Revista >> Martie 2023 [Nr. 252] >> Top Story

Impactul recentelor evenimente seismice asupra cercetării românești în construcții

Daniel Butnariu

14 Martie 2023

După mai bine de șase decenii de activitate în domeniul ingineriei seismice, al înregistrării, prelucrării avansate și analizării mișcărilor seismice din țara noastră, Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare în Construcții, Urbanism și Dezvoltare Teritorială Durabilă URBAN-INCERC se afirmă drept un pol național de competențe multidisciplinare în evaluarea aprofundată a evenimentelor seismice, a efectelor și riscurilor generate de acestea asupra construcțiilor. Aceasta este doar una dintre ramurile de activitate ale institutului, deoarece URBAN-INCERC are o gamă amplă de responsabilități de interes național în sectorul construcțiilor, contribuind între altele la fundamentarea strategiilor și reglementărilor tehnice și economice din domeniul dezvoltării teritoriale și urbane. Zona de cercetare seismică atrage în mod special atenția în această perioadă, după cutremurele catastrofale înregistrate la începutul lunii februarie în Turcia și Siria, urmate la scurt timp de o serie de seisme în România, cu efecte notabile mai ales în județul Gorj. Impactul acestor mișcări telurice subliniază necesitatea susținerii unui efort permanent de cercetare, care poate influența decisiv gradul nostru de pregătire în cazul unui cutremur sever, asemănător celui produs pe 4 martie 1977.

Puține dispozitive didactice generează emoții la fel de puternice precum cele expuse în cadrul centrului de date al Rețelei Naționale Seismice pentru Construcții, facilitate avansată de cercetare gestionată de URBAN-INCERC. Pe biroul lui Claudiu-Sorin Dragomir, doctor inginer și director general al institutului, se află o platformă mobilă pe care se înalță la cote diferite câteva lamele metalice, fiecare cu câte o greutate în vârf. În funcție de intensitatea și frecvența cu care deplasezi platforma înainte și înapoi, fiecare lamelă intră în rezonanță în anumite momente, amplificând mișcarea de la bază. O acționare energică pe o distanță scurtă tulbură semnificativ echilibrul lamelelor mai scurte, pe când cele înalte se unduiesc alene, digerând mai bine șocurile. Invers, o mișcare prelungă a platformei cu schimbări de direcție într-un interval mai amplu de timp determină o încovoiere accentuată a lamelelor înalte, în schimb cele scunde rămân aproape impasibile.
„Aceasta este particularitatea care explică răspunsul seismic diferențiat, la cutremurele de Vrancea față de cele crustale, pe care specialiștii au stabilit-o în urma cutremurului din 1977”, spune dr. ing. Claudiu-Sorin Dragomir arătând spre secțiunea cu lamele înalte a platformei. „Atunci a fost identificată practic o nouă cheie de înțelegere a efectelor generate de evenimentele seismice asupra structurilor din România.” Realizarea a fost posibilă grație stației seismice instalate chiar aici, în sediul institutului, care a înregistrat în acel moment singura accelerogramă completă a evenimentului, cu componente spectrale de perioadă lungă.
Înregistrarea a surprins comunitatea științifică a epocii și a răsturnat multe concepte în construcții, evidențiind modul în care parametrii seismici erau anterior subestimați din cauza lipsei unor date de tip „strong motion”. „Astfel am putut explica de ce o casă de chirpici făcută artizanal a trecut prin cutremur doar cu câteva fisuri, în timp ce o clădire înaltă proiectată de ingineri potrivit principiilor vremii din anii 1930-1940 a intrat în quasi-rezonanță și s-a prăbușit”, explică dr. ing. Emil-Sever Georgescu, președintele Consiliului Științific al URBAN-INCERC, cercetătorul cu cea mai îndelungată carieră din cadrul institutului.
Noua perspectivă asupra efectelor activității seismice conform datelor înregistrate în 1977 s-a reflectat în modificarea rapidă a normelor de proiectare a construcțiilor, mai întâi în 1978, apoi în 1981, și ulterior integrând majorări substanțiale ale forțelor luate în calcul și un spectru de proiectare cu componente de oscilații de perioadă mai lungă.

Mereu în stare de veghe
După 46 de ani de la cutremurul din 1977, infrastructura de monitorizare seismică URBAN-INCERC a marcat o nouă premieră. La doar o săptămână după cutremurele care au răvășit sudul Turciei și nordul Siriei, stația de la Târgu Jiu a înregistrat pe 14 februarie un seism cu o accelerație de vârf a terenului (PGA) de 0,1968 g, o valoare mai mare decât cea prevăzută până la acea dată pentru respectiva zonă geografică (0,15 g). Sunt primele date de acest fel înregistrate până acum la Târgu Jiu, care permit specialiștilor să coreleze mai precis caracteristicile seismului cu starea de avariere sau integritate a construcțiilor din Gorj, reliefând chiar diferențe de comportament între clădirile tradiționale și cele realizate conform codurilor recente.
Observațiile preliminare ale autoritățilior, luate în evidență de institut pentru analiza evenimentului seismic, au identificat avarii la 48 de imobile din Târgu Jiu, din care 20 de case și 15 blocuri, dar și 7 sedii de instituții, inclusiv clădirea primăriei, o construcție monumentală de zidărie, ridicată în 1898. De altfel, cutremurul a fost resimțit și de instrumentele stației de la Cluj-Napoca, ceea ce nu s-a mai întâmplat până acum.
Această perspectivă amplă este facilitată de stațiile seismice coordonate de URBAN-INCERC în cadrul Rețelei Naționale de Monitorizare și Protecție Seismică a Patrimoniului Construit (RNMPSPC). Extinsă anul trecut cu două stații instalate în București, la sediul Ministerului Cercetării, Inovării și Digitalizării din strada Mendeleev, rețeaua acoperă în prezent întregul teritoriu național. „Am ținut cont în distribuția și amplasamentul stațiilor noastre de seismicitatea României și de harta accelerațiilor de vârf, așa cum este redată în zonarea cuprinsă în cel mai recent cod de proiectare, P100-1/2013”, spune Claudiu-Sorin Dragomir.
În conformația actuală, rețeaua este alcătuită din 66 de stații seismice, dintre care 16 sunt instalate în București și restul de 50 în țară, iar înregistrările lor sunt reproduse în timp real pe monitoarele din institut, grație unei conexiuni directe pusă la dispoziție de Serviciul de Telecomunicații Speciale (STS). „Deși ne confruntăm constant cu dificultăți în finanțarea activităților noastre, ne bucurăm de sprijin din partea a două instituții importante în gestionarea rețelei seismice”, precizează Claudiu-Sorin Dragomir. „Inspectoratul pentru Situații de Urgență ne-a pus la dispoziție spațiu securizat pentru stațiile din teritoriu, iar STS ne asigură gratuit transferul de date prin sistemul național pe care îl operează.” Susținerea de care se bucură rețeaua de monitorizare și protecție seismică este esențială pentru activitatea institutului în condițiile în care majoritatea stațiilor (38) este plasată în spații deschise, free field”.
„Spre deosebire de colegii noștri de la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului (INFP), care au nevoie să își plaseze senzorii în zone cât mai ferite de interferențe, specificul activităților noastre ne impune în egală măsură monitorizarea spațiilor construite, de aceea avem și 28 de stații în clădiri sau în apropierea lor”, declară dr. ing. Emil-Sever Georgescu. Una dintre construcțiile aflate sub lupa institutului este un bloc din cartierul Balta Albă, care este monitorizat neîntrerupt începând din 1977 și este inclus într-un proiect de analiză avansată a mișcărilor seismice pe baza unor algoritmi de detecție a avariilor structurale în urma cutremurelor puternice.

Lecțiile dure ale Pământului
Chiar și la aproape 2.000 km distanță de localitățile din Turcia și Siria afectate de mișcările seismice de la începutul lunii februarie, ilustrarea modului în care au fost nimicite clădirile de acolo care aveau la parter structuri pe stâlpi pentru spații comerciale ample (fără ca structura să fi fost adecvat detaliată spre a prelua solicitările diferențiate de la acel nivel) este cu adevărat cutremurătoare. Un alt dispozitiv didactic (pe care institutul l-a dobândit în urma unui program japonez de cooperare științifică) reproduce două tipuri de clădiri, una scundă, cu două niveluri, cealaltă e mai înaltă, cu patru „etaje”: aparent solide sub acțiunea simulată a unei unde seismice, dacă le îndepărtezi peretele de rezistență de la bază, devin niște structuri excesiv de flexibile, care cedează sub presiunea oscilațiilor.
Problema clădirilor cu parter „slab” sau „flexibil” nu este neapărat legată numai de structura constructivă, ci și de valorile de calcul seismic luate în considerare în proiectarea lor. „Rapoartele publicate după cutremurele recente din Turcia includ o mulțime de înregistrări pentru fiecare eveniment, iar în cazul anumitor stații seismice au fost înregistrate accelerații de vârf de 1,5-2,0 g, în condițiile în care harta de zonare seismică indica anterior doar 0,4 g”, spune Emil-Sever Georgescu. „Asta subliniază în primul rând capacitatea Pământului de a ne surprinde, de a ne face să reevaluăm constant ce știm și ce nu.”
Pe de altă parte, însă, astfel de situații evidențiază și importanța dezvoltării unei rețele cuprinzătoare de stații seismice (în Turcia, de exemplu, primul mare seism din februarie a fost înregistrat de 291 stații, iar al doilea de 267 stații seismice „strong motion”), care să contribuie la determinarea profilului individual al fiecărei avarii cauzate de un cutremur. Astfel, o clădire prăbușită la o accelerație de 0,3 g într-o zonă seismică desemnată în cod cu 0,4 g trădează deficiențe constructive și atrage răspunderea penală; un cutremur care depășește valorile hărții seismice impune revizuirea normativelor de proiectare. Este ceea ce se va întâmpla foarte probabil și în Gorj, în urma analizării înregistrărilor recente, care au demonstrat o expunere la cutremurele de suprafață mai mare decât se anticipase.
„În mod ideal, orice cutremur îți arată unde și cum trebuie să intervii, fie că modifici codurile de proiectare, fie că limitezi într-o anumită zonă tipurile de construcție care pot fi ridicate sau soluțiile constructive utilizate”, adaugă Emil-Sever Georgescu. „În 1991, când au avut loc cutremure puternice în Banat, am prins pe înregistrări doar replica primului seism din vară, dar după aceea am captat date pentru toate mișcările seismice până în decembrie și am văzut schimbările din spectrul local. Erau lucruri de îmbunătățit, drept urmare am modificat toată zonarea seismică pentru vestul țării, deși harta anterioară nu cred că avea mai mult de un an de la actualizare.”

Personalități complementare
Modificarea codurilor de proiectare seismică și de consolidare a construcțiilor este efectuată pe baza datelor înregistrate în teren și de pe clădirile instrumentate de URBAN-INCERC prin componentele Rețelei Naționale de Monitorizare și Protecție Seismică a Patrimoniului Construit. De altfel, în cadrul Sistemului Național pentru Managementul Situațiilor de Urgență, institutul asigură consultanță și sprijin pentru Comitetul Ministerial pentru Situații de Urgență la cutremure și/sau alunecări de teren din cadrul Ministerul Dezvoltării, Lucrărilor Publice și Administrației.
Pe lângă stațiile seismice distribuite în teritoriu, URBAN-INCERC operează între altele și echipamente specializate pentru o gamă dedicată de aplicații, de la evaluarea nivelului de vibrații și al confortului ocupanților unei clădiri până la determinarea unor caracteristici dinamice specifice. „În cadrul unor programe Nucleu, am efectuat măsurători pentru construcții aflate în patrimoniul instituțiilor publice, astfel încât să avem valori de referință nu doar pentru evaluarea unor eventuale daune cauzate de cutremur, ci și pentru validarea intervențiilor structurale implementate în urma unui proiect de consolidare, certificând astfel modificările de rigiditate”, declară Claudiu-Sorin Dragomir.

Această latură aplicativă a activității institutului, dar și aria de interes foarte specializată a cercetării URBAN-INCERC justifică pe deplin asumarea unei identități distincte în raport cu domeniul acoperit de INFP. „Dacă în cazul INFP vorbim exclusiv despre seismologie, despre modul de propagare a undelor seismice sau natura terenului prin care se deplasează aceste unde, noi discutăm la URBAN-INCERC despre inginerie seismică, luăm în calcul acțiunea cutremurului ca valoare de intrare în calculul legat de reziliența unei clădiri, de proiectarea unei structuri și răspunsul acesteia la evenimentele seismice”, explică Claudiu-Sorin Dragomir.
În practică, cele două instituții au o istorie bogată de colaborare multidisciplinară, exemplificată cel mai bine de protocolul încheiat pentru accesul la platformele europene EPOS (European Plate Observing System), care prevede furnizarea de date seismice prin intermediul nodului EIDA (European Integrated Data Archive), infrastructura europeană integrată de arhivare de date. Nodul administrat de INFP colectează și arhivează date de la rețelele seismice de pe teritoriul României, Bulgariei, Republicii Moldova și Ucrainei, iar în formatul internațional, datele provenite de la stațiile seismice URBAN-INCERC vor etichetate cu un identificator distinct, RQ.

„Cu INFP și Universitatea Tehnică de Construcții București am lucrat împreună în urmă cu câțiva ani la proiectul RO-RISK, coordonat de Inspectoratul General pentru Situații de Urgență, prin care am formulat scenarii de cutremur și evaluările de impact la nivelul României, ca element condițional pentru a avea acces la finanțare europeană în caz de dezastre. Au fost evaluate atunci toate tipurile de risc, nu doar cele seismice, fiind un efort contra cronometru finanțat la limită, dar am avut parte de o colaborare interdisciplinară extraordinară cu toate institutele de cercetare implicate”, povestește Emil-Sever Georgescu.
„Tot ce ne dorim, de fapt, este să avem siguranța finanțării”, concluzionează Claudiu-Sorin Dragomir. „Am reușit să menținem și să dezvoltăm o rețea seismică performantă în condițiile în care nu am beneficiat de finanțare dedicată pentru această infrastructură. Echipa noastră este redusă, de curând am angajat doi tineri studenți pe poziție de tehnicieni și nu putem decât să sperăm că vor rămâne în colectiv după ce vor obține licența, dar pentru a menține toate echipamentele în funcțiune, pentru a ne îndeplini misiunea, este nevoie în permanență de intervenții și investiții.”
În mod neașteptat, în ciuda tragediilor provocate de cutremurele recente, conștientizarea sporită a efectelor negative ale mișcărilor seismice ar putea să susțină cauza URBAN-INCERC în următoarea competiție din cadrul programului de finanțare a Instalațiilor și Obiectivelor Naționale de Interes Național. La precedenta ediție, institutul a fost clasificat pe poziția 6 și doar o singură entitate de cercetare-dezvoltare a intrat în program. Poate la noua rundă de finanțare, mișcările tectonice vor plasa URBAN-INCERC în poziția pe care o merită.n