�ݺ�ߣ

1
1. Noţiuni de seismologie inginerească
1.1. Introducere
În medie peste 10000 de persoane au decedat anual din cauza cutremurelor de pământ în secolul
20 (Bolt, 2001, vezi Figura 1.1). Chiar dacă structurile proiectate şi construite conform standardelor
moderne de proiectare antiseismică sunt în general mult mai sigure, eliminând la maxim pierderile
de vieţi omeneşti, pierderile economice în urma cutremurelor de pământ sunt în creştere la nivel
mondial. Două exemple notorii sunt cutremurul din 1994 de la Northridge (SUA), cu pierderi
estimate la 40 miliarde dolari americani, şi cel din 1995 de la Kobe (Japonia), soldat cu pierderi de
aproximativ 100 miliarde dolari americani (Scawthorn, 2003).
Figura 1.1. Pierderi de vieţi omeneşti datorate cutremurelor majore în secolul 20 (Bolt, 2001).
Ingineria seismică este un domeniu al ingineriei care are ca scop reducerea efectelor
cutremurelor de pământ asupra construcţiilor inginereşti. Aceasta cuprinde diverse aspecte, printre
care: (1) studierea acelor aspecte ale seismologiei şi geologiei care sunt importante pentru
problemă, (2) analiza răspunsului dinamic al structurilor sub acţiunea mişcării seismice şi (3)
dezvoltarea şi aplicarea unor metode de planificare, proiectare şi execuţie a construcţiilor
rezistente la efectul cutremurelor de pământ. Ingineria seismică se întrepătrunde cu geoştiinţele pe
de o parte, şi cu ştiinţele sociale, arhitectura şi autorităţile pe de altă parte.
Seismologia este o ramură a geoştiinţelor care studiază vibraţiile create de surse naturale precum
cutremurele de pământ şi erupţiile vulcanice, precum şi sursele artificiale precum exploziile
subterane. Seismologia inginerească are ca obiectiv explicarea şi prezicerea mişcărilor seismice
puternice dintr-un amplasament şi studiul caracteristicilor mişcării seismice care sunt importante
pentru răspunsul structurilor inginereşti.
Pionerul cercetărilor moderne de seismologie a fost inginerul irlandez Robert Mallet, care a
întreprins studii de teren temeinice după cutremurul Neapoletan din 1857 (Italia). Acesta a explicat
"masele dislocate de piatră şi mortar" folosind termeni şi principii ale mecanicii, şi a introdus în
acest mod un vocabular de bază, ca de exemplu noţiunile de seismologie, hipocentru, isoseismic.
Inginerii constructori sunt interesaţi de mişcările seismice puternice, care pot produce distrugeri
semnificative asupra construcţiilor. Cu toate acestea, primii 60 de ani ai secolului 20 au fost

2
marcaţi de cercetări seismologice ale undelor seismice de la cutremure îndepărtate folosind
seismografe foarte sensibile. Aceste aparate nu erau potrivite pentru cutremure mai rare şi mai
puternice, relevante pentru practica inginerească.
Ulterior, situaţia s-a schimbat. După cutremurul San Fernando din 1971 au fost obţinute sute de
înregistrări seismice puternice pentru acest seism de magnitudine 6.5 din SUA. Cercetările privind
mişcările seismice puternice au început să avanseze rapid odată cu instalarea în zonele seismice
de pe glob a unor reţele dezvoltate de accelerometre digitale şi obţinerea de înregistrări seismice
în urma unor cutremure majore.
1.2. Activitatea seismică la nivel mondial
Analiza înregistrărilor seismice de la diferite observatoare seismografice permite determinarea
poziţiei cutremurelor de pământ. În acest mod, s-a obţinut o imagine de ansamblu a distribuţiei
seismelor pe pământ (vezi Figura 1.2). Centuri cu o activitate seismică ridicată delimitează zone
continentale şi oceanice întinse. În centura circumpacifică de exemplu au loc aproximativ 81% din
cutremurele majore de pe pământ. Alte 17% din cutremurele majore sunt localizate de-a lungul
centurii Alpide (care se întinde de la oceanul Atlantic până la insulele Sumatra din oceanul Pacific
şi include munţii Alpi, Carpaţii, munţii din Anatolia şi Iran, Hindu Kush, Himalaia, şi munţii din Asia
de sud-est). În interiorul zonelor continentale şi oceanice cutremurele de pământ sunt mult mai
rare, dar nu lipsesc în totalitate. Alte concentrări de activităţi seismice pot fi observate în zonele
oceanice, cum ar fi cele din mijlocul oceanului Atlantic şi ale oceanului Indian. Lanţuri de munţi
submarini se află în aceste zone, iar erupţiile vulcanice sunt frecvente. Concentrări masive de
cutremure de mare adâncime, de până a 680 km, pot fi observate în lanţurile de insule din oceanul
Pacific şi Caraibele de est.
vulcane
zone seismice
zone de subducţie
direcţia de deplasare
a plăcilor
zone de rift oceanic
zone de coliziune
Figura 1.2. Distribuţia mondială a cutremurelor (Bolt, 2001).
Undele seismice generate de un cutremur de pământ iau naştere undeva sub suprafaţa terenului,
prin alunecarea bruscă a marginilor unei falii, prin care se eliberează energia de deformaţie
acumulată în masivul de rocă. Cu toate că în cazul cutremurelor naturale sursa seismică este

3
distribuită într-un volum de rocă, adeseori este convenabilă considerarea simplificată a sursei
seismice ca şi un punct în care iau naştere undele seismice. Acest punct poartă denumirea de
focar sau hipocentru. Proiecţia hipocentrului pe suprafaţa terenului se numeşte epicentru (vezi
Figura 1.3). Cu toate că multe focare se află la adâncimi mici, în unele regiuni acestea se află la
sute de kilometri adâncime. Într-un mod relativ arbitrar, cutremurele de pământ pot fi clasificate în
funcţie de adâncimea hipocentrului în:
Cutremure de suprafaţă, cu adâncimea hipocentrului mai mică de 70 km.
Cutremure intermediare, cu adâncimea hipocentrului cuprinsă între 70 şi 300 km
Cutremure de adâncime, cu adâncimea hipocentrului mai mare de 300 km
Epicentru
Hipocentru
Figura 1.3. Definiţia hipocentrului şi a epicentrului unui cutremur de pământ, (USGS, n.d.)
Cutremurele de suprafaţă au consecinţele cele mai devastatoare, acestea contribuind la
aproximativ 75% din energia seismică totală eliberată de cutremure la nivel mondial. Exemple de
zone afectate de cutremure de suprafaţă sunt California (SUA), Turcia, Banat (România), etc. S-a
arătat că majoritatea cutremurelor produse în partea centrală a Californiei au hipocentrul în primii 5
km de la suprafaţă şi doar unele cutremure au focarele mai adânci, de maximum 15 kilometri.
Majoritatea cutremurelor medii şi puternice de suprafaţă sunt urmate de post-şocuri, care se pot
produce între câteva ore şi câteva luni după şocul principal. Câteodată, post-şocurile sunt suficient
de puternice pentru a crea distrugeri construcţiilor slăbite de cutremurul principal. Doar puţine
dintre cutremure sunt precedate de ante-şocuri provenind din zona hipocentrală, sugerându-se
folosirea acestora pentru prezicerea şocurilor principale.
Regiunile afectate de cutremurele de pământ cu focare intermediare şi de adâncime includ
România (sursa subcrustală Vrancea), marea Egee, Spania, Anzii din America de Sud, insulele
Tonga, Samoa, Noile Hebride, marea Japoniei, Indonezia şi insulele Caraibe.
1.3. Cauzele cutremurelor
1.3.1. Cutremure tectonice
Majoritatea cutremurelor de pământ pot fi explicate coerent de teoria plăcilor tectonice. Conform
acestei teorii, învelişul exterior al Pământului (denumit litosferă, vezi Figura 1.4) este format din
câteva masive imense de rocă relativ stabile, denumite plăci tectonice. Principalele plăci tectonice
sunt reprezentate în Figura 1.2 şi Figura 1.5. Acestea au în medie o grosime de aproximativ 80
kilometri şi sunt deplasate de mişcarea de convecţie din manta, care la rândul său este creată de
căldură generată în nucleu. Mişcarea relativă a plăcilor tectonice este responsabilă pentru o parte
importantă a activităţii seismice mondiale. Coliziunea dintre plăcile litosferice, distrugerea
marginilor plăcilor tectonice în zonele de subducţie (zone convergente) la alunecarea unei plăci
sub o altă placă, sau expansiunea în zona rifturilor oceanice (zone divergente) sunt toate
mecanisme care produc tensiuni şi fracturi semnificative în scoarţa terestră. Multe cutremure
majore se datorează alunecării de-a lungul faliilor transcurente.
Cutremurele generate la marginile active ale plăcilor tectonice poartă denumirea de cutremure
inter-placă. Cele mai puternice cutremure de suprafaţă din Chile, Peru, Caraibele de est, America
Centrală, sudul Mexicului, California, Alaska de sud, insulele Aleute şi Kurile, Japonia, Taiwan,

4
Filipinele, Indonezia, Noua Zelandă, centura Alpi - Caucaz - Himalaia sunt de tipul cutremurelor
intra-placă. Viteza medie de deplasare a plăcilor tectonice este de 2-5 cm/an.
Scoarţă
Manta superioară
Manta
Nucleu exterior
Nucleu interior
scoarţă + manta superioară =
litosferă
Figura 1.4. Structura internă a planetei pământ (http://en.wikipedia.org/).
Figura 1.5. Principale plăci tectonice, (USGS, n.d.)

5
zonă
convergentă
oceanică
zonă
transcurentă
zonă
divergentă
oceanică
zonă convergentă zonă divergentă oceanică
Figura 1.6. Schiţă reprezentând zonele convergente, divergente şi transcurente ale plăcilor
tectonice (USGS, n.d.)
Pe lângă cutremurele generate la marginile active ale plăcilor tectonice, câteodată se produc
cutremure devastatoare în interiorul plăcilor tectonice. Acestea din urmă poartă denumirea de
cutremure intra-placă. Astfel de cutremure de pământ indică faptul că plăcile litosferice nu sunt
indeformabile şi că în interiorul acestora se pot produce fracturi. Exemple ale unor astfel de
cutremure sunt nord-estul Iranului, New Madrid (Missouri, SUA), Charleston (Carolina de Sud,
SUA), nordul China.
1.3.2. Alte cauze ale cutremurelor
Cu toate că activitatea tectonică este responsabilă pentru marea majoritate a cutremurelor de
pământ, acestea pot fi generate şi de terţe cauze. Printre acestea se numără:
Cutremurele de natură vulcanică. Cei mai mulţi vulcani sunt amplasaţi pe marginile active
ale plăcilor tectonice. Există şi vulcani intra-placă, cum sunt de exemplu vulcanii din insulele
Hawai. Cu toate acestea, majoritatea cutremurelor în zone vulcanice sunt de natură tectonică.
Cutremurele de pământ de natură vulcanică sunt relativ rare şi de putere mică, şi pot fi produse
de exploziile vulcanice, de mişcarea magmei, sau de prăbuşirea magmei solidificate de pe
coşul vulcanului pe vatra acestuia.
Explozii. Cutremurele de pământ pot fi produse de detonări subterane a unor dispozitive
chimice sau nucleare. Exploziile nucleare subterane care au avut loc în trecut au fost cauza
unor cutremure de pământ cu magnitudini ajungând la 6.
Cutremure de prăbuşire. Această categorie de cutremure de pământ are intensităţi mici şi se
datorează prăbuşirii tavanului unor mine şi caverne. O altă modalitate de producere a acestor
cutremure este prin desprindere explozivă a unor mase mari de rocă de pe pereţii minelor din
cauza tensiunilor acumulate. Astfel de cutremure au fost observate in Canada şi Africa de Sud.
Alunecările de teren masive pot cauza şi ele cutremure minore.
Cutremure induse de rezervoare de apă masive. Au fost observate creşteri ale activităţii
seismice în zone în care au fost construite baraje mari de apă. Calculele au demonstrat că
tensiunile generate de încărcarea din apă este prea mare pentru a conduce la fractura rocii de
bază. Cea mai plauzibilă explicaţie constă în faptul că roca din vecinătatea barajelor de apă se

6
află deja într-o stare de tensiune, gata să alunece. Umplerea rezervorului cu apă fie duce la
creşterea stării de tensiune şi generează alunecarea, fie presiunea apei din fisuri micşorează
rezistenţa faliei, fie au loc ambele fenomene.
Impactul cu corpuri extraterestre. Căderea unor meteoriţi pot genera cutremure locale.
1.4. Tipurile de falii
Observaţiile în teren indică faptul că există schimbări bruşte în structura rocilor. Aceste schimbări
au loc la contactul (de-a lungul fisurii) dintre două blocuri tectonice diferite şi poartă denumirea de
falii. Acestea pot avea lungimi cuprinse între câţiva metri şi sute de kilometri. Prezenţa faliilor
indică faptul că la un moment dat în trecut au avut loc deplasări relative de-a lungul acestora.
Aceste deplasări pot fi fie lunecări lente, care nu produc mişcări seismice, fie ruperi bruşte, care
produc cutremure de pământ. În majoritatea cutremurelor faliile nu ajung până la suprafaţa
terenului şi în consecinţă nu sunt vizibile. Un exemplu de falie cu efecte la suprafaţa terenului este
reprezentată în Figura 1.7.
Figura 1.7. Efectul unei falii transcurente la suprafaţa terenului (USGS, n.d.)
falie inversă falie normală falie transcurentă falie oblică
Figura 1.8. Tipuri principale de falii (Oros, 2002)
Faliile sunt clasificate funcţie de geometria acestora şi de direcţia de alunecare relativă.
Principalele tipuri de falii sunt reprezentate în Figura 1.8. Panta unei falii este unghiul pe care îl
creează suprafaţa faliei cu orizontala, iar direcţia unei falii este direcţia proiecţiei faliei pe
suprafaţa terenului faţă de nord. O falie transcurentă implică deplasarea blocurilor de rocă paralel
cu falia. Alunecarea la o falie normală are loc în plan vertical (paralel cu panta), placa superioară
a faliei înclinate deplasându-se în jos faţă de placa inferioară (falierea produce o întindere a
crustei). Alunecarea la o falie inversă are loc în plan vertical (paralel cu panta), placa superioară
faliei înclinate deplasându-se în sus faţă de placa inferioară (falierea produce scurtarea crustei).
Faliile cele mai des întâlnite în natură sunt faliile oblice, care reprezintă o combinaţie între
mişcările în plan orizontal şi vertical.

7
1.5. Undele seismice
Mişcarea seismică dintr-un amplasament date se datorează diverselor tipuri de unde generate de
o alunecarea unei falii. Există două tipuri de bază de unde seismice: unde de volum şi unde de
suprafaţă. Undele P şi S se numesc unde de volum deoarece acestea se pot propaga prin
interiorul pământului. Undele de suprafaţă se propagă doar în apropiere suprafeţei terenului, şi se
poate face distincţie între unde Rayleigh şi unde Love. Undele de suprafaţă rezultă din interacţiune
undelor de volum cu suprafaţa terenului.
Deformaţiile produse de undele de volum:
undele P (a) şi undele S polarizate vertical (b)
Deformaţiile produse de undele de suprafaţă:
undele Rayleigh (a) şi undele Love (b)
Figura 1.9. Reprezentarea schematică a undelor seismice de volum şi de suprafaţă (Bolt, 2004).
(a) (b)
Figura 1.10. Reflectarea, refracţia şi transformarea undelor seismice (Bolt, 2001).
Cele patru tipuri de unde seismice sunt discutate pe scurt în cele ce urmează (vezi Figura 1.9):
Undele P (de volum). Undele P sunt cunoscute şi ca unde primare, de compresiune sau
longitudinale. Este o undă seismică care generează o serie comprimări şi dilatări ale
materialului prin care se propagă. Undele P au viteza cea mai mare i sunt primele care ajung
într-un amplasament dat. Acest tip de unde se poate propaga atât prin solide, cât şi prin
lichide. Deoarece terenul şi rocile rezistă relativ bine la ciclurile de compresiune-întindere, de
obicei impactul undelor P asupra mişcării seismice dintr-un amplasament este cel mai mic.
Undele S (de volum). Undele S sunt cunoscute ca şi unde secundare, de forfecare, sau
transversale. Undele S generează deformaţii de forfecare în materialul prin care se propagă.
Aceste unde se pot propaga doar prin materiale solide. Viteza de propagare a undelor S este
mai mică decât a undelor P, în schimb efectul undelor asupra mişcării seismice dintr-un
amplasament este cel mai mare.

8
Undele Love (de suprafaţă). Acest tip de unde sunt similare undelor S, fiind unde transversale
care se propagă la suprafaţa terenului, mişcarea particulelor terenului având loc în plan
orizontal.
Undele Rayleigh (de suprafaţă). Acest tip de unde este similar undelor create de o piatră
aruncată într-un vas cu apă. Mişcarea particulelor are loc într-un plan vertical.
Propagarea undelor P şi S prin scoarţa terestră este însoţită de reflexii şi refracţii multiple la
interfaţa dintre roci de diferite tipuri (vezi Figura 1.10a). În plus, la fiecare interfaţă, are loc o
transformare a undelor dintr-un tip în altul (vezi Figura 1.10b). Din punct de vedere al unui inginer
constructor, nu este foarte importantă distincţia între cele patru tipuri de unde. Efectul global al
acestora, în termeni de intensitate a mişcării seismice în amplasament este mai importantă. Cu
toate acestea, este important să se recunoască faptul că mişcarea seismică într-un amplasament
va fi afectată în cea mai mare măsură de undele S, iar în unele cazuri şi de undele de suprafaţă.
1.6. Efectele cutremurelor
Cutremurele distruge construcţiile inginereşti în mai multe moduri, dintre care amintim aici:
prin forţele de inerţie induse în structuri datorită mişcării seismice
incendiile induse de cutremurele de pământ
modificarea proprietăţilor fizice ale terenului de fundare (consolidări, tasări, lichefieri)
deplasarea directă a faliei la nivelul terenului
alunecări de teren
schimbarea topografiei terenului
valuri induse de cutremure, cum ar fi cele oceanice (ţunami) sau cele din bazine şi lacuri
(seiche)
Dintre efectele cutremurelor de pământ amintite mai sus, distrugerile cele mai semnificative şi cele
mai răspândite se datorează vibraţiilor induse în construcţii inginereşti de mişcarea seismică (vezi
Figura 1.11). Reducerea acestui hazard seismic face obiectul cursului e inginerie seismică.
(a)
(sursa: http://nisee.berkeley.edu/)
(b)
(sursa: http://www.ngdc.noaa.gov/)
Figura 1.11. Colapsul parţial al unei structuri din b.a. la Bucureşti în timpul cutremurului din 4
martie 1977 din Vrancea (a); Distrugerea parţială a parterului unei clădiri de birouri în timpul
cutremurului din 16 ianuarie 1995 de la Kobe, Japonia (b).
Incendiile care se pot declanşa ca urmare a unui cutremur reprezintă un pericol major. Astfel, în
timpul cutremurului din 1906 de la San Fransisco, doar 20% din pierderile totale s-au datorat

9
distrugerilor directe din cauza mişcării seismice, restul de 80% datorându-se incendiilor care au
devastat oraşul timp de trei zile şi care mistuit 12 kilometri pătraţi şi 521 de blocuri din centrul
oraşului.
Distrugerile datorate comportării terenului de fundare au creat mare probleme în cutremurele din
trecut. Un exemplu clasic este cazul cutremurului din Niigata din 1964 (vezi Figura 1.13a), care nu
a avut o intensitate importantă (o acceleraţie maximă a terenului de 0,16 g), considerând nivelul
pierderilor suferite. Dezvoltarea oraşului a impus folosirea unor terenuri proaste din fosta albie a
râului Shinano. Ca urmare a mişcării seismice, multe clădiri s-au înclinat sau răsturnat ca urmare a
lichefierii terenul de fundare. Un număr de 3018 clădiri au distruse şi 9750 au suferit degradări
medii până la severe în prefectura Niigata, majoritatea datorându-se tasărilor inegale şi fisurilor
apărute în terenul de fundare.
Deplasările directe ale faliei la nivelul terenului sunt probabil cele mai cutremurătoare la nivel
social. Cu toate că în trecut au fost observate distrugeri datorită deplasărilor directe ale faliei la
nivelul terenului (vezi Figura 1.13b), acest fenomen este întâlnit relativ rar, iar distrugerile şi
suprafaţa afectată sunt minore în comparaţie cu cele datorate vibraţiilor induse în construcţii de
mişcarea seismică.
(a)
(b)
(http://www.rekihaku.ac.jp/)
Figura 1.12. Incendii urmate de cutremurele din 1906 din San Francisco (a) şi marele cutremur
Kanto din 1923 (b).
(a)
(b)
(sursa: http://www.eas.slu.edu/)
Figura 1.13. Răsturnarea unor blocuri de locuit la Kawagishi-Cho, Niigata, ca urmare a lichefierii
terenului în timpul cutremurului din 1964 (a); şine de tramvai îndoite ca urmare a deplasărilor
terenului produse în timpul cutremurului din 1906 de la San Fransisco (b).

10
(a)
(sursa: USGS)
(b)
(http://www.ngdc.noaa.gov/)
Figura 1.14. Alunecări de teren în La Conchita, California, 1995 (a); Partea de sud-est a golfului
Izmit, inundat ca urmare a subsidenţei în timpul cutremurului din 17 august 1999 din Izmit, Turcia.
(a)
(sursa: USGS)
(b)
(sursa: USGS)
Figura 1.15. Reprezentarea schematică a efectului unui ţunami (a) şi unui seiche (b).
Alunecările de teren induse de cutremure (vezi Figura 1.14a), cu toate că reprezintă un pericol
major, sunt din fericire relativ restrânse.
Schimbările topografice datorate cutremurelor nu duc în mod direct la pierderi de vieţi omeneşti.
Cea mai importantă consecinţă a unor astfel de modificări o reprezintă distrugerile pe care le pot
avea astfel de structuri cum sunt podurile şi barajele. În anumite cazuri pot avea loc inundaţiei ale
terenului, ca urmare a subsidenţei unor terenuri aflate pe malul unor ape (vezi Figura 1.14b).
Ţunami sunt valurile oceanice generate de cutremurele de pământ subacvatice şi care pot crea
distrugeri însemnate în localităţile de coastă (vezi Figura 1.15a). Oceanul Pacific este deseori
scena unor astfel de evenimente. Pentru ca un cutremur să genereze un ţunami, acesta trebuie să
fie asociat unei falii de tip inversă sau normală, în timp ce faliile transcurente nu produc în general
astfel de fenomene. La 15 iunie 1896 în regiunea Honshu Japoniei a fost devastată de un ţunami
cu o înălţime vizuală a valului de 20 metri şi care a înecat în jur 26000 oameni. Timpul de
propagare a unui ţunami de la coastele Chile până la insulele Hawai este de 10 ore, iar de la Chile
până în Japonia de 20 ore. Astfel, schema de prevenire a pierderilor omeneşti în Pacific din cauza
ţunami o reprezintă un sistem de monitorizare şi alertare compus din câteva zeci de staţii

11
amplasate în oceanul Pacific. Pe lângă acest sistem, hazardul valurilor uriaşe poate fi redus prin
construcţii de coastă specifice şi evitarea amplasării construcţiilor în zonele joase de pe coastă.
Fenomenul "seiche" (vezi Figura 1.15b) reprezintă revărsarea apei peste marginile bazinului sau
malurile unui lac în urma mişcării produse de un cutremur de pământ.
1.7. Intensitatea şi magnitudinea
Analiza ştiinţifică a cutremurelor necesită o cuantificarea a acestora. Înainte de apariţia aparatelor
seismice moderne, efectele cutremurelor de pământ erau estimate calitativ prin intermediul
intensităţii degradărilor, care diferă de la un amplasament la altul. Cu apariţia şi utilizarea
seismometrelor a devenit posibilă definirea magnitudinii, a unui parametru unic pentru un
eveniment seismic, care măsoară cantitatea de energie eliberată de un cutremur. Cele două
modalităţi de măsurare a cutremurelor rămân cele mai utilizate în ziua de astăzi, fiecare având
câteva scări alternative.
1.7.1. Intensitatea seismică
Intensitatea seismică reprezintă cea mai veche măsură a cutremurelor. Aceasta se bazează pe
observaţii calitative ale efectelor unui cutremur într-un amplasament dat, cum ar fi degradările
construcţiilor şi reacţia oamenilor la cutremur. Deoarece scările de intensitate seismică nu depind
de instrumente, aceasta poate fi determinată chiar şi pentru cutremure istorice. Prima scară a
intensităţii seismice a fost dezvoltată de Rossi (Italia) şi Forel (Elveţia) în 1880, cu valori ale
intensităţii seismice între I şi X. O scară mai exactă a fost inventată de vulcanologul şi seismologul
italian Mercalli în 1902, având valori ale intensităţii cuprinse între I şi XII. Scările de intensitate
seismică cele mai utilizate astăzi sunt Mercalli modificată (MMI), Ross-Forel (R-F), Medvedev-
Sponheur-Karnik (MSK-64), Scara Macroseismică Europeană (EMS-98) şi scara agenţiei
meteorologice japoneze (JMA). În România se utilizează scara MSK (descrisă în Tabel 1.1), iar
zonarea intensităţii seismice a României conform SR 11100/1 din 1993 este prezentată în Figura
1.16. Există relaţii aproximative între intensitate seismică exprimată în grade şi măsuri inginereşti,
cum ar fi acceleraţia maximă a terenului.
Figura 1.16. Zonarea seismică a României conform SR 11100/1 din 1993 (Lungu et al., 2001).

12
Tabel 1.1. Scara intensităţii seismice MSK (Dimoiu, 1999)
Descrierea efectelor asupraGradul –
denumirea
Vieţuitoarelor şi obiectelor mediului Lucrărilor de construcţii
I –
imperceptibil
înregistrat numai de aparate
II – abia
simţit
simţit în case la etajele superioare de
persoane foarte sensibile
III – slab simţit în casă, de cei mai mulţi oameni în
repaus; obiectele suspendate se leagănă
uşor; se produc vibraţii asemenea acelor
cauzate de trecerea unor vehicule uşoare
IV –
puternic
obiectele suspendate pendulează; vibraţii
cala trecerea unui vehicul greu;
geamurile,uşile, farfuriile zornăie; paharele,
oalele se ciocnesc; la etajele superioare
tâmplăria şi mobila trosnesc
V –
deşteptător
simţit şi afară din casă; cei ce dorm se
trezesc; lichidele din vaze se mişcă şi uneori
se vară; obiectele uşoare instabile se
deplasează sau se răstoarnă; tablourile şi
perdelele se mişcă; uşile trepidează, se
închid şi se deschid
VI –
provoacă
spaima
apar crăpături în tencuiala slabă şi
în zidării din materiale slabe, fără
mortar
VII –
provoacă
avarierea
clădirilor
stabilitatea oamenilor este dificilă; se simte
chiar în vehicule aflate în mişcare; mobila se
crapă; apar valuri pe suprafaţa lacurilor, sună
clopotele grele; apar uşoare alunecări şi
surpări la bancurile de nisip şi pietriş
se distrug zidăriile fără mortar, apar
crăpături în zidării cu mortar; cade
tencuiala, cărămizi nefixate, ţigle,
cornişe parapeţi, calcane, obiecte
ornamentale
VIII –
provoacă
avarii
puternice
copacii se rup, vehiculele sunt greu de
condus, se modifică temperatura sau debitul
izvoarelor sau sondelor; apar crăpături în
terenuri umede şi pe pante
apar avarii şi la construcţiile bine
executate; cele slab construite se
dărâmă parţial; coşurile de fum,
monumentele înalte se răsucesc pe
soclu, se prăbuşesc; construcţiile se
mişcă pe fundaţii; ferestrele nefixate
în pereţi sunt aruncate afară
IX –
provoacă
avarii foarte
importante
panică generală; apar crăpături în sol; în
regiuni aluvionare ţâşneşte nisip şi mâl; apar
izvoare noi şi cratere de nisip
zidăriile slabe sunt distruse, cele cu
mortar sunt puternic avariate; apar
avarii la fundaţii, se rup conducte
X –
distrugător
alunecări masive de teren; apa este aruncată
peste malurile râurilor, lacurilor, etc.; şinele
de cale ferată sunt uşor îndoite
majoritatea clădirilor din zidărie sunt
distruse, la scheletele din beton
armat zidăria de umplutură este
aruncată afară, iar capetele stâlpilor
sunt măcinate, stâlpii din oţel se
îndoaie; avarii serioase la taluze,
diguri, baraje
XI –
catastrofal
traversele şi şinele de cale ferată sunt
puternic încovoiate; conductele îngropate
sunt scoase din folosinţă
surparea tuturor construcţiilor din
zidărie; avarii grave la construcţiile
cu schelet din beton armat şi oţel
XII –
provoacă
modificarea
reliefului
se modifică liniile de nivel ale reliefului;
deplasări şi alunecări de maluri; râurile
schimbă cursul; apar căderi de apă;
obiectele depe sol sunt aruncate în aer

13
1.7.2. Magnitudinea
Magnitudinea este o măsură a energiei eliberate de un cutremur, fiind o valoare unică pentru un
eveniment seismic, spre deosebire de intensitate, care are valori diferite funcţie de distanţa de la
epicentru şi condiţiile locale de amplasament. Magnitudinea se bazează pe măsurători
instumentate şi astfel nu conţine gradul de subiectivism pe care îl are intensitatea seismică.
O măsură strict cantitativă a cutremurelor a fost iniţiată în 1931 de Wadati în Japonia şi dezvoltată
în 1935 de Charles Richter în California, SUA. Richter a definit magnitudinea locală ML a unui
cutremur ca şi logaritmul cu baza zece a amplitudinii maxime în microni (10-3
mm) A înregistrată cu
un seismograf Wood-Anderson amplasat la o distanţă de 100 km de epicentru:
0log logLM A A= − (1.1)
0log A este o valoare standard funcţie de distanţă, pentru instrumente aflate la alte distanţe decât
100 km, dar nu mai departe de 600 km de epicentru. Relaţia (1.1) implică creştere de zece ori a
amplitudinii deplasărilor înregistrate de seismograf la creşterea magnitudinii cu o unitate. Pentru
aceiaşi creştere a magnitudinii cu o unitate, cantitatea de energie seismică eliberată de un
cutremur creşte de aproximativ 30 de ori.
Scara de magnitudini locale (ML) a fost definită pentru California de sud, cutremure de suprafaţă, şi
distanţe epicentrale mai mici de 600 km. Ulterior au fost dezvoltate alte scări de magnitudini,
descrise pe scurt în continuare.
Magnitudinea undelor de suprafaţă (Ms). Undele de suprafaţă cu o perioadă de aproximativ 20
secunde domină adeseori înregistrările seismografice ale cutremurelor îndepărtate (distanţe
epicentrale mai mari de 2000 km). Pentru cuantificarea acestor cutremure, Guttenberg a definit
scara de magnitudini a undelor de suprafaţă, care măsoară amplitudinea undelor de suprafaţă cu
perioada de 20 secunde.
Magnitudinea undelor de volum (mb). Cutremure de adâncime sunt caracterizate de unde de
suprafaţă nesemnificative. De aceea pentru acest tip de cutremure magnitudinea mb se determină
pe baza amplitudinii undelor P, care nu sunt afectate de adâncimea hipocentrului.
Magnitudinea moment (MW). Magnitudinile ML, mb şi într-o măsură mai mică Ms întâmpină
dificultăţi în distingerea între cutremurele foarte puternice. Ca urmare a acestui fapt, a fost
dezvoltată magnitudinea moment MW, care depinde de momentul seismic M0, la rândul său în
relaţie directă cu dimensiunea sursei seismice:
( )0log /1.5 10.7WM M= − (1.2)
unde M0 este momentul seismic în dyn-cm.
Fenomenul de saturaţie se referă subestimarea energiei cutremurelor puternice şi este
caracteristică magnitudinilor ML, mb şi într-o măsură mai mică Ms. Magnitudinea moment MW nu
suferă de acest dezavantaj şi de aceea este preferat în zilele noastre.
1.8. Înregistrarea mişcării seismice
Un seismograf este un instrument care măsoară mişcarea suprafeţei terenului din cauza undelor
generate de un cutremur de pământ, funcţie de timp. În Figura 1.17a este prezentat schematic
principiul de funcţionare a unui seismograf. Seismograma, reprezentând înregistrarea efectuată
cu ajutorul seismografului oferă informaţii despre natura cutremurului de pământ. Conceptual, un
seismograf este alcătuit dintr-un de un pendul sau o masă ataşată unui arc. În timpul unui
cutremur, rola de hârtie fixată de baza seismografului se mişcă odată cu terenul în timp ce
pendulul împreună cu stiloul ataşat acestuia rămân mai mult sau mai puţin în repaus, datorită
forţelor de inerţie, înregistrând mişcarea seismică. După încetarea mişcării seismice pendulul va
tinde să ajungă în echilibru, efectuând înregistrări false ale mişcării. De aceea este necesar un
mecanism de amortizare.

14
(a) (b)
Figura 1.17. Conceptul unui seismograf (a) şi un accelerometru modern (b).
0 5 10 15 20 25 30 35 40
−1
0
1
−1.95
timp, s
acceleratie,m/s2
PSA01−001.01 ROMANIA, VRANCEA, MARCH 04, 1977, INCERC−BUCHAREST, NS, inr
0 5 10 15 20 25 30 35 40
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
−0.71
timp, s
viteza,m/s
0 5 10 15 20 25 30 35 40
−0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4 0.42
timp, s
deplasare,m
Figura 1.18. înregistrări pentru componentele nord-sud ale acceleraţiei, vitezei şi deplasării
efectuate la staţia INCERC-Bucureşti în timpul cutremurului din 04 martie 1977 din Vrancea.

15
Instrumentele moderne de înregistrare a mişcării seismice se numesc generic seismometre. Cele
mai uzuale instrumente sunt accelerometrele (Figura 1.17b), care înregistrează digital acceleraţia
terenului, cea mai utilă în ingineria seismică. Un astfel de instrument are de obicei trei senzori: doi
pentru înregistrare componentelor orizontale (nord-sud şi est-vest), şi un al treilea pentru
componenta verticală a mişcării seismice. Acceleraţia este uzual exprimată în cm/s2
, fie în raport
cu acceleraţia gravitaţională g=981 cm/s2
. Valorile vitezei şi cele ale deplasării terenului în urma
unei mişcări seismice se pot obţine ulterior prin integrarea acceleraţiei. În calitate de exemplu,
Figura 1.18 prezintă înregistrări pentru componentele nord-sud ale acceleraţiei, vitezei şi deplasării
efectuate la staţia INCERC-Bucureşti în timpul cutremurului din 04 martie 1977 din Vrancea.
Valoarea maximă a acceleraţiei înregistrate este uzual denumită valoarea de vârf a acceleraţiei
terenului. Pentru componenta nord-sud a mişcării seismice menţionate anterior aceasta are
valoare absolută de 1.95 m/s2
.
1.9. Seismicitatea României
Hazardul seismic din România este datorat contribuţiei a doi factori: (i) contribuţia majoră a zonei
seismice subcrustale Vrancea şi (ii) alte contribuţii provenind din zone seismogene de suprafaţă,
distribuite pe întreg teritoriul tării, vezi Figura 1.19 (Lungu et al, 2003).
Figura 1.19. Epicentrele cutremurelor ce au avut loc în România în perioada 984 – 1999
(Lungu et al., 2003).
Zona seismogenă Vrancea este situată la curbura Carpaţilor, având, după datele din acest secol,
un volum relativ redus: adâncimea focarelor între 60 şi 170 km şi suprafaţa epicentrală de cca.
40x80 km2. Sursa Vrancea este capabilă să producă mari distrugeri în peste 2/3 din teritoriul
României şi în primul rând în Bucureşti: pagube de 1.4 Miliarde USD numai în Capitală din totalul
de peste 2 Miliarde USD în România în 1977. Cutremurul Vrâncean cel mai puternic este
considerat a fi cel din 26 Octombrie 1802, magnitudinea Gutenberg-Richter, M apreciată de diferiţi
autori pentru acest cutremur se situează între 7.5 şi 7.7. Cutremurul Vrâncean cu cea mai mare
magnitudine din acest secol a fost cel din 10 Noiembrie 1940 având magnitudinea Gutenberg-
Richter M=7.4 şi adâncimea de 140-150 km. Cutremurul Vrâncean cu cele mai distrugătoare
efecte asupra construcţiilor şi primul cutremur puternic pentru care s-a obţinut o accelerogramă
înregistrată în România a fost cel din 4 Martie 1977: magnitudinea Gutenberg-Richter M=7.2,
adâncimea focarului h=109 km, distanţa epicentrală faţă de Bucureşti 105 km. În Bucureşti acest

16
cutremur a cauzat peste 1400 pierderi de vieţi omeneşti şi prăbuşirea a 23 construcţii înalte din
beton armat şi 6 clădiri multietajate din zidărie realizate înainte de cel de al doilea război mondial
precum şi a 3 clădiri înalte din beton armat construite în anii ’60 - ‘70.
“Banatul este o regiune foarte bogată în focare proprii, focare care se grupează în 2 regiuni
distincte. O regiune o constituie partea de SE a Banatului (Moldova Nouă), iar o altă împrejurimile
oraşului Timişoara” (I. Atanasiu, Cutremurele de pământ din România, 1959). După
Constantinescu şi Marza celor 2 zone seismogene principale din Banat li se pot adăuga şi
următoarele zone: Sânicolaul Mare, Arad şi graniţa română – sârbă. Cel mai puternic cutremur
Bănăţean din sursa Moldova Nouă în secolul XX a fost cutremurul din 18 Iulie 1991, M=5.6, h = 12
km iar din sursa Timişoara a fost cutremurul din 12 Iulie 1991, M =5.7, h = 11 km.
Figura 1.20. Poziţionarea geografică a epicentrelor cutremurelor bănăţene în perioada 1794-2001
(Lungu et al, 2003).
Harta de zonare seismică a teritoriului României în termeni de valori de vârf ale acceleraţiei
terenului pentru proiectare ag pentru cutremure având intervalul mediu de recurentă IMR = 100 ani
este prezentată în Figura 1.21.

17
Figura 1.21. Zonarea teritoriului României in termeni de valori de vârf ale acceleraţiei terenului
pentru proiectare ag pentru cutremure având intervalul mediu de recurentă IMR = 100 ani,
(P100 – 2006).

�ݺ�ߣ

Curs01 inginerie seismica

Recommended

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Curs01 inginerie seismica (20)

Curs01 inginerie seismica