7 (1.200 / an / glob); cutremure mici cu M = 3 5 (50.000 / an / glob); microcutremure cu M = 0 3 (109 / an / glob).

Recent, pentru caracterizarea cutremurelor puternice se folosete noiunea de MMS magnitudinea momentului seismic, noiune care vine de la interpretarea fenomenului de rupere de-a lungul faliei date de un cuplu de fore de forfecare:

MMS = G A D interpretat ca lucrul mecanic al rezultantei forelor de forfecare prin deplasarea relativ n lungul faliei unde G modulul elasticitate la deformare transversal; A aria de forfecare de-a lungul faliei; D deplasarea relativ a marginilor faliei n lungul acesteia.

6. Intensitatea cutremurelor. Scri de intensitate

Intensitatea seismic arat violena manifestrilor seismice la suprafaa scoarei terestre.

Prin intensitatea unui cutremur se nelege o mrime care apreciaz efectele unui cutremur la suprafaa pmntului asupra oamenilor i a bunurilor materiale.

Aceste efecte depind de mai muli parametrii:

magnitudinea; adncimea focarului; distana la epicentru; natura i caracteristicile straturilor geologice de adncime i de la suprafa prin care se propag undele seismice.

Acest fapt face ca intensitatea seismic s fie un criteriu subiectiv deoarece el reprezint o apreciere a oamenilor.

Efectele mai depind i de:

densitatea populaiei; densitatea construciilor; calitatea construciilor.

Intensitatea unui cutremur cu o magnitudine mare poate fi mic n zone nepopulate i fr case.

Avantajul acestei mrimi este c nu necesit msurtori.

Ea prezint importan pentru c amploarea efectelor ne oblig la luarea unor msuri de protecie i proiectare antiseismic.

Intensitatea cutremurelor se poate stabili pe baza unor scri de intensitate.

Scri de intensitate

a. Scara Mercalli modificat (MM) 1931 - sau aa numita scar a efectelor, mparte cutremurele n 12 grade de intensitate caracterizate prin anumite efecte.

I se spune modificat deoarece pentru fiecare grad de intensitate seismic i se asociaz o acceleraie medie orientativ a micrii la suprafata pmntului.

Se folosete n Europa de Vest i SUA.

b. Scara MSK folosit n fostele ri socialiste (Rusia). Provine din scara Mercalli la care, pentru fiecare grad de intensitate i se adaug un criteriu suplimentar - amplitudinea maxim de oscilaie a unui pendul sferic etalon.

c. Scara Japonez JMA - 1949 - are 8 grade de intensitate seismic.

d. Intensitatea ARIAS o intensitate obiectiv pentru c are drept criteriu energia disipat pe unitatea de greutate a unui grup de oscilatori cu pulsaii de la 0 la + . Energia se obine pe baza nregistrrilor ca aria cuprins ntre curba reprezentat i axa absciselor.