Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
1
CUPRINS
pag.
Capitolul 1 INTRODUCERE
1.1. Importanţa subiectului 7
1.2. Actualitatea subiectului 7
1.3. Obiectivele tezei de doctorat 8
1.4. Conţinutul tezei de doctorat 8
Capitolul 2 STADIUL CUNOAŞTERII
2.1. Fiabilitatea sistemelor 10
2.1.1. Noţiunea de fiabilitate 10
2.1.2. Cauzele avariilor sau erorilor 10
2.1.3. Funcţii de calcul 11
2.1.4. Fiabilitatea individuală 12
2.1.5. Sisteme cu legături în serie 14
2.1.6. Sisteme cu legături în paralel 15
2.1.7. Sisteme cu legături mixte 16
2.2. Necesitatea demolărilor 17
2.2.1. Consideraţii generale 17
2.2.2. Degradări şi avarii structurale 17
2.2.2.1. Degradǎri structurale 17
2.2.2.2. Avarii structurale 18
2.2.3. Eliberări de spaţii 20
2.2.4. Modernizări 21
2.3. Demolarea construcţiilor prin implozii controlate 24
2.3.1. Problematica abordatǎ 24
2.3.2. Scopul demolării 25
2.3.3. Materiale 26
2.3.4. Mijloace şi tehnici de iniţiere a încărcăturilor explozive 30
2.3.5. Tehnologii avansate de iniţiere a explozivilor 32
2.3.5.1. Tehnologia tip “NONEL” 32
2.3.5.2. Tehnologia “Slapper” 35
2.3.5.3. Tehnologia cu “Tub de gaz” 35
2.3.5.4. Tehnologia cu “Detonator electronic codat” 36
2.3.5.5. Tehnologia cu “Fitil detonant” 36
2.3.6. Scheme de utilizare 37
2.3.7. Tehnici utilizate pentru demolarea 40
prin explozii a construcţiilor
2.3.8. Metoda inspectării cu raze X folosită în sprijinul 42
demolării construcţiilor prin explozii 2.4. Dimensionarea parametrilor de puşcare la demolarea construcţiilor 42
2.4.1. Generalităţi 42
2.4.2. Demolarea construcţiilor din zidǎrie 44
2.4.3. Demolarea construcţiilor din beton şi beton armat 47
2.4.4. Demolarea construcţiilor metalice 53
2.4.5. Demolarea construcţiilor mixte 54
2.4.6. Demolarea construcţiilor speciale 60
2.4.7. Demolarea bolţilor 64
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
2
2.4.8. Intervenţii asupra infrastructurilor 65
2.4.9. Demolarea podurilor şi suporţilor de pod 68
2.5. Încheiere 68
Capitolul 3 CRITICA STADIULUI CUNOAŞTERII 3.1. Conceptul fiabilităţii globale a construcţiilor 69
3.1.1. Introducere 69
3.1.2. Exigenţele esenţiale impuse construcţiilor 69
3.1.3. Cerinţa de fiabilitate structurală a construcţiilor 69
3.1.4. Caracterul probabil al conceptului de fiabilitate structurală 71
3.1.5. Încheiere 71
3.2. Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate 72
3.2.1. Introducere 72
3.2.2. Iniţierea fiabilă a încărcăturilor explozive 72
3.2.3. Încheiere 73
3.3. Acţiuni transmise construcţiilor 73
3.3.1. Introducere 73
3.3.2. Efectele acţiunilor asupra construcţiilor 74
3.3.3. Clasificarea factorilor ce acţionează asupra construcţiilor 74
3.3.4. Încheiere 76
3.4. Evaluarea efectelor manifesate la demolarea 76
construcţiilor prin implozii controlate
3.4.1. Introducere 76
3.4.2. Mecanismul de producere a efectelor exploziei 76
3.4.3. Monitorizarea efectelor demolărilor prin implozii controlate 76
3.4.4. Încheiere 77
3.5. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate 77
3.5.1. Introducere 77
3.5.2. Măsuri de atenuare a efectelor exploziei 77
3.5.3. Încheiere 78
3.6. Mişcări seismice ale pământului datorate exploziilor 78
3.6.1. Introducere 78
3.6.2. Influenţa terenului asupra mişcării 79
seismice provocate de explozii
3.6.3. Modelarea fizico-matematică a exploziei în scopul 79
optimizării efectului seismic indus de explozie
3.6.4. Încheiere 79
Capitolul 4 FENOMENE GENERATE DE UNDELE DE ŞOC
4.1. Introducere 80
4.2. Noţiuni de unde de şoc. Relaţii analitice 80
4.2.1. Unde sonore 80
4.2.2. Evoluţia profilului unui tren de unde sonore 82
4.2.3. Formarea undei de şoc 83
4.2.4. Proprietăţile generale ale undei de şoc 85
4.2.5. Structura undei de şoc 85
4.2.6. Relaţii analitice în teoria undei de şoc 86
4.2.6.1. Ecuaţiile de conservare ale masei, 86
cantităţii de mişcare şi energiei
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
3
4.2.6.2. Relaţii derivate 89
4.3. Curbe caracteristice. Proprietăţile generale ale adiabaticii 90
dinamice şi polarei de şoc ale diferitelor medii 4.3.1. Curbe caracteristice 90
4.3.2. Viteza undelor de şoc 91
4.3.3. Polara de şoc 92
4.4. Generarea şi transmiterea undelor de şoc 93
4.4.1. Undele de şoc induse la detonaţia încărcăturii explozive 93
4.4.2. Transmisia frontală a şocului. Determinarea 94
teoretică a caracteristicilor şocurilor
4.4.2.1. Noţiunea de impedanţă. Impedanţa acustică. Impedanţa de şoc 94
4.4.2.2. Transmiterea unei unde de şoc dintr-un 94
mediu A într-un mediu adiacent B
4.4.2.3. Propagarea undelor de şoc şi de destindere 96
în materialele de construcţie
4.4.2.4. Distrugerea materialelor de construcţie 97
sub acţiunea detonaţiei
4.5. Uunda de şoc şi unda de combustie. Unda de detonaţie 98
4.5.1. Introducere 98
4.5.2. Modelul Chapman – Jouguet 99
4.5.3. Proprietăţi geometrice remarcabile ale curbei Crussard 101
4.5.4. Studiul punctului Chapman – Jouguet 102
4.5.5. Caracteristicile undei Chapman – Jouguet 103
4.5.6. Determinarea caracteristicilor de detonaţie 105
4.5.6.1. Calculul termodinamic al explozivilor 105
4.5.6.2. Metoda Kamlet - Jacobs 106
Capitolul 5 ACŢIUNI DIN EXPLOZII TRANSMISE CONSTRUCŢIILOR
5.1. Construcţii. Definiţie. Clasificare 108
5.2. Acţiuni. Definiţie. Clasificare 109
5. 3. Efectul acţiunilor variabile în timp 111
5.4. Acţiunea distructivă a exploziilor asupra construcţiilor 114
5.4.1. Introducere 114
5.4.2. Acţiunea distructivă a exploziei 114
asupra materialelor de construcţie
5.4.3. Influenţa caracteristicilor elementelor de construcţie 118
asupra acţiunii distructive a exploziei
5.4.4. Influenţa caracteristicilor încărcăturilor explozive 118
la distrugerea betonului armat
5.4.5. Metode de amplificare a acţiunii distructive 119
a exploziei în gaura de mină
5.5. Răspunsul seismic al construcţiilor la acţiuni din explozii 120
5.6. Comportarea construcţiilor la acţiunile seismice ale exploziilor 124
Capitolul 6 MIŞCĂRI ALE PĂMÂNTULUI DATORATE EXPLOZIILOR 6.1. Introducere 128
6.2. Măsurarea mişcărilor pământului generate de explozii 128
6.3. Analiza comparativă a mişcărilor pământului generate 129
de explozii şi cutremure
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
4
6.4. Efectele dăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii 131
6.5. Efectele nedăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii 133
6.6. Evaluarea mişcărilor pământului generate de explozii 136
6.6.1. Tipuri de deteriorări. Criterii de deteriorare 137
6.6.2. Evaluarea cantitativă a mişcărilor pământului 138
6.6.2.1. Evaluarea efectului seismic prin 138
mărimea deplasării particulei
6.6.2.2. Evaluarea efectului seismic prin 138
mărimea vitezei particulei
6.6.2.3. Evaluarea efectului seismic prin 141
frecvenţa oscilaţiei particulei
6.6.2.4. Evaluarea efectului seismic prin 142
mărimea acceleraţiei particulei
6.6.2.5. Alte criterii de evaluare a efectului seismic 142
6.7. Influenţa geologică şi pedologică locală, asupra 144
mişcărilor pământului generate de explozii
6.8. Caracterul probabil al mişcărilor pământului 145
6.9. Încheiere 145
Capitolul 7 FIABILITATEA GLOBALǍ A CONSTRUCŢIILOR
7.1. Siguranţa construcţiilor 146
7.1.1. Generalităţi 146
7.1.2. Conceptul de siguranţă a construcţiilor 149
7.1.3. Concepţii şi tehnici de calcul a siguranţei construcţiilor 149
7.2. Noţiunea de calitate 155
7.2.1. Generalităţi 155
7.2.2. Conceptul de calitate 155
7.2.3. Componentele calităţii 156
7.2.4. Standardele calităţii Acceptare şi aria de răspândire 156
7.3. Noţiunea de fiabilitate 157
7.3.1. Definiţie. Conceptul şi categorii de fiabilitate 157
7.3.2. Obiectele teoriei fiabilităţii 158
7.3.3. Fiabilitatea fizică 158
7.3.3.1. Mecanismul general al defectărilor 158
7.3.3.2. Interacţiunea sarcină – rezistenţă 159
7.3.3.3. Tipuri de defecţiuni 160
7.3.4. Fiabilitatea statistică. Indicatori de fiabilitate 161
7.4. Scheme de fiabilitate a sistemelor 161
7.5. Durabilitatea structurală 162
7.6. Conceptul de fiabilitate structurală 163
7.6.1. Generalităţi 163
7.6.2. Concepţia actuală de fiabilitate structurală 163
7.6.3. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β 166
7.6.4. Evaluarea fiabilităţii structurale 166
7.6.5. Metode de calcul a fiabilităţii structurale 169
Capitolul 8 FIABILITATEA DEMOLĂRILOR PRIN
IMPLOZII CONTROLATE
8.1. Consideraţii generale 175
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
5
8.2. Fiabilitatea sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive 176
8.2.1. Calculul fiabilist al schemelor de legături ale capselor 176
detonante din compunerea sistemelor de iniţiere
8.3. Tehnici de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, prin 182
configuraţia legăturilor între elementele componente 8.3.1. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate 183
din capse detonante legate în serie, fără redundanţă
8.3.2. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate 187
din capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală
8.3.3. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste, formate 194
dintr-o capsă detonantă cu mai multe redundanţe
8.4. Analiza comparativă a rezultatelor obţinute 201
în urma efectuării calculelor de fiabilitate
8.5. Credibilitatea matematică a calculelor de fiabilitate 203
Capitolul 9 STUDII DE CAZ
STUDIU DE CAZ nr. 1 9.1. Simularea demolării prin explozii controlate 204
9.1.1. Caracteristicile obiectivului de simulat şi a 204
amplasamentului acestuia
9.1.2. Prezentarea Metodei Elementului Aplicat 206
9.1.3. Metoda Elementului Aplicat implementată 206
în programul Extrem Load Structures
9.1.4. Modelul de material pentru beton şi armătură 209
9.1.5. Realizarea modelului geometric al structurii 209
9.1.6. Introducerea scenariului de demolare 211
9.1.7. Verificarea şi interpretarea rezultatelor 211
STUDIU DE CAZ nr. 2 9.2. Evaluarea efectelor care se manifestă asupra construcţiilor 213
situate în vecinătatea demolărilor prin explozii controlate
9.2.1. Caracteristicile obiectivului de protejat 213
9.2.2. Efectele manifestate la demolarea prin explozii 215
controlate asupra mediului înconjurător
9.2.3. Evaluarea efectului undei de şoc aeriene 215
9.2.4. Evaluarea efectului seismic 216
9.2.4.1. Evaluarea efectului seismic indus de 217
exploziile din elementele de construcţie
9.2.4.2. Evaluarea efectului seismic 217
indus la prăbuşirea construcţiei
9.2.5. Evaluarea efectului fragmentelor aruncate 218
9.2.6. Evaluarea efectului poluării mediului înconjurător 219
STUDIU DE CAZ nr. 3
9.3. Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor 220
9.3.1. Generalităţi 220
9.3.2. Prezentarea instrumentului GeoSIG GBV - 316 220
9.3.3. Amplasarea şi operarea cu instrumentul GBV - 316 222
9.3.4. Modul de operare al instrumentului GBV - 316 222
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
6
9.3.5. Înregistrări 225
9.3.6. Prelucrarea şi interpretarea înregistrărilor 230
9.3.7. Analiza înregistrărilor 231
9.3.8. Interpretarea rezultatelor 232
STUDIU DE CAZ nr. 4
9.4. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate 233
9.4.1 Introducere 233
9.4.2. Studiul teoretic al atenuării efectelor 234
exploziilor cu ecrane triplustratificate
9.4.3. Studiul experimental al atenuării efectelor 238
exploziilor cu ecrane triplustratificate
9.4.4. Interpretarea efectelor obţinute în 241
urma producerii exploziei
9.4.5. Interpretarea înregistrărilor efectuate în 242
timpul exploziei. Validarea simulării
9.4.6. Încheiere 243
Capitolul 10 CONCLUZIE 10.1. Îndeplinirea obiectivelor tezei 245
10.2. Contribuţiile autorului 245
10.3. Valoarea aplicativă a tezei 246
ANEXE LA TEZA DE DOCTORAT 247
Anexa 1 Foaie de calcul a caracteristicilor termodinamice 248
şi de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO
Anexa 2 Plan de dispunere a obiectivului OD 12 la scara 1:500 259
Anexa 3 Construcţiile aflate în imediata vecinătate a OD 12 259
Anexa 4 Obiective asupra cărora se pot manifesta 260
efecte nedorite în urma demolării OD 12
Anexa 5 Lucrări efectuate pentru demolarea OD 12 260 Anexa 6 Lucrări pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 260
Anexa 7 Lucrări de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12 261
Anexa 8 Activităţi ce se execută la demolarea controlată 261
prin puşcare a OD 12
Anexa 9 Mod de acţiune în caz de rateu 262
Anexa 10 Parametri de puşcare ai OD 12 262
Anexa 11 Realizarea treptelor de întârziere pentru OD 12 263
Anexa 12 Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 264
Anexa 13 Plan de situaţie a obiectivelor de demolat 264
din fosta Fabrică de Pâine “Titan” Bucureşti
Anexa 14 Măsuri organizatorice şi de siguranţă la demolarea OD 12 265
BIBLIOGRAFIE 267
PRESCRIPŢII OFICIALE DE REFERINŢĂ 272
GLOSAR DE TERMENI 273
LISTA SIMBOLURILOR ŞI UNITĂŢILOR DE MĂSURĂ 280
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
7
CAPITOLUL 1
INTRODUCERE
1.1. Importanţa subiectului
Construcţiile sunt destinate să asigure oamenilor condiţiile necesare pentru desfăşurarea activităţii
lor materiale şi spirituale. Dezvoltarea unei societăţi din punct de vedere economic şi social, se reflectă şi
asupra nivelului tehnic al construcţiilor [81].
Construcţiile de-a lungul existenţei lor, sunt supuse acţiunilor mediului în care sunt amplasate.
În raport cu amplasarea într-un teritoriu şi în funcţie de specificul acestuia, acţiunile asupra
construcţiilor pot fi diferite ca tip şi intensitate. Construcţiile sunt alcătuite astfel încât să fie într-o
anumită măsură capabile să reziste la aceste solicitări. Totuşi în mod inevitabil, acţiunile îşi pun pe
parcursul timpului amprenta asupra capabilităţii construcţiilor de a-şi mai îndeplini cerinţele pentru care
au fost concepute [35].
Astfel, construcţiile devin din ce în ce mai vulnerabile şi nesigure la acţiuni şi mai ales la cele
seismice. Din aceste cauze, pentru evitarea pierderilor umane şi materiale, se impune evaluarea
construcţiilor vechi, pentru ca ulterior, să se intervină asupra acestora prin diferite metode de intervenţie.
Demolarea reprezintă un exemplu de metodă de intervenţie asupra construcţiilor. Explozia şi
modernizarea urbanistică din ultimii ani, au constituit în general premisa demolării construcţiilor vechi
din ţara noastră. Se demolează parţial sau în întregime diferite tipuri de construcţii iar în unele cazuri se
distrug numai anumite elemente din structura acestora.
Dintre metodele de demolare a construcţiilor, datoritǎ consumului redus de timp, forţǎ de muncǎ şi
cheltuieli, demolarea prin explozii este cea mai competitivǎ metodă de demolare deoarece asigură în
principal un grad ridicat de securitate într-un timp scurt şi la un cost scăzut. Introducerea tehnicii
demolării prin explozii în domeniul construcţiilor a devenit în ultimul timp tot mai des aplicatǎ, dar şi mai
complicatǎ. Desimea construcţiilor, menţinerea în funcţiune a procesului de producţie, permiterea
deschiderii circulaţiei imediat dupǎ demolare şi protejarea seismicǎ a obiectivelor învecinate, sunt doar
câteva exemple de probleme şi situaţii care trebuie rezolvate în domeniul demolării construcţiilor cu
explozivi [89].
Prin urmare, în funcţie de necesităţi şi cu ajutorul aportului tehnologic modern, metodele de
demolare cu ajutorul explozivilor au evoluat. Astfel s-a ajuns la performanţa de a se executa demolarea
construcţiilor prin explozii controlate pe locurile lor de amplasament. Această metodă de prăbuşire a unei
construcţii pe locul de amplasament se numeşte generic demolare prin implozie iar pentru a se evidenţia
faptul că exploziile nu sunt arbitrare, ci au loc după un concept foarte riguros, s-a denumit demolare prin
implozie controlată [91].
În România, protejarea vieţii oamenilor la acţiunile seismice, constituie principala motivaţie a
demolării construcţiilor cu perioada de folosinţă expirată sau a construcţiilor avariate şi degradate pentru
a căror consolidare sau reabilitare, cheltuielile nu se justifică [91].
Importanţa acestei conexiuni de a demola în siguranţă construcţiile la un cost cât mai redus,
pentru a nu pune în pericol viaţa oamenilor care locuiesc în ele, impune o nouă abordare a conceptului de
demolare prin implozii a construcţiilor, sub aspectele economic şi probabilistic. Această abordare stă la
baza alegerii titlului acestei teze, care introduce un concept inovativ, astfel încât, prin evaluarea fiabilistă
a construcţiilor, demolarea prin implozie să devină controlabilă.
1.2. Actualitatea subiectului
Materialul acestei lucrări este de actualitate permanentă, deoarece în România se preferă
intervenţiile de consolidare şi reparare a construcţiilor degradate, în schimbul demolării lor. Totuşi în
ultima perioadă de timp, costurile însemnate ale acestor intervenţii, au condus la o regândire a executării
activităţilor de mentenanţă şi de reabilitare a construcţiilor, luându-se tot mai des în considerare varianta
demolării parţiale sau totale a construcţiilor în cauză.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
8
În anumite situaţii, demolarea acestor construcţii a fost posibilă numai prin aplicarea unor metode
noi de demolare controlată cu ajutorul explozivilor [89].
Dintre aceste metode, cea a ,,imploziei controlate” este considerată a fi cea mai inovativă,
economică şi eficientă în demolarea anumitor tipuri de construcţii, pentru care folosirea altor procedee de
demolare ar fi sortite eşecului.
Determinatele majore ale demolării prin implozie controlată, sunt de natură economică, ecologică
şi socială. Acest proces de intervenţie asupra construcţiilor, trebuie înţeles şi implementat corespunzător,
cu ajutorul unei concepţii de calcul probabilist folosită în detrimentul celei de tip determinist, astfel încât
construcţiile să corespundă în permanenţă exigenţelor de performanţă stabilite de Organizaţia
Internaţională pentru Standardizare.
1.3. Obiectivele tezei de doctorat
Propunerea acestei teze de doctorat, este de a introduce prin intermediul calculului probabilist de
fiabilitate, a conceptului de control al demolării construcţiilor prin implozii, în siguranţă şi la costuri cât
mai reduse.
În acest scop, prezint o listă de obiective menite să dea o interpretare concretă şi aplicativă acestui
concept probabilist. Pe baza celor menţionate, lucrarea este orientată pe următoarele direcţii:
1 - Conceptul demolării construcţiilor prin implozii controlate;
2 - Studiul comparativ între exploziile provocate şi cutremurele de pământ;
3 - Acţiunea exploziei asupra componentelor structurale;
4 - Simularea demolării prin explozii controlate;
5 - Evaluarea efectelor care se manifestă asupra construcţiilor situate în vecinătatea demolărilor
prin explozii controlate;
6 - Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate;
7 - Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor;
8 - Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate.
1.4. Conţinutul tezei de doctorat
Teza de doctorat este structurată pe 10 capitole şi abordează următoarele aspecte:
Capitolul 1 - Introducere – prezintă consideraţii cu caracter general ale autorului
referitoare la importanţa şi actualitatea subiectului, precum şi la tematica abordată în
conţinutul lucrării;
Capitolul 2 - Stadiul cunoaşterii – în acest capitol sunt descrise sintetizat noţiunile de
fiabilitate a sistemelor şi implozia controlată a construcţiilor, este evidenţiată necesitatea
demolărilor şi sunt descrise tehnicile, metodele şi materialele care se folosesc la demolarea
construcţiilor;
Capitolul 3 - Critica stadiului cunoaşterii – cuprinde referiri la deficienţele şi lacunele
existente în România, din punct de vedere al evaluării fiabiliste a construcţiilor în vederea
demolării prin implozii controlate;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
9
Capitolul 4 – Fenomene generate de undele de şoc - sunt prezentate rezultatele studiilor
teoretice de actualitate în domeniul detonicii şi este abordată conceptual problematica
interacţiunii exploziei cu materialele de construcţie;
Capitolul 5 - Acţiuni din explozii transmise construcţiilor – capitolul înfăţişează atât
noţiuni generale despre construcţii şi acţiuni în construcţii, cât şi o sinteză cu caracter
aplicativ referitoare la acţiunea exploziei asupra componentelor structurale;
Capitolul 6 - Mişcări ale pământului datorate exploziilor – este consacrat studiului
oscilaţiilor pământului generate de explozii şi caracterului asemănător al acestora cu
oscilaţiile pământului produse de cutremure;
Capitolul 7 - Fiabilitatea globală a construcţiilor - pune în evidenţă tendinţele moderne
folosite la calculul siguranţei construcţiilor în conformitate cu noua viziune asupra calităţii
europene;
Capitolul 8 – Fiabilitatea demolărilor prin implozii controlate – prezintă un concept de
calcul neliniar fiabilistic al sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la
demolarea construcţiilor şi metode comparative de control a fiabilităţii acestor sisteme;
Capitolul 9 – Studii de caz – se referă la cercetări cu privire la: simularea demolării unei
construcţii prin Metoda Elementului Aplicat şi validarea acestei simulări prin demolarea
efectivă a construcţiei; evaluarea efectelor care se manifestă asupra clădirilor situate în
vecinătatea demolărilor prin explozii controlate; studiul acţiunii seismice generată de
demolările prin explozii controlate; simularea şi testarea ecranelor triplustratificate în
vederea atenuării efectelor distructive ale exploziilor, asupra mediului înconjurător;
Capitolul 10 – Concluzie – reprezintă un punct de vedere al autorului privind îndeplinirea
obiectivelor propuse, contribuţiile personale desprinse în urma efectuării studiilor teoretice
şi a cercetărilor experimentale, precum şi valoarea aplicativă a tezei.
Teza mai conţine: 14 anexe ce cuprind o foaie de calcul - efectuată cu un program de calcul
elaborat în MathCAD - a caracteristicilor termodinamice şi de detonaţie ale dinamitei folosită la
demolarea construcţiei industriale Curăţătorie din fosta Fabrică de pâine „Titan” Bucureşti, precum şi
tehnologia de demolare prin explozii controlate a acestei structuri; o bibliografie cu 123 de titluri; 14
normative şi instrucţiuni; 9 adrese de internet; 22 de standarde şi coduri; un glosar cu 139 termeni; lista
simbolurilor cu unităţile de măsură utilizate, precum şi rezumatele în limbile engleză şi franceză ale
lucrării.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
10
CAPITOLUL 2
STADIUL CUNOAŞTERII
2.1. Fiabilitatea sistemelor
2.1.1. Noţiunea de fiabilitate În vorbirea curentă fiabilitate înseamnă încredere. Termenul de fiabilitate, este un neologism care
provine din limba franceză de la adjectivul “fiable” care înseamnă “demn de încredere”.
Literatura anglo-saxonă, utilizează termenul "reliability” derivat din verbul “to rely” care
înseamnă “a se încrede în cineva sau ceva”. În limbile rusă (nadenjnosti) şi germană (zuverlässigkeit),
termenii au înţelesul de siguranţă.
Matematic, fiabilitatea reprezintă probabilitatea ca într-un interval de timp dat să nu se producă
avarii sau defecţiuni care să influenţeze funcţionarea normală a unui sistem [104].
Rezultă [104]:
o Fiabilitatea nu e certitudine, ci probabilitate şi se exprimă prin funcţii adimensionale;
o Calculul fiabilităţii implică mulţimi de evenimente şi precizia calculului este mai bun,
cu cât numărul evenimentelor este mai mare;
o Procesele care intervin în calcule sunt discrete sau continue;
o Spre deosebire de probabilitate, elementele care intră în calculul de fiabilitate sunt
aleatoare, variabile;
o Prin fiabilitate se înţelege şi siguranţă în funcţionare sau siguranţă a calculelor.
Există două concepţii de calcul [104]:
1. SAFE-LIFE – durabilitate garantată;
2. FAIL-SAFE – distrugere controlată.
Metodele de calcul fiabilist se bazează pe interdependenţa următoarelor discipline [104]:
o Teoria mulţimilor;
o Teoria probabilităţilor;
o Statistica matematică;
o Logica matematică.
2.1.2. Cauzele avariilor sau erorilor
I. Prostia [104].
o Are o paletă nemărginită de manifestare;
o Nu ascultă de nici o lege;
o Intervine preponderent în faza iniţială a funcţionării unui sistem şi e factor previzibil;
o Se elimină prin verificări la toate nivelurile: proiectare, fabricaţie, întreţinere şi
exploatare;
o Denumirea convenţională: erori de tinereţe.
II. Întâmplarea [104].
o Reprezintă un factor imprevizibil însă decisiv pentru buna funcţionare;
o Ascultă de legile întâmplării:
a) Ceva şi ceva şi ceva – produsul probabilităţilor individuale;
b) Ceva sau ceva sau ceva – suma probabilităţilor individuale;
c) Precizia sau valabilitatea creşte odată cu numărul evenimentelor ce au loc.
III. Oboseala sau uzura [104].
o Reprezintă un factor previzibil;
o Apare în faza finală a funcţionării unui sistem;
o Nu ascultă de anumite legi şi se poate elimina;
o Denumire convenţională: erori de bătrâneţe.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
11
2.1.3. Funcţii de calcul
Se notează următoarele evenimente [71], [104]:
- numărul total de evenimente;
- numărul evenimentelor corecte sau de supravieţuire;
- numărul evenimentelor greşite sau cu defecţiuni.
Între aceste funcţii există relaţia
(2.1)
Se defineşte funcţia de fiabilitate ca fiind raportul
(2.2)
iar
(2.3)
reprezintă funcţia de defiabilitate sau de distribuţie a probabilităţii de avarie. Între cele două funcţii există
relaţia
(2.4)
Densitatea avariilor este definită prin funcţia
δ t
(2.5)
δ t δ t
a) Legea normală Gauss b) Legea exponenţială Poisson
Figura 2.1. Funcţii de densitate [104]
Numărul de avarii ce se produc în unitatea de timp sunt descrise prin funcţia de risc [71]
(2.6)
t t 0
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
12
Figura 2.2. Funcţia de risc [47]
Inversul funcţiei de risc
(M.T.B.F) (2.7)
reprezintă durata medie de funcţionare între două avarii consecutive.
De exemplu
re - o probabilitate de avarie rezonabilă;
re - o probabilitate de avarie mică;
re - o probabilitate de avarie extrem de mică.
2.1.4. Fiabilitatea individuală
Se ia în considerare funcţia de risc definită prin [47]
(2.8)
Înlocuindu-se densitatea avariilor δ t definită prin funcţia 2.5, rezultă ecuaţia diferenţială
(2.9)
Se integrează ecuaţia şi se obţine
(2.10)
(2.11)
Ptr. cazul particular important în practică, atunci când expresia fiabilităţii individuale este
t
1 2 3
Serviciu
Tinereţe Bătrâneţe
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
13
(2.12)
iar durata medie între două avarii consecutive are expresia
(2.13)
Ptr. funcţionare scurtă, atunci când t , din dezvoltarea în serie Taylor a funcţiei (2.12) rezultă
(2.14)
Se reţin numai primii doi termeni şi fiabilitatea devine
(2.15)
iar defiabilitatea
(2.16)
a) b)
Figura 2.3. Funcţia de fiabilitate [104]
De exemplu, pentru o oră
;
99;
999.
Fiabilitatea poate fi refăcută (regenerată) prin mijloace automate sau umane [120].
t t
F(t) F(t)
0 0
1 1
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
14
Figura 2.4. Refacerea fiabilităţii [104]
2.1.5. Sisteme cu legături în serie
Figura 2.5. Legături în serie [104]
Ceva şi ceva şi ceva: reprezintă produsul fiabilităţilor individuale [104].
(2.17)
(2.18)
În situaţia în care
(2.19)
rezultă
(2.20)
Dacă t , din dezvoltarea în serie Taylor rezultă
(2.21)
(2.22)
t
F(t)
1
0
Nivel
minim
admis
1 2
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
15
În general
(2.23)
(2.24)
(2.25)
(2.26)
2.1.6. Sisteme cu legături în paralel
Figura 2.6. Legături în paralel [104]
Ceva sau ceva sau ceva: reprezintă produsul defiabilităţilor individuale [104].
(2.27)
1- (2.28)
(2.29)
(2.30)
(2.31)
(2.32)
Dacă t
(2.33)
În general
1
2
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
16
(2.34)
(2.35)
Observaţii:
1. ;
2. ;
3. nu creşte atât de repede faţă de , precum în comparaţie cu .
Exemplu:
λ ;
2.1.7. Sisteme cu legături mixte
Figura 2.7. Legături mixte [104]
(2.36)
(2.37)
(2.38)
Rezultă
(2.39)
1
2
3
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
17
2.2. Necesitatea demolărilor
2.2.1. Consideraţii generale
Remodelarea urbană este un proces permanent în viaţa unui oraş. Mărturia avantajelor ce rezultă
din acest proces, stă în arhitectura modernă a multor metropole ale lumii. Acestea au cunoscut atât o
eficientizare cât şi o dezvoltare modernă, prin eliminarea structurilor inutile sau învechite. O parte din
construcţiile din România, au depǎşit sau vor depǎşi în perioada urmǎtoare, durata de exploatare
prevǎzutǎ. Clădirile care şi-au depăşit vârsta de utilitate, sunt atât clădiri destinate activităţilor economice
cât şi clădiri pentru locuinţe. Ele constituie un pericol social şi se impune stabilirea unei strategii de
înlocuire sau reabilitare a acestor construcţii. În cazul înlocuirii, o posibilǎ cale de rezolvare o constituie
demolarea structurilor în cauză [91].
Pentru demolare, este necesarǎ aplicarea unei metode performante care sǎ permitǎ obţinerea
rezultatelor cât mai rapid, sigur şi la un cost cât mai scǎzut [91].
Una din metodele care rǎspunde într-un grad ridicat acestor cerinţe, este demolarea prin implozie
controlată a construcţiilor cu ajutorul explozivilor.
Pe plan mondial, tendinţa punerii în practicǎ a tehnicii de demolare prin implozii controlate a
construcţiilor cu ajutorul explozivilor, constă în a obţine rezultatele dorite prin aplicarea soluţiilor optime
din punct de vedere constructiv şi economic, fǎrǎ a afecta desfǎşurarea activitǎţilor, în condiţii de
siguranţǎ atât pentru personalul angrenat, cât şi pentru mediul înconjurǎtor [89].
Pentru realizarea acestor deziderate un rol important le revine proiectanţilor pe timpul întocmirii
documentaţiilor de execuţie a lucrǎrilor de demolare prin implozii controlate. În aceastǎ fazǎ, aceştia
trebuie să afle răspunsul la întrebǎrile: „În ce fel se vor comporta elementele de construcţie sub acţiunea
exploziei?” şi „Care sunt efectele ce se vor manifesta asupra mediului înconjurǎtor?” [89].
În ţara noastră, până de curând, demolările masive s-au făcut în zonele industriale din afara
oraşelor mari. În ultimii ani, accentul se pune tot mai mult pe demolarea clădirilor industriale din
interiorul oraşelor, în scopul refolosirii terenurilor pentru construcţii noi. Pentru executarea acestor
demolări, în siguranţă şi la costuri cât mai reduse, proiectanţii lucrărilor de demolare prin implozii
controlate, apelează înaintea demolării propriu-zise a structurilor, la studii teoretice de verificare a
demolărilor pe modele ce permit apropierea de condiţiile reale, întâlnite în practicǎ. Astfel, se pot verifica
într-un timp scurt, un numǎr mare de soluţii de proiectare a reţelelor de iniţiere a exploziilor, în scopul
identificării sistemului de iniţiere cu cel mai bun raport cost/capacitate probabilă de iniţiere.
2.2.2. Degradǎri şi avarii structurale
2.2.2.1. Degradǎri structurale
Un aspect important în luarea deciziei de demolare a unei construcţii, îl constituie degradările pe
care le-a suferit construcţia de-a lungul perioadei ei de existenţă. Degradările unei construcţii nu trebuie
constatate numai pe cale vizuală, deoarece atunci când sunt uşor vizibile, ele se află deja într-o fază prea
înaintată. Noua concepţie în studiul degradărilor, impune inspecţia şi evaluarea tehnică a degradărilor cu
ajutorul metodelor şi tehnicilor experimentale specifice. De la caz la caz, se indică să se folosească
metodele experimentale mecanice şi fizico-chimice, nedistructive, semidistructive sau distructive, care au
ca rezultat stabilirea amplasării degradărilor şi a nivelului de deteriorare [82].
Relativ recent, s-au introdus la nivel european conceptele „proiectare pentru durabilitate" şi
„proiectarea întreţinerii". Strategia de bază a primului concept, constă în „monitorizarea" construcţiilor de
o asemenea manieră, astfel încât durata lor de exploatare să fie păstrată cât mai mare în raport cu costul
întreţinerii. Al doilea concept, prevede ca prin proiectare, să se asigure accesul la orice zonă a construcţiei
care să poată fi inspectată, evaluată şi eventual remediată [26].
Datorită acestor două concepte, se schimbă mentalitatea proiectanţilor, executanţilor şi
utilizatorilor construcţiilor, precum şi răspunderea lor faţă de degradările care vor apare [82].
Astfel, referitor la expertizarea construcţiilor existente, iese în evidenţă rolul determinant al
nivelului de cultură tehnică al expertului, care trebuie să fie conştient în primul rând de limitele sale şi să
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
18
apeleze la specialiştii necesari, pentru problemele complexe care apar. Expertul este dator în acelaşi timp,
să solicite şi determinările experimentale in situ şi în laborator, care să confirme valabilitatea constatărilor
şi ipotezelor efectuate în procesul de expertizare. De exemplu, în cazul în care expertul are în analiză o
construcţie degradată din beton armat, va trebui să apeleze la specialişti în coroziune, chimie, fizică,
materiale de construcţii ş.a.m.d. În ceea ce priveşte depistarea unor degradări sau defecte, pot apare unele
situaţii extrem de dificile (condiţii periculoase), care constau în urcarea la mari înălţimi sau coborârea în
subsoluri a specialiştilor care analizează construcţia. Din aceste considerente, se impune în cazul
construcţiilor existente pentru care nu au existat un proiect şi o concepţie de facilitare a inspecţiei şi a
întreţinerii, să se elaboreze distinct documentaţia tehnică necesară executării acestor operaţiuni [116].
2.2.2.2. Avarii structurale
Demolarea prin implozie a structurilor din zidǎrie, beton şi beton armat, necesitǎ în prealabil o
analizǎ amǎnunţitǎ a avariilor şi a cauzelor acestora, precum şi a comportǎrii construcţiei în ansamblu.
Cele mai importante avarii structurale din România, care au ca efect compromiterea siguranţei
construcţiilor şi scoaterea din uz a acestora, sunt produse de mişcǎrile seismice [15].
În timpul unui cutremur, pǎmântul este acţionat de mişcǎri ondulatorii în plan vertical şi orizontal.
Mişcǎrile pǎmântului au loc într-un mod mai mult sau mai puţin aleator [96].
Undele care sunt generate de cutremur, se caracterizeazǎ prin acceleraţia şi intensitatea lor
maximǎ. Aceşti factori depind atât de distanţa şi profunzimea focarului cutremurului cât şi de
caracteristicile geologice ale terenului. Energia cutremurului este transmisǎ prin pǎmânt la toate
construcţiile care sunt solidar legate de el. Acestea reacţioneazǎ prin inerţie la oscilaţiile provocate de
cutremur, deformându-se sau disipând prin alte mijloace de reacţie internǎ, energia primitǎ. În situaţia în
care construcţia nu are capacitatea de a disipa energia primitǎ, se pot întâmpla mari neajunsuri în vaste
zone ale acesteia, datoritǎ deformaţiilor excesive care conduc la fisurǎri, dislocǎri sau prǎbuşiri [12].
Structura de rezistenţǎ a unei construcţii este alcǎtuitǎ dintr-un ansamblu de elemente structurale,
îmbinate astfel încât sǎ constituie scheletul de rezistenţǎ care preia solicitǎrile pe toatǎ durata exploatǎrii
sale. Elementele structurale, sunt sau nu sunt legate între ele cu ajutorul unor diafragme rigide care sǎ
asigure repartizarea corectǎ a forţelor orizontale între elementele de rezistenţǎ [14].
Din acest motiv, se deosebesc douǎ tipuri de construcţii, total diferite din punctul de vedere al
solicitǎrilor orizontale:
1) în prima situaţie, eforturile seismice de forfecare se transmit prin diafragmele rigide (dalele
planşeelor) la elementele antiseismice (pereţi şi stâlpi), astfel încât deformaţia fiecǎruia din aceste
elemente sǎ fie compatibilǎ cu rigiditatea diafragmei. Dacǎ nivelurile sunt simetrice şi centrul maselor
coincide cu centrul rigiditǎţilor, acţiunea seismicǎ va produce un efect de translaţie. Dacǎ nivelurile sunt
asimetrice, deci centrul maselor nu coincide cu centrul rigiditǎţilor, la translaţie se mai adaugǎ şi o
răsucire, care este cu atât mai mare cu cât excentricitatea dintre centrul maselor şi centrul rigiditǎţii este
mai mare [54], [55], [56];
2) dacă o construcţie are planşee deformabile şi acestea nu pot constitui diafragme rigide, în acest
caz nu existǎ compatibilitate de deformaţii; fiecare din elementele de rezistenţǎ la cutremur, se încarcă cu
cota parte din sarcina care acţioneazǎ asupra sa; rezultă că elementele mai rezistente nu pot ajuta pe cele
mai puţin rezistente (cum se întâmplǎ în cazul construcţiilor cu planşee indeformabile) şi această stare de
fapt diminueazǎ în general rezistenţa construcţiei [54], [55], [56].
La structurile de beton armat avariate se observă în principal trei tipuri de avarii [26], [101]:
- fisuri cu deschideri pânǎ la 2 mm care nu secţioneazǎ întregul elementul de beton armat; în
cadrul defectelor de acest tip se consideră şi fisurile pǎtrunse, a cǎror deschidere nu depǎşeşte 1 mm
pentru stâlpi şi 2 mm pentru celelalte elemente de construcţie (diafragme, grinzi, plǎci);
- fisuri pǎtrunse care au deschideri mari, rezultând dislocarea betonului, cu sau fǎrǎ
flambarea armǎturii;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
19
- ruperi ale secţiunii de beton armat care se produc în special la capetele stâlpilor de la parter
sau la etajele 1 şi 2.
Figura 2.1. Avarii specifice la stâlpii din beton armat [26]
La construcţiile vechi, din zidǎrie cu planşee de lemn, se constată în general urmǎtoarele avarii:
- crǎpǎturi cu desprinderi de tencuialǎ a zidǎriei portante;
- avarierea zidăriei portante sub nivelul planşeului de lemn;
- fisuri şi crǎpǎturi în tencuiala tavanului;
- crǎpǎturi în tavan în zona racordării cu pereţii pe care reazămǎ capetele grinzilor [26].
Figura 2.2. Exemple de avarii la construcţii din zidărie [26]
La demolarea construcţiilor se ţine seama de rezistenţa elementului ce urmeazǎ a fi demolat, dacă
acesta a cedat (total sau parţial) sau dacǎ prezintǎ crǎpǎturi şi deformǎri permanente care le depǎşesc pe
cele normale. La alegerea modalităţii de demolare prin implozie controlată a structurilor, se au în vedere
următoarele: imposibilitatea aplicǎrii unor soluţii de consolidare adecvate, costul lucrǎrilor de consolidare
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
20
comparativ cu cele de demolare şi reconstrucţie, periclitarea stabilitǎţii construcţiei avariate în situaţia
adoptǎrii de consolidǎri şi imposibilitatea aplicării altor procedee de demolare.
Înaintea demolǎrii, specialiştii vor determina calitatea betonului pentru principalele elemente care
contribuie la asigurarea stabilitǎţii construcţiei cât şi la eventualele elemente deteriorate şi vor identifica
armǎturile ori de câte ori vor considera necesar cu ajutorul pahometrului (numǎr de bare, diametre,
distanţa între etrieri etc.) [82].
În funcţie de constatǎrile şi concluziile acestor analize şi determinǎri, se stabileşte necesitatea
demolǎrii construcţiei şi se adoptǎ soluţia cea mai fiabilă de demolare a acesteia. În cazul adoptării
metodei demolǎrii prin implozie controlată, această soluţie de demolare nu se trateazǎ parţial, ci pe întreg
ansamblul construcţiei, asigurându-se în final pierderea stabilitǎţii acesteia [91].
2.2.3. Eliberǎri de spaţii
Datorită caracteristicilor distructive, explozivii sunt folosiţi atât în domeniul militar cât şi în cel
civil. În domeniul civil, explozivii sunt folosiţi cu precădere la operaţii de derocare în mine sau exploatări
la suprafaţă, defrişări de păduri, stingerea sondelor incendiate, demolarea construcţiilor etc..
Demolarea construcţiilor cu ajutorul explozivilor a început cu a doua jumătate a secolului al XIX-
lea, în vederea împiedicării extinderii unor incendii în marile oraşe americane. Ulterior, această practică a
devenit foarte utilizată pentru eliberarea spaţiilor de construcţii cu perioadă de folosinţă expirată.
Astfel, explozivii s-au folosit pentru prima dată în anul 1850 la demolarea unor clădiri din oraşul
San Francisco pentru a opri extinderea unor incendii. După anul 1930 au început o serie de experimente
ptr. descoperirea a diferite măsuri de protecţie provocate de efectele exploziei, cum ar fi: plăci de lemn
dispuse în faţa ferestrelor, parcarea camioanelor în jurul construcţiilor de demolat pentru protejarea
vecinătăţilor şi burarea găurilor de mină. Anii “60 marchează un salt important în demolarea
construcţiilor metalice cu explozivi, prin folosirea încărcăturilor cumulative liniare (pe bază de amestec
cu hexogen) pentru tăierea metalelor, precum şi prin apariţia primelor sisteme de iniţiere non – electrice,
care au dat un plus de siguranţă în pregătirea şi executarea activităţilor de demolare cu explozivi. În anii
“80, pentru realizarea unor lucrări eficiente şi adaptate la condiţiile specifice proiectului, a fost introdusă
“puşcarea de control”. În ultimele două decenii au luat un avânt deosebit demolările controlate datorită
unor firme care au avut la bază familii întregi de lucrători (familia Loizeaux pentru firma Controlled
Demolition, familia Gustafson pentru firma Demetech, familia Redyke pentru firma Dykon etc.) [48].
Din acest motiv, secretul proiectării şi executării unor operaţii de demolare era menţinut prin
protecţia informaţiilor în interiorul familiei. De asemenea, pronunţatul caracter comercial şi conţinutul
financiar potenţial a acestui tip de afacere, a determinat o relativă lipsă a informaţiilor ştiinţifice din
domeniul demolării cu ajutorul explozivilor [63].
După anul 1945, în ţara noastră au existat preocupări sporadice, pentru demolarea cu explozivi a
unor construcţii. În timpul lucrărilor de la şantierul canalului Dunăre - Marea Neagră s-au executat lucrări
mai însemnate de demolare sau distrugere cu ajutorul explozivilor, ca de exemplu demolarea unor staţii
de pompare. În anii “80, explozivii au fost folosiţi pentru demolarea unor construcţii în Bucureşti, pe
actualul loc al Palatului Parlamentului şi Splaiului Independenţei.
Pe măsura pătrunderii literaturii de specialitate din străinătate şi a ridicării restricţiilor privind
folosirea explozivilor, după anul 1990, mai multe unităţi militare şi civile au trecut la folosirea
explozivilor pentru a demola total sau parţial o serie de construcţii cum ar fi:
-biblioteca din incinta Institutului Agronomic Bucureşti;
-complexul fostei Fabrici de Glucoză Bucureşti;
-podul de şosea de peste râul Suceava din localitatea Costanca;
-demolarea unor coşuri de la combinatul Turnu Măgurele;
-demolarea corpurilor A şi C din complexul comercial Lujerului etc. [89].
În cazul soluţiei demolării prin explozii controlate adoptată la demolarea „Căminului Bibliotecă“
din incinta Universităţii de Ştiinţe Agronomice – Bucureşti de către genişti militari, a fost aplicată metoda
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
21
blocurilor mici, întârzierea dintre cele 11 trepte fiind de 25 ms. Demolarea a fost un real succes şi s-a
bucurat de aprecierea la superlativ a beneficiarilor [89].
După anul 2000, mai multe societăţi specializate în acest domeniu, au început să introducă
folosirea sistemelor de iniţiere neelectrice de tip Nonel.
Eliberările de spaţii cu ajutorul demolărilor prin implozii controlate a construcţiilor existente,
prezintǎ o serie de avantaje, din care se pot enumera urmǎtoarele [89]:
- pregǎtirea demolǎrii ce implicǎ un numǎr mare de oameni, are loc într-o structurǎ stabilǎ,
care nu prezintǎ pericol imediat în exploatare;
- are loc o dislocare a materialului în dimensiuni corespunzǎtoare pentru mijloacele de
încǎrcare-evacuare a materialului rezultat;
- suprafaţa de aşezare a materialului dislocat este pe locul de amplasament sau în apropierea
acestuia;
- prin folosirea mijloacelor de protecţie balistică şi a treptelor de explozie, se realizează un
impact neglijabil produs de materialul dislocat şi un efect seismic ce poate fi controlat;
- timpul total de demolare este mult mai mic faţǎ de cel al unei demolări clasice, prin
minimizarea atât a timpului de pregǎtire cât şi a timpului de demolare efectivǎ, redus la câteva secunde
indiferent de mǎrimea construcţiei;
- securitatea şi sănătatea muncii este asiguratǎ judicios prin procedurile stricte de lucru şi
prin distribuţia personalului calificat pe timpul lucrǎrilor. Demolarea propriu-zisǎ are loc în absenţa
lucrǎtorilor la faţa locului iar activitǎţile specifice ulterioare, au ca obiect elemente de construcţie
disparate, care nu prezintǎ pericole majore de accidentare la mânuire;
- aceste lucrǎri au precizie ridicatǎ (se pot executa inclusiv demolǎri parţiale cu pǎstrarea în
utilizare a pǎrţii nedemolate a construcţiei);
- costurile faţǎ de cele ale unei demolǎri efectuate prin metode clasice, sunt reduse.
2.2.4. Modernizǎri
Sistemul construcţie, este alcǎtuit dintr-o serie de subsisteme şi elemente de construcţii care
îndeplinesc roluri şi funcţii bine definite, realizate din materiale diferite şi cu muncitori de meserii
(specialitǎţi) diferite [81].
În conformitate cu viziunea şi terminologia ISO, la proiectarea construcţiilor se au în vedere
cerinţele faţǎ de o construcţie, faţǎ de subansamblurile şi elementele componente, precum şi faţǎ de
materialele de construcţie aferente, luând în considerare exigenţele funcţionale ale utilizatorilor
Abordarea sistemicǎ a concepţiei şi proiectǎrii construcţiilor, creeazǎ cadrul de gândire şi analizǎ
care este necesar pentru explicarea complexului de relaţii şi interconexiuni ale acestora cu mediul
înconjurător şi permite în acelaşi timp, utilizarea unor tehnici şi metodologii moderne de investigare şi
inovare tehnologicǎ. Modul acesta de abordare, este direct legat de linia de gândire funcţionalǎ adoptatǎ
în ultima perioadǎ în activitatea de concepţie şi proiectare modernǎ a clădirilor şi s-a materializat prin
introducerea în activitatea de construcţii a „conceptelor de calitate şi performanţǎ” [82].
La nivel internaţional, necesitatea înfiinţării sistemelor calităţii certificate în conformitate cu ISO
9000, au constituit un răspuns la provocările globalizării crescânde a pieţei.
Pentru a veni în întâmpinarea armonizării construcţiilor cu mediul înconjurător, noul standard ISO
21931 publicat de Organizaţia Internaţională de Standardizare ISO, se aplică la toate etapele unei
construcţii, de la proiectare până la construcţia propriu-zisă, operare, întreţinere, reparare şi demolare,
pentru a asigura faptul că produsul finit rezultat este o clădire prietenoasă cu mediul. ISO 21931-1:2010
face parte dintr-o serie de standarde internaţionale care reglementează durabilitatea în construcţii.
Standardul este destinat să fie utilizat complementar, urmând să respecte principiile stabilite în cadrul
familiei de standarde internaţionale ISO 14020 referitoare la atribuirea de calificative legate de mediu,
alături de ISO 14040 (standard privind evaluarea ciclului de viaţă) şi de ISO 15392 (standard ce defineşte
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
22
principiile generale legate de durabilitate în construcţii).
În România, întocmirea prescripţiilor şi documentaţiilor tehnice pentru construcţii, se bazeazǎ pe
conceptele de performanţǎ şi calitate conform STAS 12400/2 – 88, respectiv Legea nr. 10 din 1995
privind calitatea în construcţii actualizată în 2007, lege care include modificările din HG nr. 498 din
2001, Legea 587 din 2002 şi Legea nr. 123 din 2007.
În capitolul I - articolul 1 al Legii nr. 10 din 1995, calitatea construcţiilor este definită ca fiind
rezultanta totalităţii performanţelor de comportare a acestora în exploatare, în scopul satisfacerii, pe
întreaga durată de existenţă, a exigenţelor utilizatorilor şi colectivităţilor.
La nivelul Organizaţiei Internaţionale pentru Standardizare (ISO) a fost întocmită o listă care
cuprinde 14 exigenţe de performanţă pentru clădirile civile, enumerate în tabelul următor:
Tabelul 2.1. Exigenţele de performanţǎ ale clǎdirilor civile [82]
Categoria de exigenţe Enunţarea exigenţei
1 2
1. Stabilitate şi rezistenţǎ Stabilitate de ansamblu şi rezistenţǎ structuralǎ
a clǎdirii;
Stabilitate şi rezistenţǎ la acţiuni dinamice;
Rezistenţa pǎrţilor ce se deschid şi a
mecanismelor;
2. Siguranţǎ la foc Riscul de izbucnire a unui incendiu;
Durata de alarmǎ la un incendiu;
Durata de supravieţuire în clǎdire dupǎ
declanşarea incendiului;
Durata de propagare a gazelor şi a fumului;
Durata de evacuare a ocupanţilor clǎdirii;
Durata de stingere a unui incendiu;
3. Siguranţa la utilizare Siguranţa executǎrii lucrǎrilor de construcţii şi
întreţinere;
Siguranţa de contact cu pereţii, mânerele,
pardoselile etc.;
Siguranţa circulaţiei în clǎdire (alunecare,
obstacole etc.);
Siguranţa faţǎ de tentative de intrare în clǎdire
(oameni, animale);
4. Etanşeitate Etanşeitate la aer şi gaze;
Etanşeitate la apǎ;
Etanşeitate la solide (zăpadǎ, praf, nisip etc.);
5. Performanţa
higrotermicǎ
Confort termic;
Umiditatea aerului;
Uscǎciunea închiderilor (condiţii de condens);
6. Ambianţa atmosfericǎ Nivelul de ventilaţie;
Emisia de mirosuri;
7. Performanţe acustice Izolare la zgomote provenite din exterior;
Izolare acusticǎ între încǎperi la zgomote
aeriene şi de impact;
Nivelul zgomotelor emise de instalaţii şi
elemente constructive;
Reverberaţia zgomotului;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
23
8. Performanţe vizuale Iluminatul natural;
Iluminatul artificial;
Aspectul pereţilor;
Vederea spre exterior;
9. Performanţe tactile Cǎldura transmisǎ de corpul uman la suprafaţa
de contact;
Temperatura maximǎ a suprafeţelor de contact
pentru a evita disconfortul utilizatorului;
Descǎrcarea de electricitate staticǎ;
Confort mecanic la pipǎit;
10. Performanţa dinamicǎ Vibraţii şi mişcǎri impuse corpului uman de
clǎdire şi instalaţiile ei;
Efortul de manevrare pentru deschiderea
uşilor, ferestrelor, robinetelor, întrerupǎtoarelor;
11. Performanţe de igienǎ Emiterea sau apariţia de substanţe nocive sau
insalubre(gaze, lichide, praf, mucegai, ciuperci);
Adaptabilitatea instalaţiilor de apǎ şi evacuarea
gunoiului;
12. Adaptabilitate la
utilizare
Adaptarea spaţiilor la activitǎţile care le
sunt destinate;
Adaptarea finisajelor la agenţii care le pot
influenţa, inclusiv uşurinţa de întreţinere şi reparare;
13. Durabilitate Durata de viaţǎ a clǎdirii şi a fiecǎreia dintre
pǎrţile ei componente;
14. Economie Cheltuieli pentru construcţia clǎdirii;
Cheltuieli pentru funcţionare (consum de
energie pentru încǎlzire);
Cheltuieli de întreţinere şi reparaţii curente.
Aceste exigenţe de performanţă pentru clădirile civile, stau la baza alegerii variantelor de
intervenţie asupra clădirilor. În prezent, atât creşterea continuǎ a nivelului şi condiţiilor de trai ale
oamenilor, precum şi deficienţa existenţei terenurilor pe care sunt amplasate construcţiile de locuinţe mai
ales în marile aglomerǎri urbane, creeazǎ premisele achiziţionǎrii de locuinţe cu o stare avansatǎ de
degradare, la preţuri acceptabile.
În aceste cazuri, noii proprietari sunt puşi în situaţia de a alege una din urmǎtoarele variante:
1. Să pǎstreze locuinţa şi sǎ-i aducǎ modernizǎri conform exigenţelor de performanţǎ
menţionate mai sus, în scopul reabilitǎrii acesteia;
2. Sǎ demoleze o parte din construcţie sau toatǎ construcţia, în vederea înlocuirii acesteia cu
un imobil modern.
Atât în prima cât şi în a doua situaţie, un rol foarte important le revin metodelor adoptate pentru
ducerea la îndeplinire a obiectivelor propuse. În cazul celei de-a doua variante, o posibilǎ cale de
rezolvare o constituie demolarea prin implozie controlatǎ în vederea reconstrucţiei obiectivului în cauzǎ.
În urma celor prezentate, rezultă că intervenţiile de demolare prin implozii controlate, reprezintă o
etapă importantă în procesul modernizării construcţiilor şi un mijloc prin care localităţile pot supravieţui
prin readaptarea continuă la noile cerinţe generate de progresul social [58].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
24
2.3. Demolarea construcţiilor prin implozii controlate
2.3.1. Problematica abordatǎ
Demolarea construcţiilor reprezintǎ o activitate la fel de importantă cu cea a ridicǎrii acestora.
În cadrul pregǎtirii amplasamentului viitoarei construcţii, rolul demolării este de a îndepǎrta
structurile deja existente.
Activitatea de demolare reprezintǎ conform DEX, „dǎrâmarea unei construcţii sau a unui element
de construcţie (desfǎcând piesǎ cu piesǎ), în vederea amplasǎrii unei construcţii noi sau realizǎrii unei
amenajǎri de utilitate publicǎ.” Sinonimele cuvântului demolare, în conformitate cu Dicţionarul Tehnic
Român, sunt: „a debara, a culca la pǎmânt, a distruge, a se prǎbuşi, a se surpa, a nimici, a se ruina, a se
dǎrǎpǎna, a demola o clǎdire (veche).” La demolare, în limba englezǎ se spune demolition, în francezǎ
d molition, în rusǎ cnoc iar în germanǎ abbruch [91]. Metodele de demolare se clasificǎ în funcţie de procedeele şi mijloacele utilizate [89]:
- metode de demolare cu ajutorul mijloacelor mecanice: acţionate manual, hidraulic, cu
bilǎ, prin împingere, prin tracţiune, spǎrgǎtor de beton;
- metode de demolare prin procedee abrazive sau electrice: cu foreze şi scule diamantate,
prin efect Joule şi prin electrofracturǎ;
- metode de demolare prin procedee termice: lance termicǎ, tub Cardox;
- metode de demolare prin expansiune: prin expansiunea gazului, cu Bristar – ciment
expandabil;
- metode de demolare prin acţiunea distructivă a exploziei asupra materialelor de construcţie
rezultată în urma detonaţiei explozivilor.
Folosirea explozivilor în scopul demolării construcţiilor, nu este o aplicaţie recentă. Sunt
publicaţii şi lucrări care abordează acest subiect din punctul de vedere al problematicii explozivilor apţi a
fi folosiţi în exploatările miniere ca sursă de distrugere, dislocare, spargere a rocilor şi minereurilor şi mai
puţin din perspectiva folosirii explozivilor în domeniul construcţiilor [25], [28], [65], [89], [91].
Marea majoritate a metodelor de lucru care se folosesc în prezent la demolările prin explozii, sunt
bazate în principal pe experienţǎ şi pe folosirea procedeelor empirice. Cea mai importantă problemǎ care
apare la demolǎrile prin explozii, constă în dirijarea efectelor exploziilor astfel încât sǎ poatǎ fi controlată
manifestarea lor asupra mediului şi asupra modului de prăbuşire a construcţiei.
În acest context, al deţinerii controlului asupra activităţii propriu-zise de demolare a construcţiilor,
a apǎrut denumirea de demolare controlatǎ prin explozii iar recent, pentru a evidenţia faptul cǎ
încǎrcǎturile de exploziv nu sunt alese, dispuse şi detonate în mod arbitrar, a început să se folosească
denumirea de demolare prin explozii controlate.
Demolǎrile prin explozii controlate, sunt activităţi care constau în utilizarea explozivilor pentru a
provoca instabilitatea construcţiilor.
Activitatea de demolare controlatǎ a construcţiilor cu ajutorul explozivilor constǎ în executarea
următoarelor operaţiuni: introducerea în găurile perforate în componentele structurale a unor încǎrcǎturi
explozive şi detonarea acestora la intervale de timp foarte bine stabilite în vederea fragmentării şi
pierderii capacitǎţii portante a elementelor constructive, astfel încât efectul final asupra construcţiei să fie
de prăbuşire totalǎ sau parţialǎ, atât pe locul de amplasament, cât şi în împrejurimile acestuia, datoritǎ
pierderii stabilitǎţii sub acţiunea propriei greutăţi.
În mod curent, în publicitate, media şi la activitǎţile de demolare prin explozii, se utilizeazǎ
adesea expresiile demolare prin implozie şi demolare prin implozie controlată [91].
Acest termen generic implozie, este împrumutat din fizicǎ, şi se referǎ la faptul cǎ, în anumite
condiţii de executare a exploziilor, o clǎdire se prǎbuşeşte pe locul ei de amplasament. În realitate însǎ,
acţiunea exploziei nu provoacǎ implozie.
Conform DEX 98, “implozia reprezintǎ fenomenul opus exploziei, care constă în pǎtrunderea
rapidǎ a aerului într-un spaţiu închis, fără aer, când pereţii acesteia sunt distruşi şi care poate provoca un
accident”.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
25
Acţiunea de a demola o construcţie prin implozie, constă în colapsul cǎtre interior al construcţiei,
fiind atât rezultatul acţiunii greutǎţii proprii, cât şi al măiestriei artificierilor de a controla prin trepte de
întârziere a exploziilor, întregul proces de demolare.
Implozia este impropriu atribuitǎ fenomenului de demolare a construcţiilor, deoarece demolarea
în realitate este rezultatul exploziilor, adică a detonaţiei explozivilor. Din acest motiv, aceastǎ denumire
nu se atribuie la toate demolările prin explozii [91].
Pe de altă parte, nu toate construcţiile demolate prin explozii pot colapsa cǎtre interior (spre
exemplu unele coşuri, turnuri, poduri etc.). De asemenea, sunt construcţii care nu se demolează prin
tehnica prăbuşirii pe locul de amplasament. Pentru astfel de demolări, specialiştii recomandǎ utilizarea
termenului de „demolare controlatǎ cu ajutorul explozivilor” [89].
În comparaţie cu demolarea controlată a construcţiilor prin explozii controlate, principiul
demolării prin implozii controlate constă în utilizarea concentratǎ a minimului de energie necesarǎ pentru
a îndepǎrta legǎturile din cadrul structurii şi/sau de a tǎia principalii suporţi ai construcţiei, astfel încât
prǎbuşirea acesteia sǎ aibă loc pe locul de amplasament, datoritǎ greutǎţii elementelor de construcţie.
Altfel spus, aceastǎ metodǎ constǎ în ruperea legǎturilor existente între elementele constructive
prin explozii, într-o succesiune precisǎ, pentru a trece structura într-o stare de instabilitate care sǎ
conducǎ, sub acţiunea greutǎţii proprii, la colapsul acesteia pe locul de amplasament (fig. 2.3) [89].
Figura 2.3. Prǎbuşirea unei structuri pe locul de amplasament prin acţiunea directǎ a exploziilor
controlate asupra elementelor de sprijin (implozie controlată) [91]
Datorită progresului tehnic, prin folosirea calculului de fiabilitate şi a programelor de modelare şi
simulare matematică a comportării unei structuri la acţiunea extremă a exploziilor, specialiştii se pot
edifica încă din faza de proiectare a lucrǎrii de demolare prin implozie controlată, atât asupra
probabilităţii de demolare a structurii cât şi a „procedurii de dirijare” a prăbuşirii construcţiei.
Iniţierea fiabilă şi la un cost cât mai redus a sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive,
coroborată cu detonarea controlată pe trepte de întârziere a încǎrcǎturilor explozive în condiţii de
siguranţă, atât asupra personalului cât şi a mediului înconjurător, reprezintă dezideratul oricărei activităţi
de demolare. Din aceste motive, se impune ca pe timpul demolărilor prin implozii controlate, să se
înregistreze efectelor exploziilor, pentru cuantificarea acestora în scopul perfecţionǎrii metodelor de
calcul, prin corectare ulterioarǎ.
2.3.2. Scopul demolării
După punerea în operă, fiecare construcţie constituie o realizare bine individualizată de
caracteristicile ei vibratorii, de tipul constructiv, de materialul de execuţie şi de geometria în plan
orizontal şi vertical [67].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
26
Calitatea execuţiei, natura şi calitatea materialelor, tipul de structură, vârsta şi starea de uzură,
degradare şi avariere a construcţiei, apropierea de clădirile învecinate, modificările post-execuţie
aduse construcţiei, terenul pe care se află şi mişcarea lui seismică, reprezintă o serie de aspecte care
impun la un moment dat, intervenţii asupra unei construcţii. Pe timpul perioadei lor de existenţă,
construcţiile pot suferi diferite tipuri de modificări de la starea iniţială, sub influenţa acţiunii a numeroşi
factori. Degradarea construcţiilor şi efectele ei, au impus reconsiderarea cerinţelor societăţii faţă de
construcţii şi în acest sens au fost statuate o serie de exigenţe ale utilizatorilor construcţiilor, în funcţie de
necesităţile obiective ale acestora legate de folosirea construcţiei sau a subansamblurilor ei [79].
În general, exigenţele personalului uman şi ale animalelor se referă atât la siguranţa construcţiei în
condiţii normale de exploatare, cât şi la asigurarea confortului, igienii şi a sănătăţii. Analiza construcţiilor
în vederea satisfacerii acestor exigenţe, este de o importanţă deosebită în aprecierea valabilităţii
normativelor de proiectare, a tehnologiei de execuţie, a instrucţiunilor de exploatare şi întreţinere, precum
şi pentru alegerea variantei optime de intervenţie asupra acestora.
Activitatea de demolare prin implozie controlată a unei construcţii reprezintă un astfel de tip de
intervenţie şi se realizează în general, pentru a duce la îndeplinire asigurarea exigenţelor funcţionale ale
construcţiei, după normele impuse la un moment dat.
Idealizând, se poate afirma că scopul demolării prin implozii controlate a construcţiilor este
reprezentat de necesitatea îndepărtării acelor construcţii care nu se conformează la exigenţele şi cerinţele
în vigoare ale societăţii.
2.3.3. Materiale
Cele mai importante materiale care se folosesc în activităţile de demolare a construcţiilor sunt
materiile explozive. Materiile explozive sunt substanţe sau amestecuri de substanţe în stǎri metastabile,
cu stare de agregare solidǎ, lichidǎ sau gazoasǎ, capabile sǎ dea naştere, sub influenţa unui impuls
exterior, la reacţii chimice instantanee, autopropagabile, cu degajare de cǎldurǎ şi gaze la temperaturi
ridicate, capabile sǎ efectueze un lucru mecanic (fig. 2.4).
Substanţele care dispun de energie chimicǎ sunt cunoscute sub numele generic de explozivi [62].
Energia chimicǎ rezultatǎ din descompunerea substanţelor explozive, constituie una din formele
principale de energie utilizatǎ în domeniul militar şi în multe sectoare ale economiei.
În general, explozivii sunt constituiţi din elemente oxidante sau comburante (O2 sau substanţe
oxidante), din elemente combustibile sau carburante (C, H. S, Al, Mg etc.), din elemente inerte (N),
precum şi din alte elemente care contribuie la reducerea sau mǎrirea sensibilitǎţii, temperaturii sau
cǎldurii de explozie. În timpul procesului de transformare explozivǎ, primele douǎ elemente constitutive
se combinǎ dând naştere la noi substanţe, în majoritatea cazurilor sub formǎ de gaze (CO2, CO etc.) şi
uneori sub formǎ de reziduri solide (sulfuri, metale, oxizi metalici, cloruri, cianuri, etc.) [107].
Procesul de descompunere a substanţelor chimice explozive, este o reacţie chimicǎ în urma cǎreia
aceste substanţe constituite din molecule cu structurǎ complexǎ trec în mai multe substanţe chimice cu
structură mai simplǎ. Descompunerea substanţelor chimice explozive în elemente mai simple este
influenţatǎ de o serie de factori cum ar fi: natura şi intensitatea impulsului iniţial; cǎldura degajatǎ şi
temperatura produşilor rezultaţi; durata reacţiei chimice de oxidare respectiv viteza de descompunere
chimică; spaţiul în care are loc descompunerea şi presiunea produşilor rezultaţi; cantitatea de substanţǎ
supusǎ procesului de descompunere etc. [121].
În funcţie de viteza cu care se produce transformarea chimicǎ de oxidare, se deosebesc mai multe
tipuri de fenomene de transformare şi anume: explozia, detonaţia, deflagraţia, combustia, arderea şi
transformarea chimicǎ lentǎ [89].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
27
Figura 2.4. Clasificarea materiilor explozive [89]
Explozia este fenomenul de transformare chimicǎ care poate lua forma detonaţiei sau deflagraţiei.
Încadrarea într-unul din cele douǎ fenomene, se face în funcţie de parametrul vitezǎ [154].
Detonaţia este un proces de transformare chimicǎ ce se propagǎ cu o vitezǎ de ordinul miilor de
metri pe secundǎ şi care se caracterizeazǎ prin: vitezǎ constantǎ, stabilǎ şi maximǎ; acţiune puternicǎ de
sfǎrâmare-rupere în bucǎţi a mediului înconjurǎtor şi efect acustic foarte intens. Detonaţia reprezintă
forma de transformare în urma cǎreia se obţine randamentul maxim pe care poate sǎ îl dea o substanţǎ
explozivǎ. În urma acestei reacţii de oxidare a componenţilor bogaţi în carbon, hidrogen, metale
(elemente carburante), se degajǎ în timp foarte scurt presiuni şi temperaturi foarte mari care generează
lucru mecanic. Detonaţia este caracteristică explozivilor primari (de iniţiere), secundari (brizanţi) şi
intermediari (boosteri) [46].
Deflagraţia, reprezintă procesul de transformare chimicǎ a substanţelor chimice, cu participarea
numai a elementelor din structurǎ şi care se desfăşoară cu viteze de ordinul a sute de metri pe secundǎ.
Deflagraţia este caracteristică pulberilor şi propergolilor [46].
Noţiuni generale asupra exploziei
Explozia reprezintǎ procesul de transformare chimicǎ sau fizicǎ extrem de rapid a unor substanţe
chimice însoţit de o transformare la fel de rapidǎ a energiei lor potenţiale în lucru mecanic. Lucrul
mecanic este rezultatul creşterii volumului de gaze formate în momentul exploziei şi ridicǎrii instantanee
a presiunii şi temperaturii acestora (produşi gazoşi puternic încălziţi şi comprimaţi).
După caracterul şi natura transformǎrii substanţei chimice, exploziile pot fi [91]:
- explozii fizice;
MATERII EXPLOZIVE
Produse chimice
industriale pentru scopuri
neexplozive:
• azotat de amoniu pentru
îngrǎşǎminte;
• peroxizi organici pentru catalizatori de polimerizare;
• nitroglicerinǎ si soluţii de PETN pentru scopuri farmaceutice;
• sǎruri şi nitraţi ai acizilor organici
pentru combaterea dǎunǎtorilor
Explozivi
Substanţe explozive Pulberi şi propergoli Compoziţii pirotehnice
De inţiere Brizante Omogene Neomogene
Militare Civile
Din familia derivaţilor nitroaromatici
Din familia esterilor nitrici
Din familia nitraminelor
Dinamite Amestecuri pe bază deTNT
Ameste-curi pe bază
de alte substanţe explozive brizante
Amestecuri pe bază de azotat de amoniu
Astralite Amonite Amestecuri simple în vrac
Geluri explozive Emulsii explozive
Amestecuri simple Amestecuri simple aluminizate care conţin
TNT
Amestecuri simple aluminizate
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
28
- explozii chimice;
- explozii nucleare.
Explozia fizicǎ este caracterizatǎ prin efectuarea unui lucru mecanic datoritǎ modificǎrii stǎrii
fizice a substanţei, fǎrǎ schimbarea structurii şi compoziţiei chimice (exemplu: destinderea unui gaz aflat
sub presiune) [75].
Explozia chimicǎ se caracterizeazǎ prin efectuarea unui lucru mecanic asupra mediului datoritǎ
transformǎrii chimice integrale a elementelor participante la reacţie, ca urmare a oxidării elementelor
carburante sub influenţa oxigenului din structura chimicǎ, aşa cum este de exemplu reacţia de
transformare chimicǎ a nitroglicerinei în alţi compuşi chimici şi cu degajare de energie:
4C3H5(ONO2)3 = 12CO2 + 10H2O + 6H2 + O2 + 83,7 kcal/mol gram (2.40)
Reacţia chimicǎ de oxidare are caracter de autopropagare. Explozia de naturǎ chimicǎ este
condiţionatǎ de îndeplinirea urmǎtoarelor cerinţe principale:
- autopropagarea reacţiei chimice cu o vitezǎ foarte mare, de ordinul miilor de m/s;
- formarea unui volum mare de gaze puternic încălzite şi comprimate;
- degajarea unei mari cantitǎţi de căldurǎ [75].
Exploziile nucleare se caracterizează prin reacţii în lanţ, cu formarea unor elemente noi şi
degajarea unei mari cantitǎţi de energie.
La demolarea construcţiilor prin implozii controlate, se folosesc exploziile chimice care întrunesc
toate condiţiile tehnice, tehnologice şi de securitate în acest sens.
Prin analiza unor caracteristici a fenomenului detonaţiei, s-au identificat substanţele explozive
care pot fi utilizate la demolarea construcţiilor prin implozii controlate. În afara explozivilor consacraţi în
domeniul militar, se remarcǎ paleta foarte largǎ de substanţe chimice explozive din industria civilǎ care
au apǎrut ca urmare a cerinţelor pieţii de consum, bazate în principal pe alegerea unor explozivi care să
facă faţă condiţiilor impuse de bugetul alocat demolǎrii. Pe baza analizei caracteristicilor acestor
substanţe chimice, s-a putut trage concluzia cǎ substanţa explozivǎ potrivitǎ pentru distrugerea unui
anumit material de construcţie este aceea care are o zonǎ de reacţie largǎ, care asigurǎ o presiune mai
scǎzutǎ în frontul undei detonante, dar o duratǎ a impulsului mai mare şi în consecinţǎ, o acţiune mult
mai lentǎ şi îndelungatǎ a produşilor de explozie asupra volumului de distrus, obţinându-se astfel o
fragmentare mai bunǎ a materialului de construcţie [28], [31], [32].
Punerea în practicǎ a acestei concluzii nu este întotdeauna posibilǎ. Din acest motiv, substanţele
explozive alese sunt în general cele ale cǎror caracteristici se armonizeazǎ cu caracteristicile mediului
adiacent, sau care permit o manipulare uşoarǎ şi mecanizare a lucrǎrilor de încǎrcare, ţinând cont de
importanţa deosebită a factorului economic [64].
Încărcăturile de exploziv care se introduc în găurile de mină forate în elementele de construcţii
din beton armat, trebuie să producă fragmentarea betonului şi îndepărtarea acestuia dintre armături fără o
aruncare excesivă, pentru distrugerea completă a elementelor structurale pe o anumită lungime [89].
Cea mai mare acţiune distructivă asupra materialelor de construcţii o exercită încărcăturile
explozive brizante, prin efectele rezultate în urma detonaţiei acestora. Având în vedere maximizarea
efectelor productive ale exploziei şi minimizarea celor neproductive, precum şi alte condiţii de ordin
tehnologic şi de cost, s-au stabilit următoarele cerinţe pe care trebuie să le îndeplinească explozivii
utilizaţi la activitatea de demolare (tab. 2.2) [31], [62]:
- să aibă brizanţă scăzută şi o viteză de detonaţie relativ mică,
- în urma exploziei să se producă un volum mare de gaze;
- să aibă un diametrul critic cât mai mic pentru a putea fi introduse în găurile de mină;
- să se poată iniţia de la o capsă detonantă standard;
- să aibă densitate de încărcare mare;
- să prezinte siguranţă în manevrare, transport şi depozitare;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
29
- tehnologia lor de fabricaţie să fie simplă şi rapidă;
- să se producă în diferite sortimente dimensionale şi masice;
- costul lor de fabricaţie să fie relativ ieftin (tab. 2.3).
Tabelul 2.2. Condiţii de calitate impuse substanţelor explozive brizante (SR EN 13631-1:2005, Explozivi
pentru uz civil. Explozivi brizanţi. Partea 1: Cerinţe)
Caracteristici Cerinţe
Performanţe
Volum mare de produse de explozie gazoase şi căldură mare de explozie =
putere mare;
Timp de acţiune şi păstrarea stării de tensiuni asupra mediului mai lung;
Nu este necesară o viteză de detonaţie mare exceptând explozivii pentru
prospecţiuni seismice;
Sensibilitate
Siguranţă în mânuire;
Sensibilitate la capsă (exceptând agenţii de puşcare şi gelurile);
Capacitate de transmitere a detonaţiei (în cazul încărcării în coloane lungi);
Comportare şi
stabilitate la
depozitare
Termen de garanţie: 6 luni;
Neutre din punct de vedere chimic (de exemplu fără urme de acid azotic);
Rezistenţă la apă În formă încartuşată trebuie să reziste cel puţin 2 ore;
Consistenţă Deformabile (formă gelatinoasă sau pulverulentă);
Să permită introducerea capsei;
Comportare
termică
Trebuie să nu îngheţe până la – 25 ºC şi să reziste până la +60 ºC pentru câteva
ore.
Tabelul 2.3. Compararea costurilor de fabricaţie pentru diverse tipuri de explozivi
(PAUL, COOPER - Technology of explosives, Wiley-vch, 1996)
Nr.
crt. Tipuri de explozivi
Preţ de cost ($/tonă)
500
1000
1500
1. Dinamite
2. Azotat de amoniu în vrac
3. ANFO în vrac
4. ANFO ambalat în saci de polietilenă
5. ANFO încartuşat
6. Geluri explozive refulate direct în
gaură
7. Geluri explozive ambalate în saci de
polietilenă
8. Geluri explozive încartuşate
9. Emulsii explozive
10. Explozivi concentraţi (amestecuri
ANFO - emulsii explozive)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
30
2.3.4. Mijloace şi tehnici de iniţiere a încărcăturilor explozive Factorul hotărâtor care influenţeazǎ desfǎşurarea unei demolǎri controlate, este metoda de iniţiere
a încărcăturilor explozive (tab. 2.4).
Încărcăturile de exploziv se iniţiază cu mijloace de iniţiere Din grupa mijloacelor de iniţiere fac
parte capsele detonante, fitilul Bickford, fitilul detonant şi sistemele de amorsare neelectrice (NONEL,
INDETSHOCK etc.), care au în compunerea lor substanţe explozive caracterizate printr-o sensibilitate
ridicatǎ, denumite substanţe explozive de iniţiere şi care detoneazǎ foarte uşor sub acţiunea unei flǎcǎri,
scântei sau a unui şoc.
Prin iniţierea lor, capsele detonante introduse în încărcăturile explozive, formeazǎ unda dinamicǎ
de şoc sau impulsul de iniţiere, a cǎrei energie provoacǎ detonarea substanţelor explozive [67].
Materialele şi mijloacele de iniţiere folosite la punerea în practicǎ a metodelor de demolare prin
explozii controlate a construcţiilor sunt reprezentate în tabelul următor:
Tabelul 2.4. Mijloace folosite la punerea în practicǎ a metodelor de iniţiere [89] Metoda
de iniţiere
Mijlocul de declanşare a
impulsului de iniţiere
Mijlocul de transport a
impulsului de iniţiere, de la locul iniţierii la
încǎrcǎturǎ
Mijlocul de transmitere a
impulsului de iniţiere la încǎrcǎtura explozivǎ
Pirotehnicǎ Chibrit, aprinzǎtor
pirotehnic
Fitil ordinar Capsa detonantǎ pirotehnicǎ
Capsa detonantǎ pirotehnicǎ - fitil detonant - capsa detonantǎ/booster
Electricǎ Explozor Conductori principali şi
secundari
Capse detonante electrice
Neelectricǎ Pistol starter tip Nonel sau Dynashoc
Fitil tip Nonel sau Dynashoc
Capse detonante electrice
Inductivǎ Transformator Conductori electrici
Magnadet
Capse detonante electrice
Electronicǎ Explozor computerizat Cutie de conectare şi conductori electrici
Capse detonante electronice
În funcţie de sensibilitatea faţǎ de acţiunile exterioare şi de scopul lor, explozivii de iniţiere se
împart în douǎ grupe [62]:
- primari, care detoneazǎ uşor în urma unei încǎlziri, frecǎri sau a unui şoc;
- secundari, care detoneazǎ sub acţiunea undei de şoc a explozivului primar.
În calitate de explozivi de iniţiere primari se folosesc fulminatul de mercur, azotura de plumb,
trinitrorezorcinatul de plumb iar ca explozivi de iniţiere secundari, tetrilul, pentrita şi hexogenul.
Explozivii de iniţiere primari şi secundari se introduc în tuburi metalice denumite „capse
detonante”, iar în cazul fitilului detonant, explozivul secundar este format chiar din miezul acestuia.
Capsele detonante sunt confecţionate din tuburi metalice (cupru, aluminiu, oţel) care au diametrul
de 5-7 mm şi lungimea de 40-80 mm, închise la capǎt, care conţin explozivii de iniţiere primari şi
secundari într-o cantitate de minim 1,5 grame. Învelişul capselor este confecţionat din materiale astfel
alese încât explozivii de iniţiere sǎ nu reacţioneze cu acestea. În consecinţǎ, capsele care conţin fulminat
de mercur se confecţioneazǎ din cupru, iar cele cu azoturǎ de plumb, din aluminiu.
În funcţie de modul de aprindere a încǎrcǎturii de iniţiere, capsele detonante se împart în douǎ
categorii [62]:
- pirotehnice, care se aprind de la o flacarǎ deshisǎ transmisǎ prin intermediul fitilului ordinar
sau Bickford;
- electrice care se aprind de la o sursă electrică prin intermediul unei amorse fixată în capsǎ.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
31
Capsele detonante pirotehnice împreunǎ cu fitilul ordinar sau Bickford, formeazǎ mijloacele de
iniţiere pirotehnice. Capsele detonante electrice au aceeaşi destinaţie ca şi capsele detonante pirotehnice
şi formează mijloacele de iniţiere electrice [39].
Spre deosebire de acestea, capsele detonante electrice sunt prevǎzute cu un dispozitiv care asigurǎ
transformarea energiei electrice în energie termicǎ, dispozitiv care poartǎ denumirea de amorsǎ electricǎ
(“cireaşă de aprindere”). La trecerea curentului electric, amorsa aprinde o substanţǎ uşor inflamabilǎ, care
la rândul ei face să detoneze explozivul de iniţiere primar şi apoi pe cel secundar, formându-se astfel
unda dinamicǎ de şoc sub influenţa cǎreia detoneazǎ încǎrcǎtura de exploziv [62], [134].
Tehnologia de demolare cu ajutorul explozivilor constă în introducerea încărcăturilor de exploziv
în “găurile de mină” practicate în elementele de construcţie (fig. 2.5) [31].
Adevărata artă a demolării cu explozivi nu constă numai în dimensionarea încărcăturilor de
exploziv necesare pentru distrugerea elementelor de construcţie, ci şi în identificarea componentelor
structurale care trebuie distruse şi gruparea lor pe trepte de iniţiere, pentru a se realiza demolarea prin
iniţierea încărcăturilor într-o anumită ordine (fig. 2.8). În acest scop se folosesc mijloace de iniţiere cu
întârziere denumiţi şi detonatori (fig. 2.6, 2.7) [117].
Gruparea pe trepte de întârziere a exploziilor de demolare, produce 3 consecinţe:
- realizarea unei demolări controlate;
- reducerea efectului seismic;
- se controlează suprapresiunea undei de şoc pe treapta de explozie.
Fig. 2.6. Detonator electric folosit la demolări, pentru iniţierea încărcăturilor de exploziv [140]
Incarcatura de exploziv
Incarcatura exploziva discontinua
Fitil detonant Buraj
BurajFitil
detonant
Figura 2.5. Iniţierea explozivilor în găuri mină [117]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
32
Figura 2.7. Secţiune prin detonatorul Figura 2.8. Modul de realizare a reţelei de fitil detonant
electric [134] şi iniţiere cu capse detonante NONEL MS [117]
2.3.5. Tehnologii avansate de iniţiere a explozivilor
Metodele de iniţiere a explozivilor diferă în funcţie de caracteristicile acestora. Astfel, pentru
iniţierea explozivilor primari se folosesc mijloace de iniţiere care generează energii mici de activare pe
când la iniţierea explozivilor brizanţi se folosesc mijloace de iniţiere care generează unde de şoc [41].
Metodele cele mai performante, care sunt şi cele mai potrivite de aplicat în cazul demolărilor
controlate cu explozivi, sunt cele neelectricǎ (nonelectrică) şi electronicǎ [32], [65].
2.3.5.1. Tehnologia tip “NONEL”
În domeniul demolării construcţiilor, datorită unor avantaje incontestabile, sunt intens utilizate
sistemele de iniţiere şi transmitere a detonaţiei neelectrice, de tip tub de şoc NONEL care este o marcă
înregistrată a companiei DYNO NOBEL Inc., Suedia. Fitilele detonante NONEL sunt realizate din tuburi
de material plastic, în interiorul cărora este depus, prin pulverizare, un strat de exploziv tip octogen
(HMX) cu grosimea de câţiva microni. Viteza cu care este transmisă detonaţia prin aceste fitile este de
numai 2000 m/s, iar efectele asupra mediului înconjurător sunt nule, tubul păstrându-şi după detonaţie
integritatea [32], [43], [65].
Confecţionarea sistemelor de tip NONEL reprezintă un răspuns al cercetării în domeniu vis-a-vis
de următoarele inconveniente ale folosirii sistemelor clasice de iniţiere a încărcăturilor explozive [65]:
- siguranţă redusă la dispozitivele de aprindere cu fir incandescent;
- posibilitatea apariţiei unor curenţi accidentali în funcţie de condiţiile meteorologice şi de mediu
în care au loc exploziile (mine, cariere), suficienţi de mari pentru o iniţiere nedorită;
- dezvoltarea pe scară tot mai mare a mijloacelor de transmisiuni (telefonie mobilă, staţii radio),
care pot induce curenţi paraziţi;
- utilizarea capselor electrice de mare siguranţă, presupune existenţa unor surse costisitoare,
neaccesibile şi uneori greu de transportat.
Schema constructivă a lanţului de foc (succesiunea elementelor mecano-pirotehnice care permite
ca prin intermediul unui impuls simplu, să se iniţieze detonaţia unei încărcături de exploziv) este
următoarea: iniţiatorul mecanic; tubul de şoc; detonatorul NONEL; conectoare cu întârziere; fitil detonant
şi încărcătură de exploziv [33], [65].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
33
Figura 2.9. Lanţ pirotehnic NONEL [131]
Principiul de funcţionare este următorul: iniţiatorul mecanic transformă un impuls iniţial sub
formă de percuţie, în undă de şoc. Aceasta, este transmisă prin intermediul tubului de şoc unui detonator
NONEL pe care-l iniţiază. Transmisia se poate face printr-un conector simplu sau printr-un conector
multiplu, în funcţie de numărul liniilor care trebuie iniţiate.
În figura 2.10 este prezentat un iniţiator mecanic, cu următoarele caracteristici:
- lungimea: 120 mm, - diametru: 24 mm, - lăţime (max): 58 mm, - greutate: 50g.
Figura 2.10. Iniţiator mecanic [65]
În figura 2.11, sunt prezentate două linii din tub de şoc de lungimi diferite.
În figura 2.12, este prezentată schema de principiu a unui detonator NONEL.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
34
Figura 2.11. Caracteristici tub de şoc [65]
Figura 2.12. Schema de principiu a unui detonator NONEL [65]
În figura 2.13 este prezentat un lanţ de foc NONEL, format din iniţiator mecanic, tub de şoc şi
capsă detonantă.
Figura 2.13. Lanţ de foc NONEL [65]
CARACTERISTICI TUB ŞOC 100M
-lungimea conducătorului de semnal: 100 m;
-diametrul bobinei: 240 mm;
-înălţimea bobinei: 68 mm;
-greutate totală: 1kg;
-masa explozivului: 2g,
CARACTERISTICI TUB ŞOC 65M
-lungimea conducătorului de semnal: 65 m;
-diametrul bobinei: 210 mm;
-înălţimea bobinei: 48 mm;
-greutate totală: 0,7 kg;
-masa explozivului: 2g.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
35
2.3.5.2. Tehnologia “Slapper”
Tehnologia “Slapper” are la bază folosirea unui detonator cu iniţiere optică. În figura 2.14 este
prezentată schema generală a unui detonator cu iniţiere optică şi un lanţ de foc [93].
Figura 2.14. Schema generală a unui detonator cu iniţiere optică şi lanţ de foc [93]
Prin această tehnologie, se obţine iniţierea directă a explozivului secundar, eliminându-se altfel
explozivul de iniţiere, care datorită sensibilităţii pe care o are, este mult mai periculos. Iniţierea optică,
poate fi folosită cu aceleaşi rezultate ca în cazul detonatorilor obişnuiţi.
În tabelul 2.5 sunt prezentate câteva caracteristici ale detonatorilor fabricaţi pe baza tehnologiei
“SLAPPER”.
Tabelul 2.5. Caracteristici detonatori “Slapper” [93]
COD DIMENSIUNI
(mm)
METODA DE
INIŢIERE
ÎNCĂRCĂTURĂ.
DE
EXPLOZIV
OBS.
RTN 9088-051 L.8; Diam.6,7 Optică Exploziv secundar
170 mg
Variantă cu
fereastră etanşă
RTN 9088-052 L.8; Diam.6,7 Optică Exploziv secundar
170 mg
Variantă cu fibră
optică etanşă
RTN 9088-053 L.16; Diam.2 Optică Exploziv secundar
25 mg
Microdetonator
2.3.5.3. Tehnologia cu “Tub de gaz”
Acest sistem a fost realizat de firma “Hercules” din S.U.A. şi respectă într-o oarecare măsură
principiile tubului NONEL, asigurând acelaşi grad de securitate şi eficienţă. Principiul de funcţionare este
următorul: printr-o reţea de tuburi din material plastic având diametrul similar cu cel al tubului NONEL,
este transmis un jet de gaz sub presiune, care, ajungând la o capsă detonantă de construcţie specială,
provoacă detonarea acesteia. Gazul sub presiune provine din explozia unor încărcături de exploziv sau a
unor gaze explozive aflate într-un recipient special. Pe reţeaua de tuburi se pot monta elemente de
conectare şi distribuţie astfel încât să se realizeze reţeaua de iniţiere dorită [93].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
36
2.3.5.4. Tehnologia cu “Detonator electronic codat”
Utilizarea unui detonator electronic codat prezintă următoarele avantaje [93]:
- precizia timpului de întârziere este mai bună de 1ms;
- se pot realiza secvenţe de dare a focului optime;
- siguranţă în modalitatea de transmitere a focului şi a instrucţiunilor codate;
- este insensibil la interferenţe electromagnetice;
- este operaţional în mediu ostil;
- poate fi programat să funcţioneze manual sau automat.
În figura 2.15 sunt prezentate un detonator electronic codat şi o consolă de programare a focului.
Figura 2.15. Detonator electronic codat [93]
2.3.5.5. Tehnologia cu “Fitil detonant”
Cercetările teoretice şi experimentale efectuate în ultimii ani privind îmbunătăţirea măsurilor de
securitate şi sănătate a muncii pe timpul lucrului cu materiale explozive, au condus la generalizarea
întrebuinţării fitilului detonant în locurile lipsite de emanaţii cu gaze şi praf de cărbune din cariere şi din
mine [32], [117].
Sistemul de amorsare cu fitil detonant, prezintă următoarele avantaje [32], [117]:
- comparativ cu sistemul electric asigură condiţii mai bune de securitate şi sănătate a muncii.
Utilizarea lui previne detonarea intempestivă a încărcăturilor explozive amorsate cu capse electrice,
provocată de diverse sarcini electrice;
- utilizarea fitilului detonant în diferite lucrări de puşcare nu mai necesită folosirea capselor
detonante, ceea ce asigură un preţ de cost redus al reţelelor de iniţiere;
- acest sistem de amorsare, asigură declanşarea simultană a unui număr aproape nelimitat de
încărcături explozive;
- prezintă siguranţă mare în funcţionare;
- elimină pericolele generate de operaţiile de verificare a dispozitivelor de amorsare electrică;
- asigură detonarea încărcăturilor explozive continue şi discontinue, cu funcţionare instantanee
sau cu microîntârziere;
- se pot executa lucrări de distrugeri cu materiale explozive în locuri mlăştinoase şi sub apă;
- rezistă bine la variaţiile de temperatură;
- asigură condiţii mai bune de protecţia muncii pe timpul încărcării găurilor de mină şi pe
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
37
timpul lichidării rateurilor.
Fitilul detonant este utilizat în lucrările de demolare a construcţiilor, pentru executarea
dispozitivelor de amorsare a încărcăturilor explozive.
Provocarea detonaţiei unor categorii de încărcături explozive, cu sensibilitate relativ mică, se
realizează prin intermediul fitilului detonant standard, cu încărcătură explozivă de 10-12 g/ml.
Pentru realizarea lanţului detonant, se execută următoarele operaţii [129]:
- conectarea fitilului la încărcăturile de iniţiere;
- conectarea releelor detonante pirotehnice la fitilul detonant;
- executarea legăturilor şi ramificaţiilor reţelei de fitil detonant;
- conectarea capsei detonante pirotehnice sau a capsei detonante electrice la dispozitivul de dare
a focului.
Fitilul detonant se aplică intim pe încărcătura explozivă, prin introducerea în orificiul practicat pe
lungimea încărcăturii explozive sau matisare pe exteriorul acesteia. Alte tehnici constau din înfăşurarea
fitilului detonant în formă de spirală pe încărcătura explozivă, fie prin îndoire în zig-zag şi matisare cu
sfoară sau bandă izolatoare. Pentru transmiterea detonaţiei, este necesar să se execute minimum 3 spire şi
să se asigure o bună fixare a fitilului pe corpul încărcăturii explozive [129].
O capsă detonantă pirotehnică sau electrică, poate să transmită unda detonantă, simultan, la
maximum 6 fitile detonante. Pentru un număr mai mare de ramificaţii se foloseşte un cartuş exploziv
care se iniţiază de la o capsă detonantă [129].
2.3.6. Scheme de utilizare
Pentru efectuarea lucrărilor de demolare cu ajutorul explozivilor, după ce s-a stabilit care sunt
criteriile de apreciere a explozivilor optimi a fi folosiţi în operaţiile de demolare, trebuie să se proiecteze
şi să se aleagă parametrii de puşcare [111].
Înacest scop, se folosesc următoarele notaţii:
W – anticipanta;
Hp – grosimea peretelui paralel la gaura de distrugere;
Htr – grosimea peretelui transversal pe gaura de distrugere;
a – distanţa dintre găuri;
b – distanţa dintre rânduri;
– lungimea găurii;
– masa încărcăturii pe gaură;
* – masa încărcăturii pe gaură corectată;
nr – numărul de rânduri;
– înălţimea încărcăturii de exploziv;
– numărul de încărcături explozive unitare.
În continuare, este prezentată schema logică cu succesiunea operaţiilor de proiectare a
parametrilor de puşcare (fig. 2.16).
Fig. 2.16. Schema logică a procesului de proiectare şi alegere a parametrilor de puşcare a
încărcăturii explozive, este următoarea [89]:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
38
START
DATE DESPRE MATERIALUL DE CONSTRUCŢIE
m – masa volumică absolută kg/m3
cm – viteza sunetului [m/s]
Im – impedanţa acustică a materialului de construcţie [kg/m2/s]
ss – energia specifică pe suprafaţă [MJ/kg]
Hp – grosimea peretelui paralel cu gaura de distrugere [m]
Htr – grosimea peretelui transversal la gaura de distrugere [m]
DATE DESPRE MATERIALUL EXPLOZIV FOLOSIT
e – densitatea de încărcare kg/m3
D – viteza de detonaţie [m/s]
Ie – impedanţa explozivului [kg/m2/s]
e – energia specifică a explozivului [MJ/kg]
e – diametrul încărcăturii explozive [m]
Qe – masa încărcăturii unitare de exploziv [kg]
CERINŢE ALE PROCESULUI DE DISTRUGERE (DEMOLARE)
DM – dimensiunea maximă a fragmentului rezultat la distrugere m
Ld – lungimea zonei distruse [m]
HpHtr 0,33Htr1
Htr 0,67 1Htr1,72
W = Htr/2
nr = 1 W = b=Htr/nr
nr = Htr/0,33
W= b=Htr/3
nr = 2
A
A
A
DA
DA NU
DA
NU
NU
W = b=Htr/4
nr = 3
A
DA
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
39
A
Hp Htr Hp0,67
lg = Htr -W lg = 3/4 Hp
DA
NU
lg = 0,6 Hp
DA
W 0,2 0,2W0,33
a = 0,3 a = 1,5W
DA
NU
a = 0,5 m
DA
NU
NU
ImIe
ImIe
2
2
11
e ee
m
1
12
15.03
STOP
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
40
2.3.7. Tehnici utilizate pentru demolarea prin explozii a construcţiilor
După modul de prăbuşire al construcţiilor, rezultă două tehnici de demolare prin explozii [89]:
- demolare cu prăbuşire pe verticală;
- demolare cu prăbuşire laterală (prin basculare).
Figura 2.17. Demolarea unei construcţii pe verticală: a) construcţia înainte de demolare;
b) colaps (implozie); c) prăbuşire pe verticală cu împrăştiere mică; d) prăbuşire pe verticală cu
împrăştiere mare [63]
Figura 2.18. Demolarea unei construcţii prin prăbuşire laterală: a) construcţia înainte de demolare; b)
începutul basculării; c) momentul rupturii; d) sfărâmăturile construcţiei după prăbuşire [63]
Aceste moduri de prăbuşire a construcţiilor stau la baza celor două tehnici de demolare a
construcţiilor care se folosesc cu precădere pe plan internaţional: metoda volumelor mari şi mici [63].
Metoda volumelor mari constă în fragmentarea construcţiilor în volume mari prin explozii la
intervale mari de timp. Frontul exploziilor înaintează de la baza construcţiei către etajele superioare iar
construcţia se mişcă accelerat în jos, prăbuşindu-se pe verticală.
Metoda volumelor mici constă în fragmentarea construcţiilor în volume mici prin executarea
exploziilor la intervale mici de timp. Această metodă poate fi foarte bine controlată atât la prăbuşirea pe
verticală cât şi la cea pe laterală.
O comparaţie plastică între cele două principii ar semăna cu următorul exemplu: dacă primul
principiu ar fi asemănător cu căderea unui sac cu pământ de la o anumită înălţime, atunci al doilea
principiu ar fi împrăştierea pământului de la aceeaşi înălţime [63].
Referitor la modalitatea de fragmentare a construcţiilor şi de formare a volumelor principale, în
prezent cele mai folosite metode de demolări pe plan mondial cu ajutorul explozivilor, sunt următoarele:
- metoda americanǎ cu origini nipono-sud-africane;
- metoda francezǎ;
- metoda americanǎ îmbunǎtǎţitǎ.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
41
Aceste metode constau în fragmentarea construcţiei în volume prin explozii la intervale mici de
timp, de ordinul a 20 – 25 ms. Exploziile formează mai multe fronturi care se deplasează în direcţii
diferite, astfel încât să se obţină efectele de fragmentare. Rezultă o fragmentare puternică a elementelor
construcţiei în care s-au practicat găurile de distrugeri, astfel încât, atunci când construcţia ajunge la sol,
nu va constitui o masă de impact considerabilă [63].
La metoda americanǎ, volumul de muncǎ în perioada pregǎtirii demolării este relativ redus, însă
în timpul demolării apar unde de şoc şi unde seismice puternice iar demolarea în sine este necontrolatǎ
deoarece pot apare antrenǎri de mase mari în cǎdere [63].
Figura 2.19. Metoda de demolare americană:
a) Construcţia înainte de demolare; b), c), d) Formarea volumelor 1 - frontul exploziilor ; 2 – volum; 3 -
undă seismică; 4 - undă de şoc aeriană [63]
În cazul metodei franceze, munca depusǎ pentru proiectarea şi pregătirea demolării este mai
laborioasǎ, datorită numărului mare de încărcături explozive folosite, însă marele avantaj al acestei
metode este că demolarea poate fi foarte bine controlată, iar suprapresiunea undei de şoc este diminuată
proporţional cu numărul de trepte de iniţiere ale exploziilor [63].
Figura 2.20. Metoda de demolare franceză: construcţia se fragmentează în volume mici prin explozii la
intervale mici de timp (de ordinul zecilor de milisecunde); exploziile pot forma mai multe fronturi care se
deplasează în diverse direcţii, alese astfel încât să se obţină anumite efecte [63]
Metoda americană îmbunătăţită, este o combinaţie a celor două moduri de demolare: prăbuşire
pe verticală şi pe laterală [63].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
42
Figura 2.21. Metoda de demolare americană îmbunătăţită a) Prima fază a demolării: formarea
volumelor mari şi începutul prăbuşirii pe verticală a primului volum; b) Fază intermediară a demolării:
sfârşitul prăbuşirii pe verticală a primului volum; c) Ultima fază a demolării: prăbuşirea prin basculare a
celui de al doilea volum [63]
2.3.8. Metoda inspectării cu raze X folosită în sprijinul demolării construcţiilor prin explozii
Proiectarea şi realizarea “schemei de demolare” a construcţiilor, reprezintă secretul şi cheia
procesului de demolare. În acest scop, realizarea găurilor de distrugere în care sunt introduse încărcăturile
explozive are un rol foarte important. În anumite situaţii, la obiectivele realizate din beton armat,
consultarea proiectului obiectivului de demolat nu conduce întotdeauna la aflarea locurilor de amplasare a
armăturilor. Practic, desenarea locurilor unde se amplasează găurile de distrugere nu este întotdeauna
definitivă, căci în locul de perforare, burghiul poate întâlni armătura de oţel şi gaura nu poate avea
caracteristicile geometrice stabilite prin proiect. Din aceste considerente, înainte de realizarea “schemei
de demolare”, se verifică prin tehnica inspectării cu radiaţii X, corectitudinea amplasării locurilor de
găurire în funcţie de poziţia armăturilor din componentele structurale [89].
Principiul metodei de folosire a aparaturii portabile de raze X, constă în radiografierea
componentei structurale în care se presupune că există armături din oţel, cu un fascicul continuu sau
intermitent de raze X cu diferite intensităţi de energie, după care imaginile se receptează pe ecrane
fluorescente sau camere speciale de luat vederi şi se interpretează (fig. 2.22). Radiografiile sunt în general
imagini cu tonuri de alb, negru şi gri în funcţie de densitatea materialului penetrat de razele X [68].
Performanţele sistemelor de scanare cu raze X s-au
îmbunătăţit odată cu dezvoltarea tehnicii de calcul şi mai
ales cu perfecţionarea monitoarelor video comerciale, la
care a fost lărgită gama de culori şi setarea diferitelor
densităţi şi grosimi ale materialelor pe game de „pseudo-
culori”, în funcţie de densităţile materialelor, prin
prezentarea imaginii obţinute la scanarea elementelor
structurale pe un monitor color [68]. Figura 2.22. Sistem portabil de
radiografiere cu raze x [68]
2.4. Dimensionarea parametrilor de puşcare la demolarea construcţiilor
2.4.1. Generalitǎţi
Orice construcţie are propriile ei caracteristici iar proiectarea încǎrcǎturilor explozive pentru
fragmentarea elementelor de construcţie se realizează în funcţie de aceste particularităţi constructive.
Specialiştii controlează fragmentarea elementelor de construcţie prin intermediul unor parametri
cuantificabili, cu ajutorul cǎrora poate fi „dozatǎ” cantitatea de energie transmisǎ elementelor de
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
43
construcţie în scopul fragmentǎrii acestora. Aceşti parametri se mai numesc şi parametrii energiei de
explozie şi se calculeazǎ pe baza caracteristicilor construcţiei de demolat, ale fiecărui element de
construcţie vizat pentru fragmentare, al mediului înconjurǎtor, al explozivului utilizat şi al metodei de
iniţiere a încărcăturilor explozive. Modificarea uneia din aceste date de intrare, conduce în mod automat
la schimbarea valorilor parametrilor energiei exploziei rezultaţi din calcul. Parametrii energiei exploziei
sunt următorii: masa încǎrcǎturii explozive pe gaurǎ gQ , anticipanta W, distanţa între gǎurile de pe
acelaşi rând (a), distanţa între rândurile de găuri (b), lungimea gǎurii gl , numărul de găuri
gn şi
diametrul gǎurilor gd . Unii dintre aceşti parametri se calculeazǎ pornind de la dimensiunile geometrice
ale elementului de construcţie [89].
Proiectarea încărcăturilor de exploziv necesare demolărilor prin implozii controlate, se face pe
baza unor formule de calcul prezentate pe larg în literatura de specialitate, care iau în considerare natura
şi dimensiunile geometrice ale componentei structurale care se doreşte a fi puşcată [32], [48], [74], [111].
În vederea proiectării parametrilor de puşcare, am folosit următoarele notaţii [89]:
– grosimea peretelui paralel cu gaura de mină;
– grosimea peretelui transversal pe gaura de mină;
– numărul de rânduri;
– înălţimea încărcăturii de exploziv;
- numărul de încărcături explozive unitare.
Pentru a exemplifica acest mod de abordare a problemei, am folosit formule de calcul ale
parametrilor energiei exploziei pentru grinzi şi stâlpi din beton armat deduse dintr-un set de formule de
calcul a efectului exploziei asupra rocilor, obţinute pe baze experimentale şi parţial teoretice de către Ulf
Langefors şi corectate ulterior de diverşi specialişti [89].
Utilizarea parametrilor energiei exploziei astfel obţinuţi, poate conduce la obţinerea unei
fragmentǎri optime, dar din punct de vedere ştiinţific, sunt ignoraţi diverşi factori care pot schimba
practic în detrimentul scopului propus, modul de manifestare a efectelor exploziei asupra elementului de
construcţie [89].
Astfel, nu sunt luate în considerare marca betonului elementului de construcţie, modul de armare,
vârsta betonului, starea realǎ a elementului în momentul executǎrii lucrǎrii de demolare, alcǎtuirea
structurii din care face parte elementul de construcţie sau încǎrcǎturile definitorii pentru eforturile care
apar. Principalul dezavantaj al acestui mod de calcul este următorul: aproximǎrile fǎcute, chiar dacǎ
permit obţinerea unor rezultate care poate satisface proiectantul şi executantul, conduc la rezolvǎri
practice aflate la limita siguranţei atât din punct de vedere al realizǎrii scopului lucrǎrii, cât şi din cel al
protecţiei muncii şi mediului înconjurǎtor. Proiectarea demolării este îngreunatǎ datoritǎ lipsei
posibilitǎţii simulǎrii întregii demolǎri pentru a analiza efectele care s-ar putea manifesta asupra
obiectivelor învecinate şi a mediului înconjurǎtor. Din aceste motive este deosebit de important procesul
de proiectare a încǎrcǎturilor explozive luând în considerare caracteristicile elementului de construcţie
pentru care se calculează şi nu caracteristicile generale ale clasei de elemente din care face parte [117].
Încǎrcǎtura explozivă necesarǎ pentru puşcarea unui anumit element constructiv, depinde de tipul
explozivului utilizat, de materialul care se distruge, de felul construcţiei ce se demolează şi de geometria
plasǎrii gǎurilor. Eficacitatea distrugerii componentelor structurale cu explozii, este la rândul ei
dependentǎ de raportul dintre parametrii geometrici: anticipanta (W), distanţa între gǎuri (a) şi lungimea
gǎurii ( gl ), raportul dintre distanţa între gǎuri (a) şi distanţa între rânduri (b), numǎrul şi mǎrimea
încǎrcǎturilor explozive, precum şi de felul burajului şi a iniţierii încărcăturilor explozive [111].
Mǎrimea razei de acţiune a unei încǎrcǎturi explozive nu se poate stabili foarte precis, deoarece
aceasta depinde de mai mulţi factori de influenţǎ. Ca principiu de bazǎ în calcule (după H. Heinze) se ia
în considerare cǎ raza de acţiune a unei încǎrcǎturi explozive este cel puţin egalǎ cu anticipanta (W),
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
44
neputând depǎşi o valoare maxW pentru un anumit tip de exploziv cu un diametru de cartuş dat. Aceastǎ
metodǎ empiricǎ nu ţine seama de materialul din care este confecţionat elementul de construcţie, de
starea în care se aflǎ acesta şi de încǎrcǎrile la care este supus în ansamblul construcţiei, atât înainte cât şi
pe timpul acţiunii exploziei [111].
De exemplu, pentru dinamită cu diametrul cartuşului de 26 mm, anticipanta maximǎ pentru
betonul armat este maxW = 0,33 m şi pentru material nearmat din zidǎrie sau beton este maxW = 0,67 m.
Mǎrimea anticipantei (W) depinde de dimensiunile componentei structurale care se distruge [111].
2.4.2. Demolarea construcţiilor din zidǎrie
Construcţiile din zidǎrie sunt construcţii alcătuite din piatrǎ naturalǎ sau piatrǎ artificialǎ de
diferite forme şi mǎrimi, ţesute dupǎ anumite reguli şi legate între ele prin mortar sau legǎturi metalice la
care partea portantǎ este constituitǎ din aceste materiale [23].
În vederea demolării construcţiilor din zidǎrie, se creeazǎ o secţiune de rupere plasatǎ la parterul
clǎdirii sau în pivniţǎ, iar în unele situaţii la ambele nivele. Se ia în considerare plasarea secţiunii de
rupere în ziduri cu o suprafaţǎ liberǎ în pivniţǎ, pentru eliminarea efectului de aruncare a bucǎţilor de
material. Secţiunea de rupere de la nivelul parterului, se execută cu încărcături care se plaseazǎ la 0,5 -
0,8 m deasupra pardoselei în rânduri de gǎuri orizontale, în funcţie de grosimea zidurilor. Dacǎ
construcţia de demolat are în zidurile exterioare multe ferestre sau uşi, secţiunea de rupere se plaseazǎ la
acest nivel. Demolarea clǎdirilor se realizează prin dǎrâmarea acestora pe locul construcţiei sau prin
dirijarea dǎrâmǎrii într-o anumitǎ direcţie. Cǎderea clǎdirilor într-o anumitǎ direcţie se realizează numai
în cazul construcţiilor înalte şi zvelte [111].
Dacǎ se impune demolarea parţialǎ a unei clǎdiri, se aleg ca limite rosturile de dilatare existente
sau se creeazǎ în prealabil şliţuri de separare.
La demolarea clǎdirilor care necesitǎ un numǎr mare de încǎrcǎturi explozive, pentru detonarea
acestora se folosesc explozoare de mare capacitate sau grupe de încǎrcǎturi explozive de aceeaşi
întârziere, legate între ele cu reţele de fitil detonant.
Trebuie ţinut seama de colţurile clǎdirilor care creeazǎ zone de rezistenţǎ mǎritǎ ce trebuie luate
în considerare la calculul încǎrcǎturii aferente. Dacă existǎ colţuri rezultate din îmbinarea mai multor
ziduri de diferite grosimi, în efectuarea calculului se iau zidurile cu grosimea cea mai mare.
Hornurile şi canalele de aerisire constituie puncte de rezistenţǎ suplimentare. Hornurile au în
general secţiuni interioare de 0,13 0,13 m sau 0,26 0,26 m cu grosimea peretelui de 0,12 – 0,25 m.
Pentru distrugerea hornurilor, se folosesc încǎrcǎturi explozive concentrate de 0,200 – 0,600 kg, ce se
introduc în horn prin fostul canal de legǎturǎ cu soba şi se suspendă la nivelul secţiunii de rupere a
zidurilor. La efecuarea gǎurilor în ziduri, prima gaurǎ se plaseazǎ direct la marginea hornului.
La demolarea clǎdirilor, dimensionarea parametrilor de puşcare se efectuează separat pentru stâlpi
de susţinere, ziduri, colţuri şi coloane [111].
Figura 2.23. Imagini din timpul demolǎrii unor construcţii din zidǎrie [138]
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
45
A) Parametri de puşcare pentru ziduri cu una sau două suprafeţe libere [111]
Se iau în calcul zidurile a cǎror grosime este mai mare de 0,12 m. Zidurile cu grosimi 0,12 m
se distrug parţial sau total cu metode clasice înainte de demolarea cu explozivi.
Anticipanta: W = 0,5 pH (m)
Distanţa între gǎuri:
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 < W 0,67 m a = 1,5W (m)
W > 0,67 m a = 1,0 m
Numǎrul minim de rânduri de gǎuri:
dacǎ
pH 0,50 m Rn = 1
0,50 < pH 1,70 m Rn = 2
1,70 m < pH 2,25 m Rn = 3
Distanţa între rânduri:
b = 0,866a (m)
Lungimea de gaurǎ:
- pentru ziduri cu douǎ suprafeţe - pentru ziduri cu o suprafaţǎ
libere liberǎ
dacǎ
pH 0,50 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH
4
3(m)
0,50 m < pG 2,0 m gl = pH
3
2(m) gl =
pH5
4(m)
pH > 0,2 m gl = pH - 0,67 (m) gl = pH - 0,67 (m)
Pentru colţuri de ziduri cu douǎ sau o suprafaţǎ liberǎ:
- colţuri cu ziduri de aceeaşi grosime
paH = pbH gl = gl2 (m)
- colţuri cu ziduri de grosimi diferite
paH pbH gcl =
22gbga ll (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
-ziduri cu una sau douǎ suprafeţe - pentru colţuri cu una sau douǎ
libere suprafeţe libere
dacǎ
pH 0,5 gQ = gcal (kg) gcQ = gcal (kg)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
46
0,50 m < pH 2,0 m gQ =2
gcal(kg) gcQ =
2
gcal(kg)
pH > 2,0 m gQ = 2
Walb(kg) gcQ =
2
Walgc(kg)
B) Parametri de puşcare pentru stâlpi, piloni şi coloane de susţinere din zidǎrie
Anticipanta:
dacǎ
tr
p
H
H1 şi pH < 1,3 m W =
2
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe un rând Rn = 1
tr
p
H
H< 1 şi 0,67 m < pH 2,0 m W = b =
3
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe douǎ rânduri
Rn = 2
2,0 m < trH 3,40 m W = b = 4
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe trei rânduri
Rn = 3
Distanţa între gǎuri:
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,67 a = 1,5W (m)
Numǎrul de gǎuri pe un rând:
dacǎ
( Wa ) minH gn = 2 gǎuri /rând
( Wa ) < minH gn = 3 gǎuri/rând
Lungimea de gaurǎ:
dacǎ
tr
p
H
H> 1 gl = pH - W (m)
tr
p
H
H1 şi pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m)
1,0 < pH 1,34 m gl = pH3
2(m)
pH > 1,34 m gl = 4
3pH (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
gQ = 2
gal(kg)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
47
2.4.3. Demolarea construcţiilor din beton şi beton armat
În construcţii, betonul şi betonul armat sunt utilizate sub urmǎtoarele forme: beton turnat monolit,
elemente prefabricate şi beton precomprimat [68].
Betonul monolit este turnat direct pe şantier, în cofraje, realizându-se astfel structurile de
rezistenţǎ ale clǎdirilor (stâlpi, grinzi, planşee), precum şi lucrǎri masive (baraje, ziduri de sprijin, etc.),
lucrǎri speciale (rezervoare, silozuri, acoperişuri din plǎci curbe subţiri etc.) sau lucrǎri de artǎ (poduri,
viaducte, tuneluri etc.), fǎrǎ a mai fi necesare executarea lucrǎrilor de îmbinare ulterioare [68].
Elementele prefabricate din beton sunt executate în fabrici, ateliere sau în poligoane de şantier, iar
ulterior sunt montate şi îmbinate pe şantier, pentru realizarea structurii de rezistenţǎ a construcţiilor.
Elementele de construcţii de dimensiuni şi greutǎţi mari, care prezintǎ dificultǎţi de transport sau a cǎror
uzinare nu este rentabilǎ sunt executate pe platforme amenajate în apropierea locului de montaj şi se
numesc elemente preturnate. Din elementele prefabricate se execută: fundaţii, stâlpi, grinzi, planşee
(plǎci), pereţi, elemente pentru acoperişuri, elemente de umpluturǎ etc. [66].
Elementele din beton precomprimat se execută din materiale cu caracteristici superioare: betoane
de marcǎ ridicatǎ şi armǎturi din oţeluri de înaltǎ rezistenţǎ [66].
Pentru distrugerea prin explozie a elementelor de construcţii din beton, este preferabil să se
utilizeze încărcăturile introduse în găuri de mină care prezintă o serie de avantaje faţă de varianta de
aplicare a încărcăturilor pe suprafaţa elementelor de construcţie, cum ar fi:
- este utilizată o cantitate mai mare de energie pentru fragmentarea betonului;
- este disipată în atmosferă, o parte mai mică din energie sub forma undelor de şoc aeriene;
- se realizează un control mai bun al energiei dezvoltate de explozie;
- cantităţile de explozivi care se folosesc sunt de cel puţin 5 ori mai reduse decât în cazul
folosirii încărcăturilor aplicate.
Grinzile şi stâlpii de susţinere sunt în general demolate împreunǎ, sub formǎ de schelete de beton
armat. Calculul parametrilor de puşcare, se face pentru fiecare tip de element în parte.
Deoarece încǎrcǎtura explozivǎ la betonul armat, nu distruge şi armǎtura metalicǎ ci numai
sfǎrâmǎ sau afâneazǎ betonul dintre armǎturi (în funcţie de mǎrimea încǎrcǎturii explozive), dupǎ
perforarea gǎurilor, se taie armǎturile de rezistenţǎ în locurile unde se urmǎreşte doar detaşarea sau
ruperea unui element constructiv [63].
Zidurile din beton armat, prima datǎ se rǎstoarnǎ prin plasarea de încǎrcǎturi explozive pe 1-3
rânduri de gǎuri orizontale în funcţie de grosimea zidului în secţiunea de rupere iar apoi se distrug cu
încǎrcǎturi de afânare. Din punctul de vedere al dimensionǎrii parametrilor, sunt ziduri cu una sau douǎ
suprafeţe libere.
Calculul încărcăturilor de explozivi se face utilizând algoritmul de calcul al metodei Heinze.
Ulterior, acest calcul poate fi verificat cu metodele Berta şi Olofsson, cu condiţia ca explozivul să fie
distribuit în cât mai multe găuri de mină, practicate în elementele de distrus, preferându-se folosirea
găurilor de mină cu dimensiuni mici, în locul celor cu diametre mari şi folosirea încărcăturilor mici şi
dese în locul celor mari şi puţine. Aceste metode au dezavantajul că oferă valori ale încărcăturilor de
exploziv supradimensionate iar pentru demolarea construcţiilor, după cum se ştie, cantitatea de exploziv
folosită trebuie să fie minimă pentru a reduce efectele nedorite, în special propulsia de fragmente din
construcţie şi manifestarea undei de şoc aeriene [74].
La demolarea elementelor constructive din beton armat, specialiştii trebuie sǎ acorde o atenţie
deosebitǎ prevenirii efectului de aruncare a bucǎţilor de material dislocat. În acest scop, atunci când se
impune protejarea unor obiective la acţiunea proiecţiilor de fragmente rezultate din explozii, în dreptul
încǎrcǎturilor explozive introduse în găurile de mină, se dispun diferite materiale (ecrane) care asigură
acest rol.
A) Parametri de puşcare pentru grinzi, stâlpi şi coloane de susţinere din beton armat şi beton cu
gǎuri orizontale sau verticale (fig. 2.24) [111]
Anticipanta:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
48
dacǎ:
1tr
p
H
H şi
trH 0,67 m, W = 2
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe un rând, Rn = 1
dacǎ:
tr
p
H
H< 1 şi
a) 0,33 m < trH 1,0 m W = b = 3
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe douǎ rânduri
Rn = 2
b) 1,0 m < trH 1,72 m W = b = 4
trH, gǎurile se amplaseazǎ pe trei rânduri
Rn = 3
Distanţa între gǎuri:
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,50 m
Lungimea de gaurǎ:
dacǎ
tr
p
H
H> 1 gl = pH - W (m)
tr
p
H
H1 şi pH 0,67 m gl = 0,6 pH (m)
67,0pH m gl =pH
4
3(m)
se introduc douǎ încǎrcǎturi discontinue
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- pentru sfǎrâmarea completǎ a betonului dintre armǎturi:
gQ =2
gal(kg)
- pentru afânarea betonului dintre armǎturi:
gQ = 4
gal(kg)
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ:
dacǎ
5,1a
lg ipn = 1
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
49
1,5<a
lg<2,5 ipn = 2
2,5<a
lg<3,5 ipn = 3
ipQ =
ip
g
n
Q
Figura 2.24. Puşcarea de grinzi, stâlpi şi coloane de susţinere din beton armat, cu gǎuri verticale [111]
B) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat şi beton cu una sau douǎ suprafeţe libere,
cu gǎuri orizontale (fig. 2.25) [111]
Anticipanta:
W = 0,5 pH (m)
Distanţa între gǎuri:
- pentru beton armat
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,50 m
- pentru beton
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,67 m a = 1,0 m
Distanţa între rânduri:
b = 0,866a (m)
pH pH
pH
a W W W W
gl
trH trH
gl
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
50
Lungimea de gaurǎ:
- pentru ziduri cu douǎ - pentru ziduri cu o
suprafeţe libere suprafaţǎ liberǎ
- pentru beton armat
dacǎ
pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = 3
2pH (m)
pH > 1,0 m gl = pH - 0,43 (m) gl = pH - 0,33 (m)
- pentru beton
dacǎ
pH 2,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = 3
2 pH (m)
pH > 2,0 m gl = pH - 0,85 (m) gl = pH - 0,67 (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- pentru beton armat - pentru beton
dacǎ
W 1,0 m gQ = 2
gal (kg) gQ =
5,2
gal (kg)
W > 1,0 m gQ = 2
Walg (kg) gQ =
5,2
Walg (kg)
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog ca
pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.
Figura 2.25. Puşcarea de ziduri din beton armat cu douǎ suprafeţe libere, cu gǎuri orizontale [111]
C) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat şi beton cu una sau douǎ suprafeţe libere,
cu gǎuri verticale (fig. 2.26) [111]
Anticipanta:
- pentru beton armat - pentru beton
dacǎ
b
lg a
b
W
trH
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
51
1tr
p
H
H
şi
trQ 0,67 m trQ 1,34 m
- pentru ziduri cu 2 suprafeţe libere
W = 2
trH (m)
- pentru ziduri cu 1 suprafaţǎ liberǎ
W = trH
3
2(m)
dacǎ
1tr
p
H
H
- pentru beton armat
0,33 m < trQ 1,0 m
- pentru beton
0,67 m < trQ 2,0 m
Distanţa între gǎuri:
- pentru beton armat
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,5 m
- pentru beton
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W (m)
W > 0,67 m a = 1,0 m
Lungimea de gaurǎ:
- la distrugerea pe felii - la ultima felie
gL = PH = grosimea feliei (m) gL = pH - 2
W (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- la puşcarea de sfǎrâmare - la puşcarea de afânare
• pentru beton armat gQ = 2
gal (kg) gQ =
4
gal (kg)
• pentru beton gQ = 5,2
gal (kg) gQ =
5
gal (kg)
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog ca
pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
52
Figura 2.26. Puşcarea de ziduri din beton armat şi beton cu gǎuri verticale [111]
a – cu douǎ suprafeţe libere; b – cu o suprafaţǎ liberǎ
D) Parametri de puşcare pentru plafoane din beton armat sau beton cu gǎuri verticale (fig. 2.27)
[111]
Anticipanta
- pentru plafoane - pentru planşee
W = 0,5 pH (m) W = pH4
3 (m)
Distanţa între gǎuri
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,50 m
Distanţa între rânduri:
B = 0,866a (m)
Lungimea de gaurǎ:
- pentru plafoane - pentru planşee
gl = pH3
2 (m) gl = pH
4
3 (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- pentru beton armat - pentru beton
a
b
lg
a
b
lg
trH
trH
W b b
b W b
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
53
gQ = 2
gal (kg) gQ =
5,2
gal (kg)
Figura 2.27. Puşcarea de plafoane şi planşee din beton armat sau beton cu gǎuri verticale [111]
a – plafoane; b – planşee
2.4.4. Demolarea construcţiilor metalice
Metalele au o largǎ utilizare în construcţii fiind utilizate la confecţionarea stâlpilor, grinzilor,
planşeelor, şarpantelor pentru acoperişuri, tâmplǎriei pentru uşi şi ferestre, podurilor de cale feratǎ şi
şosea, podurilor rulante şi a macaralelor, rezervoarelor, turnurilor şi antenelor de radio şi televiziune,
construcţiilor hidrotehnice, elementelor de instalaţii etc.
Pentru construcţiile metalice se folosesc în special metale feroase (fontǎ şi oţel) şi în mai micǎ
mǎsurǎ cele neferoase (cupru, nichel, aluminiu, plumb, zinc, staniu, magneziu etc.), sau aliajele lor
(alama, bronz, duraluminiu etc.), cu caracteristici îmbunǎtǎţite faţǎ de cele ale metalelor de bazǎ, nealiate.
La confecţionarea construcţiilor metalice, se utilizează profile metalice simple sau combinaţii
între diferite profile. Structurile metalice se realizeazǎ din profile laminate sau din bare cu secţiuni
compuse. Solidarizarea barelor, se realizează prin următoarele mijloacele de îmbinare: sudurǎ, nituri,
buloane şi unele elemente auxiliare ca şurburi, eclise, guşeuri etc. Principalele tipuri de elemente de
construcţii metalice sunt stâlpii şi grinzile [35].
Stâlpii sunt elemente de construcţie verticale sau înclinate care intrǎ în alcǎtuirea structurilor
metalice şi au rolul de a susţine diferite pǎrţi ale construcţiei (ferme, cǎi de rulare pentru poduri rulante,
a
b
b
a
lg
trH
b b W
lg
trH
b b W
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
54
planşee şi platforme industriale, buncǎre, rezervoare, galerii, instalaţii sau pǎrţi de instalaţii etc.). Stâlpii
au rolul de a prelua încǎrcǎrile aduse de aceste pǎrţi ale construcţiei şi a le transmite fundaţiilor, de care
sunt solidarizaţi prin baza lor. Un stâlp se compune din capul superior, corpul şi baza. Stâlpii pot fi
solicitaţi de încǎrcǎri aplicate axial, transversal sau complex [30].
Dimensionarea unui stâlp, se realizează în funcţie de necesitǎţile tehnologice şi de solicitǎri.
Stâlpii pot fi alcǎtuiţi dintr-un profil laminat, din mai multe profile laminate, din elemente depǎrtate
solidarizate între ele cu plǎci şi zǎbrele. Secţiunea poate fi constantǎ pe întreaga înǎlţime a stâlpului sau
variabilǎ [81].
Grinzile ce se utilizează în construcţiile metalice sunt cu inimǎ plinǎ şi cu zǎbrele.
Grinzile cu inimǎ plinǎ sunt folosite pentru susţinerea unor planşee la încǎrcǎri mari, ca grinzi de
rulare, la pasarele, poduri de şosea şi de cale feratǎ etc.
Grinzile cu zǎbrele (fermele), sunt componente structurale cu rigiditate mare şi economice din
punctul de vedere al consumului de metal, în raport cu grinzile cu inimǎ plinǎ. Se folosesc la
confecţionarea acoperişurilor de hale, a depozitelor, podurilor de şosea sau cale feratǎ, depourilor,
podurilor rulante etc. [81].
Sistemele de grinzi cu zǎbrele, sunt plane sau spaţiale, dupǎ cum zǎbrelele care le compun se
gǎsesc sau nu în acelaşi plan. Forma geometricǎ a grinzii plane cu zǎbrele se alege în funcţie de
destinaţie, de legǎturile grinzii cu alte elemente ale construcţiei, de natura încǎrcǎrilor şi deschiderii etc.
Principalele tipuri de grinzi metalice cu zǎbrele sunt: cu tǎlpi poligonale, paralele, trapezoidale şi curbe.
Sistemele de grinzi cu zǎbrele folosite la construcţiile metalice sunt: dreptunghiulare, triunghiulare, cu
bare suplimentare, romboidale şi cu diagonale în X [35].
Pentru demolarea construcţiilor metalice, se folosesc încǎrcǎturi explozive aplicate, constituite din
explozivi secundari. Demolarea profilelor metalice se execută prin efectul de forfecare a exploziilor.
Pentru realizarea acestui efect, se folosesc cu precădere încǎrcǎturile explozive tip BLADE care se aşeazǎ
intim pe toate feţele profilului, la o distanţǎ între ele, egalǎ cu grosimea suprafeţei de rupere [111].
Aceste încărcături, au rolul de a efectua „tǎieri” precise ale metalului, prin efectele cumulativ şi
lenticular. Pe lângǎ faptul cǎ sunt precise, ele asigurǎ o protecţie mǎritǎ la efectul de proiectare a
schijelor. Principala lor inconvenienţă, este aceea cǎ au un preţ de achiziţie ridicat.
Masa încǎrcǎturii explozive se calculează în funcţie de suprafaţa transversalǎ a profilului metalic
precum şi de felul solicitǎrii la care este acesta supus. Relaţia de calcul este următoarea [89]:
Q = Sq (kg) (2.41)
în care:
S - suprafaţa transversalǎ a profilului metalic, cm²;
q - consumul specific de exploziv, kg/cm²;
q = 0,025 kg/cm², pentru profile supuse la întindere;
q = 0,030 kg/cm², pentru profile nesupuse la solicitǎri;
q = 0,035 kg/cm², pentru profile supuse la compresiune.
Din punctul de vedere al securitǎţii şi sănătăţii în muncă, la demolarea construcţiilor metalice,
încǎrcǎturile explozive se acoperǎ cu plase, covoare din bandǎ de cauciuc, pâslă, baloturi de paie etc. iar
distanţa minimă de siguranţǎ pentru încǎrcǎturile brizante folosite se stabileşte la 1000 m.
2.4.5. Demolarea construcţiilor mixte
Construcţiile mixte sunt construcţii civile multietajate ce au structura de rezistenţǎ alcǎtuitǎ prin
asocierea sistemelor structurale în diafragme şi cadre în scopul valorificǎrii avantajelor fiecǎruia din
elementele componente, pentru obţinerea unor performanţe tehnice şi economice superioare.
Structurile mixte, se alcǎtuiesc dintr-un sistem de cadre asociate cu un numǎr de diafragme
dispuse izolat sau grupat, sub formǎ de nuclee rigide. Rigiditatea sporitǎ a unei structuri mixte alcǎtuite
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
55
din cadre şi diafragme, cu conlucrare spaţialǎ, favorizează comportarea structurii la acţiuni cu caracter
dinamic (cutremur, rafale de vânt), prin reducerea amplitudinilor oscilaţiilor clǎdirii şi atenuarea efectului
modurilor superioare de vibraţie. De asemenea, printr-o amplasare judicioasǎ a diafragmelor, se
diminueazǎ considerabil efectul de torsiune generalǎ a structurilor. Din acest motiv, structurile mixte sunt
soluţii cu comportare foarte bunǎ la acţiuni seismice intense [89].
Demolarea construcţiile mixte se realizează prin explozii controlate, în mod asemǎnǎtor cu
metoda de demolare a construcţiilor cu structura din beton armat.
A) Parametri de puşcare pentru grinzi şi stâlpi din beton armat [111]
Anticipanta:
dacǎ:
1tr
p
H
H
şi
trH 0,67 m W = 2
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe un rând, Rn = 1
dacǎ:
1tr
p
H
H
şi
a) 0,33 m < trH 1,0 m W = b = 3
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe douǎ rânduri
Rn = 2
b) 1,0 m < trH 1,72 m W = b = 4
trH(m), gǎurile se amplaseazǎ pe trei rânduri
Rn = 3
Distanţa între gǎuri:
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W(m)
W > 0,33 m a = 0,50 m
Lungimea de gaurǎ:
dacǎ
tr
p
H
H> 1 gl = pH - W (m)
1tr
p
H
H şi pH 0,67 m gl = 0,6 pH (m)
67,0pH m gl = pH4
3(m)
se introduc douǎ încǎrcǎturi discontinue
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
56
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- pentru sfǎrâmarea completǎ a betonului dintre armǎturi:
gQ = 2
gal(kg)
- pentru afânarea betonului dintre armǎturi:
gQ = 4
gal(kg)
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ:
dacǎ
5,1a
lg ipn = 1
1,5 <a
lg< 2,5 ipn = 2
2,5 <a
lg< 3,5 ipn = 3
ipQ =
ip
g
n
Q
B) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat cu una sau douǎ suprafeţe libere, cu gǎuri
orizontale (fig. 2.28) [111]
Anticipanta:
W = 0,5 pH (m)
Distanţa între gǎuri:
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,50 m
Distanţa între rânduri:
b = 0,866a (m)
Lungimea de gaurǎ:
- pentru ziduri cu douǎ - pentru ziduri cu o
suprafeţe libere suprafaţǎ liberǎ
dacǎ
pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH3
2 (m)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
57
pH > 1,0 m gl = pH - 0,43 (m) gl =
pH - 0,33 (m)
pH > 2,0 m gl = pH - 0,85 (m) gl =
pH - 0,67 (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
dacǎ
W 1,0 m gQ = 2
gal (kg) gQ =
5,2
gal (kg)
W > 1,0 m gQ = 2
Walg (kg) gQ =
5,2
Walg (kg)
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog ca
pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.
Figura 2.28. Puşcarea de ziduri din beton armat cu o suprafaţǎ liberǎ, cu gǎuri orizontale [180]
B) Parametri de puşcare pentru ziduri din beton armat cu una sau douǎ suprafeţe libere, cu gǎuri
verticale (fig. 2.29) [111]
Anticipanta:
dacǎ
1pH
şi
trQ 0,67 m
- pentru ziduri cu 2 suprafeţe libere
W = 2
trH (m)
- pentru ziduri cu 1 suprafaţǎ liberǎ
W = trH3
2(m)
dacǎ
1tr
p
H
H
şi
b
Htr
lg
b
W
a
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
58
0,33 m < trQ 1,0 m
Distanţa între gǎuri:
Dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,5 m
Figura 2.29. Puşcarea de ziduri din beton armat şi beton cu gǎuri verticale [111]
a – cu douǎ suprafeţe libere; b – cu o suprafaţǎ liberǎ
Lungimea de gaurǎ:
- la distrugerea pe felii - la ultima felie
gL = PH = grosimea feliei (m) gL = pH - 2
W (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- la puşcarea de sfǎrâmare - la puşcarea de afânare
gQ = 2
gal (kg) gQ =
4
gal (kg)
a
b
a
lg
Htr
b
b b W
lg
Htr
b b W
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
59
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog
ca pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.
C) Parametri de puşcare pentru plafoane din beton armat cu gǎuri verticale (fig. 2.30)
Figura 2.30. Puşcarea plafoanelor şi planşeelor din beton armat sau beton cu gǎuri verticale
a – plafoane; b – planşee [111]
Anticipanta
- pentru plafoane - pentru planşee
W = 0,5 pH (m) W = pH4
3 (m)
Distanţa între gǎuri
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,50 m
Distanţa între rânduri:
B = 0,866a (m)
a
b
Htr
Hp
lg
a
b
b b W
lg
W b b
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
60
Lungimea de gaurǎ:
- pentru plafoane - pentru planşee
gl = pH
3
2 (m) gl =
pH4
3 (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
gQ = 2
gal (kg)
2.4.6. Demolarea construcţiilor speciale
Construcţiile speciale sunt de două categorii: prima categorie este destinată pentru înmagazinarea
materialelor pulverulente, granulare şi a lichidelor (silozuri, rezervoare, buncǎre, magazii) iar a doua
categorie se compune din construcţii înalte de tip turn (turnuri de rǎcire, de telecomunicaţii, castele de
apǎ, coşuri de fum industriale). Demolarea primei categorii de construcţii speciale, se realizează prin
explozii controlate, în mod asemǎnǎtor cu metodele de demolare a construcţiilor cu structura din
materialele de construcţie enumerate în paragrafele precedente [111].
a) Coşurile industriale Prin natura acestor construcţii şi mai ales prin înălţimea lor, demolările de coşuri industriale sunt
lucrări spectaculoase. Coşurile industriale au de regulǎ secţiune circularǎ iar în unele cazuri mai restrânse,
secţiune poligonală.
Acestea sunt alcătuite din zidǎrie de cǎrǎmidǎ sau din beton armat.
Demolarea coşurilor industriale se realizează prin următoarele procedee:
- rǎsturnarea coşului pe o anumitǎ direcţie (cele din beton armat);
- cǎderea în sine pe locul de amplasament al construcţiei (pentru cele din cǎrǎmidǎ);
- rǎsturnarea coşului cu lungime scurtǎ într-o anumitǎ direcţie.
Pentru diminuarea efectului seismic generat de căderea coşurilor, se realizează un pat din baloţi de
paie sau nisip.
Pentru rǎsturnarea coşurilor din zidǎrie pe o anumitǎ direcţie, întreaga încǎrcǎturǎ explozivǎ se
amplaseazǎ în jumǎtatea secţiunii dinspre direcţia de cǎdere, iar în cazul celor din beton armat în 2/3 din
secţiunea dinspre direcţia de cǎdere.
La cǎderea în sine pe locul de amplasament a coşurilor din zidǎrie, încǎrcǎtura explozivǎ se
repartizeazǎ uniform pe întreaga secţiune a acestora. La rǎsturnarea cu lungime scurtatǎ pe o anumitǎ
direcţie, încǎrcǎtura explozivǎ se amplaseazǎ şi în jumǎtatea opusǎ cǎderii, unde iniţierea se realizeazǎ cu
întârziere de cel puţin 250 ms faţǎ de încǎrcǎtura pe direcţia de cǎdere [111].
Procedeul cel mai sigur şi frecvent aplicat este cel prin rǎsturnarea coşului pe o anumitǎ direcţie.
Secţiunea de rupere se plaseazǎ de regulă la 1 m deasupra solului, dacǎ coşul are pe toatǎ lungimea sa
aceeaşi formǎ, iar în cazul celor aşezate pe fundaţii, deasupra acestora.
În zona secţiunii de rupere a coşurilor, se demonteazǎ toate elementele adiţionale ca: scǎri
metalice, paratrǎsnete, inele metalice etc. Deschiderile din zidǎria coşului în zona secţiunii de rupere, care
pot influenţa negativ cǎderea, se zidesc. Deschiderile de pe axa de cǎdere se menţin, iar dacǎ o deschidere
este situatǎ în una din limitele zonei de detaşare se executǎ şi o a doua deschidere simetrică. La coşurile
din beton armat se execută (la limita de detaşare) deschideri (şliţuri de detaşare) cu înǎlţimea egalǎ cu cea
a zonei de detaşare şi lǎţimea egalǎ cu dublul grosimii peretelui. Şliţurile servesc de asemenea pentru
cercetarea modului de construcţie şi stabilirea dimensiunilor elementelor constructive ale coşului în
secţiunea de rupere.
Coşurile industriale au în general în interior o cǎptuşealǎ cu grosime diferită, prinsǎ cu lamele de
coş şi un spaţiu gol de până la 0,5 m. Cǎptuşelile cu grosimi de pânǎ la 0,15 m nu se iau în consideraţie la
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
61
demolare. La coşurile cu cǎptuşeli groase de până la 0,24 m, se folosesc încǎrcǎturi explozive mǎrite
plasate în zidǎria coşului, ce conduc inclusiv la distrugerea cǎptuşelii. În cazul existenţei unor cǎptuşeli
mai groase de 0,25 m, se executǎ distrugerea acestora cu încǎrcǎturi plasate pe un rând de gǎuri înspre
direcţia de rǎsturnare.
La demolarea coşurilor industriale din zidǎrie cu grosimi de pânǎ la 0,67 m, se utilizează cartuşe
de exploziv cu diametrul de 40 – 50 mm iar burele se folosesc din ipsos amestecat cu nisip [111].
Modalitatea de puşcare este de regulǎ cea cu iniţiere instantanee iar la rǎsturnarea cu lungime
scurtatǎ se utilizează puşcarea cu întârziere. Pentru prevenirea efectului de proiecţii de schije, se acoperǎ
porţiunile din dreptul încǎrcǎturilor explozive, cu diferite materiale: plase de protecţie, covoare de
cauciuc, baloturi de paie, etc.
Parametri de puşcare [91]
Anticipanta: W = 0,5pH (m)
Distanţa între gǎuri:
- pentru coşuri din zidǎrie - pentru coşuri din beton armat
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W m 0,20 m <W 0,33 m a = 1,5W m
W > 0,67 m a = 1,0 m W > 0,33 m a = 0,5 m
Distanţa între rânduri:
b = 0,866a (m)
Numǎrul de rânduri de gǎuri:
- demolare prin rǎsturnare într-o anumitǎ direcţie
• pentru coşuri din zidǎrie • pentru coşuri din beton
armat
Rn = 3 în zona centralǎ pe 1/4 din Rn = b
H p2 dar minim 3 rânduri pe 2/3
circumferinţă pe direcţia de cǎdere din circumferinţǎ
Rn = 1 în restul de pânǎ la 1/2 din circumferinţǎ
- demolare prin cǎdere în sine pe locul construcţiei
• numai pentru coşuri din zidǎrie
dacǎ
pH 0,63 m Rn = 2 pe toatǎ circumferinţa
0,67 m < pH 1,34 m Rn = 3 pe toatǎ circumferinţa
Lungimea de gaurǎ:
dacǎ
pH 2,0 m - pentru coşuri din zidǎrie
pH 1,33 m - pentru coşuri din beton armat
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
62
gl = pH
3
2 (m) - pentru coşuri fǎrǎ cǎptuşealǎ sau când grosimea
acesteia este mai micǎ de 0,15 m
gl = pH
4
3 (m) - pentru coşuri cu căptuşeli groase de 0,15 – 0,25 m
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
dacǎ
W 1 m gQ = a gl (kg)
> 1 m gQ = a gl W (kg)
b) Turnurile Se deosebesc de celelalte tipuri de construcţii, prin zvelteţea lor.
Turnurile au înǎlţimea de cel puţin 10 m, iar dimensiunea cea mai mare a bazei, respectiv
diametrul exterior, este 1/3 din înǎlţime.
Procedeele de demolare ale turnurilor, sunt la fel cu cele ale coşurilor industriale.
Pentru rǎsturnarea pe o anumitǎ direcţie prin explozii a unui turn, trebuie desprinsǎ din acesta o
panǎ de detaşare. Lungimea penei este 2/3 din suprafaţa bazei iar la cele rotunde 2/3 din circumferinţǎ.
La turnurile din zidǎrie, înǎlţimea penei de detaşare, este cel puţin egală cu dublul grosimii
peretelui. La turnurile din beton armat, este necesar să se facǎ deosebire între construcţii cu pereţi masivi
şi construcţii sub formǎ de schelet [91].
La turnuri tip construcţii din pereţi masivi, lungimea penei de detaşare este 2/3 din suprafaţa
bazei în dreptul secţiunii de rupere. Înǎlţimea penei este dependentǎ de dimensiunile bazei turnului şi de
grosimea zidului şi este cuprinsǎ între 3 şi 20 ori grosimea zidului. Turnurile construite sub formǎ de
schelet din beton armat, se demoleazǎ prin rǎsturnare, distrugându-se picioarele de sprijin. Pe partea în
care se rǎstoarnǎ turnul, se distrug picioarele care sǎ ducǎ la rǎsturnarea turnului iar pe partea opusǎ se
executǎ numai o fracturare locală a stâlpilor. Încǎrcǎtura explozivǎ pentru fracturare se detoneazǎ cu o
întârziere de 75 – 100 ms faţǎ de încărcătura din direcţia de cǎdere. În zonele de fracturare şi de
distrugere, se executǎ în prealabil o tǎieturǎ în armǎturile metalice de rezistenţǎ [111].
Pentru demolarea turnurilor din zidǎrie prin explozii controlate, pentru a se realiza cǎderea în sine
pe locul construcţiei, încǎrcǎtura explozivǎ se repartizeazǎ uniform pe întreaga secţiune.
Indiferent de metodele de demolare, dacǎ turnurile au pereţi interiori sau stâlpi de susţinere, se va
ţine seama şi de aceştia. Secţiunea de rupere se alege astfel încât să se poatǎ realiza uşor perforarea
gǎurilor. În majoritatea cazurilor de demolare a turnurilor, se impune construirea schelelor de lucru.
Gǎurile pentru introducerea explozivilor, se pot perfora din exterior sau interior. Pentru realizarea
penelor de detaşare, se folosesc detonările instantanee ale încǎrcǎturilor explozive. La demolările prin
rǎsturnare cu lungime scurtatǎ sau la turnurile sub formǎ de schelet din beton armat, se folosesc
detonările încărcăturilor explozive cu întârziere de milisecunde. Pentru reducerea efectului proiecţiei de
schije, zonele de plasare a încǎrcǎturilor explozive se acoperǎ cu plase de protecţie, covoare din bandǎ de
cauciuc etc.
Parametri de puşcare [91]
Anticipanta:
W = 0,5 pH (m)
Distanţa între gǎuri:
- pentru turnuri din zidǎrie - pentru turnuri din beton armat
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m W 0,20 m a = 0,30 m
W
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
63
0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W (m) 0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W m
W > 0,67 m a = 1,0 m W > 0,33 m a = 0,5 m
Distanţa între rânduri:
B = 0,866a (m)
Numǎr de rânduri de gǎuri:
- demolare prin rǎsturnare într-o anumitǎ direcţie:
• pentru turnuri din zidǎrie • pentru turnuri din beton armat
Rn = b
H p2+ 1 Rn - se stabileşte în funcţie de lungimea bazei şi grosimea peretelui
sau pe cale graficǎ
dacǎ rezultǎ
Rn < 3,5 se alege Rn = 3
3,5 < Rn < 4,5 Rn = 4
4,5 < Rn < 5,5 Rn = 5
- demolare prin cǎdere în sine pe locul construcţiei:
• numai pentru turnuri din zidǎrie
dacǎ
pH 0,67 m Rn = 2 pe toatǎ circumferinţa
0,67 < pH 1,34 m Rn = 3 pe toatǎ circumferinţa
Lungimea de gaurǎ:
dacǎ
pH 2,00 m pentru turnuri din zidǎrie
pH 1,33 m pentru turnuri din beton armat
gl = pH
3
2 (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
dacǎ
W 1,0 m gQ = a gl (kg)
W > 1,0 m gQ = a Wlg (kg)
c) Demolarea antenelor, turnurilor de radio şi TV
Aceste construcţii sunt în general structuri metalice care se demolează prin prăbuşire laterală sau
verticală. Demolarea acestor structuri se execută prin metodele de demolare ale construcţiilor metalice.
d) Demolarea instalaţiilor industriale
Constă în demolarea unor fabrici, hale sau silozuri care se găsesc în general în zone izolate şi nu
pun probleme de restricţie pentru lucrările adiacente. Acestea se demolează prin metodele de prăbuşire
verticală şi laterală [111].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
64
2.4.7. Demolarea bolţilor
Bolţile sunt constituite din construcţii din zidǎrie de cǎrǎmidǎ, bolţari, piatrǎ naturalǎ şi mai rar
din beton sau beton armat. Acest tip de construcţii se întâlnesc ca acoperişuri, la construcţia de poduri şi
tuneluri şi acoperirea de canale subterane.
În funcţie de forma constructivă a bolţii, se alege modul de demolare [111]:
- cu sliţuri;
- pe întreaga suprafaţǎ.
Dacă bolta este sau se poate elibera de ambele suprafeţe, atunci gǎurile în care se introduc
încărcăturile explozive, se foreazǎ radial faţǎ de curbura bolţii, de sus în jos şi numai în cazuri de
excepţie, când nu este posibil acest lucru, se executǎ forarea de pe schele de sub boltǎ, de jos în sus.
La demolarea prin şlituri care se execută în coamǎ şi baza bolţii, acestea trebuie sǎ aibǎ o lǎţime
dublǎ faţǎ de grosimea bolţii. La bolţi în formǎ de semicerc, sliţurile se lǎrgesc cu un rând de gǎuri şi se
execută sliţuri de detaşare şi la baza bolţii. La detonarea încărcăturilor pe întreaga suprafaţǎ, gǎurile se
amplaseazǎ pe douǎ rânduri dispuse paralel cu deschiderea bolţii. În toate situaţiile, gǎurile de pe douǎ
rânduri învecinate se amplaseazǎ în eşicher.
Toate încǎrcǎturile explozive aferente unui şlit, se iniţiazǎ cu aceeaşi treaptǎ de întârziere. Dacǎ se
puşcǎ şliţuri în coamǎ şi la baza bolţii, încǎrcǎturile din coamǎ se iniţiazǎ cu treapta 0, iar cele de la baza
bolţii cu întârziere, la un interval de timp cuprins între 23 – 70 ms. Dacǎ din punct de vedere seismic, se
impune executarea unui numǎr mai mic de gǎuri, atunci se iniţiazǎ 1-2 rânduri centrale de gǎuri ale
sliţului cu treapta 0 şi rândurile extreme cu prima treaptǎ de întârziere [180].
La detonarea încărcăturilor pe întreaga suprafaţǎ, se execută explozii cu întârziere, cu un interval
de timp de 23-50 ms între rânduri, de la o margine la cealaltǎ a bolţii, sau concomitent dinspre ambele
margini înspre rândul din mijloc.
Pentru prevenirea efectului de aruncare, încǎrcǎturile explozive se acoperǎ cu materiale de
protecţie adecvate.
Parametri de puşcare [91]
Anticipanta:
W = pH5,0 (m)
Distanţa între gǎuri:
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,2 m < W 0,67 m a = 1,5W(m)
W > 0,67 m a = 1,0 m.
Distanţa între rânduri:
b = 0,866a(m)
Numǎrul de rânduri de gǎuri la puşcarea de sliţuri în coama bolţii:
- la bolţi sub formǎ de segment de cerc
Rn = b
H p2
dacǎ rezultǎ:
Rn < 1,5 se alege Rn = 1
1,5 < Rn < 2,5 Rn = 2
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
65
2,5 < Rn < 3,5 Rn = 3
- la bolţi sub formǎ de semicerc
Rn = b
H p2+ 1
Numǎrul de rânduri de gǎuri la şliţurile de la baza bolţii:
- la bolţi sub formǎ de semicerc
bazaRn = 2
Rn
Numǎrul de rânduri de gǎuri la puşcarea pe întreaga suprafaţǎ a bolţii:
Rn = b
boltiiLatimea )( - 1
Lungimea de gaurǎ:
- la bolţi cu ambele suprafeţe libere
dacǎ
pH 2,0 m gl = pH
3
2(m)
> 2,0 m gl = pH - 0,67(m)
- la bolţi cu o suprafaţǎ liberǎ
dacǎ
pH 2,67 m gl = pH
4
3 (m)
pH > 2,67 m gl = pH - 0,67 (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- la puşcarea de sliţuri - la puşcarea pe întreaga suprafaţǎ
dacǎ
W 1.0 m gQ = 2
gal(kg) gQ =
5,2
gal(kg)
W > 1,0 m gQ = 2
Walg(kg) gQ =
5,2
Walg(kg).
2.4.8. Intervenţii asupra infrastructurilor
Infrastructura clǎdirilor este constituită din ansamblul elementelor de rezistenţǎ situate sub nivelul
terenului şi este alcǎtuitǎ în general, din fundaţii şi subsoluri.
Fundaţia reprezintă acea parte a structurii principale de rezistenţǎ a clǎdirii prin intermediul cǎreia
se realizeazǎ încastrarea construcţiei în terenul de fundaţie şi transmiterea încǎrcǎrilor către straturile de
teren pe care reazǎmǎ, constituind baza construcţiei. Fundaţia este conceputǎ în aşa fel încât sǎ fie
asigurate toate condiţiile privind rezistenţa şi stabilitatea construcţiei. Fundaţiile se executǎ în mod
obişnuit din beton, beton armat şi piatrǎ naturalǎ. Fundaţiile din piatrǎ naturalǎ se utilizează la unele
clǎdiri parter când nivelul apelor subterane se gǎseşte la cel puţin 1 m sub talpa fundaţiei iar piatra
utilizatǎ are o rezistenţǎ la compresiune de cel puţin 200 daN/cm² [111].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
66
A) Parametri de puşcare pentru fundaţii din beton armat, beton sau zidǎrie, cu una sau douǎ
suprafeţe libere, cu gǎuri orizontale [91]
Anticipanta:
W = 0,5pH (m)
Distanţa între gǎuri:
- pentru beton armat
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,50 m
- pentru beton şi zidǎrie
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,67 m a = 1,0 m
Distanţa între rânduri:
b = 0,866a (m)
Lungimea de gaurǎ:
- pentru ziduri cu douǎ - pentru ziduri cu o
suprafeţe libere suprafaţǎ liberǎ
- pentru beton armat
dacǎ
pH 1,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH
3
2 (m)
pH > 1,0 m gl = pH - 0,43 (m) gl = pH - 0,33 (m)
- pentru beton şi zidǎrie
dacǎ
pH 2,0 m gl = 0,6 pH (m) gl = pH3
2 (m)
pH > 2,0 m gl = pH - 0,85 (m) gl = pH - 0,67 (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
- pentru beton armat - pentru beton şi zidǎrie
dacǎ
W 1,0 m gQ = 2
gal (kg) gQ =
5,2
gal (kg)
W > 1,0 m gQ = 2
Walg (kg) Incarcatura de exploziv
Incarcatura exploziva discontinua
Fitil detonant Buraj
BurajFitil
detonant = 5,2
Walg (kg)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
67
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog
ca pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.
B) Parametri de puşcare pentru fundaţii din beton armat, beton sau zidǎrie cu gǎuri verticale
Anticipanta:
- pentru beton armat - pentru beton şi zidǎrie
dacǎ
1pH
şi
trQ 0,67 m trQ 1,34 m
- pentru fundaţii cu 2 suprafeţe libere
W = 2
trH (m)
- pentru fundaţii cu 1 suprafaţǎ liberǎ
W = trH
3
2(m)
dacǎ
1tr
p
H
H
- pentru beton armat
0,33 m < trQ 1,0 m
- pentru beton şi zidǎrie
0,67 m < trQ 2,0 m
Distanţa între gǎuri:
- pentru beton armat
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 < W 0,33 m a = 1,5W (m)
W > 0,33 m a = 0,5 m
- pentru beton şi zidǎrie
dacǎ
W 0,20 m a = 0,30 m
0,20 m < W 0,67 m a = 1,5W (m)
W > 0,67 m a = 1,0 m
Lungimea de gaurǎ:
- la distrugerea pe felii - la ultima felie
gL = PH = grosimea feliei (m) gL = pH - 2
W (m)
Încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
68
- la puşcarea de sfǎrǎmare - la puşcarea de afânare
• pentru beton armat gQ = 2
gal (kg) gQ =
4
gal (kg)
• pentru beton şi zidǎrie gQ = 5,2
gal (kg) gQ =
5
gal (kg)
Numǎrul şi mǎrimea încǎrcǎturilor parţiale (discontinue) pe gaurǎ: se stabileşte în mod analog
ca pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat.
2.4.9. Demolarea podurilor şi suporţilor de pod (fig. 2.31)
Aceste construcţii sunt în general construcţii izolate care nu necesită măsuri speciale de protecţie
şi din acest motiv demolarea lor se execută prin tăierea elementelor care asigură susţinerea structurii,
nefiind nevoie de o realizare pretenţioasă a controlării detonării încărcăturilor explozive [89].
Figura 2.31. Imagini succesive luate de la demolarea unui pod [139]
2.5. Încheiere
Necesitatea îndepărtării unor construcţii în diverse scopuri, în mod cât mai economic şi sigur cu
putinţă, a condus la apariţia metodelor şi tehnicilor performante de demolare. Dintre toate metodele şi
tehnicile de demolare, tehnica utilizării exploziilor controlate cunoaşte azi cea mai mare aplicabilitate. În
funcţie de necesităţi, se demolează parţial sau în întregime diferite tipuri de construcţii iar în unele cazuri
se distrug numai anumite elemente constructive din zidărie, beton, beton armat, metal sau lemn. Alegerea
soluţiei de demolare a unei construcţii este condiţionată de starea fizică a acesteia, de existenţa unor
obiective aflate în vecinătatea construcţiei de demolat şi de eventualele efecte ale demolării asupra
acestor obiective. Procedeele de demolare alese, trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe [89]:
dirijarea căderii pe o direcţie nepericuloasă, pentru a proteja construcţiile aflate în
apropriere;
distrugerea construcţiei în aşa fel încât elementele dezmembrate să poată fi încărcate cu
mijloace mecanice şi transportabile;
asigurarea protecţiei construcţiilor şi a oamenilor din aproprierea obiectivului de demolat,
împotriva efectelor demolării (acţiunii seismice, undei de şoc şi proiecţiei de fragmente).
La demolarea prin explozii controlate a construcţiilor, trebuie să se ţină cont de structura dinamică
a acestora. Având în vedere că principiul de bază al proiectării unei structuri dinamice este acela al
asigurării unui număr suficient de legături pentru a putea avea asigurată stabilitatea dorită, se poate
afirma că procesul de demolare se definineşte ca fiind procesul de reducere al numărului de legături cu
cel puţin unul mai mic decât cel necesar asigurării stabilităţii geometrice a construcţiei, astfel încât să
rezulte inducerea unei stări de instabilitate în structură [89].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
69
CAPITOLUL 3
CRITICA STADIULUI CUNOAŞTERII
3.1. Conceptul fiabilităţii globale a construcţiilor
3.1.1. Introducere
În Directiva Europeană nr. 89/106/21 XII 1988, pentru prima dată se afirmă, că statele membre ale
CEE trebuie să se asigure că pe teritoriile lor, lucrările de construcţii de orice fel, sunt concepute şi
realizate de o asemenea manieră, astfel încât „să nu compromită securitatea persoanelor, a animalelor
domestice şi a bunurilor" [82].
Directiva se aplică „produselor de construcţii", prin care se înţeleg toate produsele care se
realizează în vederea încorporării lor în lucrări de construcţii - atât clădiri cât şi construcţii inginereşti.
3.1.2. Exigenţele esenţiale impuse construcţiilor
În directivă se mai menţionează că sub rezerva unei întreţineri normale a construcţiilor, trebuie
respectate şi asigurate exigenţele esenţiale pe o „durată de viaţă rezonabilă" din punct de vedere economic.
În acest sens, se presupune că acţiunile care se exercită asupra construcţiilor, sunt de regulă, previzibile.
La articolul 5 din capitolul I al Legii nr. 10 din 1995 actualizată în 2007 privind calitatea în
construcţii, se menţionează că pentru obţinerea unor construcţii de calitate corespunzătoare, sunt
obligatorii realizarea şi menţinerea pe toată durata de existenţă a construcţiilor, a următoarelor cerinţe
esenţiale [82]:
1. Rezistenţă mecanică şi stabilitate;
2. Securitate la incendiu;
3. Igienă, sănătate şi mediu;
4. Siguranţă în exploatare;
5. Protecţie împotriva zgomotului;
6. Economie de energie şi izolare termică.
Construcţiile trebuie concepute şi executate astfel încât viitoarele acţiuni exercitate în timpul
execuţiei şi exploatării lor, să nu genereze nici unul din următoarele evenimente [115]:
a) cedarea construcţiilor sau a unor părţi ale acestora;
b) deformaţii de o amploare inadmisibilă;
c) avarierea unor părţi ale construcţiilor, ale instalaţiilor sau echipamentelor acestora, ca urmare a
deformaţiilor mari ale elementelor portante;
d) avarieri rezultate din evenimentele accidentale, disproporţionate în raport cu cauza lor iniţială.
Din enunţarea acestor cerinţe rezultă că o construcţie trebuie să fie fiabilă (să prezinte şi să
menţină în timp siguranţa structurală şi aptitudinea pentru exploatare), la acţiunile agenţilor mecanici
(acţiuni statice, dinamice, izolate sau combinate), biologici, chimici etc. [82].
Verificările asupra construcţiilor, se bazează pe conceptul de stare limită şi sunt efectuate cu
modele de calcul adecvate, care se completează după caz, prin încercări experimentale. Stările limită ale
unei construcţii, reprezintă situaţii (la modul general) dincolo de care exigenţele de performanţă stabilite
prin proiectare, nu mai sunt satisfăcute.
Astfel, se presupune că modelele de calcul sunt suficient de precise pentru a prevedea comportarea
structurii, luând în considerare calitatea minimală a execuţiei, ipotezele privind mentenanţa şi
„fiabilitatea" informaţiilor pe care este bazată concepţia.
În realitate lucrurile nu stau chiar aşa. Din acest motiv, pe plan mondial se doreşte ca modelele de
calcul să reflecte cât mai fidel starea unei construcţii la un moment dat [116].
3.1.3. Cerinţa de fiabilitate structurală a construcţiilor
Cerinţele de siguranţă structurală şi de aptitudine pentru exploatare a construcţiilor, se formulează
prin patru exigenţe de performanţă, definite prin noţiunile de [82]:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
70
a) Stabilitate
Prin stabilitate, se inţelege excluderea oricăror consecinţe defavorabile, ce pot rezulta din:
- deplasarea construcţiei privită ca un corp rigid (translaţie sau răsturnare), singură sau împreună
cu masivul de fundaţie;
- deformaţii de ansamblu excesive (ce modifică starea de eforturi şi de deplasări prin efecte de
ordinul 2);
- deformaţii locale excesive (ex. flambajul unor elemente).
b) Rezistenţă
Prin rezistenţă, se înţelege excluderea avariilor care se pot produce ca urmare a intensităţii
eforturilor unitare într-o secţiune sau într-un element al construcţiei şi implică:
- rezistenţa ultimă - se referă la capacitatea de rezistenţă fără a atinge sau depăşi stările limită
ultime, pentru intensităţi de vârf ale acţiunilor;
- rezistenţa în timp - se referă la capacitatea de rezistenţă la acţiuni mecanice variate de durată, fără
a rezulta apariţia unei modificări defavorabile în timp;
- rezistenţa la prăbuşire progresivă - se referă la capacitatea de rezistenţă fără a ajunge la cedarea
sau prăbuşirea pe ansamblul a clădirii, atunci când au loc cedări locale (distrugeri, deformaţii remanente
mari etc), care provin din cauze diferite (cutremure, explozii, şocuri mecanice, încărcări accidentale,
incendii, încărcări repetate sau încărcări prelungite cu durată excesivă).
c) Ductilitate
Prin ductilitate se înţelege aptitudinea de deformare post-eleastică (deformaţii specifice, răsuciri) a
elementelor constructive sau a construcţiei în ansamblu, fără a fi reduse semnificativ capacitatea de
rezistenţă (pentru acţiuni statice) şi capacitatea de absorbţie a energiei (pentru acţiuni dinamice şi
seismice) [168].
d) Rigiditate
Prin rigiditate se înţelege capacitatea construcţiei de a asigura limitarea:
- deplasărilor şi deformaţiilor mari ale structurii, elementelor nestructurale, instalaţiilor şi
echipamentelor aferente;
- amplitudinile şi acceleraţiile oscilaţiilor;
- limitarea fisurilor şi deschiderilor acestora.
Exigenţele de performanţă ale construcţiilor, au impus în vederea acoperirii cât mai largi a modului
de evaluare a construcţiilor, introducerea unei cerinţe, care să reflecte construcţia în ansamblu.
În sensul lărgit al noţiunii, cerinţa de „fiabilitate structurală" se referă nu numai la structură, ci la
toate subsistemele (părţile componente) ale construcţiei, care pot fi afectate de acţiunile agenţilor
mecanici. Acestea sunt [82]:
- terenul de fundare;
- infrastructura (fundaţii directe şi indirecte, ziduri de sprijin);
- suprastructura (elemente şi subansambluri verticale şi orizontale portante);
- elemente nestructurale de închidere şi compartimentare, instalaţii şi echipamente aferente
clădirii.
Pentru evaluarea performanţelor aşteptate ale unei construcţii, sunt necesare folosirea de modele
pentru cuantificarea elementelor care intervin în aceste operaţii, cum ar fi:
- acţiunile agenţilor mecanici;
- proprietăţile materialelor de construcţie;
- comportarea elementelor de construcţii de la cea mai mică solicitare până la rupere;
- comportarea structurii şi elementelor nestructurale.
Modelarea se bazează atât pe concepte teoretice adecvate cât şi pe rezultatele experimentărilor.
Din punct de vedere al cerinţei de fiabilitate structurală, proiectarea, execuţia şi întreţinerea unei
construcţii reprezintă un ansamblu unitar, cu scopul de a evita atingerea de către o construcţie a stărilor
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
71
limită, sub acţiunile agenţilor probabili de a se manifesta atât pe timpul execuţiei cât şi pe întreaga
perioadă de exploatare [82].
Reglementările tehnice actuale referitoare la siguranţa structurală, se bazează pe metoda stărilor
limită, care ia în considerare că siguranţa structurală se asigură dacă valorile performanţelor structurale
sunt inferioare valorilor funcţiilor limită (efectele acţiunilor sunt mai mici decât capacităţile elementului
de construcţie sau ale construcţiei).
3.1.4. Caracterul probabil al conceptului de fiabilitate structurală
Deoarece toate elementele menţionate mai sus au caracter aleator (sunt variabile în sens statistic pe
mulţimea respectivă de elemente), valorile funcţiilor de stare limită şi valorile performanţelor aşteptate
trebuie privite şi înţelese ca având o anumită probabilitate de a se realiza. Rezultă că noţiunea de fiabilitate
structurală nu poate avea un caracter absolut (nu există fiabilitate „certă") deci, pentru orice construcţie,
există o probabilitate de producere a unor avarii, prin atingerea sau depăşirea unor stări limită, pe durata
de exploatare prevăzută prin proiect [82].
Rezultă că fiabilitatea structurală se evaluează printr-o probabilitate ca pe toată durata de
exploatare, răspunsul structurii (componentei structurale) pentru toate grupările de încărcări, să rămână
mai mic decât capacitatea respectivă. În abordările curente, această probabilitate nu este explicită, ci
rezultă în mod indirect, din metodologia de modelare a încărcărilor, a răspunsului construcţiei şi a
funcţiilor de stare limită. Valoarea acestei probabilităţi reprezintă nivelul de fiabilitate al construcţiei
(elementului) pentru gruparea respectivă de încărcări [82].
Pentru grupările fundamentale de încărcări (care persistă pe toată durata de exploatare),
probabilitatea de atingere a stărilor limită de stabilitate şi rezistenţă a structurii trebuie să fie foarte mică,
iar probabilitatea de atingere a diferitelor stări limită ale aptitudinii pentru exploatare poate să fie mai
ridicată.
În ceea ce priveşte grupările speciale de încărcări (ce includ şi încărcările extreme cum ar fi cele
datorate cutremurelor, exploziilor etc.) pentru anumite categorii de construcţii, depăşirea în anumită
măsură, controlată şi localizată a stării limită de rezistenţă şi a unor stări limită ale aptitudinii pentru
exploatare, este acceptată cu o probabilitate relativ ridicată [82].
3.1.5. Încheiere
Nivelurile de fiabilitate stabilite prin coduri şi reglementări, reprezintă valori minime acceptabile
pentru societate, iar respectarea lor prin proiectare este strict obligatorie pentru primul caz şi recomandată
pentru cel de-al doilea. Un astfel de exemplu de reglementare îl reprezintă standardul ISO 2394:1998,
care se referă la principiile generale ale fiabilităţii structurilor.
Prin implicaţiile asupra construcţiilor, nivelurile de fiabilitate reflectă în esenţă, capacitatea
economică a unei ţări, într-o anumită perioadă de timp [82].
De regulă, de-a lungul timpului, aceste niveluri minime cresc, ca urmare a acumulării de noi
cunoştinţe în domeniul ştiinţei şi tehnicii construcţiilor sau a creşterii resurselor economice ale societăţii.
Siguranţa structurilor este privită ca un concept probabilistic ce defineşte intervalul de
capacitate de rezistenţă, atunci când, sub orice stare de încărcare, nu apar daune sau defecte.
Evaluarea siguranţei structurale se realizează punând condiţia finală sub funcţia limită de stare,
având în vedere modurile dominante de eşec în funcţie de capacitatea de încărcare verticală şi rezistenţa
de forfecare. Metodele propuse de calcul pot fi utilizate atât pentru proiectarea seismică a clădirilor noi
cât şi pentru evaluarea riscului seismic al clădirilor existente, în vederea reabilitării sau demolării
acestora. Datorită standardului ISO 13822:2001, siguranţa construcţiilor poate fi controlată matematic
prin doi parametri: fiabilitatea, măsurabilă în numere zecimale sau procente şi durabilitatea, măsurabilă în
ani.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
72
Se constată că există o concepţie actuală de evaluare a siguranţei construcţiilor existente ce
constă în identificarea secţiunilor transversale, care în ipotezele de încărcare cele mai defavorabile, ar
putea să cedeze din raţiuni de rezistenţă, rigiditate sau stabilitate, luate separat.
Toate construcţiile care sunt astăzi în serviciu, au fost astfel concepute. Însă, după această
concepţie, nu se poate face o evaluare globală a siguranţei construcţiilor, luate în ansamblul lor, la anumite
acţiuni specifice cum ar fi cele seismice, de exemplu. Metodele oficiale inclusiv Eurocodurile, nu fac
legătura între secţiuni şi nu schematizează construcţiile în totalitatea lor. Evident, pentru aceste lacune se
plăteşte un preţ ridicat, care este suportat de societate, în detrimentul nivelului său de trai [107].
3.2. Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate
3.2.1. Introducere
Proiectarea lucrării de demolare prin puşcare reprezintă o etapă hotărâtoare în demolarea prin
implozii controlate a unei construcţii.
Pe baza soluţiei tehnice alese şi în funcţie de caracteristicile şi dimensiunile elementelor de
construcţie, specialiştii execută calculul pentru distrugerea componentelor structurale şi stabilesc modul
de amplasare al încărcăturilor explozive (în gaură de mină pentru construcţii din zidărie, beton şi beton
armat sau plasate aplicat pe elementele de distrus în cazul structurilor metalice). Succesiunea de detaşare
a elementelor constructive stă la baza alegerii întârzierii de detonaţie a încărcăturilor explozive. Alegerea
întârzierilor la detonarea încărcăturilor este foarte importantă atât în ceea ce priveşte procedeul de
demolare (cădere în sine sau răsturnare) cât şi pentru limitarea unor efecte ce se manifestă asupra
mediului înconjurător [63].
Treptele de întârziere se aleg în funcţie de posibilităţile tehnice ale mijloacelor de iniţiere (capse
electrice sau neelectrice, timpul de întârziere al mijloacelor de iniţiere, tipul de alcătuire a reţelelor de
iniţiere etc.). Realizarea fiabilă a sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive, se face pe baza unei
analize multicriteriale având în vedere eficienţa tehnică, costuri minime şi un nivel de securitate
corespunzător [28].
3.2.2. Iniţierea fiabilă a încărcăturilor explozive
În proiectul tehnic de demolare prin implozii controlate a unei construcţii, se precizează cantitatea
de materiale explozive şi mijloace de iniţiere necesare. Necesarul de material exploziv rezultat din calcul,
este exprimat în kilograme echivalent T.N.T. şi se rotunjeşte în sens pozitiv astfel încât să se utilizeze
cartuşe de explozivi sub forma livrată de producător.
Din considerente practice, la proiectarea reţelei de iniţiere a încărcăturilor explozive aferente
schemei de puşcare, se va face o corelare a cantităţii de exploziv pe gaură/aplicată cu elementele
geometrice ale schemei de puşcare (anticipanta, distanţa dintre găurile de pe un rând şi distanţa dintre
rânduri). Aceste elemente geometrice specifice schemei, se corelează cu caracteristicile mijloacelor de
iniţiere cum ar fi lungimea reoforilor sau a tuburilor de şoc, a fitilului detonant corespunzător fiecărei
încărcături explozive (în cazul în care se lucrează cu acesta) şi distanţele dintre elementele de construcţie.
Specialistul proiectant, trebuie să detalieze cantităţile de materii explozive pentru fiecare tip de
încărcătură, să facă o descriere constructivă, funcţională şi dimensională a acestora, să indice timpii de
întârziere pentru fiecare încărcătură explozivă în parte şi să efectueze calculul cantităţilor totale de
materii explozive care detonează pe fiecare treaptă de întârziere Acest calcul, permite verificarea
cantităţii maxime de substanţe explozive detonată cu o anumită treaptă de întârziere, în vederea evaluării
efectelor generate pe timpul demolării [57].
În momentul în care se efectuează centralizarea cantităţilor necesare de materii explozive şi a
mijloacelor de iniţiere, specialiştii au în vedere suplimentarea acestora, în special în ceea ce priveşte
mijloacele de iniţiere, pentru a se putea realiza o iniţiere fiabilă a încărcăturilor explozive (ex. dublarea
magistralei de iniţiere, iniţierea multipunctuală independentă în cadrul reţelei de iniţiere, etc.) [57].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
73
Metoda de iniţiere propusă trebuie să asigure detonarea sigură, fiabilă şi completă a explozivului
iar capsele detonante trebuie să iniţieze fiabil detonarea explozivilor în toate condiţiile de utilizare
previzibile.
Pentru ducerea la îndeplinire a acestor cerinţe, specialiştii care efectuează lucrări de demolări prin
implozii controlate trebuie să asigure un nivel tehnic care conferă credibilitate sporită evaluării
parametrului capacitate probabilă de iniţiere pentru capsele detonante. Altfel spus, efectuarea operaţiilor
de puşcare fără înregistrarea de rateuri imputabile capacităţii de iniţiere inadecvate ale capselor detonante
utilizate, constituie un deziderat al operatorilor economici, deoarece rateurile parţiale sau totale (datorită
calităţii necorespunzătoare ale capselor detonante în ceea ce priveşte capacitatea probabilă de iniţiere a
explozivilor), conduc la pierderi economice, avarii tehnice şi periclitarea securităţii şi sănătăţii
personalului care trebuie să intervină pentru lichidarea rateurilor [57], [130].
3.2.3. Încheiere
Sistemele de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozii controlate a
construcţiilor, sunt alcătuite din elemente legate între ele, astfel încât să se realizeze detonaţia fiecărei
încărcături explozive, după acţiunea de dare a focului. În realitate, în funcţie de numărul, tipul şi felul de
legături ale elementelor componente din compunerea sistemului de iniţiere, nu se întâmplă întotdeauna ca
toate încărcăturile explozive să detune.
Probabilitatea sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozii
controlate a construcţiilor, de a avea rateu parţial sau total, nu a fost până acum cuantificată prin metode
de calcul. Majoritatea preocupărilor de creştere a fiabilităţii sistemelor de iniţiere a încărcăturilor
explozive folosite la demolări, au în vedere eliminarea cauzelor de defectare sistematică şi reducere a
probabilităţii de apariţie a unor defecte de natură tehnologică, datorate omului etc., conducând astfel la
“ameliorarea fiabilităţii” (“reliability improvement”) [47].
Până în prezent, nu au fost elaborate metode de calcul pentru evaluarea capacităţii probabile de
iniţiere a încărcăturilor explozive, valabile pentru orice tip de tehnologie de iniţiere şi care să depindă de
probabilitatea elementelor componente ale sistemului de iniţiere de a avea rateu.
De asemenea, nu s-a demonstrat probabilistic, care este contribuţia introducerii redundaţelor la
creşterea fiabilităţii reţelelor de iniţiere a încărcăturilor explozive.
Un alt neajuns îl constituie faptul că nu există un concept de calcul probabilistic, care să ajute
specialiştii în proiectarea unor scheme de puşcare cu un raport cost/capacitate probabilă de iniţiere cât
mai mic (cât mai bun).
În urma celor prezentate mai sus, rezultă că nu există o experienţă în aplicarea modelelor
probabilistice la cazurile concrete de demolare cu explozivi şi nu a fost efectuat un studiu în domeniul
demolărilor prin implozii controlate, referitor la implementarea concepţiilor de calcul SAFE LIFE
(serviciu garantat) şi FAIL SAFE (distrugere controlată) bazate atât pe teoria mulţimilor şi
probabilităţilor, cât şi pe logica şi statistica matematică.
3.3. Acţiuni transmise construcţiilor
3.3.1. Introducere
Construcţiile, pe durata lor de existenţă, sunt supuse acţiunilor a mai multor factori de diferite
naturi şi origini. Aceste acţiuni deteriorează construcţiile iar uneori stau la originea producerii de accidente
care trebuie privite, dintr-un anumit punct de vedere, ca un risc şi un tribut al progresului tehnicii de a
construi.
La proiectare, construcţiile nu se dimensionează pentru a rezista la orice intensităţi ale acestor
acţiuni, datorită simplului motiv că resursele unei ţări nu ar putea suporta astfel de costuri. La fel ca în alte
domenii şi în domeniul construcţiilor dezvoltarea implică riscuri.
O mare parte din construcţiile existente sunt afectate de deteriorări, mai mult sau mai puţin
importante, care au numeroase cauze (tab.3.1).
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
74
Tabelul 3.1. Acţiuni din mediul înconjurător [82]
NATURAL INDUSTRIAL
Climatice Corozive Excepţionale
Accidentale
Corozive Accidentale
-Umiditate■
-Temperatură■
-Vânt, zăpadă ▲
-Umiditate cu
substanţe agresive
naturale■
-Substanţe biologice
agresive■
-Aer■
-Ape subterane cu
substanţe agresive■
-Tasări ale
terenului▲
-Cutremure▲
-Inundaţii■▲
-Incendii■▲
-Umiditate cu
substanţe
industriale sau
biologice agresive■
-Aer cu substanţe
poluante agresive■
-Explozii▲
-Variaţii de
temperatură■▲
-Incendii■▲
■ Deteriorări fizico-chimice ale materialelor (coroziune)
▲ Deteriorări mecanice (încărcări)
3.3.2. Efectele acţiunilor asupra construcţiilor
Privit în ansamblu, toate aspectele degradărilor, accidentelor şi avariilor construcţiilor sunt la fel.de
importante. Nu se admite ca inginerii să analizeze şi să expertizeze o construcţie, acordând importanţă
numai aspectelor care cred ei că sunt importante. Atunci când se abordează studiul deteriorării
construcţiilor trebuie avut în vedere o întreagă cultură fundamentală şi interdisciplinară.
Efectele acţiunilor asupra construcţiilor se clasifică astfel:
1) Efecte asupra structurilor construcţiilor.
Modificarea sau pierderea:
- Funcţiunii;
- Rezistenţei, stabilităţii;
- Durabilităţii.
2) Efecte asupra elementelor nestructurale şi asupra dotărilor.
Modificarea sau pierderea:
- Funcţiunii;
- Performanţelor construcţiei;
- Proprietăţilor materialelor, durabilităţii, fiabilităţii.
3.3.3. Clasificarea factorilor ce acţionează asupra construcţiilor
Factorii care acţionează şi influenţează performanţele construcţiilor, se clasifică după natura şi
originea lor. Ei se caracterizează prin mărimi fizice, în funcţie de amplasamentul, destinaţia, forma, modul
de concepere şi exploatare al construcţiei. Aceşti factori trebuie avuţi în vedere la întocmirea
specificaţiilor de performanţă pentru clădiri.
În tabelul 3.2, sunt exemplificaţi agenţii care pot acţiona asupra clădirilor împreună cu natura şi
originea lor. Aceştia acţionează la intervale de timp oarecare, în funcţie de mediul înconjurător din
interiorul şi exteriorul clădirilor şi pot cauza deteriorări importante ale acestora.
Tabelul 3.2. Factori care acţionează asupra unei clădiri şi/sau asupra elementelor sale componente [82] Origine
Din exteriorul clădirii Din interiorul clădirii
Nr.
crt.
Natura Din atmosferă Din sol Generaţi de utilizatori Generaţi de concepţia de
alcătuire a elementelor
clădirii, echipamente
şi/sau instalaţii
1 Agenţi mecanici
1.1 Forţa Încărcări din zăpadă si Împingerea Încărcări din exploatare Încărcări permanente
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
75
gravitaţională din apa de ploaie pământului
Presiunea apei
1.2 Forţe şi
deformaţii
impuse
Presiunea gheţii
Dilataţii termice
Umflatea higroscopică
Tasări Alunecări Eforturi de manevrare
Străpungeri
Contracţie
Fluaj
Forţe şi deformaţii
impuse
1.3 Energie cinetică Vânt
Grindină
Şocuri exterioare Furtună de nisip
Cutremure Şocuri interioare
Frecare
Lovituri de berbec
1.4 Vibraţii şi
zgomote
Zgomote produse de
vânt, trăsnete, avioane,
explozii, trafic, utilaje
Vibraţii din trafic
sau produse de
utilaje
Zgomote şi vibraţii
produse de activităţile din
clădire (muzică, dans,
aparate menajere)
Zgomote (aeriene şi de
impact) şi vibraţii ale
clădirii şi
echipamentelor sale
2 Agenţi electromagnetici
2.1 Radiaţii Radiaţii solare
Radiaţii radioactive
Radiaţii
radioactive
Lămpi
Radiaţii radioactive
Suprafeţe radiante
2.2 Electricitate Fulger Curenţi
vagabonzi
Electricitate statică
Curenţi de distribuţie
3 Agenţi termici
3.1 Agenţi termici Căldură,ger
Şoc termic
Căldura Solului Căldura emisă de ocupanţi
Fumat, foc deschis
incendiu
Încălzire, efect termic
Foc
4 Agenţi chimici
4.1 Apă şi solvenţi Umiditatea aerului
Condens
Precipitaţii
Ape de suprafaţă
Ape subterane
Proiecţii de apă
Aspersoare
Condensări Alcool
Apă de distribuţie
Ape uzate
Infiltraţii
4.2 Oxidanţi Oxigen
Ozon
Oxizi de azot
Potenţiale
electrochimice
pozitive
Dezinfectanţi
Apa de Javel
Apa oxigenată
Potenţiale
electrochimice pozitive
4.3 Reducători Sulfuri Agenţi combustibili
Amoniac
Potenţiale
electrochimice negative
4.4 Acizi Acid carbonic
Dejecţii de păsări
Acid sulfuric
Acid carbonic Acid acetic
Acid citric
Acid carbonic
Acid lactic
Acid sulfuric
Acid carbonic
4.5 Baze Ceaţă salină Var Hidroxid de sodiu
Hidroxid de potasiu
Hidroxid de amoniu
Hidroxid de sodiu
Cimenturi
4.6 Săruri Ceaţă salină Nitraţi
Fosfaţi Cloruri
Sulfaţi
Clorură de sodiu
Carbonat de sodiu Detergenţi
Tananţi
Clorură de calciu
Sulfaţi Ipsos
4.7 Materii chimice
neutre
Prafuri neutre Calcar
Silice
Grăsimi
Cerneluri
Prafuri neutre
Grăsimi
Uleiuri
Prafuri neutre
5 Agenţi biologici
5.1 Vegetale şi
microorganisme
Bacterii
Seminţe
Bacterii
Mucegai
Ciuperci
Rădăcini
Bacterii
Plante
Carii
Mucegai
Ciuperci
5.2 Animale Insecte
Păsări
Rozătoare
Termite
Viermi
Animale domestice
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
76
Precizarea mărimilor fizice caracteristice agenţilor, a modului de acţionare a acestora, precum şi a
modului lor de a fi luate în considerare la proiectarea clădirilor, fac obiectul specificaţiilor tehnice. În
funcţie de amploarea parametrilor definitorii ai agenţilor care acţionează asupra clădirilor, se face o
selecţie a condiţiilor tehnice de performanţă, a criteriilor de performanţă şi se stabilesc nivelurile de
performanţă ale construcţiilor.
3.3.4. Încheiere
Deteriorările care pot să apară în perioada de existenţă a construcţiilor, au la origine atât acţiuni
aleatoare provenite din mediul înconjurător cât şi acţiuni rezultate ca urmare a intervenţiei omului asupra
construcţiilor. Dintre acestea, în marea majoritate a lucrărilor de specialitate sunt tratate cu precădere
acţiunile aleatoare care se transmit construcţiilor, datorită în special a probabilităţii lor de apariţie şi a
intensităţii de manifestare.
În prezent, atât în învăţământul superior civil cât şi în cel militar, problematica acţiunilor
accidentale şi seismice asupra construcţiilor este tratată în marea majoritate a cazurilor, distinct, pe
discipline de studiu în funcţie de natura şi originea factorilor care acţionează şi influenţează performanţele
construcţiilor (ex. Dinamica construcţiilor, Ingineria seismică, Fizica exploziei, Detonică, discipline cu
privire la tehnica puşcării şi securităţii muncii în domeniul minier etc.). Pentru un necunoscător, această
abordare nu este întotdeauna în măsură să lămurească pe deplin faptul că, uneori fenomenele sunt
asemănătoare, însă abordarea este diferită.
3.4 Evaluarea efectelor manifestate la demolarea construcţiilor prin implozii controlate
3.4.1. Introducere
Intensificarea activităţilor de construire de noi edificii în zonele urbane din marile oraşe precum
şi încetarea activităţii de producţie la numeroase obiective economice din ţara noastră, a condus la
amplificarea demolărilor de structuri aflate în diferite stadii ale perioadei de folosinţă.
Creşterea frecvenţei utilizării unor cantităţi mari de încărcături de exploziv folosite la
demolările prin implozii controlate, au pus probleme de rezolvat în ceea ce priveşte efectele exploziilor
asupra mediului înconjurător, a construcţiilor aflate în vecinătatea obiectivelor de demolat precum şi a
neplăcerilor cauzate oamenilor.
3.4.2. Mecanismul de producere a efectelor exploziei
Studiul fenomenelor şi acţiunilor distructive ce au loc la producerea unei explozii, impun evaluarea
cu o anumită probabilitate a amploarei distrugerilor şi a efectelor produse asupra oamenilor şi a diferitelor
obiective edilitare. Efectul distructiv al exploziilor asupra materialelor de construcţie, se manifestă într-un
mod particular, deoarece încărcăturile explozive detonează în găurile de mină în care sunt introduse iar
transferul unei anumite cantităţi din energia exploziei către materialul de construcţie şi mediul
înconjurător, generează acţiunea distructivă şi producerea efectelor exploziei.
3.4.3. Monitorizarea efectelor demolărilor prin implozii controlate
Monitorizarea efectelor demolărilor prin implozii controlate, se referă la modalităţile de verificare
post-eveniment a efectelor generate de aceste tipuri de demolări..
Pentru a fi prevenite eventualele litigii ce pot lua naştere între firmele contractoare şi executantul
lucrării/vecini/autorităţi, se impune să se stabilească acţiuni de monitorizare a lucrărilor de demolare.
Acestea constau în: filmarea şi fotografierea lucrărilor pregătitoare efectuate asupra construcţiei care se
demolează, filmarea şi fotografierea stării obiectivelor de protejat înainte şi după demolare, măsurarea
efectelor exploziei atât în ceea ce priveşte nivelul undelor aeriene şi seismice, cât şi al nivelului de praf în
aer şi depus în mediul înconjurător [57].
Nivelul nepericulos al oscilaţiilor provocate de explozii, se stabileşte în funcţie de gradul de
distrugere a construcţiilor. Acest prag diferă de la o ţară la alta şi se adoptă la modul general, în funcţie de
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
77
calitatea construcţiilor şi chiar de modul în care se execută reparaţiile uşoare care necesită a fi efectuate la
construcţiile aflate în vecinătatea zonei în care s-au executat puşcările.
3.4.4. Încheiere
Executarea lucrărilor de demolare prin implozii controlate, diferă de la o construcţie la alta. Din
acest considerent, se impune atât cunoaşterea cât şi evaluarea permanentă a efectelor generate pe timpul
demolării construcţiilor cu ajutorul exploziilor. În vederea demonstrării unui caracter imparţial şi credibil
al măsurătorilor efectelor acustice, seismice şi al gradului de prăfuire, acestea trebuie făcute de specialişti
diferiţi faţă de cei care execută lucrările de demolare. Specialiştii trebuie să fie acreditaţi pentru astfel de
lucrări (personalul să aibă calificare şi competenţă dovedită) şi să utilizeze o aparatură specializată de
înregistrare a parametrilor dinamici, verificată metrologic.
Se constată, mai multe deficienţe şi neajunsuri care pot da naştere la interpretări şi pot afecta atât
legitimitatea cât şi credibilitatea înregistrării undelor seismice generate de demolările prin explozii.
Astfel, în cazul construcţiilor de importanţă deosebită sau în care se află instalaţii şi utilaje
sensibile la oscilaţii, valorile admisibile ale vitezei oscilaţiilor particulelor terenului sunt lăsate la
latitudinea specialiştilor în domeniu.
Alt neajuns se referă la faptul că monitorizarea efectelor seismice cu aparatură plasată în
proximitatea obiectivelor de protejat, nu confirmă întotdeauna că evaluarea s-a făcut corect şi nivelul de
seismicitate se încadrează în domeniul nepericulos, mai ales în situaţia monitorizării structurilor cu mai
multe etaje.
Specialiştii care realizează înregistrările parametrilor mişcării seismice, nu dispun de o
metodologie de efectuare a monitorizării oscilaţiilor generate la demolarea construcţiilor prin implozii
controlate care să ţină cont atât de specificul activităţii de demolare cât şi de celelalte efecte manifestate
la demolările prin explozii, cum ar fi influenţa directă a undei aeriene, a proiecţiilor de material dislocat
şi a prafului, atât asupra seismografului cât şi al operatorului.
De asemenea, specialiştii care monitorizează efectele seismice generate la demolarea
construcţiilor prin explozii controlate asupra clădirilor învecinate, nu iau în considerare că majoritatea
efectelor dependente de timp asupra structurilor sunt cumulative şi trebuie asociate cu durata de viaţă
proiectată a construcţiilor respective, conform normativelor în vigoare [X].
3.5. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate
3.5.1. Introducere
Rezolvarea multiplelor probleme practice ce privesc efectele exploziilor asupra construcţiilor,
stabilirea nivelurilor maxime admisibile de oscilaţie, elaborarea unor norme şi tehnici de protejare
antiseismică a construcţiilor ţinând seama de specificul procesului de explozie şi a unor metode eficiente
de reducere şi control a efectelor exploziilor, necesită cunoaşterea unui minim de teorie a propagării
undelor de şoc în aer, a seismologiei exploziilor precum şi a mecanismului de proiecţie a fragmentelor
rezultate în urma exploziei [65].
3.5.2. Măsuri de atenuare a efectelor exploziei
Punerea în practică a unei lucrări de demolare prin explozii controlate în mediu urban, implică
specialiştii în realizarea unui compromis între cantitatea de exploziv folosită şi modul de dispunere a
acesteia la elementele de distrus respectiv protecţia mediului înconjurător şi a personalului aflat în raza de
acţiune a efectelor exploziilor [28].
Folosirea explozivilor în scopul demolării construcţiilor, este posibilă ca urmare a efectelor induse
de detonaţia acestora. Destinderea produşilor gazoşi puternic încălziţi şi comprimaţi rezultaţi în urma
producerii reacţiei de oxidare a substanţelor carburante din componenţa explozivilor, transferă energia
chimică a acestora mediului înconjurător, sub formă de lucru mecanic distructiv [70].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
78
O analiză calitativă a bilanţului energetic al procesului exploziei, pune în evidenţă următoarele
observaţii importante [89]:
- o parte importantă din energia eliberată de încărcătura explozivă este utilizată în mod eficient
pentru distrugerea elementelor de construcţie;
- o cantitate mare din energie se disipă în structură;
- restul energiei explozivilor, se transferă în mediul înconjurător, sub formă de energie cinetică
a fragmentelor rezultate din distrugerea elementelor de construcţie şi energie a undei de şoc în aer.
Măiestria proiectantului şi executantului de lucrări de demolare prin explozii, constă în
controlarea acestor fracţiuni energetice. Aceştia trebuie să urmărească întotdeauna mărirea proporţiei
energiei utilizată pentru distrugerea elementelor de construcţie în detrimentul diminuării efectelor
reziduale. Aceste nevoi pot să rămână doar sub formă de deziderate, dacă nu se cunosc cu adevărat
fenomenele care stau la baza distrugerii componentelor structurale prin explozie.
Există două căi de acţiune a specialiştilor în vederea ducerii la îndeplinire a acestor obiective:
mărirea eficienţei de utilizare a explozivilor şi găsirea metodelor şi tehnicilor de protecţie optime [63].
3.5.3. Încheiere
Alegerea soluţiei tehnice a demolării construcţiilor prin implozii controlate, se efectuează cu
condiţia menţinerii efectelor neproductive, la un nivel de risc acceptabil.
În cazul demolărilor controlate cu explozivi în zone cu un grad ridicat de risc (zone urbane, zone
cu lucrări importante, construcţii slăbite situate în imediata apropiere), se impune folosirea unor
tehnologii optime în vederea creşterii efectelor productive şi a micşorării efectelor neproductive generate
de explozii [65].
Este de actualitate permanentă, cercetarea în vederea descoperirii şi identificării unor ecrane
eficiente pentru atenuarea efectelor neproductive ale exploziilor ce se manifestă asupra obiectivelor
“sensibile” aflate în imediata vecinătate a demolării construcţiilor prin implozii controlate. Spre
exemplu, folosirea ecranelor de apă sub forma pereţilor Poldine, reprezintă soluţii de reducere a efectelor
exploziilor puternice folosite pe plan internaţional [77].
Identificarea unor soluţii constructive de alternare a materialelor cu densităţi diferite la realizarea
ecranelor de protecţie împotriva efectelor exploziilor puternice, reprezintă un domeniu necercetat pe
deplin şi care poate oferii soluţii eficiente în atenuarea efectelor neproductive care se manifestă la
demolarea construcţiilor prin implozii controlate, asupra obiectivelor din imediata apropiere.
Efectuarea în poligon a unor experimente în acest sens, coroborate cu cercetări teoretice bazate pe
modelări şi simulări, pot contribui la lărgirea bazei de alegere a soluţiilor constructive cele mai potrivite,
pentru atenuarea efectelor exploziilor folosite la demolări prin implozii şi protejarea unor zone/spaţii de
locuit/ construcţii de patrimoniu/persoane etc. de efectele acestor explozii [96].
3.6. Mişcări seismice ale pământului datorate exploziilor
3.6.1. Introducere
Executarea lucrărilor cu explozivi, necesită luarea unor măsuri de protecţie a mediului
înconjurător.
În cazul lucrărilor de demolare prin implozii controlate executate în zonele urbane sau în
apropierea unor obiective care trebuie protejate, efectele seismice induse de exploziile încărcăturilor
explozive prezintă un interes special, impunând cunoaşterea seismologiei exploziilor, deoarece constituie
surse generatoare de unde seismice [111].
Undele seismice sunt generate de detonarea încărcăturilor de exploziv folosite la demolări,
precum şi ca urmare a prăbuşirii construcţiei demolate. În funcţie de condiţiile în care se produc,
exploziile pot genera unde longitudinale, transversale sau de suprafaţă [28].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
79
3.6.2. Influenţa terenului asupra mişcării seismice provocate de explozii
În situaţia producerii exploziilor puternice, geologia locală şi condiţiile de amplasament au o
influenţă hotărâtoare asupra răspunsului seismic. Factorii de natură locală se referă la topografia rocii de
bază, configuraţia pachetului de sedimente şi nivelul apei freatice. Comportarea terenurilor sub încărcări
dinamice generate de explozii, poate prezenta aspecte foarte diferite faţă de comportarea la încărcări statice.
Unele terenuri sub încărcări ciclice îşi sporesc rezistenţa prin compactare, (exemplu nisipurile afânate) iar
altele îşi pot pierde rezistenţa (ex. nisipurile saturate sau argilele sensibile). Compactarea terenurilor,
depinde de mărimea deformaţiilor cauzate de durata şi frecvenţa proceselor dinamice [25].
3.6.3. Modelarea fizico-matematică a exploziei în scopul optimizării efectului seismic indus
de explozie
Explozia reprezintă o sursă generatoare de unde seismice. În funcţie de condiţiile în care este
produsă, explozia constituie fie numai o sursă de unde longitudinale, fie o sursă de unde longitudinale şi
transversale. Pentru explozia în materiale de construcţii, au fost fundamentate fizico-matematic modele
care reprezintă acest proces ca fiind o sursă concentrată (punctiformă) şi care consideră că procesul are
loc într-o cavitate ale cărei dimensiuni nu pot fi neglijate. Deşi de mai mică importanţă decât în cazul
cutremurelor naturale, energia şi magnitudinea reprezintă doi parametri care însă nu pot fi trecuţi cu
vederea, nici în cazul exploziilor de mică intensitate [28].
Modelarea fizico-matematică a exploziei, se efectuează pentru aflarea funcţiei de transfer a
acestui proces şi construirea modelelor digitale cu ajutorul cărora sursele seismice pot fi analizate, în
vederea micşorării efectelor induse şi protejarea eficientă a mediului înconjurător [28].
3.6.4. Încheiere
Mediul de propagare a undelor seismice generate de o explozie, este constituit din roca
(pământul) existentă între locul exploziei şi obiectivul de protejat la acţiunea seismică [88].
Obiectivul asupra căruia se manifestă efectul seismic poate fi orice construcţie aflată în raza de
acţiune a undelor seismice şi care poate fi afectat de acestea (ex.: o altă clădire, o lucrare de artă, o lucrare
hidrotehnică etc.), consecinţa fiind pierderea integrităţii sau a stabilităţii.
Pe plan naţional, sunt editate un număr redus de lucrări care tratează atât monitorizările seismice
ale structurilor din vecinătatea demolărilor prin explozii controlate, precum şi deteriorările rezultate în
urma acţiunilor seismice ale exploziilor asupra construcţiilor.
În ceea ce priveşte maniera de abordare comparativă a problematicii avariilor suferite de clădirile
situate în vecinătatea demolărilor prin explozii controlate, se constată că interpretarea justificativă a
valorilor parametrilor dinamici înregistraţi, nu are şi o componentă a raportării lor în timp (ex. înregistrări
efectuate înainte, în timpul şi după executarea demolărilor prin explozii) astfel încât să fie monitorizate şi
efectele cumulative ale acţiunilor seismice asupra structurilor de rezistenţă ale acestor clădiri.
De asemenea se observă neconcordanţe în deciziile specialiştilor referitoare la alegerea locului de
amplasare a seismografelor pentru efectuarea înregistrării oscilaţiilor generate la demolarea construcţiilor
prin explozii, astfel încât, aceste dovezi să fie edificatoare în vederea constituirii unor eventuale probaţiuni
(ex. la ultimul nivel în cazul în care structura are multe niveluri, în proximitatea structurii sau la parterul
acesteia în cazul în care construcţia are numai câteva etaje, un senzor dispus la parterul construcţiei
monitorizate iar altul plasat la ultimul nivel în vederea cuantificării atât a datelor de intrare cât şi a celor de
ieşire etc.).
În urma celor prezentate mai sus, rezultă că sunt o serie de lacune şi deficienţe care pot avea
repercursiuni pe plan juridic asupra veridicităţii justificative a evaluării efectelor seismice generate de
demolările prin explozii controlate.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
80
CAPITOLUL 4
FENOMENE GENERATE DE UNDELE DE ŞOC
4.1. Introducere
Folosirea substanţelor explozive în vederea demolării construcţiilor, nu este o aplicaţie recentă.
Deşi nu există un număr mare al publicaţiilor care abordează acest subiect, sunt lucrări accesibile
publicului larg care abordează problematica explozivilor apţi pentru a fi folosiţi ca sursă de distrugere a
materialelor de construcţie şi componentelor structurale.
În disciplina fizica explozivilor, materiile explozive se prezintă în general prin prisma
caracteristicilor fizico-chimice (ex. densitate de încărcare, compoziţie chimică etc), de sensibilitate (ex. la
impact, frecare, undă de şoc etc.), termodinamice (ex. căldură de explozie, volumul produşilor gazoşi
etc.) şi de detonaţie (ex. diametru critic, viteză de detonaţie etc).
Dacă se analizează mai atent aceste informaţii, se observă că nu există întotdeauna o legătură
evidentă, între caracteristicile explozivilor utilizaţi, caracteristicile materialelor asupra cărora se
acţionează şi efectele scontate. Datorită acestui fapt, specialiştii care execută lucrări de demolare a
contrucţiilor cu ajutorul explozivilor, au nevoie de o bogată experienţă în domeniu [89].
În acest capitol, sunt prezentate cele mai importante studii teoretice de actualitate privind
detonaţia explozivilor şi efectele sale distructive asupra elementelor de construcţie.
4.2. Noţiuni de unde de şoc. Relaţii analitice
4.2.1. Unde sonore
O undă se defineşte ca fiind propagarea într-un mediu material, a unei perturbaţii de stare şi
mişcare a mediului material.
Prin definiţie, aplicarea unei forţe externe la un corp material reprezintă un proces dinamic.
Atunci când viteza de aplicare a forţei are o valoare scăzută, se poate considera procesul de deformare ca
o succesiune de etape în care corpul poate fi considerat în stare de echilibru. Însă, tensiunile interne ce
apar în material nu pot fi transmise instantaneu din regiunea de aplicare a forţei în diferitele regiuni ale
corpului. Eforturile şi tensiunile sunt transferate de la un atom la altul cu o viteză specifică. În acest sens,
diferenţa fundamentală dintre gaze şi mediile dense, din punctul de vedere al comportamentului lor sub
acţiunea şocului, provine din interacţiunea dintre atomi sau moleculele mediului respectiv. După cum se
cunoaşte, forţele de interacţiune acţionează pe distanţe de ordinul angstromilor (Å) [40].
Într-un gaz, distanţa medie între particulele constituente este de câţiva zeci de Å, astfel încât
particulele nu interacţionează decât în momentul coliziunii.
Presiunea este de origine esenţial termică
TKnP , [Pa], (4.1)
şi se constată că un şoc de amplitudine scăzută este suficient pentru a comprima puternic un gaz. Raportul
de compresie maximă a gazului la şoc este atins la zeci sau sute de bari. La aceste presiuni, un şoc în gaze
reprezintă un şoc “forte” [15].
În mediu solid, chiar în absenţa forţelor exterioare, atomii constituenţi sunt în interacţiuni
puternice. Distanţa interatomică de echilibru (care corespunde minimului de energie potenţială),
determinată chiar prin echilibrul dintre forţele de atracţie şi respingere, este de câţiva Å. Pentru a
comprima un solid trebuie deci acţionat împotriva forţelor de respingere care cresc rapid atunci când
distanţele dintre particulele componente scad. Din acest motiv, compresibilitatea solidelor este
considerabil mai mică decât cea a gazelor. Spre exemplu, pentru o reducere cu 10 % a volumului unui
metal, trebuie să i se aplice o presiune de ordinul a 100 Mbar. Pentru reducerea volumului său la
jumătate, sunt necesare presiuni de mai mulţi Gbari. Această stare de fapt determină caracteristicile de
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
81
bază ale comportamentului sub şoc al solidelor şi lichidelor. Procesul de compresiune la şoc fiind
adiabatic şi ireversibil, este însoţit de o creştere a temperaturii mediului, creştere care este cu atât mai
importantă, cu cât presiunea este mai mare. Rezultă o componentă termică a presiunii asociată cu
vibraţiile atomilor, care se suprapune peste componenta elastică. Presiunea elastică este dominantă până
la câteva sute de kbari iar raportul de compresiune al mediului rămâne mic. Componenta termică a
presiunii, ce creşte odată cu amplitudinea şocului, devine egală cu componenta elastică la presiuni de
ordinul câtorva Mbari. Deci, creşterea de energie internă a unui mediu dens sub şoc rezultă din creşterea
energiei potenţiale elastice pe de o parte şi a energiei termice pe de altă parte, în proporţii care depind de
nivelul de presiune atins [36].
Undele de presiune se induc în ţinte, prin aplicarea unui impuls mecanic scurt şi intens.
Principalele fenomene generatoare de şoc, sunt:
- detonaţia unei încărcături explozive;
- impactul unui proiectil care are viteză mare, cu o ţintă;
- absorbţia unei radiaţii intense, generate de lasere de mare putere [38].
Întrucât timpul de aplicare a presiunii este foarte scurt în comparaţie cu timpul în care ţinta se
deplasează şi se deformează, forţele de inerţie au un rol determinat în procesul de formare a undei de şoc.
Iată de ce presiunile furnizate de generatoarele de şoc sunt limitate doar de cantitatea de energie eliberată
de generatorul de şoc. Pe timpul detonaţiei explozivilor şi a tragerilor cu tunurile cu dublu etaje (cu gaze
uşoare), se obţin şocuri de ordinul Mbar în lichide şi zeci de Mbari în solide. Presiunile mai mari de 100
Mbar, au fost măsurate sub şocurile de origine nucleară. Astfel, în cursul experienţelor de fuziune
nucleară prin confinare inerţială, ţintele de deuteriu lichid iradiate cu laser au fost supuse pe timpi foarte
scurţi (de ordinul a 10-9 s) la presiuni de 1000 Mbari şi la temperaturi superioare 107 0K [46].
La nivel atomic, unda constă într-o succesiune de impacturi interatomice ale atomilor învecinaţi.
După ce a fost accelerat până la o anumită viteză, fiecare atom, transmite o parte din impulsul său
la atomii vecini. Masa atomilor, modul de separare, forţele de atracţie sau respingere dintre atomi,
determină modul în care pulsul de presiune este transmis de la un punct la altul. Starea de tensiune
generată de pulsul de presiune, determină direcţia şi modul de mişcare al atomilor.
Undele care pot lua naştere în medii dense, se clasifică în funcţie de mărimea pulsului de
presiune, în trei categorii: unde elastice, unde plastice şi unde de şoc.
Undele elastice produc deformaţii elastice ale materialului. Privit la scară atomică, înseamnă că
după dispariţia pulsului de presiune, toţi atomii se întorc la poziţia lor iniţială. În materialele dense se
propagă trei tipuri de unde elastice: unde longitudinale (unde de dilataţie), unde transversale (unde
distorsionale, echivolumice) şi unde de suprafaţă (undele Rayleigh) [40].
În cazul undelor longitudinale, particulele materialului şi viteza undei au aceeaşi direcţie. Dacă
unda este de compresie, acestea vor avea acelaşi sens. Dacă unda este de întindere, aceste viteze vor avea
sensuri opuse. La undele transversale, deplasarea particulelor materiale este perpendiculară pe direcţia
undei. Nu se realizează o schimbare a densităţii materialului, deformaţiile longitudinale fiind nule.
Pentru undele de suprafaţă, cel mai reprezentativ exemplu îl constituie valurile mării. Acestea se
manifestă numai la suprafaţă, în regiunea adiacentă acesteia iar viteza particulei scade exponenţial, atunci
când se măreşte distanţa de la suprafaţă. Traiectoriile particulelor sunt eliptice.
Unda longitudinală este cea mai rapidă iar unda Rayleigh este cea mai lentă.
În funcţie de amplitudinea pulsului de presiune şi de viteza de creştere a acestuia, atunci când
limita elastică de rezistenţă a materialului este atinsă, unda elastică precursoare este urmată de o undă
plastică sau de şoc. Cea mai familiară dintre aceste unde elastice este unda longitudinală care se mai
numeşte şi undă sonoră. Variaţia de presiune la această undă, este periodică şi de amplitudine mică în
comparaţie cu presiunea ambiantă.
În Detonică (disciplina care se ocupă cu studiul fizicii undelor de şoc şi a undelor de detonaţie),
undele care se iau în considerate sunt de amplitudine mare în raport cu presiunile ordinare şi se propagă
în general cu viteză care variază monoton cu presiunea, fie crescător în cazul undei de compresiune, fie
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
82
descrescător în cazul undei de destindere. Se ţine seama că variaţia presiunii se realizează într-un timp
foarte scurt, dar nu nul [74].
Unda sonoră, prin definiţie, propagă în mediu variaţii infinitezimale ale mărimilor de stare dp,
dv, . . . şi o variaţie du a vitezei materiale. Dacă dp este pozitiv sau negativ, atunci unda este de
compresie sau de destindere.
Proprietăţile undei sonore [44]:
a) Transformarea termodinamică produsă de unda sonoră mediului, este adiabatică şi izentropică.
Rezultă că entropia unui element material dat, se conservă odată cu trecerea unui tren de unde sonice de
amplitudine finită;
b) Viteza propagării unei unde sonore în mediu, se numeşte unda sunetului. Această mărime se
notează cu c şi se reprezintă prin vectorul c
, care este normal la undă şi orientat în sensul de propagare al
acesteia. Unda sunetului este o mărime termodinamică, pozitivă şi se calculează conform relaţiei:
SSv
pv
pc
[m/s] (4.2)
Vectorul c
este viteza relativă a undei în raport cu mediul. În situaţia în care acesta se află în
mişcare şi are viteza locală u
, viteza absolută a vitezei sunetului este ( cu
). Unghiul dintre cei doi
vectori poate fi diferit şi depinde de fiecare caz în parte;
c) Transformarea cinetică adusă mediului, reprezintă o accelerare d u
dirijată după normala la
suprafaţa undei şi coliniară cu c, dar nu obligatoriu în acelaşi sens.
Relaţia între du
şi variaţia de presiune este:
udcdp
[Pa (4.3)
Ţinând seama de relaţia (5.1) rezultă relaţia echivalentă:
dcud
[m/s] (4.4)
Semnificaţia vectorială a acestei relaţii este următoarea:
- dacă unda sonoră este o undă de compresiune (dp 0), atunci mediul este accelerat în sensul de
propagare al undei ( şi au acelaşi sens); - dacă unda este de destindere (dp 0), atunci mediul este accelerat în sensul opus celui de
propagare al undei ( şi au sensuri opuse).
4.2.2. Evoluţia profilului unui tren de unde sonore
Se consideră o undă de amplitudine finită, constituită din unde sonore ce se propagă într-o
anumită direcţie. Pentru simplificare, se consideră undele ca fiind plane, normale la o axă Ox, orientată în
acelaşi sens cu care se ia ca referinţă. Profilul undei la un moment dat, este o curbă p(x) sau u(x).
Fiecare undă elementară găseşte în faţa ei şi lasă în spatele ei o stare uniformă iar viteza sa absolută ( +
) este constantă. Însă şi variază de la o undă la alta, astfel încât profilul undei globale se modifică
în cursul propagării. Sensul evoluţiei undei se bazează pe proprietatea că viteza sunetului este o funcţie crescătoare cu presiunea (excepţiile sunt datorate schimbărilor de fază). Această proprietate guvernează o
mare parte din legile detonicii şi în special formarea undelor de şoc.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
83
Se consideră mai întâi cazul unei unde de destindere (fig.4.1 a). Presiunea descreşte de la p1 la p2.
Rezultă că viteza sunetului descreşte. Deoarece dp 0, din relaţia (4.3) rezultă că d este orientată în sens invers faţă de , deci faţă de axa Ox şi d 0. Rezultă că (u + c) descreşte de la starea 1 la starea 2
şi unda se aplatizează (panta profilului scade).
Pentru cazul unei unde de compresiune (fig. 4.1 b) presiunea creşte de la p1 la p2, deci viteza
sunetului creşte. Deoarece dp 0, d este orientată în acelaşi sens faţă de , deci faţă de axa Ox şi d
0. În concluzie (u + c) creşte de la starea 1 la starea 2 şi unda devine tot mai abruptă (panta profilului
creşte). Procesul acesta de modificare, în sensul creşterii pantei profilului undei conduce la formarea
undei de şoc, conform unui mecanism care va fi descris în continuare [78].
Figura 4.1. Evoluţia profilului undelor de presiune [78]
4.2.3. Formarea undei de şoc
Fie un mediu ce se află în starea iniţială ( , ) şi de viteză materială nulă ( 0). Se acţionează
pe o suprafaţă plană a unui eşantion cu o presiune care creşte de la la într-un timp foarte scurt, dar
nenul. Faţa dinainte (R) a eşantionului se pune în mişcare (fig. 4.2) şi apar astfel unde sonore, ce se
propagă progresiv, pe parcurs ce creşte presiunea. Acestea sunt unde de compresiune.
Figura 4.2. Formarea undei de şoc [78]
p
p1
p2 p1
p2 u c u c
x x 0 0
u u
1
2 1
2
a) b)
t
t1
t
(R) S0
(C)
(E)
M I
D
D1
1/c0
I0
1/(cu)
1/(c1u1)
x
p(t)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
84
Prima undă ( ) găseşte mediul în starea ( , ) iar aceasta se propagă cu viteza . Unda (S)
care pleacă din momentul t, întâlneşte mediul în starea uniformă (p, , u) şi îl aduce la starea (p+dp,
+d, u+du). Viteza sa (u+c) este constantă, aşa încât în planul (x,t) unda este reprezentată ca o dreaptă.
Deoarece viteza (u + c) creşte cu presiunea, fiecare undă va merge mai repede decât unda pe care
o precede şi deci o va ajunge din urmă.
Din punct de vedere geometric, undele (S) formează un fascicol de unde convergente care admit o
înfăşurătoare (E). Se poate considera că (E) reprezintă traseul frontului perturbaţiei mediului ce se află
iniţial în repaus. Acest lucru nu este posibil din punct de vedere fizic. Până la punctul M unda (S)
propagă o perturbaţie de amplitudine infinitezimală dp într-un mediu caracterizat de (p, , u) iar viteza sa
(u+c) corespunde acestor condiţii de propagare.
Dacă viteza ar atinge punctul M de pe anvelopă, ar fi întâlnit un mediu cu starea ( , , 0) şi
perturbaţia pe care ar fi propagat-o ar trece brusc la amplitudinea finită (p - ) în timp ce viteza sa
rămâne (u+c), deoarece 1/(u+c) este panta înfăşurătorii în M. Este o incompatibilitate între această pantă
şi condiţiile de propagare. Din acest motiv, unda (S) nu poate atinge punctul M.
Propagarea sa este într-un punct I situat înaintea lui M şi doar în acest punct trebuie să se găsească
frontul de perturbaţie real. Acesta este reprezentat printr-o curbă (C) care reprezintă locul geometric al
punctelor I denumit undă de şoc.
Panta curbei este dată de inversul mărimii vitezei undei de şoc care se notează cu D. Viteza D e
compatibilă cu propagarea unei amplitudini finite (p - ) în mediul cu starea ( , , 0). Panta curbei
(C), în punctul I este inferioară cu cea a lui (E) în M deci D u+c. D trebuie să fie mai mare decât
deoarece această viteză este corespunzătoare unei perturbaţii ce se desfăşoară la presiunea care este
mică. Curba (C) este între dreapta ( ) şi anvelopa (E).
Printr-un calcul simplu se arată că înfăşurătoarea (E) nu se desprinde de curba ( ) decât într-un
punct care are abscisa:
02
20
B
cxo [m] (4.5)
unde:
- este acceleraţia iniţială a feţei dinainte a materialului [m/s2];
- B este un coeficient adimensional care depinde de caracteristicile mediului [38].
Formarea undei de şoc începe din punctul şi se derulează până când ultima undă de
compresiune ( ) atinge frontul (C) în punctul . Viteza undei creşte continuu de la până la .
Figura 4.3 a, reprezintă trenul undelor de compresiune generate de pe faţa anterioară (pe care se
aplică presiunea). Acestea ating frontul de şoc în punctul I al curbei (C). Secţionând fascicolul de unde
cu o dreaptă t ct. se obţin diferite profiluri ca în figura 4.3 b. Plecând de la faţa anterioară se întâlnesc
unde sonore de presiuni descrescătoare până în frontul (C) unde presiunea scade brusc la .
Pentru t nu are loc nici un salt de presiune în frontul undei. Această undă nu este încă o undă
de şoc, ci o undă de compresiune izentropică pură, ca cea din figura 4.1, b.
Pentru t unda este undă de şoc şi e urmată de o undă de compresiune. Profilul de formă
dreaptă, se obţine atunci când unda ( ) a ajuns din urmă frontul. Unda este o undă de şoc pură.
La momentul , durata fazei de formare a undei de şoc este de ordinul de mărime a lui care
este durata semnalului aplicat pe faţa materialului. Dacă 0 şi semnalul aplicat este o undă de şoc,
atunci este nul. O undă de şoc se transmite instantaneu de la un mediu la altul [46].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
85
Figura 4.3. Evoluţia profilului undei de şoc în timpul formării acesteia [46]
4.2.4. Proprietăţile generale ale undei de şoc
Descrierea procesului de formare a undei de şoc permite distingerea a trei proprietăţi
fundamentale ale acesteia [45].
a) Viteza de propagare a undei de şoc este cuprinsă între vitezele absolute ale sunetului în
mediile ce o încadrează:
[m/s] (4.6)
Aceste inegalităţi reprezintă faptul că unda de şoc este supersonică în raport cu mediul în care se
propagă şi subsonică în raport cu mediul pe care îl lasă în urmă. Se mai poate spune că:
- unda de şoc ajunge din urmă perturbaţiile sonore care se propagă înaintea ei;
- unda de şoc este ajunsă din urmă de undele sonore care o urmează.
b) Prin unda de şoc se propagă discontinuităţile mărimilor de stare şi de viteză materială. În
punctul I (din fig. 4.3) unda produce discontinuităţile mărimilor (p - ), ( - ), u. Rezultă că relaţiile
(4.2 şi 4.3) nu mai sunt valabile. Se poate spune că principala caracteristică a unei unde de şoc, este că
aceasta propagă o discontinuitate de viteză
uouu
[m/s]
(4.7)
(unde este viteza iniţială) care antrenează discontinuităţi p, , ... ale mărimilor de stare. Unda e
reprezentată printr-o suprafaţă a undei, viteza sa relativă la mediul în care se propagă este un vector D
normal la frontul undei iar saltul de viteză este coliniar şi de acelaşi sens cu .D
c) Transformarea termodinamică pe care o suferă materialul la acţiunea undei de şoc este
adiabatică, deoarece aceasta este suficient de rapidă pentru a nu avea nici un schimb de căldură cu mediul
exterior învecinat. Această transformare nu este şi izentropică, deoarece este de amplitudine finită şi
instantanee. În schimb, entropia mediului creşte la trecerea undei de şoc.
4.2.5. Structura undei de şoc
Deoarece unda de şoc propagă discontinuităţi ale vitezei şi mărimilor de stare, rezultă că mediul
suferă instantaneu solicitările cinematice sau termodinamice de amplitudine finită. Acest lucru este
adevărat dacă mediul prin care trece unda de şoc ar fi un fluid ideal, fără vâscozitate şi fără conductivitate
t
t1
t
(R)
(C)
I
I0
x x
D
D1
p
p1
p0
x0 x0 x
t2
I1
t
t2
t1
t0
t0
a) b)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
86
termică. Vâscozitatea şi conductivitatea apar în toate mediile reale. Vâscozitatea intervine în calcule
printr-un termen x
u
care are dimensiunile unei presiuni, iar conductivitatea termică prin termenul
dx
dTk cu dimensiuni de energie specifică. În curgerea normală, gradientele de viteză şi temperatură, când
sunt suficient de mici, pot fi neglijate faţă de presiunea şi energia locală. Aceleaşi aproximaţii nu se mai
pot face însă în cazul undelor de şoc. De fapt, discontinuitatea înseamnă gradient infinit. Este necesar în
cazul unui calcul teoretic, să se ia în considerare aceşti termeni în ecuaţiile generale ale curgerii astfel
încât calculul transformării prin şoc să conducă la valorile limită ale acestor gradienţi. Unda de şoc reală
are deci un timp de "urcare" finit sau o grosime finită, definită în figura 4.4, printr-o (mărime) lungime
caracteristică L. Acest calcul este posibil decât în câteva cazuri simple. L este cu atât mai scăzută cu cât
diferenţa ( ) este mai mare deci un şoc "forte" este " mai dreptunghiular" decât un şoc slab. În toate
cazurile, L este foarte mic. În cazul gazelor este de ordinul câtorva parcurse libere medii iar pentru metale
de câteva lungimi de celule elementare cristaline. Din aceste motive, în practică se poate neglija grosimea
şocului. Efectul fenomenelor disipative asupra frontului undei de şoc este neglijabil şi astfel se poate trata
unda de şoc ca o discontinuitate. Aceste fenomene există tot timpul, deoarece ele cauzează
ireversibilitatea procesului de transformare, de creştere a entropiei [78].
Figura 4.4. Structura frontului undei de şoc [78]
4.2.6 Relaţii analitice în teoria undei de şoc
4.2.6.1 Ecuaţiile de conservare ale masei, cantităţii de mişcare şi energiei
Mărimile termodinamice (mărimile de stare) ce intervin în relaţiile analitice ale şocului sunt:
presiunea p, masa volumică (sau volumul masic) şi energia specifică E (energia raportată la unitatea de
masă). Masa volumică se numeşte şi densitate absolută. Mărimile de stare care caracterizează, mediul din
faţa şocului în stare neperturbată sunt ( , , ), iar mediul din spatele şocului (p, , E).
Unda de şoc se caracterizează prin două mărimi cinematice:
- viteza relativă D al mediului iniţial, [m/s];
- saltul de viteză pe care viteza îl propagă în mediu.
Se aplică transformării prin undă de şoc, principiile fundamentale ale Mecanicii: conservarea
masei, impulsului (cantităţii de mişcare) şi energiei. Între cele trei mărimi de stare şi două mărimi
cinematice se obţin trei relaţii ce constituie relaţiile analitice ale undei de şoc, numite şi relaţiile lui
HUGONIOT – RANKINE [40].
Se consideră un tub de materie a cărui secţiune este de arie unitară; tubul este parcurs de o undă
de şoc care se deplasează perpendicular pe pereţi (fig. 4.5). Punctele A şi B reprezintă poziţiile ocupate
de frontul undei de şoc la momentele t şi respectiv t t. Pentru simplificarea relaţiilor, se presupune că
mediul este iniţial în repaus.
p
p1
p0
x L
profilul ideal
profilul real
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
87
Figura 4.5. Schema parcursului undei de şoc într-un tub de materie cu arie transversală unitară [78]
Distanţa între secţiunile A şi B este AB Dt.
Elementul de materie considerat la momentul t în A se va găsi la momentul (t t) în punctul A'
şi rezultă:
tuAA ' şi tuDBA ' (4.8)
a) Ecuaţia de conservare a masei.
Masa cuprinsă între suprafeţele delimitate de A şi B, are la momentul t, înainte de trecerea undei
de şoc, densitatea o.
La momentul (t t) această masă se găseşte între suprafeţele delimitate de A' şi B şi e
comprimată la densitatea :
tuDBAm ' [kg] (4.9)
Se obţine în acest mod ecuaţia de conservare a masei:
.uDDo [kg/m²s] (4.10)
b) Ecuaţia de conservare a cantităţii de mişcare.
Deoarece variaţia cantităţii de mişcare este egală cu impulsul forţelor de presiune, rezulă că:
muumtpop (4.11)
Se înlocuieşte valoarea lui m şi rezultă:
uDopop [MPa] (4.12)
c) Conservarea energiei.
Energia pe care o primeşte elementul AB între momentele t şi t t, este egală cu lucrul mecanic
al forţelor exterioare care acţionează asupra elementului material. Transformarea este adiabată. Presiunea
nu efectuează lucru mecanic deoarece ea se aplică pe faţa B care rămâne fixă între t şi t t. În
schimb, presiunea p care acţionează pe faţa A, efectuează lucrul mecanic:
tuppAA ' [J] (4.13)
A A' B
p0 p ut
Dt
t tt
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
88
Energia primită este suma dintre energia cinetică şi creşterea energiei interne a mediului. Rezultă:
uEoEmtup 2
2
1 (4.14)
sau
uDo
upEoE 2
2
1
[J] (4.15)
Se înlocuieşte presiunea p cu valoarea din ecuaţia de conservare a impulsului
uDo
upoEoE 2
2
1
[J] (4.16)
şi cu ecuaţia de conservare a masei
vvppEoE 002
1 [J] (4.17)
Relaţiile fundamentale ale şocului unidimensional, sunt următoarele:
uDDo [kg/m²s]
uDopop [Pa] (4.18)
vvppEoE 002
1 [J]
Relaţia de conservare a energiei se mai numeşte şi ecuaţia lui HUGONIOT.
În relaţia:
vvopouuDo
upoEoE 2
2
122
1
[J] (4.19)
dacă p , rezultă că termenul ( - v) este neglijabil în raport cu ceilalţi doi. Deoarece starea
iniţială este adesea starea standard ( 1 bar), iar presiunile şocurilor obişnuite au adesea valori de sute
de bari pentru gaze şi de mai mulţi kbari pentru solide, se poate efectua această aproximaţie. În
majoritatea cazurilor, energia adusă de şoc se repartizează în mod egal energiei cinetice şi energiei
interne conducând la găsirea ordinelor de mărime ale valorilor implicate în calcule.
Relaţiile de conservare care s-au prezentat mai sus, au fost determinate cu ajutorul schemei din
figura 4.5. Secţiunea tubului şi intervalul de timp nu au contribuit la rezultate. Aceste relaţii se aplică
unei unde de şoc de formă şi viteză oarecare, variabilă sau nu. Acestea sunt relaţii punctuale sau relaţii de
front, care fac legătura între stările situate imediat şi după trecerea frontului undei de şoc.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
89
4.2.6.2. Relaţii derivate
Prin substituţie sau prin utilizarea unor noi mărimi, relaţiile fundamentale ale şocului conduc la
următoarele relaţii derivate [45]:
vvo
pop
voD
[m/s] (4.20)
vvopopu [m/s] (4.21)
vvo
pop
Do
22 (4.22)
Prin introducerea entalpiei specifice
pvEH [kJ/mol] (4.23)
ecuaţia energiei se scrie:
vvopopH oH 2
1 [kJ/mol] (4.24)
Entalpia se defineşte ca însumarea energiei interne cu lucrul mecanic necesar ocupării de către
sistem a volumului său propriu la presiune constantă:
H = E + pV [kJ/mol] (4.25)
Entalpia este o mărime măsurabilă pentru fiecare substanţă chimică în parte, este tabelată şi se
utilizează pentru calcularea căldurii de reacţie.
Într-o reacţie chimică, variaţia de entalpie este în funcţie de numărul de moli ai fiecărui
component participant la reacţie.
Entalpia specifică molară se măsoară în S.I. în [kJ/mol].
Variaţia de entalpie a sistemului în reacţia de sinteză a unui mol de substanţă din elementele
componente reprezintă căldura de formare.
Deseori relaţiile şocului să scriu sub formă simetrică, izolând în fiecare termen al relaţiei mărimile
mediului relative (de-o parte şi cealaltă a frontului undei de şoc). Pentru aceasta se notează: D şi w
D - u. Materia ce se află în starea iniţială, penetrează frontul cu viteza D şi iese cu viteza w D - u.
Acest sistem de referinţă se utilizează în special în studiul curgerilor permanente.
Relaţiile de conservare se scriu sub forma:
wwoo
(4.26)
wpwoopo22 (4.27)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
90
wHwoH 22
122
10
(4.28)
Cea de-a treia relaţie, este relaţia lui Bernoulli [81].
4.3. Curbe caracteristice. Proprietăţile generale ale adiabaticii dinamice şi polarei de şoc ale
diferitelor medii
4.3.1. Curbe caracteristice
În cele trei relaţii de conservare aplicate pentru transformarea prin şoc intervin 5 mărimi; p, v, E
care sunt mărimi de stare şi respectiv D şi u care sunt mărimi cinematice. De asemenea mai intervin
datele stării iniţiale , şi . Mărimile de stare p, v şi E nu sunt independente. Se cunoaşte că atunci
când un material dat se găseşte într-o fază omogenă şi nu există reacţii chimice, starea sa termodinamică
nu depinde decât de doi parametri. Există deci o relaţie caracteristică a materialului considerat, ce se
numeşte ecuaţie de stare şi care se scrie sub forma:
),( vpEE [J] (4.29)
Această relaţie nu este propriu-zis o ecuaţie de stare a materialului. Ea trebuie de fapt să
determine toate celelalte mărimi de stare şi în special temperatura T şi entropia S, iar relaţia prezentată
mai sus nu face acest lucru [46].
Entropia reprezintă o mărime de stare termică a sistemelor fizice, care crește în cursul unei
transformări ireversibile a lor și rămâne constantă în cursul unei transformări reversibile;
mărime care, în termodinamică, permite a evalua degradarea energiei unui sistem; măsură care indică
gradul de organizare a unui sistem; mărime termodinamică de stare care reflectă ireversibilitatea
proceselor fizice macroscopice (DEX 98).
Entropia se notează cu S şi are ca unitate de măsură în S.I. [J/K].
Ecuaţia de stare teoretică, cea mai generală este
),( SvEE [J] (4.30)
şi se deduce că
v
E
sp
[Pa] şi
S
E
vT
[K] (4.31)
Eliminând implicit S, se ajunge la formula (4.16) care este o formă parţială a ecuaţiei de stare.
Adăugând la cele trei ecuaţii de conservare, ecuaţia de stare, se poate exprima oricare dintre cele 5
mărimi în funcţie de una dintre ele sau se pot stabilii relaţii, două câte două. Aceste relaţii sunt
reprezentate prin curbe în diagramele corespunzătoare şi constau în locul geometric al stărilor de şoc pe
care un material dat poate să-l atingă plecând de la starea iniţială dată.
Dintre toate aceste curbe posibile, două dintre ele sunt mai importante [46].
1. Relaţia lui Hugoniot care se referă la mărimile p şi v:
vvopopvpEvpE 2
11,1, [J] (4.32)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
91
Această relaţie se numeşte şi adiabatica dinamică. Punctul care reprezintă starea iniţială ( , )
se numeşte polul adiabaticii dinamice. Atunci când starea iniţială este standard şi condiţiile de
temperatură şi presiune sunt normale ( 1bar), adiabatica dinamică ia numele de Hugoniot şi se
desemnează cu simbolul (H). Când starea iniţială este un punct de coordonate ( , ) situat deja pe curba
lui Hugoniot (starea atinsă se află în spatele unei prime unde de şoc şi o a doua undă de şoc străbate
mediul), noua stare de şoc se găseşte pe curba de ecuaţie:
vvppvpEvpE 112
11,1, [J] (4.33)
Aceasta relaţie se numeşte adiabatica dinamică de ordinul 2 şi se desemnează cu simbolul (H1').
H1' este distinctă de H şi cele două curbe nu sunt tangente în polul ( , ).
2. Cea de-a doua curbă caracteristică se referă la mărimile p şi u. Ecuaţia ei nu apare explicit
în relaţiile undei de şoc, însă se poate deduce din relaţia de conservare a cantităţii de mişcare că se poate
stabilii o relaţie între D şi u:
)(uDuopop [MPa] (4.34)
Pentru solide şi lichide această relaţie se determină experimental. Această curbă poartă denumirea
de polară de şoc. Starea iniţială este reprezentată prin polul P iar dacă este starea standard, atunci polara
de şoc este desemnată cu simbolul (H). Se remarcă faptul că dacă 0 şi p 1bar, atunci polara se
poate deduce printr-o simplă translaţie, datorită relativităţii vitezelor D şi u introduse în relaţiile de şoc.
Se defineşte de asemenea polara de şoc de ordinul 2 care e desemnată prin simbolul (H1') şi reprezintă
polara al cărui pol este un punct de coordonate ( , ) situat pe (H).
Polara de şoc are importanţă practică, deoarece este o curbă în planul (p,u) unde se tratează şi
rezolvă toate problemele de detonică unidimensională legate de transmiterea unei unde de şoc de la un
mediu la altul sau legată de interacţiunea dintre o undă de şoc cu undele sonore din acelaşi mediu. În
cazul solidelor şi lichidelor, relaţia experimentală D D(u), reprezintă o relaţie liniară pentru limite largi
ale domeniului de presiune, astfel încât polara de şoc este reprezentată grafic printr-un simplu arc de
parabolă care simplifică în mod considerabil calculele.
3. A treia categorie de curbe nu reprezintă locurile geometrice ale stărilor de şoc posibile, ci
dimpotrivă "urmările evenimentelor" adică locul geometric al stărilor mediului după ce au trecut undele
de şoc. Cu excepţia cazurilor rare, mediul nu mai rămâne în starea pe care l-a lăsat unda de şoc, el fiind
solicitat de unde de origini diferite, apărute în general din mediile ce limitează spaţial materialul. În
situaţia când acestea sunt unde de şoc, atunci mediul va fi adus într-un punct al adiabaticii dinamice de
ordinul doi. Adeseori acestea sunt unde sonore de destindere sau de compresiune şi evoluţia ulterioară a
elementului material este izentropică.
Curbele care se introduc sunt izentropicele în planul adiabaticii dinamice (p, v) şi în planul polarei
de şoc (p, u).
4.3.2. Viteza undelor de şoc
Există o relaţie liniară între viteza D a unei unde de şoc şi saltul de viteză materială:
)0( uodacăuuouu [m/s]
(4.35)
Pentru solide omogene şi lichide, această relaţie este în general o relaţie liniară de forma:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
92
uBAD [m/s] (4.36)
Atunci când u 0 şi intensitatea şocului scade către 0, viteza undei tinde către o limită nenulă
“A” a cărei mărime este egală sau apropiată de viteza sunetului şi care se măsoară cu anumite
mijloace tehnice.
Relaţia (4.32) se poate scrie şi sub forma:
sucD 0[m/s] (4.37)
unde este viteza sunetului iar s este panta variaţiei vitezei undei de şoc cu viteza materială [78].
4.3.3. Polara de şoc
Polara de şoc constă în reprezentarea adiabaticii dinamice în planul (p, u). Reprezentările în
planurile (D, u) şi (p, u) prezintă interes practic deoarece pun în evidenţă mărimi accesibile experienţei şi
în special mărimile D şi u. Relaţia de conservare a cantităţii de mişcare se scrie sub forma [38]:
uBuAopop 2 [Pa] (4.38)
care este ecuaţia unei parabole.
Se notează cu M un punct pe polară. Panta dreptei OM (dreapta R.M.) are forma
Dou
p (4.39)
iar panta polarei (H) în punctul M este
.2
du
dDuDouBDouBAodu
dp (4.40)
Rezultă că:
hodu
dp unde
(4.41)
iar panta polarei de şoc în origine este
cooAodu
dp
ou
(4.42)
În figura 4.6 sunt reprezentate polarele de şoc ale mai multor materiale presupunându-se că 0
şi 0, adică toate polarele pornesc din originea planului (p, u). Dacă 0, este suficient să se
decaleze originea graficului [38].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
93
Figura 4.6. Exemple de polare de şoc pentru materiale de construcţie şi rocǎ [45]
4.4. Generarea şi transmiterea undelor de şoc
După cum am precizat în paragraful 4.2.1, undele de şoc pot fi generate prin următoarele metode:
prin utilizarea explozivilor plasaţi în contact direct cu diferite materiale, prin impactul dintre un proiectil
cu viteză foarte mare şi o ţintă şi prin utilizarea laserilor de mare putere [37].
4.4.1. Undele de şoc induse la detonaţia încărcăturii explozive
Metoda clasică utilizată pentru generarea undelor de şoc intense, constă în utilizarea explozivilor.
Generarea unei unde de şoc în mediul inert datorită detonaţiei explozivilor, plasaţi în contact cu un
material de construcţie, poate fi considerată un caz particular de transmisie a unei undei de şoc, de la un
mediu la altul. Unda de şoc care se deplasează prin exploziv (undă de detonaţie), se deplasează cu viteza
. Produsele de detonaţie imediat în spatele frontului de detonaţie au presiunea şi viteza materială
. Plecând de la starea (CJ), presiunea şi viteza materială evoluează pe izentropele (S) şi (S-) ale
produşilor de detonaţie, care trec prin punctul CJ. Intensitatea undei de şoc generate într-un mediu inert
oarecare, este în funcţie de poziţia relativă a polarei acestui mediu, faţă de polara explozivului [37].
Presiunea şocului indus poate fi mai mare decât
(4.43)
pentru situaţia în care polara de şoc a mediului adiacent trece deasupra punctului CJ. În cazul contrar,
presiunea indusă este mai mică. În LASL (Los Alamos Scientific Laboratory din USA) sunt date câteva
date referitoare la şocurile induse de explozivi, în câteva medii cu care se află în contact. Astfel, cea mai
p 1 ua( ) 108
p 2 ua( ) 108
p 3 ua( ) 108
p 4 ua( ) 108
p 5 ua( ) 108
p 6 ua( ) 108
p 7 ua( ) 108
p 8 ua( ) 108
p 14 ua( ) 108
p 15 ua( ) 108
p 18 ua( ) 108
p 19 ua( ) 108
p 20 ua( ) 108
p 21 ua( ) 108
p 22 ua( ) 108
p 24 ua( ) 108
ua 103
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
Granit
Syenite
GabbroPeridotite
Porphury
Bazalt
Diabase
Sandstone
Gips
Halite
Granit gneiss
Serpentine
Limestone schist
Aluminiu
Apa
Otel
POLARE DE SOC MATERIALE CONSTRUCTII
VIT EZA MATERIALA u (km/s)
PRES
IUN
EA IN
FR
ON
TUL
UN
DEI
DE
SOC
(kba
r)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
94
ridicată presiune care poate fi atinsă atunci când explozivul este plasat în contact cu o placă metalică, este
uşor inferioară valorii de 100 GPa (amestec exploziv pe bază de HMX). Se pot totuşi atinge însă şi şocuri
mai intense (ex. elemente de sudat la placarea prin explozie) [37].
4.4.2. Transmisia frontală a şocului. Determinarea teoretică a caracteristicilor şocurilor
4.4.2.1. Noţiunea de impedanţă. Impedanţa acustică. Impedanţa de şoc
Noţiunea de impedanţă este întâlnită în diferite domenii ale fizicii, şi se defineşte ca fiind raportul
dintre o mărime "activă", cum ar fi forţa, presiunea sau tensiunea electrică şi o mărime "reactivă" cum
ar fi viteza sau intensitatea curentului electric.
Impedanţa acustică, notată ca şi impedanţa electrică cu Z, este egală cu raportul dintre presiunea
şi viteza acustică:
[ Kg m
-2s
-1] (4.47)
Impedanţa acustică se măsoară în sistemul S.I. în Rayl (denumire dată în onoarea lordului
Rayleigh) sau Ohmi acustici:
1 Rayl (1 Ohm acustic) = 1 Kg m-2
s-1
(4.48)
În cazul undelor de şoc, produsul Do se numeşte impedanţă de şoc. Făcându-se analogia cu
curentul electric, forţa motrice în mecanica fluidelor este presiunea (care în cazul curentului electric este
tensiunea) iar viteza materială u în mecanică este similară cu intensitatea curentului electric I
uDop [Pa] (4.54)
În această relaţie
DZ o [Kg m
-2s
-1]
(4.55)
Z este panta dreptei polarei şi a polarei de şoc.
4.4.2.2. Transmiterea unei unde de şoc dintr-un mediu A într-un mediu adiacent B
După trecerea unei unde de şoc, rezultă de o parte şi de cealălaltă a interfeţei celor două medii,
aceeaşi presiune şi aceeaşi viteză materială. La interfaţa celor două medii ia naştere o undă reflectată. Se
ia în considerare o undă de şoc care se propagă dintr-un mediu A într-un mediu B. Sunt mai multe situaţii
care pot să apară [45]:
a) Dacă mediul B este mai compresibil decât mediul A (fig. 4.7)
a) Variaţia presiunii la t constant b) Polara de şoc
A
B 1
2
p1
p
u1 u2 u 0
p2
p
p2
p1
ZA ZB
D01
B
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
95
c) Diagrama spaţiu – timp [78]
Figura 4.7. Şoc transmis – destindere reflectată
b) Dacă , atunci mediul B este mai puţin compresibil decât mediul A (fig. 4.8)
a) Variaţia presiunii la t constant b) Polara de şoc
c) Diagrama spaţiu – timp
Figura 4.8. Şoc transmis – şoc reflectat [78]
c) Dacă , mediul B este compresibil ca şi mediul A
În acest caz cele două medii sunt adaptate unul la celălalt. Nu se realizează nici un fel de reflexie
la interfaţă. Este cazul cel mai favorabil de transmitere a energiei mecanice.
d) Dacă , rezultă că mediul B este incompresibil. Nici o energie nu este transmisă şi totul
se reflectă (fig. 4.9).
A
B
1
2 p2
p
u2 u1 u 0
p1
t
x
0
1
0
A B
2 2
p
p2 p1
ZA ZB
x
t
x
0
1
0
A B
2
2
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
96
a) Diagrama spaţiu – timp b) Polara de şoc
Figura 4.9. Şocul reflectat de un zid [78]
4.4.2.3. Propagarea undelor de şoc şi de destindere în materialele de construcţie
Fisurarea şi distrugerea unui material de construcţie, supus acţiunii detonaţiei unui exploziv, se
produce atunci când se întâlnesc cel puţin două fascicole de unde de destindere, care provin din două
direcţii diferite sau opuse. În cazul detonaţiei unei încărcături explozive, plasate în contact cu un material
de construcţie, se desfăşoară următoarele fenomene care sunt prezentate grafic în figura 4.10 [46].
După iniţierea încărcăturii explozive, frontul de detonaţie progresează în exploziv cu viteza D
urmat imediat de un fascicol de unde de destindere generate la contactul produşilor de explozie cu mediul
înconjurător. Acest front de detonaţie, intră în materialul de construcţie şi induce în acesta o undă de şoc
de viteză şi de amplitudine iar în spatele ei materialul capătă o viteză materială . Caracteristicile
mărimilor de stare şi cinematice se determină cu ajutorul polarelor de şoc şi a diagramei spaţiu - timp.
a) Undele de destindere ce urmează unda de şoc, penetrează materialul succedând unda de
şoc pe care o ajunge din urmă. Rezultă scăderea amplitudinii undei de şoc şi schimbarea profilului
acesteia. Dacă , în produşii de detonaţie se întoarce o undă de şoc, care se intersectează cu
fascicolul de unde de destindere, frânate astfel încât să atenueze unda de şoc incidentă în material;
b) Şocul atinge suprafaţa liberă a materialului şi îi imprimă acestuia o viteză care este
aproximativ dublul vitezei materiale , considerându-se posibil a se face aproximaţia dintre adiabatica
dinamică a materialului, cu izentropica acestuia;
c) Fascicolul de unde de destindere care apare de la această suprafaţă liberă, revine către faţa
pe care a fost aplicat şocul şi interferează cu undele de destindere ce provin de la produşii de detonaţie,
generând în material tensiuni de întindere care pot depăşi limita de rezistenţă la tracţiune, ducând astfel la
fisurarea şi despicarea materialului.
umm/s
a) Cazul b) Cazul
Figura 4.10. Graficul polarelor de şoc [78]
p2
p1
p
u1 2u1 0 u
u20
p0
p1
p2
u1
u00
A B
p
kbar
1
0’
0
Polara material inert
Izentropa produşilor de detonaţie
u
mm/s
1
0’
Polara material inert
Izentropa produşilor de detonaţie
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
97
4.4.2.4. Distrugerea materialelor de construcţie sub acţiunea detonaţiei
În figura 4.11. se prezintă procesul de distrugere al unui material de construcţie sub acţiunea
detonaţiei. Acest proces se realizează în urma iniţierii unei încărcături explozive plasată intim pe
suprafaţa materialului de construcţie şi este rezultatul detonaţiei explozivului (fig. 4.12) [40].
Figura 4.11. Fenomene ce apar la detonaţia explozivului în contact cu un material de construcţie [40]
e
exploziv
material de construcţie
Starea iniţială
b) apariţia undei de şoc în material
fascicol de unde de destindere
sau undă de şoc reflectată în
produşii de detonaţie
unda de şoc în
materialul inert
D
u
c) pătrunderea undelor de şoc şi de destindere în material
fascicol de unde de destindere sau undă de şoc în produşii de detonaţie
unda de şoc în
materialul inert
D
fascicol de unde de
destindere sau de şoc
în material
u
d) interacţiunea dintre undele de destindere
fascicol de unde de destindere provenite din
produşii de detonaţie
unda de şoc în aer
Da
fascicol de unde de destindere reflectate, provenite de la suprafaţa liberă
u
apariţia eventuală a despicării
a) detonaţia încărcăturii explozive
fascicol de unde de destindere
unda de detonaţie
D
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
98
Fig. 4.12. Iniţierea detonaţiei unei încărcături explozive
4.5. Unda de şoc şi unda de combustie. Unda de detonaţie
4.5.1. Introducere
În cantităţi mici, pulberile pentru arme, propergolii sau compoziţiile pirotehnice, ard liniştit cu
viteze de câţiva mm/s, atunci când sunt aprinse de la o flacără. Propagarea combustiei, are la bază
transferul termic conductiv şi convectiv. Atunci când sunt în cantităţi mai mari, aceste materiale pot să
ardă cu viteze mult mai mari, de zeci şi chiar sute de m/s, datorită creşterii vitezei de transfer termic prin
convecţia forţată a gazelor rezultate la combustie.
Dacă o undă de şoc se propagă într-un exploziv, datorită salturilor de temperatură, se poate realiza
“aprinderea” explozivului în spatele şocului. În acest mod se naşte un ansamblu "şoc – combustie” numit
detonaţie [40].
Atunci când o flacără se propagă într-un exploziv, produşii de reacţie aflaţi la temperaturi ridicate
se dilată şi crează o undă de presiune ce pătrunde în explozivul nereacţionat. Dacă această undă are
amplitudine scăzută, frontul undei de combustie se propagă cu viteze subsonice, în raport cu mediul
reactant iar fenomenul se numeşte deflagraţie [40].
Figura 4.13. Schema simplificată a undei de şoc şi de combustie [78]
EXPLOZIV ÎN STARE
INIŢIALĂ (REACTANŢI)
EXPLOZIVUL
AFLAT ÎN
STARE
COMPRIMATĂ
DE ŞOC
PRODUŞI DE
REACŢIE
ŞOC
D
COMBUSTIA UNDA DE ŞOC
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
99
Dacă unda are amplitudine mare, apare o undă de şoc care are în spate o combustie.
Explozivul din spatele frontului de şoc şi în faţa flăcării (a produşilor de reacţie) suferă o
combustie şi astfel flacăra va însoţi şocul. Fenomenul se numeşte detonaţie şi reprezintă o transformare
supersonică în raport cu explozivul nereactant.
Detonaţia staţionară este deci o inflamare indusă de către o undă de şoc şi este întreţinută de către
energia combustiei.
Fenomenul a fost descris în 1880 de către Berthlot, Vieille, Mallard şi Le Chatellier.
Studiind propagarea flăcărilor în amestecuri gazoase, închise într-un tub, aceştia au constatat că,
în anumite cazuri, flacăra se propagă cu o viteză supersonică în raport cu gazele aflate în stare iniţială.
Chapman şi Jouguet (1900 – 1905) au efectuat analiza matematică a fenomenului, plecând de la
ecuaţiile de conservare valabile pentru o discontinuitate de stare.
În perioada 1940-1945, Zeldovitch, Van Neuman şi Doring, au propus “o structură de detonaţie”
în care unda de şoc precede zona de combustie [75].
4.5.2. Modelul Chapman – Jouguet
Acest model este valabil pentru cazul când curgerea se consideră ca fiind o discontinuitate plană,
total reactivă şi sonică.
Acest model a fost elaborat de Chapman şi Jouguet (modelul CJ) după cum urmează [15]:
Cei doi descriu detonaţia ca o discontinuitate plană, ce se deplasează cu viteză constantă, într-un
mediu iniţial omogen şi imobil şi care induce instantaneu, la trecerea undei de şoc, descompunerea
(reacţia chimică de combustie) mediului iniţial. Mediul final obţinut, se presupune că este în echilibru
chimic iar viteza de detonaţie ( ) este egală cu viteza perturbaţiilor acustice ale mediului final, care se
află în echilibru chimic, imediat în spatele frontului undei de şoc, conform relaţiilor următoare :
ccjucjDcj [m/s] (4.56)
11 cucjDcj [m/s] (4.57)
unde:
p
s
c2
1 [m²/s²] (4.58)
Unda de detonaţie se asimilează cu o discontinuitate a curgerii, monodimensional plană iar
fenomenele de transport ale cantităţii de mişcare (vâscozitate) şi energie (masă şi căldură) sunt
neglijabile.
Se notează cu indicele (0) starea iniţială a explozivului şi cu indicele (1) starea finală, (care sunt
situate de-o parte şi de cealaltă a discontinuităţii).
Parametrii de stare şi cinematici din starea (0) şi (1) intră în relaţiile valabile pentru unda de şoc.
Relaţiile de conservare ale masei şi impulsului sunt aceleaşi ca în cazul unui şoc pur, punctul figurativ al
stării (1) situându-se pe dreapta lui Rayleigh – Michelson [83].
1. Ecuaţia de conservare a masei
110 uDD [kg/m²s] (4.59)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
100
2. Ecuaţia de conservare a cantităţii de mişcare
1001 uDpp [Pa] (4.60)
3. Conservarea energiei
Ecuaţia de conservare a energiei (ecuaţia Hugoniot) este diferită datorită combustiei:
1001012
1vvppee [J] (4.61)
sau
0101012
1ppvvhh [kJ/mol] (4.62)
în care:
- e este energia internă raportată la unitatea de masă de exploziv;
- h este entalpia raportată la unitatea de masă.
Suplimentar:
h produsih produsih produsih produsih *1ˆ1ˆ1 [kJ/mol] (4.63)
h*titanreac0h titanreach0 [kJ/mol] (4.64)
Qhreacth prodh reacth prodhreacth prodhh *ˆ.
ˆˆ.
ˆ 0101 [kJ/mol] (4.65)
unde:
hRh reacth prodQ **0
*.1
* [kJ/mol] (4.66)
Q* este căldura de reacţie masică cedată la temperatura de referinţă exprimată în [kJ/mol].
Ecuaţia de conservare a energiei devine:
0101
11
2
1*ˆ*
ˆ*
ppQhreacth prod
[kJ/mol] (4.67)
Această ecuaţie diferă de cea a lui Hugoniot caracteristică unui şoc pur prin termenul
[kJ/mol] (4.68)
Curba corespunzătoare, în planul (p, v) este numită adiabatica lui CRUSSARD (fig. 4.14.).
Aceasta se situează deasupra curbei lui HUGONIOT, pentru explozivul reactant. Curba lui Crussard
rămâne totuşi o curbă Hugoniot şi păstrează toate proprietăţile specifice. Intersecţia dintre adiabatica lui
Crussard şi dreapta lui Rayleigh - Michelson caracterizează stările produşilor de detonaţie.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
101
Figura 4.14. Adiabatica Hugoniot şi adiabatica de detonaţie (curba Crussard) [15]
4.5.3. Proprietăţi geometrice remarcabile ale curbei Crussard
Sunt 4 soluţii posibile pentru starea finală pe care o pot atinge produşii de detonaţie: punctele V,
P, A, B, situate în două zone [15].
Punctul V reprezintă punctul unde densitatea produşilor de detonaţie este egală cu densitatea
iniţială a explozivului, iar debitul tinde la infinit:
m,21 (4.69)
Are loc combustia în “masă“.
Punctul P reprezintă punctul unde presiunea finală rămâne egală cu presiunea iniţială şi debitul
materiei consumate este nul:
0,21 mpp (4.70)
Are loc combustia izobară cu debit nul.
În zona superioară punctului V are loc o combustie însoţită de o puternică creştere de presiune şi
produşi gazoşi de transformare a explozivului, unda fiind supersonică în explozivul aflat în starea iniţială.
Panta dreptei Rayleigh – Michelson, este superioară pantei curbei Hugoniot în punctul de origine.
Are loc detonaţia.
Zona situată între V şi P este o zonă fără soluţii întrucât dreapta R.M. nu intră în acest cadran. În
zona situată sub punctul P este o combustie cu diminuarea lentă a presiunii şi debite masice specifice m
scăzute.
Are loc deflagraţia.
Se iau în considerare numai detonaţiile sau “undele de şoc asociate cu combustia”, ale căror stări
finale posibile se situează pe ramura superioară a adiabaticii Crussard. Cele două puncte A şi B reprezintă
0 v
p
pcj
pi
p
p2
A
CJ
B
V
P
Adiabatica Hugoniot a explozivului
Adiabatica lui Crussard
DEFLAGRAŢIE
Detonaţie forte
Detonaţie "redusă"
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
102
stările finale posibile ale produşilor de detonaţie. Când dreapta R.M. este tangentă la adiabatica lui
Crussard, se obţine un punct dublu care se numeşte şi punctul Chapman - Jouguet (CJ).
Chapman şi Jouguet au prezentat aproape în acelaşi timp proprietăţile undei care permite
atingerea acestei stări particulare şi au numit-o “unda critică de detonaţie” sau “unda Chapman –
Jouguet”, al cărui punct reprezentativ este punctul unde dreapta Rayleigh – Michelson este tangentă la
adiabatica lui Crussard.
4.5.4. Studiul punctului Chapman – Jouguet
Condiţia tangenţei dintre dreapta R.M şi adiabatica Crussard, fixează debitul m şi caracteristicile
stării finale C.J. pot fi calculate [46].
1. Dreapta Rayleigh – Michelson are ecuaţia:
i
mpip112 Pa (4.71)
sau
vivmpip 2 Pa (4.72)
deci panta sa este egală cu:
DiuDviv
pip
i
pipm
v
p
MR
p
MR
222211
2
..1
..
(4.73)
2. Adiabatica lui Crussard:
Se calculează variaţia de entalpie a produşilor de detonaţie, plecând de la entropie:
pSTh
[kJ/mol] (4.74)
şi se diferenţiază ecuaţia adiabaticii lui Crussard:
111
2
111
S
Crf
T
f
p fpp
Cr
(4.75)
Punând condiţia că în acest punct (punctul de tangenţă sau punctul C.J.), pantele dreptei R.M. şi
cele ale adiabaticei sunt egale, se obţine:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
103
01
..
S
JC
(4.76)
Acest extrem de entropie al produşilor de reacţie pentru o detonaţie, este un minim pe adiabatica
lui Crussard şi un maxim pe dreapta lui Rayleigh – Michelson. Rezultă că unda critică de detonaţie, este
sonică în raport cu gazele de detonaţie.
În punctul C.J., (în produşii de detonaţie), entropia are un extrem pe curba lui Crussard iar pantele
adiabaticii şi a dreptei R.M., sunt egale:
aCJ
DiCJ
uDCJviv
pip
i
pipm
p
MRsiCr
22222211
21
..
(4.77)
Rezultă că adiabatica lui Crussard este o curbă Hugoniot care trece prin starea CJ şi este tangentă
în acest punct la o dreaptă R.M. (dreapta critică pentru care curgerea este sonică).
4.5.5. Caracteristicile undei Chapman – Jouguet
În punctul C.J. presiunea finală este foarte mare în comparaţie cu presiunea iniţială, deci ultima
poate fi neglijată:
pCJpipCJ Pa (4.78)
Cu această aproximaţie, ecuaţia dreptei Rayleigh – Michelson devine:
i
mpCJ112 Pa (4.79)
În punctul C.J. debitul specific este:
pCJ
p
CJa
CJDi
CJuD
CJm 22222222 m
3/s (4.80)
Acesta dacă se înlocuieşte în ecuaţia dreptei R.M., oferă posibilitatea calculării masei volumice în
starea C.J.:
iCJ
CJpCJpCJ11
Pa (4.81)
Se obţin caracteristicile de detonaţie ale stării C.J. [46]:
- masa volumică a produşilor de detonaţie:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
104
iCJ
1kg/m
3 (4.82)
- presiunea de detonaţie:
1
2
DCJipCJ Pa (4.83)
- viteza sunetului în produşii de detonaţie:
DCJaCJ1
m/s (4.84)
- viteza materială a produşilor de detonaţie:
DCJuCJ1
1
m/s (4.85)
- viteza de detonaţie: Ecuaţia adiabaticii lui Crussard se scrie în punctul C.J. sub forma
ppCJCJ
Qhi
hCJ
11
11
2
1*ˆ1*
ˆ2 *
[kJ/mol] (4.86)
cu Q* care se exprimă în J/kg de exploziv. Presupunând gazele de detonaţie perfecte şi considerând că
acestea au călduri specifice constante, se obţin relaţiile:
D
CJ
aCJTRN uTC pTT iC piTTC phi
hCJ 2
12
2
1
1
1
2
1**ˆ
1*ˆ2 *
(4.87)
Valoarea termenului din dreapta se scrie sub forma:
2
2
12
121
1
11
2
1 DppCJ
CJ
(4.88)
Ecuaţia adiabaticii se reduce la forma:
2
2
12
12*2
12
2
1
1 DQD
(4.89)
de unde rezultă relaţia vitezei de detonaţie [82]:
QCJDCJ
*1222 m/s
(4.90)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
105
sau
QCJDCJ
*122 m/s
(4.91)
1) Coeficientul al izentropicei (entropiei constante) produşilor de detonaţie nu este
cunoscut atâta timp cât nu se cunoaşte compoziţia produşilor de detonaţie a stării finale şi din acest motiv
calculul caracteristicilor de detonaţie se face prin iteraţie;
2) Metoda aproximativă de calcul a caracteristicilor detonaţiei, nu permite efectuarea unui
calcul corect al temperaturii de detonaţie, datorită ipotezelor de calcul utilizate pentru obţinerea relaţiilor
de mai sus;
3) Există programe de calcul termodinamic, care permit un calcul riguros al caracteristicilor
de detonaţie din starea Chapman – Jouguet.
4.5.6. Determinarea caracteristicilor de detonaţie
4.5.6.1. Calculul termodinamic al explozivilor (vezi Anexa 1)
Se calculează caracteristicile termodinamice importante ale explozivilor, utilizând formulele lor
chimice şi energiile (sau entalpiile) de formare ale compuşilor explozivi (sau a componenţilor
amestecurilor explozive) [44].
În continuare se prezentă un model simplu de calcul, valabil pentru compuşii explozivi constituiţi
conform formulei chimice generale a unei substanţe chimice explozive: NuOzH yC x [44].
Pentru un amestec exploziv constituit din i componenţi: mi ,1 , cu formula chimică
NuiOziH yiC xi , se scrie formula chimică globală a amestecului exploziv NuamOzamH yam
C xam
cunoscând proporţia masică pi a fiecărui component în amestec:
xi
m
i
pixam
1
yi
m
i
piyam
1
(4.92)
zi
m
i
pizam
1
ui
m
i
piuam
1
Dacă reprezintă masa moleculară a componentului i, masa moleculară a amestecului exploziv
se calculează cu relaţia:
M i
m
i
piM am
1
g/mol (4.93)
Întrucât interesează calculul caracteristicilor energetice exprimate pe unitatea de masă de amestec
exploziv, se calculează o formulă chimică globală care reprezintă unitatea de masă (1 kg) de exploziv.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
106
Una din posibilităţile de a determina această formulă chimică constă în determinarea formulei
chimice echivalente, cunoscând numărul de atomi de C, H, O, N pe unitatea de masă (1 kg) pentru fiecare
component în parte, precum şi proporţia masică a componenţilor în amestec. În vederea determinării
caracteristicilor energetice, termochimice şi de detonaţie, este necesară cunoaşterea compuşilor chimici
apăruţi în urma detonaţiei (unda de şoc urmată de combustie), în condiţiile unui fenomen tranzitoriu, care
se desfăşoară la presiuni şi temperaturi foarte înalte.
4.5.6.2. Metoda Kamlet – Jacobs (vezi Anexa 1)
S-au dezvoltat mai multe tehnici empirice pentru estimarea caracteristicilor de detonaţie ale
explozivilor, cunoscându-se atât proprietăţile fizico-chimice ale acestora, precum şi căldurile lor de
formare. Dintre acestea, metoda KAMLET–JACOBS este cea mai des utilizată deoarece este o metodă
expeditivă, capabilă să ofere cu un efort minim, caracteristicile termochimice, energetice şi de detonaţie
necesare calculului parametrilor exploziei: căldura de explozie, viteza şi presiunea de detonaţie etc.
Ecuaţiile care se vor prezenta în continuare, sunt valabile pentru explozivii şi amestecurile
explozive de forma N uOzH yC x şi sunt deosebit de utile pentru substanţele explozive folosite la
demolarea construcţiilor, pentru care se cunoaşte formula chimică, densitatea şi căldura de formare [76].
Pentru studierea fenomenelor care însoţesc detonaţia explozivilor în găurile de mină forate în
elementele de construcţii, este necesar a se cunoaşte câteva caracteristici energetice şi de detonaţie ale
explozivilor brizanţi:
- viteza de detonaţie D (mm/s);
- presiunea de detonaţie P (kbar);
- energia de detonaţie Q (kcal/kg).
Viteza de detonaţie este o mărime care se poate determina experimental cu precizie, iar energia de
detonaţie sau căldura de detonaţie a fost determinată experimental numai pentru un număr redus de
explozivi.
Caracteristicile de detonaţie, în conformitate cu metoda Kamlet–Jacobs, se pot determina după
relaţiile următoare [45]:
kbarp 258.15 (4.94)
smmD /3.1101.1 (4.95)
QMN (4.96)
unde:
N – este numărul de moli de gaze de produşi de detonaţie, pe gram de exploziv mol/g;
M – este masa molară medie a produşilor gazoşi de detonaţie g/mol;
Q – este căldura de detonaţie cal/g.
Energia chimică Q, eliberată în timpul detonaţiei, se calculează cu relaţia [46]:
explozivmolecularamasa
exploziv amesteculdetonatieiprodusii
Q fQ fQ cal/g (4.97)
unde:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
107
q finiQ f detonatieiprodusii este căldura de formare a produşilor de detonaţie;
q finiQ f exploziv amestecul este căldura de formare a amestecului exploziv.
Energia chimică nu poate fi calculată decât dacă se cunoaşte compoziţia chimică a produşilor de
detonaţie. Deoarece această compoziţie depinde de caracteristicile de detonaţie, procesul de estimare a
compoziţiei produşilor de detonaţie este iterativ.
Compoziţia produşilor din starea C.J., este estimată pe baza unor "scheme simplificate", cu
ajutorul cărora se stabileşte ecuaţia globală a transformării explozive. Un rol important revine stabilirii
priorităţii cu care se oxidează atomii carburanţi C şi H, precum şi natura produşilor de oxidare care este
în funcţie de conţinutul de oxigen.
De exemplu, pentru o substanţă explozivă cu formula chimică N uOzH yC x în care
2
yz se
oxidează mai întâi hidrogenul până la H2O, iar după aceea, în cazul în care mai există oxigen, se oxidează
carbonul până la CO2.
Czyx
OCyz
OHy
Nu
NuOzH yC x4
242
4
22
22
2
(4.98)
Pentru reacţia globală de descompunere a explozivului prezentată mai sus, se obţin următoarele
formule de calcul ale principalelor caracteristici de detonaţie:
uzyx
uzyN
5664448
22
mol/g (4.99)
uzy
uzyM
22
56888
g/mol (4.100)
uzyx
lozivqiniy
zy
Q141612
exp2
0.479.28
cal/g (4.101)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
108
CAPITOLUL 5
ACŢIUNI DIN EXPLOZII TRANSMISE CONSTRUCŢIILOR
5.1. Construcţii. Definiţie. Clasificare
Construcţiile sau structurile, sunt corpuri capabile sǎ preia şi sǎ transmitǎ acţiuni la terenul de
fundare [114]. Construcţiile se clasifică în funcţie de obiectivele urmărite, care se referă la criterii
funcţionale, de calitate, de rezistenţă, economice etc. Clasificarea funcţională, se referă la destinaţia de
bază a construcţiilor, grupându-le în două mari categorii: clădiri şi construcţii inginereşti [81].
Clădirile sunt construcţii închise, care au o anumită compartimentare şi sunt dotate cu instalaţii şi
echipamente necesare adăpostirii oamenilor sau altor vieţuitoare, activităţii oamenilor, activităţi culturale,
de instruire, sănătate, sport, odihnă etc.
Clădirile în funcţie de destinaţia lor, se grupează în următoarele mari categorii:
- clădiri civile, care includ pe cele de locuit, social-culturale, învăţământ, cultură, sport,
administrative, comerciale etc;
- clădiri industriale, care cuprind atât pe cele destinate producţiei (uzine, fabrici, hale, ateliere)
cât şi pe cele necesare deservirii procesului de producţie şi depozitării (depozite de materiale, magazii,
rezervoare, posturi de transformare, centrale termice);
- clădiri agrozootehnice, ce cuprind pe cele destinate producţiei şi depozitării produselor
agricole, viticole, legumicole, zootehnice, avicole etc., şi cele destinate pentru adăpostirea şi întreţinerea
utilajelor folosite în ramura agrozootehnică.
Construcţiile inginereşti sunt toate celelalte categorii care nu au caracteristicile clădirilor: poduri,
tuneluri, căi ferate, drumuri, porturi, construcţii hidrotehnice, reţele de alimentare cu apă, gaze, energie,
reţele de canalizare, turnuri de televiziune, coşuri industriale etc.
Componentele structurilor se numesc elemente iar din punct de vedere geometric acestea pot fi
uni - , bi - sau tridimensionale.
Construcţiile sunt alcătuite dintr-un ansamblu de elemente interconectate între ele şi cu mediul
înconjurător, care acţionează în comun pentru realizarea funcţiilor pentru care sunt destinate, alcătuind un
sistem unitar. Acest sistem poate fi la rândul lui descompus în subsisteme, fiecare subsistem fiind
caracterizat prin funcţiunea de bază pe care o îndeplineşte în ansamblul construcţiei.
Subsistemele unei construcţii sunt:
structura – are ca funcţiune de bază siguranţa în exploatare a clădirii la acţiunile care o
solicită; în acest subsistem sunt incluse fundaţiile, pereţii de rezistenţă (diafragmele), stâlpii şi grinzile,
plăcile planşeelor, elementele structurale ale acoperişurilor, scările;
anvelopa sau ansamblul de închidere – are ca funcţiune de bază separarea spaţiilor
construite de mediul înconjurător (aceasta poate face parte, parţial sau total, din sistemul structural);
compartimentarea – defineşte şi delimitează spaţiile interioare ale clădirii pe funcţiuni
(poate fi substituită parţial subsistemului structural);
echipamentele – cuprind instalaţiile, utilajele, mobilierul etc. şi elemente necesare
funcţionării clădirii.
Structura de rezistenţă, este subsistemul care asigură preluarea şi transmiterea tuturor acţiunilor
(încărcărilor) care solicită construcţia, în condiţii de siguranţă a rezistenţei şi stabilităţii acesteia.
Structurile de rezistenţă se clasifică din punctul de vedere al modului de alcătuire şi dispunere a
elementelor de rezistenţă ale unei clădiri, astfel [67]:
- structuri cu pereţi portanţi (diafragme), ce pot fi realizaţi din zidărie, beton şi beton armat
turnat monolit sau sub formă de elemente prefabricate;
- structuri cu schelet portant realizate din stâlpi şi grinzi (cadre) de beton armat, metal sau
lemn;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
109
- structuri mixte, realizate din cadre şi pereţi portanţi (diafragme) de beton armat, din pereţi
portanţi de zidărie complexă, etc.;
- structuri speciale, sub formă de arc, plăci curbe subţiri, structuri suspendate.
Structura de rezistenţă a unei construcţii e compusă din următoarele părţi componente:
infrastructura, ce asigură legătura construcţiei cu terenul, realizată parţial sau total sub
nivelul terenului natural, alcătuită din fundaţii, stâlpi şi/sau pereţi portanţi şi planşeul peste subsol;
suprastructura, este realizată deasupra terenului natural şi e alcătuită din elemente de
rezistenţă verticale (stâlpi, pereţi portanţi), orizontale (planşee) sau înclinate (scări).
5.2. Acţiuni. Definiţie. Clasificare
Acţiunile sunt forţe exterioare. În particular, când au caracter gravitaţional se numesc încǎrcǎri
sau sarcini. Din punct de vedere mecanic acţiunile sunt vectori caracterizaţi prin mǎrime, direcţie, sens şi
punct de aplicaţie.
Conform Reglementării tehnice “Cod de proiectare. Bazele proiectării construcţiilor” indicativ
CR 0 – 2012, existǎ mai multe criterii de clasificare a acţiunilor:
1. Dupǎ origine
- directe, pe corp;
- indirecte, prin elemente intermediare.
2. După variaţia spaţială
- fixe;
- libere.
3. După natura şi/sau după răspunsul structurii
- statice;
- dinamice.
Clasificarea cea mai completǎ a acţiunilor este dupǎ criteriul variaţiei lor în timp [X]:
I. Acţiuni permanente (G)
- acţiuni directe, de exemplu greutatea proprie a construcţiei şi a echipamentelor fixate pe
construcţii;
- acţiuni indirecte, de exemplu acţiunile datorate contracţiei betonului şi tasărilor;
II. Acţiuni variabile (Q)
- acţiuni pe planşeele şi acoperişurile clădirilor;
- acţiunea zăpezii;
- acţiunea vântului;
- împingerea pământului;
- împingerea fluidelor;
- împingerea materialelor pulverulente;
III. Acţiuni accidentale (A)
- acţiuni din explozii;
- acţiuni din impact;
- acţiunea zăpezii (în cazul aglomerărilor excepţionale de zăpadă pe acoperiş);
IV. Acţiunea seismică ( ).
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
110
Fig. 5.1. Acţiuni ce se transmit unei structuri [105]
Pentru calcul, acţiunile se grupeazǎ în combinaţii defavorabile, dar practic posibile.
Sunt grupǎri fundamentale care cuprind acţiunile permanente şi acele acţiuni variabile a cǎror
prezenţǎ simultanǎ este practic posibilǎ şi grupǎri speciale care cuprind acţiunile permanente, anumite
acţiuni variabile şi accidentale posibile şi acţiunea seismică generată de cutremur.
Când sunt proiectate construcţiile, sunt luate în considerare acele combinaţii defavorabile de
acţiuni permanente, variabile, accidentale sau seismice, care se pot manifesta de-a lungul duratei de
exploatare, combinate în grupǎri fundamentale şi speciale de calcul, pentru stabilirea caracteristicilor de
rezistenţǎ a construcţiilor.
Valorile de calcul sunt reduse prin folosirea coeficienţilor parţiali de siguranţă.
Determinarea eforturilor produse de acţiunile statice sau dinamice, precum şi verificarea
stabilitǎţii formei sau poziţiei structurii de rezistenţǎ, se efectuează pe baza unui model de calcul, care
constǎ într-un model fizic asociat cu unul matematic. Cele două modele sunt aproximative, primul
datoritǎ simplificǎrilor introduse în modelare iar cel de-al doilea datoritǎ ipotezelor simplificatoare
introduse pentru definirea matematicǎ a problemei. Fineţea şi corectitudinea ipotezelor admise, care se
referǎ la acţiuni şi comportarea materialelor la alcǎtuirea structurii, conferǎ calculelor un grad de
aproximare variabil. Din punct de vedere teoretic, procesul de determinare a rǎspunsului unei structuri la
acţiuni statice şi dinamice, este dificil datoritǎ numǎrului mare de variabile aleatorii care intervin şi
practic este aproape imposibil de realizat [9].
În practicǎ se admit rǎspunsuri aproximative, prin luarea în considerare a urmǎtoarelor ipoteze
simplificatoare [14]:
- structura lucreazǎ în stare spaţialǎ de tensiuni şi suportă încărcări în toate direcţiile;
- materialul este un solid continuu şi omogen iar tensiunile din orice secţiune sunt foarte
mici pe unitatea de suprafaţǎ;
- deformaţiile sunt mici (teoretic infinitezimale);
- structurile sunt în echilibru (static sau dinamic);
- se admite ipoteza stǎrii naturale a structurii iar tensiunile iniţiale nu sunt luate în
considerare;
Acţiuni utile
Zǎpada
Vântul
Teren de fundaţie
Explozie Suprastructura
Infrastructura
Seism
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
111
- relaţiile tensiuni-deformaţii sunt liniare, iar materialele sunt caracterizate de ecuaţii în
concordanţǎ cu legea lui Hooke;
- lunecǎrile paralele în planele determinate de segmentul liniar şi axele respective sunt nule
(ipoteza normalelor drepte);
- modul de aplicare al sistemului de forţe nu influenţeazǎ starea de tensiuni şi deformaţii din
elementul de structurǎ decât în apropierea zonei de aplicare (ipoteza lui Saint-Venant).
Dezvoltarea tehnicii de calcul a avut drept consecinţă apariţia unor noi metode de calcul şi chiar a
dus la formarea unui nou mod de gândire. În paralel cu elaborarea acestora, s-au reconsiderat şi reevaluat
sub aspecte noi, metodele clasice. Ca o remarcă de ansamblu, trebuie precizat că fiecare metodă de calcul
îşi are avantajele, dezavantajele şi limitele ei.
5.3. Efectul acţiunilor variabile în timp
A. Ruperea secţiunilor
1) Rupere fragilǎ sau casantǎ (fig. 5.3).
Caracteristicile ruperii casante: a. Rezistenţe r
mari;
b. Deformaţii r
mici fǎrǎ avertizare!;
c. Consum mic de energie ( mic).
Fig. 5.3. Ruperea prin decoeziune [105]
N N
Nlim
r
r
0
Nli
..DL
..DS
0
..lim DL
..lim DS
Acţiuni de lungǎ duratǎ:
Rupere ductilǎ
Acţiuni de scurtǎ duratǎ:
Rupere casantǎ
a. Oboseala staticǎ
0
lim
Nr. de cicluri
Totdeauna rupere
prin decoeziune
b. Oboseala dinamicǎ
Fig. 5.2. Ruperea la acţiuni aciclice şi ciclice [105]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
112
2) Rupere ductilǎ sau tenace (fig. 5.4).
Caracteristicile ruperii ductile:
a. Rezistenţe lim
mici;
b. Deformaţii pet
mari → cu avertizare!;
c. Consum mare de energie ( - mare).
Fig. 5.4. Ruperea prin lunecare [105]
B. Cedarea sistemelor de bare
1) Legǎturi în serie (fig. 5.5).
Fig. 5.5. Cedare fragilǎ [105]
Observaţii:
a. Cedarea unui singur element = cedarea întregului sistem;
b. Consum redus de energie;
c. Fǎrǎ avertizare caracter fragil.
Concluzie: Legǎturile în serie trebuie evitate.
N
a)
Nlim
b)
N
Nlim
0 r
c)
N N
2
1
Nli
m
Nlim
lim
t
0
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
113
2) Legǎturi în paralel (fig. 5.6).
Fig. 5.6. Cedare ductilǎ [105]
Observaţii:
a. Cedarea sistemului survine abia dupǎ cedarea ultimului element;
b. Consumul de energie este ridicat;
c. Deformaţii mari de avertizarecaracter ductil.
Apare un fenomen nou de redistribuire a eforturilor FENOMEN DE ADAPTARE.
Concluzie: Legǎturile în paralel trebuie preferate celor în serie.
3) Legǎturi mixte (fig. 5.7).
Pe fiecare coloanǎ A, B, C, sau D stâlpii sunt în serie, dar între cele patru coloane sunt în paralel.
Deci structura este cu legǎturi mixte.
Prin cedarea unui stâlp de exemplu, fluxul de eforturi este deviat spre elementele alǎturate.
Fenomenul de redistribuire a eforturilor (fenomen de adaptare) poate continua încă de multe ori la o astfel
de structurǎ [105].
a) Acţiuni gravitaţionale b) Acţiuni eoliene şi seismice
Fig. 5.7. Fenomenul de adaptare [105]
N0 a) b)
N1
c) Nlim
d)
N
0 1
2
r
e)
Nlim
N2
N1
N2
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
114
5.4. Acţiunea distructivă a exploziilor asupra construcţiilor
5.4.1. Introducere
Cele mai importante degradǎri structurale, ce au ca efect compromiterea siguranţei construcţiilor
şi chiar scoaterea din uz a acestora, sunt generate de acţiunile accidentale şi seismice.
Încǎrcǎrile provenite din explozii, constituie acţiuni accidentale care se manifestǎ la intensitǎţi
semnificative foarte rar. Din această cauză, la proiectarea construcţiilor ponderea lor este
corespunzǎtoare, acestea nefiind calculate pentru a rezista unui asemenea eveniment. Se poate întâmpla
totuşi, ca o combinaţie nefavorabilǎ de factori, să conducă la situaţia în care o structură sǎ nu cedeze în
conformitate cu estimarea demolǎrii prin implozii controlate, datorită comportării anumitor elemente
altfel decât se aşteaptă proiectantul pe baza experienţei acumulate [28].
Pentru evitarea acestor stări de fapt, proiectarea demolǎrilor prin explozii, se face prin impunerea
condiţiei de depǎşire a rezistenţei reale a obiectivului de demolat şi nu a celei rezultate din proiectul de
construcţie.
5.4.2. Acţiunea distructivă a exploziei asupra materialelor de construcţie
Pentru a exemplifica acţiunea distructivă a exploziei asupra materialelor de construcţie în timpul
demolărilor prin implozii controlate a construcţiilor, se ia în considerare o încărcătură explozivă introdusă
într-un material de construcţie relativ omogen cum ar fi de exemplu betonul. După iniţierea încărcăturii,
produşii gazoşi puternic încălziţi şi comprimaţi rezultaţi, se destind şi la interacţiunea acestora cu mediul
adiacent se formează o undă de şoc.
Interacţiunea dintre acţiunea exploziei şi material, reprezintă mecanismul de distrugere a
materialelor de construcţie.
Acest mecanism se poate clasifica după următorii parametrii [65]:
1. Timpul de desfăşurare:
Etapa I-a;
Este etapa hidrodinamică deoarece se consideră că destinderea produşilor gazoşi se produce la fel
ca într-un fluid ideal, care a fost comprimat de frontul undei de şoc. În spatele acestui front, lichidul e
incompresibil. În această etapă se realizează trecerea unei părţi a energiei potenţiale a produşilor de
detonaţie în energia cinetică a bucăţilor de beton.
Etapa a II-a;
În această etapă betonul se consideră a fi un mediu solid. În betonul comprimat apar eforturi
unitare normale şi tangenţiale (σ şi τ) şi se propagă o undă de şoc ce induce în material eforturi care
depăşesc rezistenţa la compresiune a betonului, sfărâmându-l. Frontul undei de şoc, coincide cu limita de
separaţie dintre betonul sfărâmat şi betonul nesfărâmat. Presiunea în frontul undei de şoc este constantă.
Mediul din cavitatea creată (camuflet) în spatele frontului undei de şoc în care se află produşii de
detonaţie puternic încălziţi şi comprimaţi, este considerat incompresibil.
Etapa a III-a;
Este etapa de dilatare dinamică a cavităţii fără apariţia undelor de şoc secundare şi începe atunci
când viteza limitei de separaţie beton sfărâmat - beton nesfărâmat, devine mai mică decât viteza frontului
undei de şoc. Deplasarea mediului între această limită de separaţie şi cavitatea camufletului, are loc cu
frecare uscată. Mediul dinaintea limitei de separaţie se consideră elastic iar fenomenul de redistribuire a
energiei datorată proceselor rezultate la propagarea undelor, se neglijează.
Etapa a IV-a.
Începe când limita de separaţie beton sfărâmat-beton nesfărâmat rămâne în urma frontului undei
de şoc iar amplitudinea eforturilor radiale devine mai mică decât valoarea rezistenţei critice de strivire a
betonului. În această etapă, unda de şoc se propagă după legile elasticităţii devenind undă de tip seismic.
2. Zona de desfăşurare împărţită în:
Zona I-a de pulverizare şi fărâmiţare fină;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
115
Se întinde pe o distanţă de aproximativ două-trei raze ale încărcăturii de exploziv. Zona de
pulverizare şi fragmentare fină are dimensiuni reduse la distrugerea elementelor de construcţii folosind
încărcături de exploziv introduse în găurile de mină. Sunt trei motive care stau la baza acestui
considerent: primul ar fi că se se folosesc cantităţi mici de încărcături explozive care în urma detonaţiei
produc presiuni de explozie insuficiente pentru pulverizarea materialului din jurul încărcăturii, al doilea
se referă la încărcarea necorespunzătoare cu exploziv a găurilor de mină şi a rămânerii unor spaţii de aer
între încărcătura de exploziv şi pereţii găurii de mină iar al treilea îl constituie burajul necorespunzător.
Fig. 5.8. Etapele acţiunii distructive a exploziei asupra materialului de construcţie [65]
Zona a II-a de fisurare şi fragmentare;
Urmează în continuarea zonei de pulverizare şi este o zonă de fisurare puternică. În această zonă
fisurile sunt orientate radial sau transversal de la încărcătura de exploziv spre suprafaţa liberă. Fisurile se
datorează atât de la reflectarea undelor de compresiune de suprafaţa liberă cât şi datorită neomogenităţii
betonului. Datorită distanţelor relativ reduse până la suprafeţele libere (anticipanta), starea de efort în
elementul de construcţii nu durează mult deoarece presiunea gazelor de explozie scade foarte repede iar
zona de fisurare nu este la fel de mare ca explozia în masive de roci.
Dimensiunile fragmentelor cresc de la gaura de mină spre exterior. Prezenţa armăturii în betonul
armat, influenţează distrugerea acestuia prin fragmentări şi desprinderi ale betonului de-a lungul
armăturii, pe distanţe mari, în afara zonei de distrugere. Fragmentarea este mai puternică cu cât masa
explozivului este mai mare.
Zona a III-a de detaşare şi aruncare de material;
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
116
Este zona ce corespunde momentului ajungerii undelor de şoc (de compresiune) la suprafeţele
libere şi reflectarea acestora sub forma undelor de întindere. Detaşarea materialului şi îndepărtarea lui se
realizează datorită şocurilor formate şi durează până când undele de destindere care se reflectă de
suprafeţele libere şi ajung la gazele de explozie, le găsesc pe acestea la presiuni care nu mai pot da
naştere la noi unde de compresiune. Rezultă o detaşare de material produsă aproximativ egal pe toate
suprafeţele libere în cazul în care elementul de construcţie are dimensiuni egale ale secţiunii transversale
iar rezultatul materialului rămas are o formă piramidală. În situaţia în care elementul de construcţie din
beton are dimensiuni diferite ale secţiunii transversale iar cantitatea de exploziv este mică, se produce
detaşarea şi proiectarea betonului doar pentru suprafeţele libere cele mai apropiate.
Fig. 5.9. Mecanismul acţiunii exploziei în beton, cu încărcătura plasată în apropierea suprafeţei libere [28]
Fazele evoluţiei modificărilor structurale a betonului, sub influenţa energiei exploziei (fig. 6.10):
Faza I – a
Se desfăşoară într-un interval de 0,7 ms după declanşarea exploziei şi se caracterizează prin
formarea zonei de mărunţire şi a zonei de fisurare sub influenţa tensiunilor radiale şi tensiunilor reflectate
de suprafaţa de separaţie a găurii de mină.
Faza a II – a
Se desfăşoară în intervalul cuprins între 0,7 - l,5 ms şi cuprinde reflexia undei incidente de
compresiune şi crearea în apropierea suprafeţei libere a zonei fisurate cu raza DC (fig. 5.9).
Faza a III – a
Se desfăşoară în intervalul cuprins între l,5 - 4,8 ms şi se caracterizează prin extinderea zonei
fisurate între punctele B şi D în urma acţiunii cumulate a tensiunilor de tracţiune.
Dacă considerăm un punct M, la distanţa x faţă de suprafaţa liberă, tensiunea de tracţiune ce
acţionează asupra materialului rocii în acest punct se compune din:
(5.1.)
D B M A O C
Suprafaţa
liberă
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
117
unde:
– este intensitatea undei reflectate de suprafaţa de separare între locul exploziei şi rocă;
- este intensitatea undei reflectate de suprafaţa liberă rocă - aer.
În situaţia în care < , tensiunile de tracţiune ce acţionează în masiv în zona BD, nu au
energia necesară pentru a determina fisuri în masivul de rocă iar în acest caz rezultă un efect de afânare
fără a proiecta roca fragmentată.
Când suprafaţa liberă este îndeajuns de aproape de încărcătura explozivă, d = (70...80) , rezultă
că » iar materialul care este situat între punctele O şi C este fisurat. În acest mod, între aceste două
puncte, prin acţiunea tensiunii de compresiune sau tracţiune sub forma undelor de şoc directe sau
reflectate, se formează o zonă care este străbătută de o reţea de micro şi macrofisuri.
Faza a IV – a
Se desfăşoară într-un interval de timp cuprins între 4,8 ms şi 12 ms după ce se finalizează
procesul de explozie şi cuprinde fenomene materializate prin acţiunea gazelor de explozie.
După terminarea procesului exploziei, se produce o undă de şoc care contribuie la fisurarea rocii
şi se formează un volum de gaze cu energie ridicată, care pătrund în fisuri, le măreşte dimensiunile şi
antrenează materialul din zona fisurată, determinând proiecţia acestuia.
Fig. 5.10. Evoluţia în timp a fisurării şi fragmentării betonului sub acţiunea energiei exploziei [28]
Faza I-a Faza a II-a
Faza a III-a Faza a IV-a
Poziţia frontului undei longitudinale incidente
Limita fisurării
radiale
Zona de
sfărâmare
Frontul undei
reflectate
Fisurare Frontul
produşilor de
explozie
Definitivarea orientării
fisurilor radiale
Frontul
produşilor de
explozie
Aruncarea betonului sub
influenţa energiei
produşilor de explozie
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
118
5.4.3. Influenţa caracteristicilor elementelor de construcţie asupra acţiunii distructive a
exploziei
Modalitatea de influenţă a acţiunii distructive a exploziei, asupra elementelor de construcţie,
depinde de următoarele caracteristici [63]:
- tipul materialului de construcţie;
- cantitatea de armătură;
- poziţia armăturilor şi a etrierilor.
Tipul materialului de construcţie.
Sunt importante caracteristicile constructive ale materialului. Cu cât caracteristicile sunt mai
superioare şi materialul este mai neomogen, cu atât cantitatea de exploziv folosit este mai mare.
Cantitatea de armătură şi a etrierilor.
La distrugerea componentelor structurale din beton armat cu explozivi, influenţa cantităţii de
armătură şi a confinării realizată cu ajutorul etrierilor este foarte importantă, deoarece cu cât armarea şi
confinarea este mai puternică, cu atât este necesar majorarea cantităţii de încărcătură explozivă folosită.
Influenţa armăturii asupra propagării fisurilor şi fracturilor.
Influenţa armăturii longitudinale este importantă deoarece fisurile şi fragmentarea se continuă
dincolo de zona distrusă de-a lungul armăturilor. Explicaţia constă în faptul că fisurarea şi fragmentarea
apar datorită solicitărilor la care sunt supuse armăturile ca urmare a detonaţiei încărcăturilor de exploziv
introduse în găurile de mină. Prezenţa etrierilor influenţează mecanismul distrugerii prin aceea că fisurile
şi fragmentarea se opresc brusc în planul etrierilor, dincolo de acest plan fisurarea continuând doar de la
armătură către suprafaţa liberă şi de-a lungul armăturii.
5.4.4. Influenţa caracteristicilor încărcăturilor explozive la distrugerea betonului armat
Influenţa caracteristicilor materialelor explozive asupra modului de distrugere a elementelor de
construcţii din beton armat, se determină prin [65]:
1. Influenţa tipului de exploziv;
2. Influenţa cantităţii de exploziv.
Influenţa tipului şi a cantităţii de exploziv, se determină prin luarea în considerare a următoarelor
aspecte:
- zona distrusă a betonului între armături, măsurată la nivelul găurii de mină şi la nivelul
armăturii;
- zona de distrugere şi fisurare, măsurată la nivelul armăturilor;
- dimensiunile fragmentului maxim rezultat în urma distrugerii elementului de construcţie;
- numărul de fragmente rezultate şi dimensiunile acestora.
Zona de fragmentare şi proiecţie a betonului creşte pe măsură ce se foloseşte un exploziv cu
brizanţă mai ridicată pentru aceeaşi cantitate de exploziv şi aceleaşi dimensiuni ale elementelor de
construcţii. Lungimea zonei de proiecţie a betonului creşte odată cu scăderea dimensiunilor elementelor
de construcţii chiar şi atunci când se introduce aceeaşi cantitate de exploziv în mai multe găuri de mină.
De asemenea, creşte lungimea zonei de proiecţie a betonului dintre armături de la nivelul găurii de mină
în direcţiile suprafeţelor libere.
Tipul şi cantitatea explozivului are influenţă şi asupra lungimii zonei distruse şi fisurate. Zona
distrusă este zona în care betonul este aruncat dintre armături, iar zona fisurată se măsoară la nivelul
armăturilor în locul unde betonul se îndepărtează de la armături spre suprafaţa liberă. Nu poate fi stabilită
o dependenţă precisă între tipul explozivului şi lungimea zonei distruse şi fisurate, deoarece îndepărtarea
betonului de pe armături are loc mai ales atunci când armăturile sunt îndoite în plan vertical sau orizontal
iar acest lucru este mai pronunţat cu cât brizanţa explozivului este mai mică.
Armăturile se deformează plastic datorită acţiunii directe a undelor de şoc şi de compresiune
precum şi a acţiunii fragmentelor de beton propulsate în urma detonaţiei încărcăturilor de exploziv. Când
se folosesc explozivi mai puţin brizanţi, deformaţia armăturii este mai mare şi rezultă fragmente de
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
119
dimensiuni mai mari decât în cazul folosirii explozivilor care produc o fragmentare puternică a betonului.
Deformaţia armăturii în plan orizontal, este mai mare decât cea în plan vertical.
Numărarea fragmentelor de dimensiuni diferite rezultate în urma distrugerilor, nu se realizează cu
acurateţe, deoarece nu se poate cuantifica exact provenienţa fragmentelor rezultate ce pot proveni atât din
zona de fragmentare cât şi de la acoperirea de beton a elementului de construcţie.
5.4.5. Metode de amplificare a acţiunii distructive a exploziei, în gaura de mină
Fenomenul de amplificare a acţiunii distructive a detonaţiei încărcăturilor explozive în găurile
practicate în elementele de construcţie (găurile de mină) se realizează prin două metode [65]:
a) Metoda optimizării raportului dintre diametrul găurilor de mină şi a cartuşelor de explozivi.
Diametrul găurilor de mină are implicaţii atât asupra productivităţii la perforare, cât şi asupra
eficienţei lucrărilor de puşcare. În cazul folosirii explozivilor încartuşaţi, este foarte importantă
optimizarea raportului dintre diametrul găurilor de mină şi a cartuşelor de explozivi. Diferenţa dintre
diametrul găurilor de mină şi a cartuşelor de explozivi trebuie să fie minimă pentru a asigura densitatea
maximă de încărcare (concentrare volumetrică a energiei) şi reducerea volumului de perforare. De
asemenea, între cartuşul de exploziv şi pereţii găurilor de mină, trebuie să fie menţinut un spaţiu
corespunzător care să asigure cartuşelor o trecere lejeră de-a lungul găurilor de mină.
Dacă există un raport mare între volumul găurii şi cel al explozivului, rezultă scăderea presiunii
gazelor de explozie şi crearea efectului de canal prin posibilitatea producerii unor detonaţii incomplete a
încărcăturilor explozive sau deflagrarea acestora.
Astfel, gazele rezultate din explozie, preced unda de detonaţie şi modifică în avans starea
explozivului în sensul că-l supune unei puternice comprimări. Prin comprimarea cartuşului de către
preunda gazelor de destindere, diametrul acestuia scade sub valoarea diametrului critic iar propagarea
undei detonante devine imposibilă şi au loc rateuri (cartuşe neexplodate).
Din aceste motive, raportul dintre diametrul găurilor şi cel al încărcăturilor explozive se limitează
la 1,25. Din punctul de vedere al eficienţei lucrărilor de puşcare, depăşirea raportului limită diminuează
randamentul de utilizare a energiei exploziei. Se recomandă ca diametrul burghiului să aibă valori
maxime de 30 mm pentru cartuşe cu diametrul de 25 mm şi 36 mm, pentru cartuşele cu diametrul de 30
mm. În cazul utilizării amestecurilor explozive în vrac, diametrul găurilor trebuie să fie de minim 35 mm,
pentru asigurarea formării unor încărcături la diametre superioare diametrului critic al acestora.
b)Procedeul de burare a găurii de mină.
Încărcătura explozivă reprezintă elementul de bază al tehnologiei de demolare. Pentru o utilizare
eficace a explozivilor în găurile de mină, o importanţă majoră o are burarea [63].
Aceasta este o tehnicǎ de confinare a încărcăturii de exploziv în gaura de mină.
În general o “burare” bună duce la un efect mai bun al explozivului, însă fără să se indice
cantitativ şi modul cum se realizează acest lucru.
Burajul se realizează atât pentru dirijarea spre fundul găurii a unei părţi cât mai mari din energia
de explozie în vederea realizării efectului maxim distructiv cât şi pentru atenuarea undelor de şoc aeriene
şi sonore, care au efecte neplăcute asupra oamenilor, pot perturba activităţile din zonă şi pot produce
deteriorări ale unor construcţii aflate în vecinătatea demolării.
Din punct de vedere al teoriei hidrodinamice a undelor de şoc, burarea reprezintă împiedicarea
pătrunderii undelor de destindere din aer direct peste produşii de detonaţie. Altfel spus, prezenţa unui
mediu dens care acoperă gaura de mină, în contact cu explozivul, provoacă propagarea unei unde de şoc
în acest mediu şi o undă reflectată de destindere sau chiar de şoc în produşii de detonaţie. Acest fenomen
depinde de caracteristicile fizice şi de şoc ale mediului din care este constituită bura. S-a observat că, cu
cât materialul din care este constituit bura este mai dens, cu atât aceasta este mai eficientă [38].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
120
a) b)
Fig. 5.11. a) Bure din argilă; b) Activitatea de burare a unei găuri de mină
De asemenea, materialele cu polare de şoc şi impedanţe cât mai ridicate, pot să alcătuiască bure
eficace. Materialele alese pentru bură trebuie să permită o productivitate a muncii însemnată, deoarece
procesul de încărcare şi descărcare a găurii de mină este manual. Deoarece preţul materialelor utilizabile
este o problemă importantă, cei mai mulţi dintre proiectanţi utilizează pentru confecţionarea burelor,
lutul. Această soluţie şi-a dovedit eficienţa, dar are şi dezavantaje ca de exemplu scoaterea explozivilor
din găuri şi controlul dispunerii elementelor pirotehnice.
Folosirea burelor din apă sau amestecuri cu apă a diferite minerale, reprezintă soluţii care pot
compensa aceste neajunsuri. În această situaţie, este foarte importantă găsirea ambalajelor
corespunzătoare în care se pot păstra şi introduce aceste materiale în găurile de mină. În acest sens,
folosirea pungilor sau tuburilor subţiri din polietilenă reprezintă soluţii simple şi demne de luat în seamă.
5.5. Răspunsul seismic al construcţiilor la acţiuni din explozii
Se consideră o structură cu un grad de libertate care este supusă acţiunii seismice a unei explozii
(fig. 5.12) [106].
Figura 5.12. Structură cu un grad de libertate supusă acţiunii seismice a unei explozii [106]
Sub acţiunea unui impuls seismic în care terenul are deplasarea orizontală , structura are o
deplasare u la nivelul centrului de greutate. Forţa de inerţie este )( um , iar forţa elastică ku .
Constanta elastică se determină prin calculul deplasării la nivelul punctului de inflexiune
a.Structură înainte de acţiunea seismică
a exploziei
b. Structură în timpul acţiunii
seismice a exploziei
c. Forţa de restabilire
elastică
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
121
3
3
3
24
24
3
22
2
h
EI
u
Rk
uh
EIR
EI
hR
u
e
e
e
(5.2)
unde este forţa de restabilire elastică.
Conform principiului lui d‘Alembert ecuaţia mişcării va fi
kuudt
dm )(
2
2
(5.3)
de unde rezultă ecuaţia
., 2
2
22
2
2
m
k
dt
du
dt
ud
(5.4)
Primul termen u reprezintă acceleraţia necunoscută a structurii iar este acceleraţia terenului
cunoscută din accelerograme.
Soluţia generală a ecuaţiei (5.3) este de forma [106]
fortataoscilatia
tBtA
proprieoscilatia
tCtCu cossincossin 21
(5.5)
care, după amortizare, rămâne
.cossin tBtAu (5.6)
Din condiţiile iniţiale 0,0,0 vuut , rezultă
0vA şi 0B .
Legea mişcării se poate scrie sub forma
tv
u
sin0 (5.7)
iar la momentul devine
)(sin0
tdv
du
(5.8)
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
122
Figura 5.13. Accelerograma [106]
În conformitate cu egalitatea dintre impuls şi cantitatea de mişcare
dmmdv )(0
(5.9)
răspunsul elementar al structurii devine
dtdu )(sin)(1
(5.10)
unde )( este acceleraţia la momentul .
Aplicând principiul suprapunerii impulsurilor elementare rezultă răspunsul seismic al structurii
dt
dt
du
t
)(sin)(1
0
2
2
(5.11)
care este definit prin integrala de convoluţie a lui Duhamel. Această soluţie a fost dată în 1934 de M.A.
Biot. Dacă se ia în consideraţie şi efectul amortizării structurale, integrala (5.11) are următoarea expresie
dte
dt
du t
t
)(sin)(1 )(
02
2
(5.12)
a. Forţa seismică b. Accelerograma armonică
Figura 5.14. Model de calcul [106]
Forţa seismică care ia naştere la nivelul elementului de construcţie va fi
umkuS 2 (5.13)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
123
Înlocuind deplasarea structurii din relaţia (5.10), rezultă
t
dtdt
dmS
0
2
2
)(sin
(5.14)
unde parametrul
tt
dtdt
d
Tdt
dt
da
0
2
2
0
2
2
)(sin2
)(sin
(5.15)
se numeşte acceleraţia efectivă.
În cazul particular când accelerograma este descrisă prin funcţia armonică
tg sin1,0 (5.15)
atunci din expresia (6.14) rezultă că
t
T
t
T
t
T
tgdt
TTTga
0
)2
cos2
sin2
1(1,0)(
2sin
2sin
21,0
(5.16)
Amplitudinea maximă a mişcării survine aproape de st 2 şi este
,26,141,0max gga (5.17)
iar forţa seismică are valoarea
Ggg
GmaS 26,126,1max (5.18)
În acest caz forţa seismică este cu 26% mai mare decât greutatea structurii [27].
Variaţia acceleraţiilor maxime cu perioada de oscilaţie proprie a structurii se numeşte spectrul
acceleraţiilor. De exemplu spectrul accelerogramei din figura 5.14, b este reprezentat în figura 5.15.
Figura 5.15. – Spectrul acceleraţiei [106]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
124
În calculul seismic al structurilor, se mai utilizează şi conceptul de zmucitură, definit prin derivata
a III-a a deplasării. În situaţia în care răspunsul seismic este de forma
tT
au2
sin (5.19)
zmucitura va fi [61]
tTT
adt
ud
2cos
23
3
3
(5.20)
iar valoarea ei maximă este
aT
3
max
2
(5.21)
pragul fiziologic fiind ./30 3scm
5.6. Comportarea construcţiilor la acţiunile seismice ale exploziilor
Unităţile structurale pe întreaga lor durată de existenţă, pot fi supuse unor mişcări ale pământului
de diferite naturi şi intensităţi. Aceste mişcări pot avea o perioadă de repetabilitate mai mică sau mai
mare, atât în funcţie de caracteristicile seismice ale zonelor în care au fost amplasate cât şi în alte situaţii
cum ar fi de exemplu producerea unei (unor) explozii.
Acţiunea seismică a exploziilor puternice este net inferioară acţiunii seismice produsă de un
cutremur de pământ. Totuşi acestea nu trebuie neglijate, datorită acţiunii cumulative a deformaţiilor
armăturilor din oţel în domeniul plastic.
Acţiunea seismică a exploziei se exercită asupra unei construcţii prin următoarele [65]:
- forţe de natură dinamică induse în structură datorită mişcării terenului (datorită masei
construcţiei se dezvoltă forţe de inerţie);
- deplasări ale fundaţiilor;
- forţe dezvoltate prin oscilaţii de torsiune;
- suprapresiuni dinamice exercitate asupra construcţiilor de către teren (ex.: ziduri de sprijin,
pile de pod, tuneluri) sau de lichide stocate (ex: baraje, pereţii rezervoarelor).
Mişcarea pământului sub acţiunea seismică a exploziei, se consideră ca fiind rezultată din
compunerea:
- unei mişcări de translaţie în care toate punctele terenului sunt animate în orice moment de
aceeaşi mişcare;
- unei mişcări diferenţiate, în funcţie de distanţa care separă punctele considerate [63].
Prima mişcare se referă la faptul că baza de rezemare a unei construcţii se deplasează o dată cu
terenul iar a doua corespunde sosirii defazate a trenurilor de unde la diferitele puncte ale fundaţiei
construcţiilor.
Mişcarea de translaţie se defineşte prin trei componente ortogonale: două componente orizontale
şi o componentă verticală. Fiecare componentă a mişcării de translaţie este caracterizată printr-un spectru
de răspuns în termenii acceleraţiei. Pentru componentele orizontale se foloseşte acelaşi spectru.
Componenta verticală se consideră a avea intensitatea de 70 % din cea orizontală. Spectrele care se iau în
considerare sunt spectre convenţionale de dimensionare.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
125
Mişcarea diferenţiată, este cu atât mai evidentă cu cât suprafaţa fundaţiei construcţiei este mai
mare şi se datorează sosirii asincrone a trenurilor de unde.
După cum se cunoaşte, concepţia actuală de proiectare a construcţiilor, nu prevede luarea în calcul
a acţiunilor extreme generate de explozii în procesul de dimensionare. Dacă se ţine cont de faptul că
acţiunea seismică a exploziilor puternice este asemănătoare cu acţiunea seismică a unui cutremur de mică
intensitate, se poate face o analogie între cele două acţiuni. Această teorie este susţinută şi de constatările
experimentale şi in situ, din care rezultă, că la structurile supuse la mişcări oscilatorii provenite din
cutremur şi din explozie, mărimea acţiunii seismice variază sensibil în funcţie de flexibilitatea structurii
[65].
Metodele actuale, stabilesc acţiunile seismice din explozii şi din cutremur asupra construcţiilor, pe
baza calcului dinamic Cea mai folosită metodă, consideră forţele de inerţie deduse din calcul dinamic şi
acţionând static [9], [14], [19], [22]. Proiectarea antiseismică a construcţiilor, cu ajutorul forţelor seismice
aplicate static, este considerată satisfăcătoare.
Proiectarea construcţiilor în concept exclusiv elastic nu se realizează din motive practice, datorită
dimensiunilor exagerate ale construcţiei care ar rezulta, deoarece nu se valorifică rezervele de rezistenţă
postelastice ale elementelor componente. Aşadar această proiectare nu este indicată din punct de vedere
economic.
Capacitatea de deformare postelastică a elementelor de construcţie, poate fi definită calitativ şi
cantitativ cu ajutorul factorilor de ductilitate O structură are o comportare ductilă la acţiunea seimică
generată de o explozie puternică, dacă este capabilă să disipe energia totală transferată de această acţiune
şi permite producerea unor deformaţii ciclice substanţiale, fără ca elementele componente să sufere avarii
excesive sau reduceri importante ale capacităţii de rezistenţă. Prin proiectarea unei structuri, acesteia i se
prevede un anumit nivel de ductilitate pentru elementele de rezistenţă. Scopul constă în evitarea
distrugerilor cu caracter casant, asigurându-se astfel protecţia la acţiuni seismice [26].
Astfel, după o acţiune seismică şi efectuarea unor investiţii minime necesare pentru repararea
anumitor elemente structurale sau nestructurale, se poate reda construcţia integral în folosinţă.
În caz contrar, atunci cănd cheltuielile cu reabilitarea construcţiei nu se justifică, se execută
demolarea parţială sau totală a construcţiei.
Modul de comportare postelastică a unui element de construcţie, se pune în evidenţă prin curbele
de acţiune-răspuns, exprimate în diferiţi parametri conform fig. 5.16.
Prin ductilitatea unei structuri se înţelege capacitatea de deformare a acesteia în domeniul
postelastic, respectiv capacitatea de înmagazinare (disipare) a energiei induse.
Ductilitatea materialelor reprezintă o proprietate care poate fi măsurată sau exprimată cantitativ
prin mai multe forme [11]:
1. Valoarea absolută a deformaţiei de cedare la fenomenele fundamentale ale Rezistenţei
Materialelor cu excepţia compresiunii;
2. Mărimea deformaţiei inelastice respectiv Ductilitatea se apreciază prin coeficientul de ductilitate - de deformaţie specifică, de curbură şi
respectiv de deplasare [14]
(5.22)
Se poate ajunge la valori exagerate ale factorului de ductilitate în situaţia în care articulaţiile
plastice apar în acelaşi timp într-un mecanism posibil de cedare.
În vederea estimării factorului de ductilitate al structurilor formate din bare drepte, se pot utiliza
următoarele relaţii aproximative:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
126
nivelmedstructuran
,
1 (5.23)
şi
grinzistructura 2
1 (5.24)
unde
- ,,nivelmed este factorul mediu de ductilitate relativă de nivel;
- grinzi este factorul de ductilitate al grinzilor cadrului;
- n este numărul de niveluri.
Figura 5.16. Curbe acţiune-răspuns [26]
O influenţă importantă asupra ductilităţii sistemelor structurale o au gradul de nedeterminare
statică şi natura eforturilor secţionale dominante.
Prin creşterea gradului de nedeterminare, posibilităţile de formare a articulaţiilor plastice sunt mai
numeroase. Se obţine astfel mai multă ductilitate a structurii la acţiuni seismice intensive.
Prin apariţia articulaţiilor plastice, structura poate să dezvolte un mecanism stabil şi controlat de
cedare, asociat unei capacităţi ridicate de disipare a energiei, fără a fi însoţit de ruperi cu caracter casant.
Deoarece energia seismică indusă într-o structură, nu poate fi consumată numai în momentul de
comportare elastic, măsurile de adaptare postelastică bazate pe cerinţe de ductilitate, rezistenţă şi
rigiditate controlate, asigură atât absorţia de energie prin proprietăţi histeretice, cât şi disiparea unei
cantităţi de energie prin deformaţii postelastice [24].
În funcţie de caracteristicile de deformabilitate ale configuraţiei structurilor, sunt întâlnite trei
situaţii distincte în care intervine condiţionarea cerinţelor de ductilitate, rezistenţă şi rigiditate [28].
- Structuri de tip flexibil, cu perioadele oscilaţiilor proprii înalte
( sT 4,11 ) (5.25)
La aceste structuri, sunt dominante deplasările laterale iar creşterea capacităţii de rezistenţă are un
rol mai puţin important în raport cu necesitatea majorării capacităţii de a se deforma peste limita elastică,
în vederea evitării colapsului. În acest caz, coeficientul de reducere al răspunsului seismic are valoarea
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
127
/1R (5.26)
- Structuri de tip rigid, cu perioadele oscilaţiilor proprii joase
( sT 6,01 ) (5.27)
la care capacitatea de rezistenţă este o cerinţă extrem de importantă, în timp ce deformabilitatea se poate
considera neglijabilă. La aceste structuri, capacitatea de rezistenţă are funcţia dominantă, iar
adaptabilitatea postelastică are rol secundar. Coeficientul de reducere al răspunsului seismic are valoarea
R = 1 (5.28)
- Structuri de tip semirigid (semiflexibile), care au perioadele oscilaţiilor proprii
intermediare ( sTs 4,16,0 1 ). La aceste structuri, energia absorbită are cea mai mare importanţă şi
rezultă că atât cerinţa (necesarul) de rezistenţă, cât şi cea de ductilitate, sunt implicate în egală măsură. Se
operează asupra ambelor mărimi. Coeficientul de reducere al răspunsului are valoarea
12/1 R (5.29)
În urma celor prezentate, rezultă necesitatea existenţei unui echilibru între cerinţele de rezistenţă
şi ductilitate pentru toate componentele structurale ale unei construcţii.
În vederea realizării unei ductilităţii de ansamblu, un rol important le revin conexiunilor între
elemente care asigură transferul deformaţiilor între componenetele principale de rezistenţă.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
128
CAPITOLUL 6
MIŞCĂRI ALE PĂMÂNTULUI DATORATE EXPLOZIILOR
6.1. Introducere
Abordarea ştiinţifică a problematicii mişcărilor pământului produse de explozii utilizate ca
metodă de lucru în construcţii, investigarea ei cu noile metode folosite la monitorizarea cutremurelor şi
formularea concluziilor cu aplicabilitate directă, sunt preocupări permanente ale specialiştilor implicaţi în
demolarea construcţiilor prin implozii controlate. Oscilaţiile pământului generate la demolările prin
implozii controlate, prezintă importanţă atât din cauza posibilităţii de avariere a construcţiilor situate în
vecinătatea demolărilor, cât şi a neplăcerilor ce pot fi produse oamenilor.
6.2. Măsurarea mişcărilor pământului generate de explozii
Principalul instrument cu ajutorul căruia sunt detectate şi înregistrate mişcările pământului
datorate exploziilor, este seismograful. Acest instrument are la baza construcţiei, un pendul simplu.
Atunci când au loc mişcările pământului, pilastrul se mişcă odată cu pământul, însă datorită inerţiei, masa
pendulului rămâne pe loc. În acest mod, se creează o mişcare relativă la mişcarea pământului, care va fi
înregistrată de deplasările pendulului.
Figura 6.1. Reprezentarea principiului de funcţionare a seismografului şi a înregistrării seismogramelor
pe componentele orizontală verticală [24]
Înregistrările mişcărilor pământului generate de explozii se numesc seismograme. Seismogramele
pot fi înregistrate pe hârtie (analog) sau digital (urmând să se vizualizeze pe monitoare).
Instrumentele seismice sunt de mai multe tipuri, în funcţie de parametrii de mişcare înregistraţi:
- seismometru înregistrează vectorul deplasare al mişcării iar înregistrarea se numeşte
seismogramă;
- vitezometru (vitezograf) înregistrează vectorul viteză al mişcării iar înregistrarea se
numeşte vitezogramă;
- accelerometru (accelerograf) înregistrează vectorul acceleraţie al mişcării iar înregistrarea
se numeşte accelerogramă.
Cea mai utilă înregistrare în vederea analizării mişcării tranzitorii produse de o explozie, o
reprezintă înregistrarea variaţiei în timp a acceleraţiei, cu ajutorul unui accelerometru având frecvenţa
proprie de răspuns relativ ridicată. Este de preferabil înregistrarea acceleraţiei, decât a vitezei sau a
deplasării, deoarece [25]:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
129
1) acceleraţiile fundaţiei construcţiilor sunt necesare la determinarea răspunsului acestora faţă de
excitaţia aplicată, iar acestea nu pot fi determinate cu precizia necesară, pornind de la înregistrarea vitezei
sau a deplasării;
2) vitezele şi deplasările se pot determina, prin integrarea curbei rezultate din înregistrarea
variaţiei acceleraţiei în funcţie de timp. Procesul invers, de diferenţiere, în general nu se poate efectua cu
o precizie satisfăcătoare;
3) accelerometrele sunt aparate robuste şi stabile, ce se pot etalona cu uşurinţă.
Mişcările pământului rezultate în urma exploziilor, au fost adesea înregistrate cu seismografe care
au avut frecvenţa proprie relativ coborâtă. Însă în unele cazuri, aceste aparate nu înregistrează nici
acceleraţii şi nici deplasări. Prin urmare, datele obţinute pe această cale trebuie să fie utilizate cu multă
precauţie şi sunt de interes mai ales pentru efectuarea unor studii comparative [28].
Mişcările pământului care rezultă în urma exploziilor, au caracter tranzitoriu şi conţin de regulă
componente cu frecvenţe diferite. Relaţiile care se utilizează de obicei între deplasări, viteze, acceleraţii
şi frecvenţe, în cazul mişcării armonice simple, nu dau însă o precizie suficientă pentru cele mai multe
dintre înregistrările efectuate în urma exploziilor [17].
De cele mai multe ori, pentru înregistrarea mişcărilor pământului este considerat satisfăcător un
accelerometru prevăzut cu sistem de înregistrare care are răspunsul constant între 0 şi 100 Hz. Pentru
cutremure, se poate limita răspunsul acestor aparate pentru înregistrarea frecvenţelor mai joase iar pentru
exploziile în roci tari, pentru frecvenţe cu valori mai ridicate [25].
6.3. Analiza comparativă a mişcărilor pământului generate de explozii şi cutremure
În figura 6.2 sunt prezentate curbele de variaţie în timp ale acceleraţiilor, pentru două explozii
puternice [25].
Prima curbă reprezintă variaţia în timp a componentei orizontale a acceleraţiei care a fost înre-
gistrată la aproximativ 0,5 km faţă de centrul exploziei unei încărcăturii explozive de 6,1 MN constituită
din nitramită şi nilită. Componenta orizontală perpendiculară pe prima curbă, a avut o alură generală
similară şi o acceleraţie maximă de 0,3g. Explozia s-a produs într-o rocă din dacit şi porfir iar staţia de
măsură a fost plasată pe un material de umplutură, cu grosimea de aproximativ 6 m, format din nisip
aluvionar amestecat în procent de aproximativ 30% cu fragmente de rocă cu dimensiuni între 6 mm şi 90
cm. Măsurarea s-a efectuat cu un accelerometru seismic standard pentru mişcări violente al Inspecţiei de
coastă şi geodezie a S.U.A. Elementul seismic al aparatului a avut o perioadă proprie de 0,0849 s şi o
amortizare de 0,6 din cea critică [25].
Curba b constituie componenta orizontală a acceleraţiei, măsurată la distanţa de aproximativ 1 km
faţă de centrul unei explozii nucleare de 1,7 kilotone. Explozia s-a produs într-un poligon subteran, la
adâncimea de 270 m, într-un teren din tuf stratificat umed. Staţia de măsurare s-a plasat pe un material
tufitic şi a constat dintr-un accelerograf seismic al Inspecţiei de coastă şi geodezice a S.U.A., având un
element seismic cu perioada proprie de 0,0853 s şi amortizarea de 0,6 din cea critică. Componentele
verticală şi transversală ale mişcării pământului, care au fost înregistrate la punctul de măsurare, au fost
aproximativ similare şi au avut acceleraţii maxime, de aproximativ acelaşi ordin de mărime [25].
Datele suplimentare ale acceleraţiilor pământului, de tipul celor din fig. 6.2, s-au corelat în
vederea obţinerii relaţiei dintre greutatea încărcării explozive, distanţa de la punctul de explozie la
aparatul de măsură şi acceleraţiile maxime ale pământului înregistrate de accelerometre.
Însă, cunoaşterea acceleraţiei maxime nu este suficientă pentru a fi precizate efectele distructive
ale unei explozii. Cunoaşterea acceleraţiei maxime descrie aproximativ curba acceleraţie-timp a unei
mişcări. Pentru curbele acceleraţie-timp care au acelaşi caracter, ordonatele curbelor spectrului de
răspuns al vitezelor relative vor fi în acelaşi raport ca şi acceleraţiile maxime.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
130
Figura 6.2. Curbele de variaţie în timp ale acceleraţiei, pentru două explozii puternice [25]
Figura 6.3. Componentele acceleraţiilor pe direcţia E-V înregistrate în timpul cutremurului TAFT –
California în subsolul şi pe acoperişul unei clădiri de 10 etaje turnată monolit din beton armat;
Dimensiunile clădirii sunt Î=42 m, L=65 m şi l=15 m [25]
În urma efectuării analizei comparative între înregistrările acceleraţiilor pământului generate de
două explozii puternice reprezentate în fig. 6.2 şi înregistrările acceleraţiilor unei structuri în timpul unui
cutremur (fig. 6.3), se constată caracterul general asemănător al celor două tipuri de mişcări, cu
următoarele deosebiri:
- mişcările pământului produse de explozii, au o durată totală considerabil mai redusă decât
a celor produse de cutremure şi se extind numai pe un număr redus de cicluri;
- frecvenţa oscilaţiilor induse terenului de către explozii, este mai ridicată decât cea a
cutremurelor, motiv pentru care sunt şi mai puţin periculoase;
- înregistrările mişcărilor pământului generate de explozii, au o amplitudine maximă a
oscilaţiilor urmate de o descreştere în amplitudine a acestora iar înregistrările mişcărilor pământului
produse de cutremure sunt alcătuite din oscilaţii alternante de amplitudini diferite;
În cazul demolărilor prin implozii controlate (când au loc grupări de explozii), înregistrările
mişcărilor pămânului sunt alcătuite din oscilaţii alternante de amplitudini diferite, cu deosebirea că faţă
de cutremure, frecvenţa acestor oscilaţii este mai ridicată.
b) a)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
131
6.4. Efectele dăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii
Cantitatea de exploziv care poate fi utilizată în demolarea construcţiilor, este deseori limitată de
pericolul de avariere a clădirilor alăturate. De regulă, studiile care privesc această problemă, se fac luând
în considerare următoarele:
1) relaţia dintre mişcările măsurate ale pământului şi tipurile obişnuite de avarii;
2) relaţia dintre mişcarea pământului, cantitatea de exploziv utilizată şi distanţa faţă de locul
exploziei.
Datorită considerentelor de mai sus, specialiştii au încercat să facă o legătură între unele aspecte
simple ale mişcării pământului generate de explozii şi avariile anumitor tipuri de construcţii. Astfel,
iniţial s-a propus utilizarea acceleraţiei maxime ca indice al pericolului de avarie. Încercările efectuate în
acest sens, au arătat că, pentru locuinţe de dimensiuni mici, o acceleraţie de 0,1 g corespunde unei valori
limită de la care încep să apară mici crăpături ale tencuielii, iar după valoarea de 1 g, au apărut avarii
importante ale construcţiilor. Această valoare poate fi considerată ca limita maximă, peste care este
posibil să se producă avarii importante ale clădirilor, la acţiunile seismice datorate exploziilor.
Ca indicator de apreciere a unor eventuale avarii, s-a propus, deplasarea maximă a pământului şi
au fost indicate valorile limită ale deplasărilor maxime care ar putea corespunde zonelor periculoase.
În urma a numeroase experimente, s-a stabilit că între viteza maximă a deplasării pământului şi
avariile produse, există o bună corelaţie pe un domeniu larg de frecvenţe [17], [25], [28], [65].
În acest sens, au fost efectuate explozii în apropierea unor locuinţe executate din cărămidă şi cu
structură de rezistenţă din cadre de beton armat. Experimentele au constat din efectuarea de explozii cu
încărcături explozive din ce în ce mai mari, care au fost plasate la diferite distanţe faţă de aceste clădiri.
Pentru fiecare experiment în parte s-au cuantificat diferitele stadii de deteriorare ale structurilor.
Încercările s-au efectuat pe două tipuri de pământuri: un pământ aluvionar, format din argilă umedă şi un
pământ eratic (morenă), bine consolidat. În interiorul construcţiilor au fost dispuse accelerometre cu
răspunsul constant între zero şi 100 Hz pentru înregistrarea completă a variaţiei în timp a acceleraţiei. În
baza rezultatelor obţinute, pe un domeniu de frecvenţe cuprins între 5 şi 100 Hz, au fost corelate limitele
de avarie ale clădirilor cu deplasările, vitezele şi acceleraţiile maxime. S-a constatat că acelaşi grad de
avarie a coincis cu aceeaşi viteză maximă a deplasării terenului, pe întregul domeniu de frecvenţe.
Probabilitatea apariţiei unor avarii a început de la o viteză de deplasare a terenului de ordinul a 10,2-12,7
cm/s [25].
Sunt unele cercetări independente care dau drept indice de apariţie a avariilor, o viteză a
deplasărilor terenului de 12 cm/s, iar pentru clădirile fundate pe teren stîncos o viteză maximă a terenului
de 11 cm/s [54].
De regulă, intensitatea cutremurelor se măsoară cu două scări (tab. 6.1). Scara cauzelor sau scara
absolută a magnitudinii M este datorată lui Richter şi se bazează pe măsurarea energiei declanşate în
focar. Scara efectelor, este scara Mercalli modificată M.M. [54].
Gradele de intensitate ale cutremurelor, definite în Scara intensităţilor Mercalli modificată, pot fi
corelate cu viteza maximă a deplasărilor pământului. Astfel, aceeaşi viteză maximă, corespunde aceleaşi
intensităţi, pe un domeniu larg de frecvenţe. Echivalenţa aproximativă între gradele scării Mercalli
modificată şi vitezele de deplasare a pământului, măsurate în centimetri pe secundă, este următoarea: VIII
= 18 cm/s; VII=9 cm/s; VI=4,5 cm/s; V=2,25 cm/s; IV=1,12 cm/s; III = 0,6 cm/s; II = 0,28 cm/s şi I =
0,14 cm/s. Avariile observate cu ocazia încercărilor, la valorile maxime ale vitezei de deplasare a
pământului cuprinse între 10,2 şi 12,7 cm/s, corespund după descrierile sumare indicate în tabelul 6.1 al
Scării Mercalli modificate, unor intensităţi de cutremur cuprinse între gradul VII şi VIII. [25].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
132
Tabelul 6.1. Gradele de intensitate seismică şi efectele produse de cutremure [24]
Gradul pe scara
Descrierea efectelor produse Richter Mercalli
2 I Cutremurul e perceput de puţine persoane;
II Cutremurul se percepe doar la etajele superioare ale clădirilor;
3 III Cutremurul se percepe numai în interiorul clădirilor;
4
IV Cutremurul se resimte în interior. În exterior este puţin perceptibil;
V Cutremurul este simţit de toată lumea. Obiectele se răstoarnă, iar la socluri
apar degradări;
5 VI Se produce panică. Tencuielile cad. Coşurile suferă degradări. Avarii la
clădirile slabe;
6 VII Se evacuează clădirile. Avarii moderate la structuri şi considerabile la
clădirile slabe;
VIII Avarii uşoare la clădirile proiectate antiseismic şi considerabile la clădirile
obişnuite;
7
IX Avarii grele la clădirile proiectate antiseismic şi înclinări de clădiri.
Distrugerea clădirilor slabe;
X Majoritatea construcţiilor se distrug, inclusiv fundaţiile;
8 XI Puţine structuri rămân nedistruse;
9 XII Distrugere totală.
Din punct de vedere al avariilor care apar în construcţii, rezultă că există o corespondenţă destul
de bună, între experienţa căpătată în timpul cutremurelor şi cea din timpul exploziilor.
Corelarea apariţiei avariilor cu viteza maximă de mişcare a pământului se poate stabili pe baze
teoretice. Constanţa spectrului de răspuns al vitezelor relative, în cazul mişcării amortizate, pe o bandă
largă de frecvenţă, cum sunt cele datorate cutremurului de pământ, este o altă manifestare a aceluiaşi
fenomen. În cazul mişcărilor cu perioadă proprie lungă, viteza relativă este aproximativ egală cu viteza
de mişcare a pământului. Curbele spectrului de răspuns al vitezelor relative maxime corespunzătoare
mişcărilor pământului descrise de curba din fig. 6.2 a, devin orizontale la viteze de aproximativ 6 cm/s în
cazul perioadelor proprii lungi. Curbele spectrului componentei orizontale, perpendiculare pe direcţia de
propagare a acceleraţiei măsurate în acelaşi punct, devin orizontale la viteze de aproximativ 10,5 cm/s.
Rezultă că viteza maximă a mişcărilor pământului, este Vmax = 62 10 52 = 12,1 cm/s [25].
Pe baza altor măsurări efectuate în timpul exploziilor şi pe baza examinării avariilor minore ale
clădirilor aflate lângă locul exploziei, s-a stabilit că această viteză de mişcare a pământului, corespunde
aproximativ limitei de apariţie a avariilor în construcţii.
În figura 6.4 este reprezentat un grafic de determinare a acceleraţiei maxime a pământului în cazul
exploziilor puternice în funcţie de greutatea totală a explozibilului şi de distanţa până la punctul în care
are loc explozia.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
133
Figura 6.4. Graficul acceleraţiei maxime a pământului în cazul exploziilor puternice în funcţie de
greutatea totală a explozibilului şi de distanţa până la punctul în care are loc explozia [25]
Limita aproximativă a zonei de rupere în interiorul căreia roca se fisurează, se calculează cu
formula l=371 1
3 iar relaţia acceleraţiei maxime care este dată în unităţi g cu formula:
a = 27 9500 3
4 [m/s2] (6.1)
unde
- G [N] reprezintă greutatea explozibilului;
- d [m] este distanţa de la locul exploziei la aparatul de măsură.
6.5. Efectele nedăunătoare ale mişcărilor pământului generate de explozii
Luarea deciziei privind cantitatea maximă de exploziv care poate fi utilizată la o anumită distanţă
faţă de o construcţie dată, se ia în funcţie de informaţiile asupra mişcărilor pământului produse de
explozii cu cele asupra avariilor construcţiilor, legate de aceste mişcări.
În fig. 6.5 este reprezentată relaţia dintre greutatea explozibilului şi distanţa până la punctul în
care are loc explozia pentru evitarea avarierii construcţiilor în urma unor explozii de intensitate mică şi
mijlocie [25].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
134
Fig. 6.5. Greutatea totală de exploziv nepericuloasă pentru explozii mici şi mijlocii, în funcţie de distanţă
În baza rezultatelor experimentale obţinute, pentru curbele din figura 6.5, calculul greutăţii totale
de exploziv nepericuloasă pentru explozii în funcţie de distanţă, se realizează cu relaţiile următoare [25]:
Curba A:
= 0,888 [N/m] (6.2)
Curba B:
= 0,71 [N/m] (6.3)
Curba C:
= 0,52 [N/m] (6.4)
Curba D:
= 16,1 [N/m] (6.5)
unde G reprezintă greutatea totală a încărcăturii explozive exprimată în Newtoni iar d este distanţa de la
locul exploziei la construcţia avariată, exprimată în metri.
La determinarea curbelor A şi B s-au folosit diferite definiţii ale avariilor, rezultând că poziţiile
curbelor nu pot fi luate în considerare ca indicaţii directe ce privesc numai mişcările pământului. În acest
grafic, curba A se referă la argila aluvionară şi straturi eratice iar curba B la un teren stâncos.
Mişcările pământului, produse în urma exploziilor, au o durată relativ scurtă şi se extind numai pe
un număr redus de cicluri. Dacă încărcătura totală se împarte în mai multe încărcături mai mici, care au
un timp suficient de mare între explozii, astfel încât perturbările unei încărcături să se amortizeze înainte
de explodarea încărcăturii următoare, mişcarea totală a pământului corespunde celei produse de către
fiecare încărcătură parţială explodată separat. Trebuie ţinut cont însă, că eşalonarea exploziilor pe un
interval de timp relativ mare, poate afecta destul de mult eficacitatea cantităţii totale de exploziv. Tehnica
adoptării unor intervale mai scurte între explozii, împreună cu plasarea corespunzătoare a încărcăturilor
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
135
de exploziv, asigură o anulare reciprocă a acceleraţiile maxime corespunzătoare fiecărei explozii în parte.
Această metodă, solicită însă cunoaşterea mai precisă a formei curbelor de variaţie a acceleraţiei
pământului, faţă de modul obişnuit de lucru [25].
În urma încercărilor efectuate cu intervale de timp scurte între explozii (de ordinul a 10 până la 50
milisecunde), a rezultat că se poate obţine o micşorare importantă a intensităţii mişcărilor pământului,
însoţită adesea de o creştere a eficacităţii de distrugere a exploziei.
Mecanismul de reducere a mişcărilor pământului prin scurtarea timpului între explozii nu este
însă neapărat legat numai de anularea reciprocă a acceleraţiilor maxime, ci şi de reducerea forţei aplicate
la sursă, datorită efectului de dislocare a rocii produs de către sarcinile succesive care reduce presiunile
ce iau naştere în urma exploziei. În vederea reducerii la maximum a efectelor exploziilor succesive, sunt
de regulă necesare efectuarea de încercări în condiţiile particulare oferite de locul unde acestea vor avea
loc. În cazul unor decalaje de câteva milisecunde ale exploziilor, sarcina efectivă totală care trebuie luată
în considerare, la estimarea mişcării maxime a pământului şi a avariilor la construcţii, trebuie să fie dublă
faţă de cea real folosită. Prin proiectarea şi executarea lucrǎrilor de demolare a construcţiilor cu ajutorul
grupǎrilor de explozii cu întârziere, se poate realiza o micşorare a efectului seismic şi o creştere a
efectului de fragmentare [25].
Realizarea protecţiei construcţiilor şi a oamenilor care locuiesc sau lucreazǎ în aceste construcţii
împotriva deteriorǎrilor care pot fi induse de explozii, poate fi asigurată prin aplicarea unor metode sigure
şi eficiente de control seimic al oscilaţiilor.
Pe plan mondial, sunt elaborate trei metode diferite pentru controlul seismic al oscilaţiilor produse
de explozii [89]:
- metoda elaboratǎ în ţara noastrǎ (sau metoda „magnitudinii aparente”);
- metoda şcolii americane;
- metoda şcolii ruse.
Ultimile douǎ metode, diferă prin folosirea în moduri diferite, a noţiunii de „distanţǎ redusǎ”.
Deoarece explozia este privitǎ de oameni ca ceva dezagreabil, chiar nivelurile de oscilaţie care
sunt complet nepericuloase pentru clǎdiri, sunt supǎrǎtoare şi neconfortabile pentru populaţie. Se
cunoaşte cǎ frecvenţele predominante ale oscilaţiilor produse de explozii sunt în mod obişnuit în gama 6
÷ 60 hz. În cazul în care o clǎdire este oscilată la o vitezǎ a particulei de 51 mm/s (nivelul maxim
admisibil pentru clǎdiri de locuit), este foarte probabil ca aceasta sǎ nu aibă nici un fel de deteriorǎri, însǎ
nivelul de oscilaţie vǎzut subiectiv de populaţie, este greu suportabil. În cazul în care viteza particulei
scade la 25 mm/s, nivelul de oscilaţie este tot greu suportabil iar la o viteză a particulei de numai 5 mm/s,
(când probabilitatea de apariţie a oricǎrei deteriorǎri este zero), nivelul de oscilaţie este încǎ vǎzut ca
neplǎcut de unele persoane [25].
Nicholls et. al. (1971) au efectuat un studiu statistic în legătură cu reclamaţiile făcute de oameni în
cazul producerii unor explozii. În urma studiului a rezultat cǎ mai mult de 35 % din familiile aflate în
zona unde viteza particulei a depǎşit 51 mm/s, au fǎcut reclamaţii. Era de anticipat sǎ se facǎ multe
reclamaţii în această zonă a rǎspunsului subiectiv „greu suportabil”. În schimb, în zona rǎspunsului
subiectiv „perceptibil”, au facut reclamaţii mai puţin de 8 % dintre familii. Din această cauză, atunci
când exploziile se produc într-o zonǎ foarte populatǎ, se recomandǎ ca nivelul maxim admisibil al
oscilaţiilor, exprimat în viteza particulei, sǎ fie de maximum 10 mm/s, pentru ca probabilitatea
procentajului de reclamaţii, sǎ nu depǎşeascǎ valoarea de 8 % [65].
De asemenea, în mod asemǎnǎtor existǎ o relaţie pentru zgomotul asociat cu presiunile undei de
şoc aeriene rezultate din explozii. De regulă, presiunea undei aeriene la cele mai multe explozii folosite la
demolări, nu cauzeazǎ spargerea geamurilor, însă deranjează şi uneori provoacă panică. În urma acestor
considerente, rezultă cǎ existǎ toate motivele ca reacţia oamenilor la oscilaţiile produse de explozii sǎ fie
în general subiectivǎ, dacă se ţine cont de faptul că aceştia reacţioneazǎ la niveluri de oscilaţie aflate mult
sub nivelul maxim admisibil pentru construcţii.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
136
6.6. Evaluarea mişcărilor pământului generate de explozii
Exploziile în pământ, transmit trei tipuri de unde (fig. 6.6) [65]:
- unda de rarefiere longitudinală N, de perioadă lungă. Această undă este o undă de volum, cu front
sferic şi centrul în O';
- undă transversală (de forfecare), de perioadă lungă (unda secundară). Frontul undei este cilindric,
cu axa poziţionată vertical pe direcţia normalei la suprafaţa pământului, prin centrul încărcăturii.
Particulele pământului se deplasează sub acţiunea ei perpendicular pe direcţia de propagare a undei P, dar
mai lent. Unda S nu schimbă densitatea materialului, ci forma acestuia;
- unda de suprafaţă de perioadă lungă, de tip Rayleigh (unda R). Este o undă de suprafaţă care se
atenuează rapid în adâncime. Ea se propagă mult mai lent decât undele P şi S, particulele pământului
deplasându-se după traiectorii eliptice în plan vertical, în sens invers faţă de propagarea undei, pe partea
superioară a traiectoriei. În mediile stratificate, această mişcare în sens invers generează, pe o axă
perpendiculară pe direcţia de deplasare, o mişcare oscilatorie, denumită undă Love (mişcare asemănătoare cu
cea a valurilor mării).
Undele Rayleigh şi Love se propagă împreună, undele L reducând energia undelor R.
Figura 6.6. Unde seismice generate de o explozie: P - undă de compresiune; SH - undă de forfecare
orizontală; SV - undă de forfecare verticală; R - undă Rayleigh [65]
Pe măsură ce distanţa de locul exploziei creşte, undele de suprafaţă se atenuează mult mai lent
decât cele de volum, peste o anumită distanţă influenţa lor devenind preponderentă, în timp ce procesul
producerii şocului seismic durează câteva milisecunde, oscilaţiile induse pot persista câteva zecimi de
secundă sau chiar câteva secunde.
Oscilaţiile nu constituie un fenomen armonic simplu, ele fiind rezultatul compunerii mai multor
mişcări cu frecvenţe diferite. Frecvenţa oscilaţiei depinde în principal de caracteristicile rocii (atât de la locul
producerii exploziei, cât şi de la locul înregistrării undelor seismice) şi de distanţa faţă de locul exploziei.
În vederea evaluării mişcărilor pământului produse de explozii. sunt necesare [28]:
- înregistrarea oscilaţiilor generate de explozii în pământ;
- cunoaşterea tipurilor de deteriorări ale construcţiilor ca urmare a manifestării acţiunii undelor
seismice induse;
- cunoaşterea legăturilor dintre tipurile de deteriorări şi parametrii dinamici ai oscilaţiilor generate
de explozii.
Scopul efectuării evaluării mişcărilor pământului produse de explozii, constă în [28]:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
137
- stabilirea criteriilor de deteriorare;
- stabilirea metodelor de evaluare a efectului seismic;
- stabilirea unor formule empirice pentru estimarea nivelului oscilaţiilor induse de explozii;
- evaluarea cantitativă a oscilaţiilor induse pentru diferite grade de deteriorare a construcţiilor;
- stabilirea pe baze experimentale, a distanţelor de siguranţă faţă de explozii.
6.6.1. Tipuri de deteriorări. Criterii de deteriorare
Deteriorările provocate construcţiilor în urma acţiunilor seismice provocate de explozii, se
clasifică în [28]:
- deteriorări arhitecturale, care sunt superficiale şi nu afectează structura de rezistentă a
construcţiei;
- deteriorări structurale, care se manifestă la elementele constructive esenţiale ale construcţiei.
Apariţia acestor deteriorări, rezultă în urma solicitării construcţiilor la:
- acţiunea de întindere;
- acţiunea de răsucire;
- acţiunea de forfecare;
- acţiunea de încovoiere;
- acţiunea efectelor locale (tensiuni şi deformaţii locale).
Langefors şi Kihlstrőm (1973) au arătat că toate criteriile de deteriorare pot fi exprimate sub
forma generală [65]:
=
(6.6)
unde:
– reprezintă o constantă;
A – este amplitudinea deplasării orizontale sau verticale a terenului, [m];
– este frecvenţa oscilaţiei, asociată deplasării A, [Hz];
c – este un factor care depinde de lungimea pe care este distribuită deformarea;
– reprezintă frecvenţa proprie a structurii, [Hz];
– sunt coeficienţi care variază în funcţie de acţiunea asupra structurii.
Criteriile de deteriorare generale sunt prezente în tabelul 6.3.
Tabelul 6.3. Valori pentru coeficienţii şi [65]
Acţiunea Criteriul de deteriorare D Unda seismică
Expresia de calcul
Întindere -
compresiune
2 1 1 Verticală cu
1 1 0 Verticală cu
Forfecare
1 1 0 Transversală de
suprafaţă
Încovoiere
2 2 0 Verticală
Efecte locale 1 1 0
1 0 0
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
138
6.6.2. Evaluarea cantitativă a mişcărilor pământului
Principalii parametrii dinamici ce caracterizează oscilaţiile seismice generate de explozii, sunt:
- deplasarea particulei;
- viteza mişcării particulei;
- acceleraţia mişcării particulei;
- frecvenţa oscilaţiilor [28].
Măsurarea parametrilor mişcării pământului se face într-un punct, pe trei direcţii: verticală,
longitudinală şi transversală.
Mărimea oscilaţiei induse terenului depinde de [28]:
- numărul de încărcături care sunt iniţiate şi care îşi însumează efectele (cooperează);
- influenţa mediului asupra puşcării (constrângerea);
- caracteristicile explozivului şi mediului;
- distanţa de la locul puşcării;
- geologia terenului.
6.6.2.1. Evaluarea efectului seismic prin mărimea deplasării particulei
Cercetările în domeniu consideră trei grade de deteriorare ale construcţiilor, datorate efectului
seismic, ce sunt bazate pe gradul de avariere a tencuielii [28]:
1. Fără deteriorări;
2. Deteriorare minoră care constă în fisuri fine în tencuială şi deschiderea unor fisuri vechi;
3. Deteriorare majoră care constă în căderea tencuielii şi avarii structurale;
S-a constatat experimental, că mărimea deplasării particulelor nu oferă niveluri de oscilaţie de
încredere, din cauză că nu ia în considerare parametrul frecvenţă a oscilaţiei.
Conform I.C.I. (1972) şi Buzdugan (1976), nivelurile admisibile ale deplasării particulelor
terenului în funcţie de frecvenţa oscilaţiilor şi tipul clădirilor supuse acţiunii seismice, sunt reprezentate
în tabelele 6.4 respectiv 6.5.
Tabelul 6.4. Niveluri admisibile ale oscilaţiilor (conform Buzdugan et al., 1976)
Frecvenţa oscilaţiei 5 10 20 30 40 50
Nivelul admisibil al deplasării pentru
evitarea fisurilor 2,67 1,35 0,66 0,46 0,33 0,28
Tabelul 6.5. Niveluri admisibile ale deplasării particulelor terenului în funcţie de tipul clădirii supuse
acţiunii seismice (conform I.C.I. 1972)
Tipul clădirii Amplitudinea limită a
deplasării Construcţii vechi, case şubrede, monumente de artă vechi 0.05-0,1
Case, bunuri, etc. dispuse în ansambluri 0,2
Clădiri izolate 0,4
Construcţii(civile sau industriale) proiectate după normative 0,76
6.6.2.2. Evaluarea efectului seismic prin mărimea vitezei particulei
Diverşi autori au obţinut teoretic sau experimental, diferite formule de calcul ale vitezei de
oscilaţie a particulelor pământului, în funcţie de cantitatea de exploziv detonată Q[kg]. O formulă de
calcul unanim recunoscută, este cea a lui Ulf Langefors (6.7), prin care se poate calcula viteza de oscilaţie
a terenului pe baza distanţei scalate [m] şi a unui factor de transmitere K, care este o constantă ce
depinde de omogenitatea mediului şi de prezenţa fisurilor şi a fracturilor în pământ [17]:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
139
[m ] (6.7)
Tabelele care au fost întocmite pe baza factorului de transmitere al rocii K, se folosesc în zonele
din apropierea clădirilor la care nu se cunosc date despre fundaţii (clădiri ce au fost construite parţial pe
teren stâncos şi parţial pe pământ, clădiri fundate pe pile de lemn în argilă etc.). Valoarea factorului K se
modifică în funcţie de caracteristicile terenului şi de distanţă. Materialele precum morena şi argila
(materiale afânate), au valoarea K mai mică decât rocile dure omogene. De asemenea factorul K este mai
mic pentru rocile dezagregate sau fisurate. Valoarea efectivă a factorului K pentru un anumit teren, se
determină cel mai bine prin puşcări test, urmate de măsurarea oscilaţiei terenului.
Datele referitoare la evaluarea efectului seismic prin mărimea deplasării particulei, evidenţiază că
deteriorarea majoră se corelează bine cu viteza particulei. Cercetările internaţionale au propus mai multe
zone de deteriorări. Duvall şi Folgeson (1962), respectiv Langefors şi Kihlstrom (1963), au recomandat
încadrarea deteriorărilor în două zone mari: o zonă nepericuloasă şi o zonă de deteriorări (fig. 6.7) care
sunt separate de nivelul vitezei de aproximativ 51 mm/s a particulei pământului, reprezentând nivelul
maxim admisibil pentru clădirile de locuit. Greenland şi Knowies (1970) indică deteriorările probabile,
asociate cu diferite valori ale vitezei particulei, pentru clădiri de locuit în conformitate cu tabelul următor:
Tabelul 6.6. Deteriorări probabile ale clădirilor de locuit în funcţie de viteza particulei [28]
Viteza maximă a particulei Gradul probabil de deteriorare
> 190 MAJOR - deteriorări structurale prin fisurare, deformare sau
dislocare
140... 190 MINOR - nici o slăbire aparentă a structurii de rezistenţă;
deteriorări ale tencuielii, geamurilor sau zidăriei
100... 140 PRAG - deteriorări puţin perceptibile, fisuri în tencuială,
dislocarea obiectelor fixate
< 50 NIVEL DE SIGURANŢĂ
RECOMANDAT
Figura 6.7. Niveluri de oscilaţie a pământului exprimate prin viteza particulei [28]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
140
De asemenea, Kuzneţov (1971) indică vitezele admisibile ale mişcării pământului în funcţie atât
de categoria construcţiilor (dată de starea lor) cât şi de clasa acestora (după dimensiunile şi destinaţia lor),
în conformitate cu tabelul 6.7.
Tabelul 6.7. Viteze admisibile ale mişcării terenului în funcţie de categoria şi clasa construcţiilor [65]
Categoria
construcţiilor
după starea
lor
Clădiri şi construcţii. Starea lor înainte de explozie
Viteza admisibilă
a particulei pe
clase I II III
A Cu destinaţie industrială sau civilă având carcase metalice sau
din beton armat; cu umpluturi din zidărie de cărămidă-piatră şi cu
consolidare antiseismică
50
70 100
B Cu carcase din beton armat sau metal şi umplutură de cărămidă;
fără consolidare antiseismică; clădiri noi din cărămidă cu pereţi
portanţi şi consolidare antiseismică
20
50 70
C Idem, având fisuri în umplutură; din cărămidă, piatră, blocuri
mari; fără consolidare antiseismică
15
30 50
D Cu carcase cu fisuri în umplutură şi carcasă; din cărămidă, blocuri;
cu fisuri în pereţii de bază şi cei despărţitori
10
20 30
E Cu carcase, cu fisuri în carcasă şi deteriorări aleg legăturilor
diferitelor elemente; din cărămidă sau blocuri mari, cu deteriorări
mari ale pereţilor (fisuri înclinate, fisuri în colţuri) etc.
5 10 20
F Cu carcase din beton armat; cu corodări ale armăturii carcasei şi cu
alte deteriorări; fisuri mari în umplutură etc. Clădiri cu fisuri
numeroase în pereţi, deteriorări ale legăturilor dintre pereţii
exteriori şi interiori etc.; din panouri mari, fără întărituri
antiseismice
3
5 10
Clasele de încadrare corespunzătoare a construcţiilor, se diferenţiază astfel:
Clasa I-a - este corespunzătoare construcţiilor cu destinaţie industrială şi de importanţă mare a
căror durată depăşeşte 20-30 ani, clădiri administrative cu efective mari de oameni, clădiri de locuit cu 3-
5 etaje, case de cultură, cinematografe etc.;
Clasa a II-a - este corespunzătoare construcţiilor cu destinaţie industrială dar cu dimensiuni nu
prea mari în suprafaţă şi având până la trei etaje cu o durată până la 20-30 ani; clădiri administrative cu
aglomeraţii nu prea mari de oameni; case de locuit, magazine, birouri etc.;
Clasa a III-a - este corespunzătoare clădirilor şi construcţiilor cu destinaţie industrială şi
administrativă, a căror deteriorare nu ameninţă locuitorii şi nici instalaţiile importante, cum ar fi: magazii,
puncte echipate pentru transport etc.
În anul 1968, Medvedev a propus o scarǎ a intensitǎţilor seismice, valabilǎ pentru explozii şi
bazatǎ pe corelarea dintre efectele macroseismice (efecte asupra construcţiilor şi oamenilor) şi
caracteristicile determinate instrumental. La întocmirea acestei scǎri, Medvedev a ţinut seama ca efectul
macroseismic, sǎ corespundǎ la un efect potrivit gradului de intensitate pentru cutremure naturale din
scara MSK-64. Folosirea vitezei particulei, (considerat cel mai indicat parametru pentru exprimarea
nivelurilor de oscilaţie produse de explozii), permite o comparare relativ simplǎ cu scara de intensitǎţi
seismice (tab. 6.8).
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
141
Tabelul 6.8. Scara de intensitǎţi seismice ale oscilaţiilor produse de explozii [25]
(grade)
MSK-64
Descrierea efectelor
Viteza
particulei
v (mm/s)
I Oscilaţiile sunt sub limita percepţiei umane şi sunt înregistrate numai de
instrumente
< 2
II Oscilaţiile sunt uneori simţite de oameni, în condiţii favorabile (în special, la
etajele superioare)
2 - 4
III Oscilaţiile sunt simţite de unii oameni sau de cǎtre oameni care sunt
informaţi despre explozie.
4 - 8
IV Oscilaţiile sunt observate de mulţi oameni; se produce un zǎngănit al
geamurilor de la ferestre
8 - 15
V Se desprind porţiuni ale vǎruielii; deteriorǎri la construcţii şubrede 15 - 30
VI Se produc fisuri în tencuialǎ; deteriorǎri la clǎdiri construite prost 30 - 60
VII
Se produc deteriorǎri la construcţii care sunt în stare satisfǎcǎtoare, ca: fisuri
în tencuialǎ, cǎderea de bucǎţi de tencuialǎ, fisuri fine în pereţi, fisuri în
sobe şi coşuri de fum
60 - 120
VIII
Se produc deteriorǎri considerabile la construcţii: fisuri în pereţii portanţi şi
în elementele de rezistenţǎ, fisuri mari în pereţii despǎrţitori, cǎderea
coşurilor şi a tencuielii
120 - 240
IX Distrugerea clǎdirii, adicǎ crǎpǎturi mari în pereţi, exfolierea zidǎriei,
cǎderea de porţiuni din pereţi etc.
240 - 480
X - XII Distrugere mare şi prǎbuşirea construcţiilor > 480
6.6.2.3. Evaluarea efectului seismic prin frecvenţa oscilaţiei particulei
Măsurătorile efectuate de-a lungul anilor, au indicat că există o dependenţă între criteriul de
deteriorare şi frecvenţa oscilaţiei [17].
Astfel, s-a demonstrat că pentru frecvenţe ce depăşesc 10 Hz, criteriul de deteriorare recomandat
este viteza particulei, iar pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz, acesta se alege în funcţie de deplasarea
particulelor [65].
În fig. 6.8, sunt prezentate niveluri maxime admisibile de oscilaţie, exprimate prin deplasarea u
sau viteza v a particulei, în funcţie de frecvenţa oscilaţiei şi viteza de propagare Vp a oscilaţiilor,
pentru trei categorii de structuri:
A - structuri slabe;
B - structuri de rezistenţă medie;
C - structuri rezistente.
Se observă că pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz, corelarea bună dintre deteriorări şi deplasarea
particulei nu este de mare importanţă, deoarece gama de frecvenţe obişnuită a oscilaţiilor de interes în
studiul acţiunii seismice ale exploziilor asupra construcţiilor, este cuprinsă aproximativ între 10 - 60 Hz.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
142
Figura 6.8. Niveluri maxime admisibile de oscilaţie pentru clădiri [28]
6.6.2.4. Evaluarea efectului seismic prin mărimea acceleraţiei particulei
În urma studiilor efectuate, Buzdugan (1976) a prezentat nivelurile de oscilaţie
corespunzătoare diferitelor grade de deteriorare, valabile pentru construcţiile de mică înălţime şi
pentru frecvenţe ale oscilaţiilor mai mici de 20 Hz (conform tab. 6.9).
De asemenea, în vederea evaluării efectului seismic prin mărimea acceleraţiei particulei,
Ciesielski (1963) a prezentat grafic nivelurile de oscilaţie pentru diferite categorii de construcţii şi
terenuri de fundaţii, acestea având aceleaşi limite ca şi cele prezentate de Buzdugan, dar cu valori
diferite.
Tabelul 6.9. Nivelurile de oscilaţie corespunzătoare diferitelor grade de deteriorare [17]
Acceleraţia maximă
a particulei [g]
Gradul probabil de deteriorare
0,23 LIMITA DE STABILITATE peste care structurile
sunt distruse
0,05 LIMITA DE RUPERE a unor elemente individuale ale
structurii, limită deasupra căreia există riscul unor
deteriorări grave
0,01 PRAG DE RIGIDITATE, sub care nu apar deteriorări
importante ale structurii
0,002 PRAG DE SENSIBILITATE la vibraţii, sub care nu există
pericol pentru structură
6.6.2.5. Alte criterii de evaluare a efectului seismic
1. Energia relativă
Pe baza unor înregistrări ale oscilaţiilor produse de explozii cu accelerometre, Crandell (1949) a
introdus o mărime, energia relativă ER, care se calculează presupunând mişcările oscilatorii ca
fiind mişcări armonice simple. Această mărime se calculează cu formula:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
143
[MJ] (6.8)
unde:
a - acceleraţia maximă a particulei, [m/ ];
v - este viteza maximă a particulei, [m/s];
u - deplasarea maximă a particulei, [m];
f - frecvenţa asociată cu amplitudinea maximă a mişcării particulei, [Hz].
În funcţie de valorile obţinute, s-a întocmit o ierarhizare a nivelurilor de energie, corespunzătoare
diferitelor grade de deteriorare a construcţiilor conform tab. 6.10.
Tabelul 6.10. Nivelurile de energie corespunzătoare diferitelor grade de deteriorare [65].
ER Domeniul
< 0,27 (corespunzător v 84mm/s) SECURITATE TOTALĂ
0,27 <... < 0,54 PRECAUŢIE pentru clădiri
construite deficitar
> 0,54 PERICOL pentru toate clădirile
2. Factorul Zeller
Zeller a definit, pentru intervalul 10...100Hz, factorul ce îi poartă numele, cu care se apreciază
severitatea unui eveniment seismic (tab. 6.11)
[ / ] (6.9)
unde:
a - acceleraţia maximă a particulei, [m/ ];
f - frecvenţa maximă a mişcării particulei, [Hz].
Tabelul 6.11. Factorul Zeller [28]
Factorul de
intensitate
Z[ / ]
Descrierea sumară a seismului
l Imperceptibil
2 Foarte uşor
10 Uşor
50 Măsurabil (fisuri mici)
250 Destul de tare
1000 Tare – sub zona periculoasă
5000 Foarte tare (fisuri grave)
20000 Distructiv
100000 Devastator
500000 Nimicitor
2500000 Catastrofal
10000000 Mai mult de catastrofal
3. Intensitatea oscilaţiilor
Buzdugan (1976) a introdus intensitatea oscilaţiilor S, care este un alt criteriu pentru aprecierea
gradului de deteriorare şi care se calculează pe baza factorului Zeller:
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
144
[vibrar] (6.10)
unde:
Z - factorul Zeller;
Dacă se ia [ ] ca valoare de referinţă relaţia anterioară devine
[vibrar] (6.11)
Pe baza acestei relaţii s-a întocmit o scară denumită “scara pericolelor’’(tab. 6.12).
Tabelul 6.12. “Scara pericolelor’’[27]
Intensitatea oscilaţiilor S[vibrar] Clasificarea oscilaţiilor Efectul asupra construcţiilor
10-20 Uşoare Nu există pericol
20-30 Medii Nu există pericol
30-40 Puternice Deteriorări uşoare (fisurarea
pereţilor)
40-50 Severe Fisurarea zidurilor de susţinere
50-60 Foarte severe Distrugerea clădirilor
Cele trei criterii (ER, Z şi S) nu au o fundamentare observaţională suficientă, deoarece încă nu s-a
dovedit că cei trei factori pot fi legaţi de orice tip de deteriorare.
4. Frecvenţa oscilaţiilor induse terenului este şi factorul care deosebeşte fundamental
mişcarea de oscilaţie a terenului provocată de o explozie de cea provocată de un eveniment seismic
natural. Frecvenţele oscilaţiilor induse de explozie sunt mai mari decât cele ale mişcărilor produse de un
eveniment seismic natural, din care motiv primele sunt şi mai puţin periculoase.
6.7. Influenţa geologică şi pedologică locală, asupra mişcărilor pământului generate de
explozii
Structura geologică locală şi particularităţile terenului de fundare, au influenţă asupra estimării
rezultatelor cu privire la avariile construcţiilor în urma producerii exploziilor puternice. Din punctul de
vedere al influenţei structurii geologice locale asupra intensităţii mişcărilor pământului, s-a constatat că
dacă o undă plană de tensiune trece dintr-un mediu cu modul de elasticitate ridicat într-un mediu cu
modul de elasticitate mai mic, deplasările şi acceleraţiile în general, se dublează ca valoare. Rezultă că
atunci când o undă seismică parcurge o zonă stâncoasă după care străbate o zonă aluvionară, va apărea o
dublare a intensităţii mişcării, dacă aluviunile se comportă elastic. În cazul în care undele seismice,
solicită aluviunile peste limita de comportare elastică, se produce o puternică absorbţie de energie care
are ca efect scăderea intensităţii mişcării [25].
Măsurătorile efectuate în timpul unor mişcări foarte slabe ale pământului, au evidenţiat o
intensitate mai mare a mişcărilor pământurilor moi decât a celor compacte. În acest sens, s-a observat că
avariile sunt mai mari la construcţiile executate pe pământuri foarte moi, decât pe cele compacte [190].
Se poate întâmpla în cazul exploziilor şi cutremurelor puternice, ca efectele structurii geologice
locale şi ale particularităţilor pământului să aibă un rol relativ mai puţin însemnat decât în cazul
mişcărilor slabe ale pământului. În urma cercetărilor, pentru exploziile de intensităţi mici şi medii, s-a
stabilit că amplitudinile mişcărilor pământului într-o adâncitură de teren sau într-un strat format dintr-un
amestec de nisip-pietriş-argilă, pot fi de până la 30 de ori mai mari decât cele produse de aceeaşi explozie
în teren stâncos. Diferenţele atât de mari însă nu apar în mod obişnuit [25].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
145
Dacă nu se pot efectua încercări cu aparatură adecvată exact pe locul unde va avea loc explozia
sau dacă datele disponibile nu sunt direct comparabile, există o oarecare nesiguranţă în predeterminarea
mişcărilor terenului [88].
6.8. Caracterul probabil al mişcărilor pământului
Se impune o precizare în legătură cu toate nivelurile de oscilaţii (exprimate în valori de deplasare,
viteză, acceleraţie etc.) care au fost prezentate în paragrafele anterioare. Astfel, oricare nivel N de
oscilaţie nepericuloasă sau periculoasă reprezintă un nivel de tip probabilist. Dacă valoarea observată a
parametrului sau a factorului folosit depăşeşte nivelul N, există o probabilitate suficient de mare pentru ca
nivelul de deteriorare corespunzător lui N, să fie depăşit.
Nivelul de oscilaţie nepericuloasă nu reprezintă o valoare sub care deteriorarea sigur nu se va
produce şi deasupra căreia deteriorarea sigur va apărea. Însă trebuie ţinut cont că probabilitatea de
apariţie a deteriorărilor, creşte sau descreşte atunci când nivelul de oscilaţie creşte sau descreşte faţă de
acel nivel N de oscilaţie considerat nepericulos.
Pentru a recomanda niveluri admisibile realiste ale oscilaţiei terenului generate de explozii,
trebuie executată o inspecţie a construcţiilor protejate. Aceasta va fi urmată de o analiză a posibilelor
riscuri pentru a aprecia sensibilitatea clădirilor, în special a fundaţiilor la oscilaţiile terenului. De
asemenea, pentru stabilirea nivelului admisibil de oscilaţii ale terenului la explozii în vederea protejării
construcţiilor, este necesar să se ia în considerare următorii parametri: rezistenţa la oscilaţii cu frecvenţă
ridicată a construcţiilor, starea generală a acestora, durata şi felul oscilaţiei terenului, modul în care este
construită fundaţia şi calitatea acesteia, precum şi viteza de propagare a undelor în pământul de fundare.
Pentru estimarea riscului de avariere datorat oscilaţiilor terenului sub acţiunea exploziei, se utilizează cele
mai mici valori ale vitezei de oscilaţie ale particulelor pământului, dintre cele recomandate de cercetările
în domeniu [82].
6.9. Încheiere
Caracterul general al mişcărilor pământului generate de explozii, este asemănător cu cel al
mişcărilor generate de cutremure, astfel că exploziile puternice pot oferi o metodă utilă pentru studierea
răspunsului construcţiilor, la excitaţiile produse de cutremure. Energia totală eliberată de o explozie
puternică, (chiar şi nucleară), este mică în comparaţie cu cea eliberată de un cutremur de intensitate
moderată. Totuşi, efectele seismice ale exploziilor nu trebuie neglijate, deoarece pot genera mişcări ale
pământului de intensităţi suficiente pentru a produce avarii construcţiilor aflate în vecinătate [25].
În acest sens, este important să se poată controla viteza de oscilaţie a particulelor pământului,
deoarece s-a demonstrat teoretic şi experimental că aceasta este direct proporţională cu efortul la care
sunt supuse construcţiile. În cazul evaluării mişcărilor pământului produse de explozii, cercetările în
domeniu consideră viteza particulei ca reprezentând cel mai bine criteriul de deteriorare al construcţiilor.
La lucrările de mare importanţă, se recomandă să se efectueze măsurători pentru cel puţin doi
parametri ai mişcării (ex. deplasare, viteză etc.) şi să se cunoască frecvenţelor oscilaţiilor pământului. De
asemenea se recomandă să se determine spectrele Fourier ale oscilaţiilor şi chiar spectrele de răspuns ale
terenului, pe baza înregistrărilor făcute [65].
Datorită acestor considerente, pentru creşterea performanţelor şi rentabilizarea puşcărilor, este
necesară determinarea precisă a valorilor limită superioare ale oscilaţiilor pământului datorate exploziilor,
corespunzătoare celei mai mari avarii admise pentru obiectivele învecinate. De asemenea, pentru
planificarea puşcării în locurile în care pot apărea probleme legate de oscilaţia terenului, este important să
se cunoască relaţiile dintre distanţă, încărcătură şi frecvenţa de oscilaţie a terenului [28].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
146
CAPITOLUL 7
FIABILITATEA GLOBALĂ A CONSTRUCŢIILOR
7.1. Siguranţa construcţiilor
7.1.1. Generalităţi
Legea fundamentală a mecanicii construcţiilor este legea a III-a a lui Newton (1687), denumită
legea echilibrului sau principiul acţiunii şi reacţiunii care, vectorial şi scalar, se poate scrie sub
următoarele forme [105]:
sau , (7.1)
A = R sau A – R = 0. (7.2)
Sistemul matematic egal din aceste ecuaţii înseamnă în mecanică echilibru (fig. 7.1).
Fig. 7.1. Modelul mecanic pentru echilibru este balanţa [105]
Dacă egalitatea dintre acţiune şi reacţiune nu subzistă pot exista următoarele două posibilităţi:
stare de repaus A < R sau A – R < 0 (fig. 4.2 a) (7.3)
stare de mişcare A > R sau A – R > 0 (fig. 4.2 b) (7.4)
a) Repaus b) Mişcare
Fig. 7.2. Stări mecanice [105]
Statica construcţiilor şi rezistenţa materialelor exclud starea de mişcare aşa că la aceste discipline
se poate admite doar forma
A R sau A – R 0 (7.5)
R A
A
A R
R
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
147
în care echilibrul reprezintă o limită a stării de repaus. De aici şi expresia echilibru la limită sau precar.
Newton a formulat legea pentru punctul material în 1686. Pentru a putea fi aplicată la corpurile
deformabile, fenomenele mecanice trebuie schematizate sau modelate. În acest scop acţiunile sunt privite
drept cauze iar reacţiunile ca efecte. Există în prezent trei tehnici de schematizare a fenomenelor:
1. Schematizarea deterministă, care postulează o legătură univocă şi absolută între cauză şi
efect (fig. 7.3). În acest caz efectul cauzei este perfect determinat, iar frecvenţa lui de apariţie este de
100%, adică certă.
Fig. 7.3. Schematizarea deterministă [105]
2. Schematizarea probabilistă, care admite existenţa fenomenelor întâmplătoare sau aleatorii
(fig. 7.4).
Cu alte cuvinte, aceeaşi cauză poate produce efecte diferite, fără legătură între ele. Legătura dintre
cauză şi efect se exprimă prin legi de probabilitate. Se stabileşte astfel probabilitatea de producere a unui
fenomen mecanic, având o anumită probabilitate de apariţie, dintr-o mulţime de fenomene posibile.
Fig. 7.4. Schematizarea probabilistă [105]
Cauza
Efectul
Frecvenţa
relativă
%
100 %
Mărimea efectului
0 0
Cauza
Efectul
Legi statistice
Fascicul de
drepte (ptr.
vânt, zăpadă,
cutremur, etc.
P1 P2
Pn
Pi
0
Puncte în
echilibru
la limită
Domeniu
de
stabilitate
Domeniu de
instabilitate
Rn Ri R2 R1
A
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
148
Fig. 7.5. Schematizarea probabilistă [105]
3. Schematizarea strategică, ţine seama şi de valoarea fenomenelor. Această tehnică de
calcul se bazează pe teoria matematică a jocurilor. Buckminster Fuller (1896 - 1983) a definit strategia
inginerească prin cuvintele “mai mult cu mai puţin”.
Fig. 7.6. Schematizarea strategică [105]
În toate cele trei tehnici de schematizare se folosesc reguli simplificatoare. Aceste reguli trebuie
respectate şi în soluţionarea ecuaţiilor de echilibru sau de condiţie iar rezultatele vor fi valabile numai în
limitele în care regulile iniţiale pot fi menţinute.
Mărimea efectului
Frecvenţa
relativă
%
Frecvenţa
cumulată
%
Mărimea efectului
Curba densităţii de
probabilitate
15%
din
total
Curba
funcţiei
de
repartiţie
100%
0 0
Cost
minim
Costul total
Costul
investiţiilor
Costul
reparaţiilor
0 0 Siguranţa
probabilă
Mărimea
strategică
Frecvenţa
cumulată a
probabilităţii
strategice %
100%
Curba
funcţiei
de
repartiţie
Costul
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
149
Fig. 7.7. Forme şi faze de schematizare [105]
7.1.2. Conceptul de siguranţă a construcţiilor Conceptul de siguranţă este un concept convenţional. Convenţia constă în faptul că fiecare
plăteşte siguranţa pe care o acceptă.
Conceptul de siguranţă pleacă de la Legea acţiunii şi reacţiunii a lui Newton
A = R
(7.6)
Lege Convenţie
unde c reprezintă coeficientul de siguranţă şi are valori supraunitare.
Marginea de siguranţă este definită prin
M = c – 1 M 0 (7.7)
Sub formă probabilistă conceptul de siguranţă devine
A(p) < R(p)
(7.8)
şi reflectă faptul că siguranţa are un caracter probabil.
Siguranţa unei construcţii în prezent, se calculează în secţiunile transversale cele mai
defavorabile. Metodele oficiale inclusiv Eurocodurile, nu fac legătura între secţiuni şi nu schematizează
construcţiile în totalitatea lor.
7.1.3. Concepţii şi tehnici de calcul a siguranţei construcţiilor
În Rezistenţa Materialelor legea acţiunii şi reacţiunii se scrie simbolic sub forma
(7.9)
Siguranţa probabilă
Costul proiectării
0 0
Modele
matem. Modele
fizice
Încercări pe modele
similare
Calcul
manual
Calcul
automat
Faza
Generalizări
Intuiţie
Aproximaţii
Calcul şi
încercări
Concluzii
şi decizia
finală
1
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
150
unde S reprezintă solicitările exprimate prin cele patru tipuri de eforturi secţionale N - forţa axială (N), T
- forţa tăietoare (N), - momentul de încovoiere (Nm) şi momentul de răsucire (Nm) iar R
reprezintă rezistenţele exprimate prin eforturile unitare normale σ şi tangenţiale τ împreună cu
caracteristicile geometrice ale secţiunilor transversale pe care acţionează. Inegalitatea dintre cele două
mărimi, conţine condiţia de siguranţă care este rezerva de rezistenţă sau marginea de siguranţă
M = R – S (7.10)
după asigurarea echilibrului.
La limită când
S = R (7.11)
echilibrul secţiunii de calcul se menţine.
În ceea ce priveşte siguranţa, există trei concepţii asupra alegerii celor două simboluri S şi R
precum şi trei tehnici sau metode de calcul [105].
A. Concepţia deterministă, postulează că între cauză şi efect se stabileşte o corespondenţă
biunivocă. Aceasta înseamnă că unei solicitări îi corespunde o singură deformaţie şi invers, iar unei
rezistenţe o singură deformaţie specifică şi invers (fig.4.8).
Fig. 7.8. Corespondenţa biunivocă între cauză şi efect [105]
Valorile de calcul ale solicitărilor respectiv ale rezistenţelor se consideră ca certe, adică nu variază
după legi aleatoare. Practic, din distribuţia statistică normală Gauss
(7.12)
se consideră numai valorile medii sau aşa-numita speranţă matematică
(7.13)
unde x ia succesiv valorile lui S şi R, iar p(x) este probabilitatea corespunzătoare (fig.7.9).
N
ε
σ
Δ
0 0
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
151
Fig. 7.9. Valorile medii şi [105]
Se observă din figura 7.9 că valorile medii şi sunt cele mai probabile, adică au cea mai
ridicată frecvenţă de apariţie.
Abaterile acestor valori medii şi , considerate în calcule drept mărimi certe, de la care valorile
extreme ale solicitărilor respectiv ale rezistenţelor se corectează prin anumiţi factori aleşi prin analize
statistice şi numiţi coeficienţi de siguranţă.
Concepţia deterministă a cunoscut până în prezent două aplicaţii:
1. Metoda rezistenţelor admisibile, elaborată la începutul secolului al XIX - lea pe baza
modelului Hooke - corp elastic, omogen şi izotrop - consideră drept rezistenţe de referinţă eforturile
unitare şi . Ele reprezintă pentru materiale fragile, limita de elasticitate iar pentru materiale
ductile limita de curgere. Apoi cu ajutorul unui coeficient unic de siguranţă c, adimensional şi
supraunitar, se calculează rezistenţele admisibile
şi
(7.14)
sau simbolic
(7.15)
astfel încât condiţia de siguranţă , incluzând şi cazul limită devine
(7.16)
Se mai folosesc notaţiile
Densitatea probabilităţii solicitărilor
Densitatea probabilităţii
rezistenţelor
Solicitări
Rezistenţe 0
100
%
75%
50%
25%
Frecvenţa
relativă
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
152
(7.17)
pentru factorul de utilizare a materialului şi
(7.18)
pentru marginea de siguranţă.
Metoda rezistenţelor admisibile este foarte simplă şi a fost utilizată cu succes mai mult de un
secol. Dar fiind limitată prin şi a fost considerată neeconomică şi abrogată. 2. Metoda la rupere, elaborată de Prandtl şi Maxwell – corp elastic - vâscos - plastic –
consideră drept solicitări de referinţă eforturile secţionale , , şi . Folosind tot
un coeficient unic de siguranţă
(7.19)
se calculează valoarea efectivă a eforturilor limită
(7.20)
sau simbolic
(7.21)
astfel încât condiţia de siguranţă , incluzând şi cazul limită devine
(7.22)
unde reprezintă sau respectiv rezistenţa de rupere pentru materiale fragile şi rezistenţa de
curgere pentru materiale ductile.
Metoda la rupere este de asemenea foarte simplă şi a fost utilizată cu succes câteva decenii la
calculul secţiunilor din beton armat. Dar datorită unicităţii coeficientului de siguranţă a fost considerată
imprecisă şi abrogată.
B. Concepţia semi-probabilistă, admite că atât solicitările cât şi rezistenţele sunt mărimi
aleatorii şi ca atare sunt guvernate de legi de probabilitate. Astfel, între cauză şi efect nu mai există o
corespondenţă biunivocă. Datorită diversităţii cazurilor practice şi a imperfecţiunilor imprevizibile, unei
singure cauze îi pot corespunde mai multe efecte. Probabilitatea arată de câte ori se produce un efect cu o
anumită valoare. Prin urmare în această concepţie fiecare valoare a solicitării S şi a rezistenţei R are o
anumită probabilitate de apariţie. Reciproc, dacă se admite sau se impune o anumită probabilitate p din
curbele densităţii de repartiţie, se obţin imediat solicitările respectiv rezistenţele ce caracterizează
fenomenul. Evident, din raţiuni de siguranţă, conform condiţiei , situaţia cea mai defavorabilă
survine când la aceeaşi probabilitate p se compară cu (fig.7.10).
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
153
a)Solicitări b) Rezistenţe
Fig. 7.10. Curbe de probabilitate [105]
Fenomenele inginereşti sunt cu atât mai bine caracterizate cu cât probabilitatea valorilor extreme
sau limită şi este mai mică. De exemplu o probabilitate de 1,5 ‰ poate fi considerată
satisfăcătoare pentru nevoile practice curente. Dar pentru obţinerea unei astfel de probabilităţi trebuie
efectuate 2000 de încercări din care doar 3 sunt semnificative. Şi cum fiecare rezultat trebuie verificat de
minim cinci ori, numai pentru o singură valoare S sau R ar fi necesare 10 000 de încercări.
Dotarea tehnologică actuală a laboratoarelor, nu este capabilă să satisfacă acest volum de
încercări. De aceea se ridică nivelul probabilităţii în detrimentul preciziei. Astfel o probabilitate de 5%
este considerată în prezent ca realizabilă. În aceste condiţii, se trasează curbele densităţii de probabilitate
ale solicitării şi rezistenţei, determinându-se pentru probabilitatea p = 5% valorile şi
(fig.7.11).
Fig. 7.11. Valorile limită şi [105]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
154
Aceste valori limită, deşi corespund unor cercetări experimentale obiective şi riguroase, datorită
numărului relativ mic de încercări (5 din 100), sunt considerate prea puţin precise pentru a fi introduse în
condiţia de siguranţă S < R. De aceea ele se corectează cu diferiţi coeficienţi, deduşi prin analize
statistice şi denumiţi ca în concepţia deterministă de siguranţă. Datorită acestei corecţii, concepţia se
numeşte semi-probabilistă şi stă la baza tehnicii actuale de calcul.
3. Metoda la stări limită, elaborată în prima jumătate a secolului al XIX-lea pe baza modelelor
Prandtl şi Maxwell consideră următoarele două stări limită:
I. Stări limită ultime de
- Rezistenţă;
- Stabilitate;
- Oboseală.
II. Stări limită ale exploatării normale datorate
- Deformaţiilor sau deplasărilor excessive;
- Deschiderii fisurilor;
- Vibraţiilor cu amplitudini inacceptabile.
Pentru calculul practic în ambele stări limită, solicitarea maximă de probabilitate p se amplifică cu
un coeficient n de supraîncărcare obţinându-se solicitarea de calcul
n > 1 (7.23)
Rezistenţa minimă de aceeaşi probabilitate p se reduce cu un coeficient de omogenitate k
obţinându-se rezistenţa de calcul
k < 1 (7.24)
iar în condiţia simbolică de siguranţă S < R se introduce coeficientul condiţiilor de lucru m, care ţine
seama de eventualele neconcordanţe dintre calcule şi realitate, astfel că în final, condiţia S < R incluzând
şi cazul limită devine
(7.25)
Cei trei coeficienţi de siguranţă iau în consideraţie abaterile posibile ale solicitărilor şi
rezistenţelor reale faţă de cele de calcul, abateri ce nu ar fi incluse în probabilitatea de 5 %. În plus se ţine
seama de ceea ce se întâmplă cu construcţia în momentul atingerii stării limită şi dacă există sau nu
rezerve de rezistenţă.
Se are în vedere de asemenea modul în care cedează construcţia, cu sau fără avertizare.
Metoda la stări limită este în prezent oficial în vigoare pentru toate construcţiile din oţel,
aluminiu, lemn, zidărie şi beton precum şi pentru terenul de fundaţie. Periodic, ea este susceptibilă de
perfecţionări prin modificarea celor trei tipuri de coeficienţi de siguranţă. Totuşi într-un viitor mai mult
sau mai puţin îndepărtat, urmează să fie înlocuită printr-o tehnică de calcul mai avansată.
C. Concepţia probabilistă, elimină complet orice coeficient de siguranţă prin reducerea
probabilităţii de apariţie a solicitărilor şi rezistenţelor limită sau extreme la valori oricât de mici, de
exemplu sub 1,5 ‰ (fig. 5.19).
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
155
Fig.7.12. Verificarea probabilistă [105]
În această situaţie condiţia simbolică de siguranţă , incluzând şi cazul limită devine
(7.26)
În acest caz construcţia va fi exploatată cu o siguranţă considerată satisfăcătoare, fără însă ca
aceasta să fie o siguranţă absolută. Faţă de probabilitatea de referinţă p adoptată prin prescripţii, se poate
calcula probabilitatea de supravieţuire a construcţiei (SAFE-LIFE) sau riscul de distrugere controlată
(FAIL-SAFE).
Problema fundamentală a acestei concepţii de calcul, constă în stabilirea probabilităţii de referinţă
p şi determinarea pe curbele densităţii de repartiţie a solicitărilor şi a rezistenţelor limită.
7.2. Noţiunea de calitate
7.2.1. Generalităţi
Construirea într-un timp şi la un cost cât mai redus a unei construcţii de bună calitate, a fost şi va
rămâne un deziderat al oricărui constructor şi beneficiar.
Cerinţele pieţii, solicită în permanenţă depistarea celor mai efeiciente metode de analiză a tuturor
posibilităţilor de care se dispune, pentru a. se soluţiona diferitele probleme legate de realizarea unor
calităţi şi fiabilităţi ridicate atât la materialele de construcţie cât şi la construcţiile executate.
Abordarea aspectelor legate de asigurarea calităţii şi fiabilităţii la o construcţie, solicită informaţii
din diferite domenii pluridisciplinare, cum ar fi: statistica matematică, teoria sistemelor, teoria
probabilităţilor, fizica aplicată, tehnologia materialelor, tehnologii de fabricaţie etc. [47].
7.2.2. Conceptul de calitate
Calitatea reprezintă ansamblul de proprietăţi şi caracteristici ale unei entităţi care îi conferă
acesteia aptitudinea de a satisface necesităţi exprimate şi implicite [60].
Proprietăţile şi caracteristicile se referă în principal la:
- contracte, comenzi, solicitări între beneficiar (utilizator, consumator) şi producător (executant);
- standarde şi norme acceptate atât de furnizor cât şi de client.
Sistemul calităţii, definit de Organizaţia Internaţională de Standardizare (ISO) în seria de
standarde 9000, s-a dezvoltat ca răspuns la provocările globalizării crescânde a pieţei şi a fost unanim
acceptat la nivelul Uniunii Europene. Pentru ţările din afara UE, certificarea sistemului calităţii este
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
156
înţeleasă ca un paşaport pentru intrarea pe piaţa Uniunii. Chiar şi companii mari din Japonia şi S.U.A.
care au programe pentru controlul calităţii bine concepute, sunt în căutare de certificări conforme cu
standardele ISO 9000, pentru a obţine credibilitate la nivel internaţional. În ţara noastră, SR ISO 8402 din
1995, ediţia a 2-a, defineşte termenii fundamentali referitori la conceptele calităţii, aşa cum aceştia se
aplică în toate domeniile, pentru elaborarea şi utilizarea standardelor referitoare la calitate, precum şi
pentru o înţelegere reciprocă în comunicaţiile internaţionale [47].
7.2.3. Componentele calităţii
Calitatea este formată din patru componente principale [60]:
a) caracteristicile produselor;
b) preţul produselor;
c) termenele de livrare;
d) serviciile oferite.
O importanţă deosebită revine condiţionării între valorile caracteristicilor şi preţ, ceea ce de regulă
este exprimat prin raportul calitate-preţ.
a) Ca sferă de interes, ansamblul caracteristicilor polarizează nuanţat optica beneficiarului
(caracteristici constructive, funcţionale, ergonornice), a producătorului (caracteristici tehnologice),
societăţii (caracteristici ecologice) şi comun tuturor dar strict specifice, sunt aspectele caracteristicilor
economice;
b) Preţul produsului - reprezintă o categorie economică distinctă şi, cu toate că este inclus în
cadrul caracteristicilor economice, s-a menţionat separat, deoarece are o contribuţie comparabilă cu cea a
ansamblului caracteristicilor;
c) Termenele de livrare - într-o economie de piaţă respectarea termenelor este o condiţie "sine qua
non" a asigurării calităţii. Un produs sau un serviciu - chiar foarte bun, nelivrat la timp, atunci când e
necesar, poate să aducă prejudicii grave beneficiarului (clientului);
d) Serviciile oferite - serviciile sunt, spre exemplu, în spaţiul activităţilor comerciale: facilităţi
oferite, garanţii acordate, livrarea pieselor de schimb, activităţi de service/acţiunile de întreţinere privind
formarea personalului de exploatare.
7.2.4. Standardele calităţii. Acceptare şi aria de răspândire
Sistemele de management al calităţii sau "sistemele de asigurare a calităţii" sunt sisteme specifice
unor organizaţii. Acestea nu sunt unitare şi din acest motiv pot fi standardizate doar recomandări şi
directive generale pentru sistemul de management al calităţii [60].
Dezvoltarea reglementărilor MC a pornit din SUA în anii '50, şi a fost impulsionată de condiţiile
stricte de calitate impuse de industria militară şi după aceea de condiţiile stricte de securitate ale uzinelor
nucleare. După 1963, odată cu norma MIL Q 9858, aceste reglementări s-au răspândit în toate ţările
occidentale şi s-au perfecţionat pe parcurs, ajungând în cele din urmă la seria de standarde internaţionale
ISO 9000. Datorită piedicilor în desfăşurarea comerţului ca urmare a reglementărilor specifice unei
branşe sau la nivel naţional, s-a impus necesitatea discutării unui standard unitar pe plan mondial şi care
să depăşească specificul unei branşe. Această sarcină de redactare a unei reglementări privind asigurarea
calităţii, luând în considerare toate reglementările cunoscute în acea vreme, a revenit Comitetului ISO TC
176. După apariţia lor în anul 1987, aceste standarde au fost preluate de cele mai multe ţări membre ISO.
Deoarece organizaţiile europene care se ocupă de standardizare (CEN şi CENELEC), au ridicat
seria de standarde ISO la rang de standarde europene sub denumirea EN, ele au devenit obligatorii pentru
ţările membre ale UE şi sunt recomandate cu insistentă ţărilor EFTA [47].
În România aceste standarde au fost adoptate sub titulatura SR EN ISO.
Colecţia de standarde ISO 9000 este editată în 58 de ţări, ca standard naţional în limba ţării
respective şi este cel mai răspândit standard al Organizaţiei Internaţionale pentru Standardizare - ISO. În
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
157
32 de ţări s-a introdus certificarea sistemelor de management al calităţii conform ISO 9001, 9002 sau
9003 iar pe mapamond există peste 20.000 de certificate.
Uniunea Europeană a preluat colecţia de standarde sub denumirea de EN ISO 9000.
Standardele tehnice respectiv reglementările, nu au caracter de lege şi trebuie înţelese drept
recomandări. Cine se abate de la acestea, poartă în mod special răspunderea [47].
7.3. Noţiunea de fiabilitate
7.3.1. Definiţie. Conceptul şi categorii de fiabilitate
Definită la început "siguranţa în funcţionare", noţiunea de fiabilitate a apărut în jurul anului 1960,
fiind desprinsă din conceptul de calitate şi reprezentând la acea dată capacitatea produsului de a-şi
menţine calitatea specificată pe toată durata de utilizare.
Fiabilitatea unui sistem presupune o probabilitate de funcţionare în timp iar noţiunea de calitate se
referă la o stare de moment şi nu la comportarea viitoare a sistemului. Din păcate, există încă o oarecare
confuzie asupra relaţiei între termenii fiabilitatea şi siguranţa în funcţionare a unui sistem, care de multe
ori sunt consideraţi echivalenţi, trecându-se astfel cu vederea că fiabilitatea reprezintă o caracteristică care
condiţionează siguranţa în funcţionare a unui sistem [47].
De fapt, fiabilitatea unui sistem este legată de pura sa capacitate de bună funcţionare, în timp ce
siguranţa în funcţionare, se referă la întreaga sferă din jurul sistemului: microclimat, personal care
deserveşte sistemul, alte sisteme aflate în legătură cu acesta etc. Este în general o idee acceptată, că prin
creşterea fiabilităţii unui sistem, creşte şi siguranţa sa în funcţionare [72].
Fiabilitatea reprezintă una din componentele de bază ale calităţii unui produs [80].
Teoria fiabilităţii este o ştiinţă interdisciplinară, care se referă la etapele de existenţă a produselor
cum ar fi proiectarea, fabricarea, transportul, montarea, exploatarea, reabilitarea, demolarea etc. Între
calitate şi fiabilitate există o strânsă legătură deoarece "aptitudinea de folosire” din definiţia calităţii,
include capacitatea de folosire în timp a unui produs.
Nivelul actual de dezvoltare, impune noilor produse să li se asigure şi o fiabilitate ridicată. În
ultimul timp, beneficiarii înscriu în clauzele contractuale condiţii referitoare la fiabilitate. Ca urmare, au
apărut programe de calcul prin care fiabilitatea a trebuit să fie prognozată, măsurată sau asigurată [120].
Conceptul de fiabilitate este definit sub două aspecte: cantitativ şi calitativ [50].
a) Privită sub aspect cantitativ, fiabilitatea este probabilitatea ca un sistem să-şi îndeplinească
funcţia fundamentală, în condiţii date, pe o perioadă de timp precizată;
b) Sub aspect calitativ, fiabilitatea reprezintă ansamblul caracteristicilor calitative ale unui
sistem, care determină aptitudinea acestuia de a-şi îndeplini funcţia specifică, în condiţii prescrise, de-a
lungul unei perioade de timp precizate.
Datorită caracteristicilor sale calitative, printre care se numără şi fiabilitatea, sistemul este
purtătorul material al unui serviciu pe care îl îndeplineşte. Se poate spune că fiabilitatea reprezintă şi
"calitate în timp".
În figura 7.13 este prezentată, modalitatea de variaţie a fiabilităţii, pornind de la necesitatea
socială şi terminând cu faza de exploatare [47].
În funcţie de etapa de realizare a fiabilităţii, rezultă următoarele categorii de fiabilitate:
1. Fiabilitatea proiectată, care poate fi determinată în perioada fazei de concepere şi
proiectare a sistemului. În această fază, se execută verificarea fiabilităţii, pe baza unui model matematic,
în conformitate cu specificaţia tehnică şi se stabileşte mentenanţa sistemului, în condiţiile de exploatare
prescrise;
2. Fiabilitatea experimentală se determină în laboratoare, pe standuri şi instalaţii care
realizează condiţiile reale de exploatare ale sistemului;
3. Fiabilitatea operaţională se determină pe baza rezultatelor obţinute de la beneficiari, în
condiţii de exploatare a unui mare număr de sisteme.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
158
Fig. 7.13. Deprecierea fiabilităţii între necesităţile sociale şi momentul exploatării [47]
7.3.2. Obiectele teoriei fiabilităţii
Privite la modul general, "obiectele de studiu" ale fiabilităţii poartă denumirea de sistem şi
element [18].
Sistemul reprezintă un ansamblu - integrat sau nu - de elemente între care există relaţii
deterministe, precum şi totalitatea acestor relaţii (ex. construcţia).
Elementul - este o parte a sistemului, capabilă să îndeplinească o anumită funcţiune în cadrul
acestuia (ex. elementul de construcţie).
Din punct de vedere al fiabilităţii, elementul este o componentă a sistemului, ce poate fi
caracterizată prin proprii indicatori de fiabilitate.
7.3.3. Fiabilitatea fizică
7.3.3.1. Mecanismul general al defectărilor
Termenul de fiabilitate este strâns legat de următorii doi termeni şi anume: neconformitate şi
defect [47], [137].
Potrivit SR ISO 3534-2-1996, neconformitatea reprezintă nesatisfacerea unei condiţii specifice şi
poate reprezenta o abatere a unei caracteristici de calitate de la nivelul dorit sau o stare care apare cu
severitate suficientă astfel încât produsul sau serviciul asociat, să nu îndeplinească cerinţa unei
specificaţii. Acelaşi standard defineşte defectul ca nesatisfacerea unei condiţii de utilizare prevăzute.
Acesta se consideră o abatere a unei caracteristici de calitate de la nivelul dorit (impus) din motive
normale sau raţional previzibile. Din cele prezentate mai sus, rezultă că noţiunea de neconformitate se
foloseşte de către producător la controlul calităţii sau la recepţia produselor, iar cea de defect, în procesul
de exploatare al produsului [47].
Încetarea capacităţii unui produs de a-şi îndeplini sarcinile impuse sau întreruperea funcţionării
lui în perioada de exploatare, se numeşte defectare sau cădere.
Utilizare Fabricaţie Creaţie Marketing
Nivel obţinut cu
întreţinere
preventivă
necorespunzătoare
Nivel de fiabilitate în
exploatare obţinut cu
revizii periodice
Depreciere
datorită
uzurii
Depreciere în
exploatare datorită
uzurii cauzate de
întreţinere
necorespunzătoare
Nivel de fiabilitate
acceptat(realizat)
Nivel de fiabilitate potenţial
(al concepţiei)
Nivel de fiabilitate relevat
de cercetarea pieţii
Nivel ideal al fiabilităţii
B
C
D
E
G
H
F
N
A
Nivel de
fiabilitate
Exploatarea sistemului
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
159
Se poate afirma că defectele reprezintă cauza defectărilor. Aflarea cauzelor apariţiei defectelor,
rezultă în urma efectuării unei analize calitative a procesului de degradare la nivel microstructural al
materialelor din care sunt executate elementele componente ale produselor.
Cercetările efectuate în domeniul rezistenţei materialelor, au postulat că " un punct de defect
apare într-un obiect perfect, atunci când energia înmagazinată după o anumită lege, depăşeşte o valoare
critică ".
În cazul unui schimb energetic cu mediul înconjurător, cantitatea de energie absorbită de material
se înmagazinează în structură. Pentru toate materialele şi implicit elementele care au înglobate aceste
materiale, există o valoare critică a aceastui mecanism de înmagazinare a energiei, faţa de care energia în
exces determină modificări asupra legăturilor din interiorul structurii. Această valoare critică se numeşte
limită de rupere. Materialele prezintă imperfecţiuni structurale, ce contribuie la creearea unor zone de
material cu legături slabe. La nivel global, legăturile din interiorul materialelor, se aseamănă cu un şir de
verigi ale unui lanţ, iar existenţa imperfecţiunilor reprezintă veriga slabă a acestui lanţ [47].
În cazul unui schimb energetic cu exteriorul, energia absorbită de material poate cauza ruperea
legăturilor slabe şi distrugerea zonei structurale respective. Rezultă că rezistenţa critică a unui sistem, este
dată de elementul lui cea mai slab.
Evoluţia în timp a unui defect este foarte importantă. De exemplu, în situaţia unei structuri în care
un număr de elemente au cedat, încărcările pe elementele constructive rămase, cresc odată cu căderea
fiecărui element slab. Viteza de creştere a încărcărilor, este strâns legată de înmulţirea cedării
elementelor. Rezultă că timpul în care cedează un nou element se scurtează, accelerând procesul de
defectare globală. În situaţia în care structura conţine imperfecţiuni mari (ex. fisuri, crăpături, incluziuni),
repartiţia energiei înmagazinate se schimbă esenţial şi apare fenomenul de concentrare energetică [47].
7.3.3.2. Interacţiunea sarcină – rezistenţă
Fig. 7.14. Legătura dintre rezistenţă şi sarcină [47]
0
1
Timpul
Durabilitate
Fiabilitatea
Sarcină constantă
Rezistenţă
Log.
Rezistenţei
Log.
Sarcinii
0
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
160
Condiţia de asigurare a unei anumite fiabilităţi pentru un material, este ca rezistenţa structurii
acestuia să depăşească sarcina aplicată pe o anumită perioadă de timp. Când rezistenţa scade, aceasta
poate să ajungă la valoarea sarcinii sau la valori mai mici decât aceasta, rezultând defectarea sistemului
(fig. 7.14) [47].
Când asupra sistemului, influenţează şi alţi factori, graficul din fig. 7.14 se modifică, în sensul că
se reduce timpul de folosinţă al sistemului.
Procesul de defectare este de regulă mult mai complex, deoarece în multe situaţii, sarcina aplicată
nu este constantă ca în fig. 7.14, ci variabilă.
7.3.3.3. Tipuri de defecţiuni
Defecţiunea reprezintă rezultatul unui proces de defectare, care împiedică funcţionarea unui
sistem. Defectările sistemelor, se clasifică după mai multe criterii (tab. 7.1).
Tabelul 7.1. Clasificarea defecţiunilor [47]
Nr. crt. Criteriul Tipul defecţiunii
1 Natura defecţiunii - Funcţionale şi structurale
- De aspect
- De asamblare
2 Mod de depistare - Vizibilă
- Ascunsă
3 Cauza apariţiei - Generate de concepţia constructivă
- Generate de concepţia tehnologică
- Generate de regimul de exploatare
4 Importanţă - Critice
- Majore
- Minore
5 Durata defectării - Temporară
- Intermitentă
- Definitivă
6 Posibilitatea eliminării - Eliminabilă
- Neeliminabilă
7 Nivelul defectării - Totală
- Parţială
8 Viteza de apariţie - Bruscă
- Progresivă
9 Frecvenţa apariţiei - Unică
- Sistematică
10 Legătura dintre defecţiuni - Dependente
- Independente
Pentru a preveni defecţiunile, este foarte importantă cunoaşterea cauzelor apariţiei acestora.
Defecţiunile cauzate de concepţia constructivă au greşeli de proiectare iar cele generate de
concepţia tehnologică şi de execuţie, au la bază greşeli de concepere şi de proiectare a tehnologiilor de
fabricare.
În faza de execuţie, defecţiunile sunt generate de [47]:
- natura materialului;
- maşina sau utilajul tehnologic;
- operatorul uman;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
161
- metoda de control.
Defecţiunile generate de regimul de exploatare, au loc datorită greşelilor comise în folosirea
incorectă a datelor privind modul de exploatare, neatenţiei şi necunoaşterii. La sistemele mecanice,
defecţiunile apar în general datorită fenomenului de uzură şi întreţineri necorespunzătoare şi au un
caracter gradual [47].
7.3.4. Fiabilitatea statistică. Indicatori de fiabilitate
În sens cantitativ, fiabilitatea reprezintă probabilitatea ca sistemul să-şi îndeplinească funcţia
fundamentală, pe o perioadă de timp prestabilită, în anumite condiţii date [114].
Conform acestei definiţii, probabilitatea de bună funcţionare p(t) poate fi exprimată prin relaţia:
p(t) = P(t > ) (7.27)
în care t este variabila aleatoare timp iar este limita specificată a duratei de bună funcţionare sau a
numărului de cicluri de funcţionare.
Ţinându-se seama de regulile probabilităţilor, se pot deduce următoarele:
- dacă t = 0, p(0) = 1;
- dacă , p(t) 0.
Din punct de vedere probabilistic, momentul apariţiei unei defecţiuni nu poate fi stabilit cu
certitudine, ci numai sub forma unei probabilităţi, căreia i se poate ataşa un interval de încredere.
Conceptul de fiabilitate al sistemelor are atât caracter probabilistic, cât şi statistic. Caracterul
statistic, indică faptul că determinarea caracteristicii de fiabilitate se face numai pe baza datelor despre
defecţiunile constatate în perioada exploatării sistemelor [135].
Mărimile care exprimă cantitativ fiabilitatea produselor sunt indicatorii de fiabilitate.
Aceştia sunt [86], [136]:
- probabilitatea de bună funcţionare (funcţia de fiabilitate);
- probabilitatea de defectare (funcţia de defiabilitate);
- densitatea de probabilitate a defectărilor (densitatea avariilor);
- intensitatea defectărilor (funcţia de risc);
- timpul mediu de bună fucţionare (durabilitatea).
7.4. Scheme de fiabilitate a sistemelor
Sistemele sunt constituite din elemente între care există relaţii de ordin funcţional.
Abordarea problematicii fiabilităţii sistemelor, implică următoarele [114]:
- cunoaşterea parametrilor funcţionali ai sistemelor şi elementelor componente;
- asocierea pentru fiecare element component al unui sistem a stărilor de funcţionare şi de defectare;
- pentru construirea schemei logice de fiabilitate a sistemelor, se indică legăturile dintre elementele
componente.
Un sistem poate fi privit sub două aspecte [18]:
- funcţional, prin schema bloc funcţională;
- logic, prin schema logică de fiabilitate.
Schema bloc funcţională a unui sistem, indică modul de dispunere a elementelor componente,
funcţiile lor tehnologice şi condiţiile tehnice de funcţionare a sistemului.
Schema logică de fiabilitate, oferă indicaţii referitoare la legătura care există între fiabilitatea
fiecărui element şi fiabilitatea întregului sistem.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
162
În funcţie de complexitatea sistemului, schema logică de fiabilitate, poate să fie asemănătoare cu
schema bloc funcţională.
În orice moment, un sistem se poate afla într-una din stările de funcţionare sau de defect.
Deoarece un sistem se compune din n elemente, notate de la 1...n, rezultă că orice element component se
poate afla la un moment dat în stare de funcţiune sau de defect. Starea întregului sistem, depinde numai
de starea elementelor componente [47].
Elaborarea schemei logice de fiabilitate (schemei de conexiuni) [21].
Se parcurg următoarele etape:
- se reprezintă căile de transmitere a informaţiei prin linii unidirecţionale;
- elementele conectate în serie au o singură cale de transmitere a informaţiei;
- elementele conectate în paralel au ” i+1” căi de transmitere a informaţiei;
- modulul reprezintă un element sau un grup de elemente ce funcţionează corect dacă semnalul trece de la
intrare până la ieşirea lor;
- liniile şi modulele se conectează obţinându-se o schemă logică de fiabilitate a sistemului.
Pentru efecuarea analizei fiabilităţii sistemelor se utilizează [18]:
a) metoda statică;
b) metoda dinamică.
a) Dacă sistemul trebuie să lucreze fără să se defecteze într-un anumit interval de timp şi în
condiţii de exploatare date, se utilizează metoda statică cu aplicarea principiilor de bază ale teoriei
probabilităţilor;
b) Dacă condiţiile de exploatare ale sistemului nu sunt date, se utilizează metoda dinamică şi
elementele de bază ale proceselor aleatoare.
În funcţie de specificul şi particularităţile fiecărui sistem, calculul fiabilităţii se face în general în
trei etape [18]:
a) proiectare;
b) fabricaţie;
c) exploatare.
Calculul fiabilităţii este foarte important în prima fază, când proiectantul trebuie să rezolve două
probleme [86]:
1) proiectarea unui sistem cu caracteristici date şi capabil să realizeze anumite funcţiuni în
conformitate cu condiţiile tehnice impuse;
2) proiectarea unui sistem fiabil în exploatare.
Sistemele sunt constituite din unităţi funcţionale şi din unităţi constructive iar respectivele valori
numerice ale parametrilor de fiabilitate se determină relativ uşor. Descompunerea aceasta nu este unică.
Ea depinde de modul de analiză a fiabilităţii sistemului, de informaţiile privitoare la componente şi
despre parametrii lor de fiabilitate, etc.
Variaţia parametrilor de fiabilitate ai sistemului sunt funcţii aleatoare.
7.5. Durabilitatea structurală
Durabilitatea indică limita până la care valorile caracteristicilor sunt menţinute pe durata de
viaţă, ţinând cont de procesul natural de modificare al caracteristicilor, excluzând efectul acţiunilor
exterioare agresive [113].
Durabilitatea este o exigenţă fundamentală în Directiva CEE. Având în vedere că exigenţele
esenţiale sunt funcţii de timp şi trebuie îndeplinite în orice moment al duratei de viaţă a construcţiilor,
rezultă că durabilitatea este un deziderat fundamental.
În Eurocod nr. 2 - capitolul 4.1 - Proiectarea structurilor din beton, se defineşte durabilitatea unei
structuri în timpul duratei de serviciu ca fiind cerinţa: „ca aceasta să-şi îndeplinească funcţionalitatea, cu
asigurarea rezistenţei şi stabilităţii, fără pierderi semnificative ale funcţionalităţii, în cazul unei
mentenanţe uzuale".
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
163
Studierea durabilităţii structurale, necesită cunoştinţe multidisciplinare. S-a ajuns să se utilizeze
tehnici sau metode de experimentare din ce în ce mai performante şi complexe atât pentru cercetările de
laborator cât şi pentru investigarea unor construcţii existente. În urma acestor investigaţii, s-a stabilit că
este necesară conformarea structurii din punct de vedere al durabilităţii [34].
Pe baza durabilităţii se determină costul lucrărilor de întreţinere sau mentenanţă. În acest sens, este
necesar să fie impuse cerinţe de calitate pentru executant şi condiţii de exploatare şi întreţinere pentru
utilizator [118].
Ca măsură a durabilităţii structurale se poate adopta noţiunea de „fiabilitate structurală".
7.6. Conceptul de fiabilitate structurală
7.6.1. Generalităţi
Fiabilitatea structurală reprezintă probabilitatea, ca o lucrare de construcţii să-şi îndeplinească,
în mod adecvat, misiunea pentru care a fost realizată, cel puţin un timp dat [103].
Conceptul de fiabilitate structurală a apărut în anii “90. Prin această metodă s-a căutat să se
găsească o legătură între secţiunile unei construcţii. Această legătură s-a găsit pe baza unor scheme
fiabiliste [103].
Istoria schemelor fiabiliste a parcurs mai multe etape [103]:
- conceptul de cedare la limită;
- conceptul de lanţuri de articulaţii plastice;
- concepte bazate pe ductilitate.
Siguranţa şi fiabilitatea structurilor, sunt reglementate de următoarele coduri şi standarde:
Eurocod 1, Eurocod 6, Eurocod 8, respectiv ISO 2394:1998 – Principii generale privind fiabilitatea
pentru structuri, ISO 13822:2001 - Baze pentru proiectarea structurilor - Evaluarea structurilor
existente, a doua ediţie ISO 13822:2010 - Baze pentru proiectarea structurilor; Evaluarea structurilor de
patrimoniu, precum şi alte normative utilizate la nivel naţional.
Conceptul comun al codurilor, constă într-o verificare a integrităţii structurale în ceea ce priveşte
starea limită de serviciu (daune locale, vibraţii excesive şi deformări) şi starea limită ultimă înaintea
colapsului (pierderea echilibrului, instabilitatea sau schimbări bruşte de sistem structural).
Conceptul comun al standardelor, recomandă determinarea probabilităţii de eşec.
Sunt diferite metode de calcul sau de aproximare a probabilităţii de eşec.
Standardul ISO 13822 recomandă asocierea indicelui de fiabilitate β pentru fiecare dintre aceste
condiţii în parte. Valorile indicelui β sunt cuprinse în intervalele: 0 ÷ 2,3 pentru starea de serviciu, 2,3 ÷
3,5 pentru starea de uzură (oboseală) şi 3,5 ÷ 4,3 pentru starea limită ultimă.
Prin urmare, poate fi selectată o valoare sigură a indicelui cuprinsă între β = 3.5 ÷ 4.3, atunci când
este efectuată o verificare completă la colaps a unei structuri [103].
Standardul ISO 2394:1998 recomandă metoda FORM de calcul a probabilităţii de eşec, din cauza
simplităţii sale în aplicare şi preciziei satisfăcătoare.
Această metodă de calcul propusă de ISO 2394:1998 şi preluată ulterior de ISO 13822:2001 şi
ISO 13822:2010, poate fi utilizată pentru evaluarea riscului seismic al clădirilor existente în vederea
consolidării sau demolării, fie pentru proiectarea seismică a clădirilor noi.
7.6.2. Concepţia actuală de fiabilitate structurală
Construcţiile sunt concepute să reziste la acţiuni de diferite intensităţi pe durata lor de existenţă.
Pentru a se asigura faptul că aceste structuri rămân fiabile o dată cu trecerea timpului, ISO a
publicat un standard pentru evaluarea siguranţei şi stării de funcţionare a structurilor existente.
Standardul ISO 13822:2001, Baze pentru proiectarea structurilor – Evaluarea structurilor existente, a
fost dezvoltat ca un ghid practic pentru inginerii de structură şi clienţii lor.
În cea a doua ediţie, ISO 13822:2010, detaliază pentru prima dată, caracteristicile şi orientările
specifice privind evaluarea structurilor de patrimoniu.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
164
Prof. Hirozo Mihashi, liderul proiectului de standard, explica: “Suntem foarte încântaţi că
începând de acum standardul include şi recomandările specifice pentru structurile de patrimoniu, care
reprezintă comoara culturală şi intelectuală a lumii. Este important ca aceste clădiri să poată fi menţinute
în bune condiţiuni, pentru a se bucura de ele în siguranţă şi generaţiile viitoare.”
Cu o populaţie mondială în creştere, este din ce în ce mai importantă activitatea de extindere a
duratei de viaţă a structurilor existente. Însă evaluarea siguranţei construcţiilor, necesită abilităţi foarte
diferite de cele necesare dezvoltării unor noi structuri, incluzând cunoştinte dincolo de sfera de aplicare a
codurilor de proiectare.
ISO 13822 oferă inginerilor un instrument util, necesar pentru a evalua cu încredere siguranţa şi
funcţionabilitatea clădirilor, astfel încât, după posibilităţi, structura patrimonială să poată fi conservată,
fără costuri inutile.
Limitarea costurilor şi modificărilor este foarte importantă ţinând cont pe de o parte de faptul că
inginerii sunt supuşi unei presiuni puternice, lucrând pe baza unor bugete limitate iar pe de altă parte
nivelul de intervenţie la structura iniţială trebuie să fie minim, reducându-se astfel impactul asupra
mediului. În acest mod ISO 13822 are o contribuţie importantă la dezvoltarea durabilă [H].
Cerinţele şi procedurile ISO 13822 se bazează pe principiile de fiabilitate structurală. Standardul
se poate aplica la orice tip de structură existentă.
Standardul ISO 13822 este util pentru:
• Anticiparea modificărilor sau extinderea duratei de viaţă a unei structuri;
• Efectuarea controalelor de fiabilitate (de exemplu, pentru cutremure sau creşterea
intensităţii traficului) prevăzute de către autorităţi, societăţi de asigurare, proprietari etc.;
• Evaluarea deteriorării structurale datorită acţiunilor factorilor dependenţi de timp (de
exemplu coroziune, îmbătrânirea structurii);
• Verificarea daunelor structurale cauzate de acţiuni accidentale (de exemplu explozii,
incendii etc.)
ISO 13822, Baze pentru proiectarea structurilor – Evaluarea structurilor existente, a fost elaborat
de către comitetul tehnic ISO, ISO / TC 98, Baze pentru proiectarea structurilor, subcomitetul SC 2,
Fiabilitatea structurilor şi este disponibil în cadrul institutelor naţionale membre ISO.
După cum am precizat şi în paragraful anterior, standardul ISO 13822/2001 recomandă pentru
calculul nivelurilor de siguranţă ale construcţiilor, introducerea în calcul a indicelui de fiabilitate β.
Primul indice de fiabilitate propus, este atribuit lui Rjanitzyne în anul 1950, în Uniunea Sovietică.
Ideea a fost preluată şi popularizată de Cornell. Forma cea mai completă este acreditată de
Hasofer şi Lind din Elveţia care au dat indicelui β o definiţie precisă [51].
Indicele de fiabilitate β, reprezintă raportul între valoarea medie şi abaterea medie pătratică a
marginii de siguranţă variabile [51]
(7.28)
unde
β - indicele de fiabilitate;
- valoarea medie a marginii de siguranţă;
- abaterea standard.
Indicele indică numărul de deviaţii standard între punctul de medie şi limita de stare m = 0.
Indicele de fiabilitate este un număr adimensional şi de obicei valorile sale sunt de câteva
unităţi.
În funcţie de valorile pe care le poate lua β, construcţiile pot fi încadrate în următoarele domenii
de siguranţă [H]:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
165
β < 1,5 construcţiile sunt nesigure;
construcţiile au un nivel de siguranţă medie;
construcţiile au siguranţă mare;
β > 4,0 construcţiile sunt extrem de sigure.
Valoarea medie a marginii de siguranţă este definită prin relaţia
μ = R – S (7.29)
unde R şi S sunt rezistenţe respectiv solicitări. Valoarea medie sau speranţa matematică este media
probabilă a valorilor pe care le pot lua atât rezistenţele cât şi acţiunile în anumite stări de încărcare care
trebuie să nu fie neapărat stările limită – pur şi simplu valorile probabile dintr-o anumită secţiune.
Fiabilitatea structurală este
(7.30)
iar fiabilitatea temporală se exprimă prin funcţia
(7.31)
unde
(7.32)
reprezintă factorul de risc şi
ţ (7.33)
reprezintă parametrul în timp ce indică durabilitatea (MTBF) şi care are un rol important în stabilirea
ciclurilor de mentenanţă [103].
Fiabilitatea structurală înlocuieşte conceptul de situaţie defavorabilă cu suma siguranţelor
minime. Astfel se modifică un concept simplist de calcul al siguranţei construcţiilor în secţiunile cele mai
slabe fără să se ţină seama de legăturile între ele, cu un concept care permite combinarea secţiunilor.
Acest concept de calcul imprimă siguranţei construcţiilor un caracter holistic (global). Fiabilitatea
structurală nu are un caractr absolut.
Fiabilitatea structurală reprezintă probabilitatea ca pe durata de exploatare a construcţiilor,
răspunsul aşteptat al acestora pentru toate grupările de încărcări să rămână mai mic decât capacitatea
respectivă [82].
Pe plan mondial, în unele ţări (ex. SUA) se urmăreşte prin calcule să se ajungă la starea limită
ultimă înainte de colaps, având la bază conceptul de ductilitate caracterizat de deformaţiile plastice care
nu sunt măsurabile.
În Japonia de exemplu, calculul construcţiilor este global şi este bazat pe scheme fiabiliste.
Schemele fiabiliste depind de strategia de calcul. Pot fi strategii mai simple şi mai complexe. O evaluare
în general a unei construcţii implică o strategie mai simplistă [103].
Siguranţa construcţiilor – care costă - este departe de a fi un concept realizat. S-a reuşit controlul
siguranţei construcţiilor prin folosirea materialelor şi sistemelor inteligente (SMART MATERIAL AND
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
166
SYSTEMS). Materialul inteligent este materialul a cărui siguranţă este controlabilă în orice ipoteză şi
orice punct. În acest sens, noile construcţii sunt concepute şi construite pentru a fi supuse la cât mai
puţine solicitări [103].
7.6.3. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β
Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β este următoarea (fig. 7.15) [103]:
Fig. 7.15. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate β [103]
Indicele de fiabilitate β reprezintă din punct de vedere geometric, distanţa cea mai scurtă de la
centru la funcţia stării limită
(7.34)
Observaţii:
- este definit fiabilistic şi este o distanţă probabilă; - β este concept convenţional;
- Caracterul convenţional rezultă din faptul că suntem dispuşi să plătim un anumit cost
pentru siguranţă.
7.6.4. Evaluarea fiabilităţii structurale
Evaluarea fiabilităţii structurale se face conform standardului ISO 13822, ţinând cont de
ierarhizarea următorilor termeni (fig. 7.16):
y
x
C
Siguranţă (A< R)
Nesiguranţă (A > R)
Funcţia stării limită
M
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
167
Fig. 7.16. Schemă de ierarhizare a termenilor conform standardului ISO 13822/2001
Conform aceluiaşi standard, diagrama generală de evaluare a structurilor existente este
următoarea (fig. 7.17):
Evaluare
Intervenţii
Investigaţie
Analiză
structurală
Construcţie
Operaţie
Încărcarea documentului
Inspecţie
Testare
Întreţinere
Reabilitare
Demolare
Reparare
Upgradare
Întreţinere
Monitorizare
Schimbarea destinaţiei
Verificare
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
168
Fig. 7.17. Schema logică generală a evaluării fiabiliste a structurilor existente [H]
Cereri/ Nevoi
Caietul de sarcini al obiectivelor de evaluat
Scenarii
Evaluare preliminară
- Studiu de documente şi alte elemente de probă; - Inspecţie preliminară;
- Verificări preliminare;
- Deciziile privind acţiunile imediate; - Recomandari pentru evaluări detaliate.
Evaluări detaliate
- Documentare detaliată şi revizuire;
- Inspecţie detaliată şi testarea materialelor;
- Determinări de acţiuni; - Determinări de proprietăţi ale structurii;
- Analiza structurală;
- Verificări.
Continuă inspecţiile?
Rezultatele evaluării de raportare
Sentinţe şi decizii
Fiabilitate suficientă?
Construcţii
Reabilitare Reparare, Upgradare
Demolare
Operaţii
-Monitorizare -Schimbarea destinaţiei
Operaţii
-Monitorizare -Schimbarea
destinaţiei
Intervenţii
DA
NU
DA
NU
NU
DA
DA
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
169
7.6.5. Metode de calcul a fiabilităţii structurale
1. Evenimentele de eşec şi variabile de bază aleatorii
În analiza fiabilităţii sistemelor şi elementelor componente, principala problemă este să se
evalueze probabilitatea de eşec corespunzătoare unei anumite perioade specifice de referinţă. Totuşi şi
alte stări de neeşec ale elementelor sau ale sistemului considerat sunt de interes, cum ar fi: avarierea
excesivă, indisponibilitatea etc.
În general orice stare care poate fi asociată cu consecinţe în termeni de costuri, pierderi de vieţi
omeneşti sau impact asupra mediului, este de interes.
În cele ce urmează nu se va face diferenţa între aceste tipuri diferite de stări şi pentru simplitate
toate aceste stări vor fi socotite ca fiind evenimente de eşec. Evenimentele de eşec sunt convenabil să fie
descrise în termeni de relaţii funcţionale care sunt definite complet dacă evenimentul are loc. Un
eveniment de eşec poate fi descris ca o relaţie funcţională a limitei de stare funcţională a funcţiei stării
limită g(x,) în următorul mod [24]:
(7.35)
unde componentele vectorului x sunt realizările aşa numitei variabile de bază aleatorii x care reprezintă
toate influenţele nesigure relevante pentru probabilitatea de eşec. În ecuaţia de mai sus evenimentul de
eşec F este simplu definit ca fiind soluţiile funcţiei g(x) ce pot lua valori negative sau zero.
Având definit evenimentul de eşec, probabilitatea eşecului poate fi determinată cu următoarea
integrală
(7.36)
unde este funcţia densităţii probabilităţii de atingere a variabilelor x.
Această integrală se rezolvă netrivial şi aproximările numerice sunt expeditive. Cele mai folosite
metode pentru obţinerea soluţiilor acestei integrale sunt:
- tehnicile de integrare numerică;
- simularea Monte Carlo;
- extensiile asimptotei Laplace;
- metodele FORM/SORM.
Tehnicile de integrare numerice au devenit foarte rapid eficiente pentru evaluarea mărimii
vectorului x şi sunt în general irelevante. Una dindre metodele de largă aplicaţie şi eficientă pentru
calculul probabilităţii de eşec al unui element/sistem structural este metoda de tip FORM, care este
consecventă cu soluţiile obţinute de către extinderea integralei asimptotice Laplace [29].
2. Metoda FORM de calcul a fiabilităţii structurale
Metoda FORM reprezintă una din cele mai importante metode de evaluare a fiabilităţii în teoria
fiabilităţii structurale. Metoda este larg folosită în problemele practice de inginerie şi s-au dezvoltat
diferite programe de calcul pentru analiza FORM.
Metoda FORM include următoarele etape [G]:
1. Se stabilesc sarcinile care acţionează asupra structurii şi stările limită ultime asociate
acestora. Se scrie starea limită ultimă sub forma unei ecuaţii care implică rezistenţele R şi sarcinile S şi se
explicitează prin detaliere toate variabilele şi toţi parametrii Xn utilizaţi la determinarea R şi S. Toţi
parametri implicaţi reprezintă variabile aleatoare Xn;
2. Al doilea pas constă în atribuirea unei anumite distribuţii de probabilitate pentru fiecare
variabilă Xn. De obicei, aceasta este o decizie importantă şi se face luând în considerare numeroase studii
de laborator sau experimente;
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
170
3. Al treilea pas presupune transformarea variabilelor aleatoare Xn într-un spaţiu de variabile
standard normal distribuite;
4. Pasul patru constă în găsirea, în spaţiul normal standard de variabile U, a liniei cele mai
mici care uneşte punctul care se află pe g(Un) = 0 de originea spaţiului. Acest punct este denumit punctul
de eşec sau punctul de proiectare, u *;
5. Ultimul pas este de a estima probabilitatea de eşec în funcţie de indicele β şi funcţia de
distribuţie normal standardizată Φ.
3. Funcţii liniare pentru stări limită şi variabile normal distribuite
În cazul în care funcţia limită de stare g(x) este o funcţie liniară a variabilelor de bază aleatorii X,
se scrie funcţia limitei de stare sub forma [29]:
(7.37)
Dacă variabilele de bază sunt normal distribuite, marginea de siguranţă liniară se defineşte prin
(7.38)
iar valoarea şi abaterea medie normal distribuită a marginei de siguranţă este
(7.39)
(7.40)
unde sunt coeficienţii de corelare între variabilele şi [29].
Probabilitatea de eşec este
(7.41)
şi se reduce la evaluarea funcţiei de distribuţie standard normală
(7.42)
unde este indicele de fiabilitate [45]
(7.43)
Pentru un caz bidimensional, indicele de fiabilitate are următoarea interpretare geometrică [29]:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
171
Fig. 7.18. Interpretarea geometrică a indicelui de fiabilitate – reprezentarea cazurilor
dimensionale ale funcţiei liniare a variabilelor de bază aleatorii X şi funcţiei liniare de stare limită
normal distribuită U [29]
În figura 7.18., funcţia de stare limită g(x) a fost transformată într-o funcţie limită de stare g(u)
prin normalizarea variabilelor aleatoare în variabile aleatoare normal distribuite standardizate, conform
relaţiei [29]:
(7.44)
astfel încât variabilele aleatoare au valorile cuprinse între zero şi unitatea abaterii standard.
Indicele de fiabilitate are o interpretare geometrică simplă, ca fiind cea mai mică distanţă între
planul format de graniţa între domeniul sigur şi domeniul definit de evenimentul de eşec.
Această definire a indicelui de fiabilitate (vezi Hasofer şi Lind) nu depinde de funcţia limită de
stare, ci de graniţa dintre domeniul sigur şi domeniul de eşec [51].
Punctul suprafeţei de eşec cu distanţa cea mai mică faţă de origine, se numeşte punctul de eşec. Se
observă că evaluarea probabilităţii de eşec în acest caz, se reduce la unele evaluări simple în ceea ce
priveşte valorile medii şi abaterile standard ale variabilelor aleatoare de bază.
Exemplul 1 de evaluare fiabilistă a unui element de construcţie
Se consideră o bară din oţel supusă unei încărcări. Bara cedează dacă i se se aplică o încărcare S
care depăşeşte rezistenţa oţelului. Rezistenţa oţelului R şi încărcarea S se consideră variabile normal
distribuite necorelate. Marginea de siguranţă şi abaterile medii standard de elasticitate şi încărcare au
următoarele valori medii: , , , [29].
I. Evenimentul de eşec al funcţiei de stare limită este
0
2
4
6
8
10
12
- 4
-2
- 6
2 4 6 8 10
8
10
12
8 10
- 8
- 8
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
172
(7.45)
iar marginea de siguranţă este
(7.46)
II. Abaterea standard şi marginea de siguranţă au următoarele valori medii
(7.47)
(7.48)
III. Indicele de fiabilitate are valoarea
(7.49)
IV. Rezultă că probabilitatea de eşec este
[29] (7.50)
3. Funcţii nelineare de stare limită
Dacă funcţia de stare limită nu are variabile aleatoare de bază liniare X, Hasofer şi Lind au sugerat
efectuarea acestei liniarizări în punctul de eşec al suprafeţei eşecului reprezentat în spaţiu normalizat
[51]. Această situaţie este reprezentată în spaţiul bidimensional din figura următoare:
Fig. 7.19. Ilustrare a liniarizării propuse de Hasofer şi Lind în spaţiul normal standard [51]
În figura de mai sus este reprezentat faptul că suprafaţa de eşec este liniară în punctul de eşec al
dreptei
(7.51)
Deoarece funcţia limită de stare este în general nelineară şi nu se cunoaşte punctul de eşec în
prealabil, acesta se determină iterativ, prin rezolvarea următoarei probleme de optimizare:
, (7.52)
β
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
173
Această problemă se poate rezolva în moduri diferite. Un exemplu al rezolvării problemei constă
în repetarea următoarei scheme, cu condiţia ca funcţia de stare limită să fie diferenţiabilă
, (7.53)
(7.54)
În urma a câteva iteraţii, va rezulta punctul de eşec precum şi indicele de fiabilitate .
Exemplul 2 de evaluare fiabilistă a unui element de construcţie
Se ia în considerare bara de oţel din exemplu precedent. Rezistenţa oţelului, încărcarea S şi
secţiunea transversală A sunt normal distribuite şi au următoarele valori medii ale marginilor de siguranţă
şi abaterilor medii standard: , , , , [29].
Funcţia de stare limită este următoarea
(7.55)
Pasul 1. Transformarea variabilelelor aleatorii normal distribuite R, A şi S în variabile aleatoare
normal distribuite standard [29]
(7.56)
(7.57)
(7.58)
Pasul 2. Scrierea funcţiei limită de stare ca variabile aleatoare distribuite în mod normal în spaţiul
de standardizare [29]
(7.59)
(7.60)
(7.61)
Pasul 3. Scrierea ecuaţiei de calcul al indicelui de fiabilitate [29]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
174
, (7.62)
(7.63)
(7.64)
(7.65)
(7.66)
unde
(7.67)
Pasul 4. Calculul iterativ al indicelui de fiabilitate [29]
Tabel nr. 7.2. Exemplu de calcul iterativ pentru starea limită nelineară [29]
Indici/Iteraţie 1 2 3 4 5 6
3,0000 5,4218 4,3607 4,7149 4,5973 4,6400
-0,5800 -0,3664 -0,0041 -0,0647 -0,0312 -0,0382
-0,5800 -0,9283 -0,9973 -0,9961 -0,9975 -0,9963
0,5800 0,0642 0,0729 0,0597 0,0632 0,0768
Rezultă că indicele de fiabilitate are valoarea [29].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
175
CAPITOLUL 8
FIABILITATEA DEMOLĂRILOR PRIN IMPLOZII CONTROLATE
8.1. Consideraţii generale
Demolarea construcţiilor prin implozii controlate, implică specialiştii în efectuarea unor lucrări
specifice care generează riscuri de securitatea şi sănătatea muncii. La realizarea lucrărilor de demolare cu
ajutorul explozivilor de către personalul autorizat în acest scop, se combină riscurile existente pe orice
şantier de construcţii cu cele specifice lucrului cu materii explozive. Firmele care execută lucrări de
demolări cu materii explozive, trebuie să facă o identificare şi evaluare a riscurilor la care pot fi expuşi
lucrătorii pe durata efectuării demolărilor. Aceste riscuri sunt generate în special de efectele exploziilor şi
de rateurile parţiale sau totale [20], [84].
Cel mai mare risc la operaţiile de demolări cu explozivi, se datorează rateurilor. Lichidarea
rateurilor este întotdeauna o activitate care implică specialiştii să intervină pe baza unui algoritm foarte
restrictiv de lucru. Se poate întâmpla în unele situaţii, ca rateul parţial să aibă efect de avariere a
componentei structurale sau a construcţiei şi acestea să nu cadă conform proiectului de demolare [78].
În aceste situaţii, echipa de artificieri este expusă atât riscurilor datorate încărcăturilor explozive
care nu au detonat, cât şi posibilităţii prăbuşirii necontrolate a unor elemente de construcţii în timpul
operaţiilor de lichidare a rateurilor.
În anumite situaţii, pentru şeful echipei este foarte dificil să ia decizia de a mai perfora alte găuri
ajutătoare pentru lichidarea rateului sau de aplicare a altor încărcături explozive şi de refacere a
circuitului de iniţiere a acestora. În timpul perforării de găuri noi, personalul implicat este expus la riscul
unor detonări neaşteptate a încărcăturilor neexplodate, sau, în situaţia clădirilor grav avariate, se poate
întâmpla ca datorită oscilaţiilor generate de echipamentul de perforare, să aibă loc prăbuşiri de elemente
constructive.
Pe de altă parte şi executarea reţelei de iniţiere a încărcăturilor explozive impune efectuarea unor
operaţii care pot expune personalul participant la riscul de detonare necomandată. La demolarea
construcţiilor prin implozii controlate, nivelul de risc poate fi diferit în funcţie de tipul sistemului de dare
a focului (electric, pirotehnic etc.) şi a modului de executare a reţelei de iniţiere din compunerea acestuia.
Riscul datorat folosirii capselor detonante electrice de joasă intensitate ridică cele mai multe probleme.
Sensibilitatea acestor capse la surse de curent străine este foarte mare şi din acest motiv, în anumite
situaţii, folosirea capselor electrice de joasă intensitate la lucrările de demolare trebuie evitată [93].
În situaţia realizării reţelelor de iniţiere la care se foloseşte fitil detonant în afara găurilor de
distrugere, are loc o creştere a efectului undei de şoc aeriene. Astfel, în apropiere de zone rezidenţiale,
şcoli, spitale etc. nu este recomandată folosirea acestor reţele de iniţiere în măsura în care nu se poate
proteja în mod corespunzător reţeaua de fitil detonant. Folosirea de fitil detonant cu încărcătură liniară
redusă, poate conduce la întreruperea reţelei de iniţiere sau la o iniţiere nefiabilă a încărcăturilor din
găuri. În schimb, utilizarea de sisteme de iniţiere de tip neelectric (ca de exemplu Nonel, Primadet etc.)
reprezintă soluţii cu riscuri mici în ceea ce priveşte gradul de expunere la pericol a lucrărilor de demolare.
Pe lângă o siguranţă şi fiabilitate foarte bună a acestor sisteme de iniţiere, trebuie însă menţionat
că preţul unitar destul de ridicat nu le fac întotdeauna atractive din punct de vedere al eficienţei
economice. Acest aspect al costurilor, face ca în unele situaţii, reţeaua de iniţiere propusă prin proiect să
fie una mixtă de tip non-electric în combinaţie cu fitil detonant şi cu utilizare de capse detonante
electrice, cu riscurile şi dezavantajele aferente [57].
În anumite situaţii, dacă personalul nu are o experienţă suficientă şi sarcina de muncă nu este
corelată cu potenţialul uman calificat (se lucrează în grabă, cu efectiv subdimensionat sau în schimburi
prelungite), se poate ajunge ca avantajul folosirii elementelor de tip non-electric să dispară, întrucât
greşelile de montaj sunt foarte greu de depistat şi pot să apară rateuri parţiale, datorită faptului că nu se
poate măsura continuitatea reţelelor ca la sistemele de iniţiere electrice [57], [128].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
176
8.2. Fiabilitatea sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive
Pentru determinarea probabilităţii sistemelor de iniţiere (sistemelor de dare a focului), de a iniţia
încărcăturile explozive folosite la demolarea construcţiilor prin implozii controlate, prezint un concept
comparativ de calcul fiabilist neliniar al schemelor fiabiliste de legături ale mijloacelor de iniţiere din
compunerea acestor sisteme. Calculele se bazează pe siguranţa în funcţionare a mijloacelor de iniţiere
(capselor detonante) din alcătuirea ramificaţiilor (ramurilor) reţelei de iniţiere, modalităţile de legături
(conexiuni) între capsele detonante şi dispunerea ramificaţiilor reţelei faţă de punctul de dare a focului.
În efectuarea calculelor, folosesc următoarele funcţii de calcul ce exprimă cantitativ fiabilitatea
elementelor din compunerea sistemului de iniţiere: funcţia de fiabilitate a sistemului (probabilitatea de
iniţiere); funcţia de defiabilitate a sistemului (probabilitatea de rateu); funcţia de densitate a rateurilor,
funcţia de risc (intensitatea sau rata rateurilor) şi funcţia capacităţii probabile de iniţiere a sistemului
(numărul mediu probabil de iniţieri între două rateuri consecutive).
Acest concept de calcul este valabil pentru orice tip de tehnologie de iniţiere şi depinde de
probabilitatea elementelor componente ale sistemului de iniţiere de a avea rateu.
8.2.1. Calculul fiabilist al schemelor de legături ale capselor detonante din compunerea
sistemelor de iniţiere
A) Exemplu de calcul fiabilist pentru varianta I-a de realizare a sistemului de iniţiere a
încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozie controlată a unei structuri [98], [101]
Să se calculeze capacitatea probabilă de iniţiere a încărcăturilor explozive, în vederea demolării
prin implozie controlată, a următoarei structuri:
Figura 8.1. Concepţie a variantei I de realizare a sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive, în
vederea demolării prin implozie controlată a unei structuri
Sistemul de iniţiere a încărcăturilor explozive poate fi electric, pirotehnic sau de alt tip. Se
consideră că mijloacele de iniţiere ale încărcăturilor explozive sunt capse detonante milisecundă care sunt
garantate de producător că dau 1 rateu/1000 de capse iniţiate. Fiecare capsă iniţiază detonaţia încărcăturii
explozive aferentă fiecărui stâlp pe nivel iar ramificaţiile (ramurile) reţelei de iniţiere sunt identice.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
177
Rezolvare:
1. Realizarea schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante din alcătuirea sistemului de
iniţiere a încărcăturilor explozive
Figura 8.2. Schema fiabilistă nr. I de legături ale capselor detonante
2. Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste nr. I de legături a capselor
detonante
F n dn
iniţieri (8.1)
unde
– capacitatea probabilă de iniţiere a schemei I;
F – fiabilitatea schemei I;
n - bucăţi de capse detonante.
Rezultă,
F (8.2)
(8.3)
F (8.4)
F F (8.5)
F e (8.6)
unde
- defiabilitatea schemei I;
- defiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;
F - fiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;
F - fiabilitatea individuală a capselor detonante.
Riscul de a avea rateu al unei capse detonante din alcătuirea reţelei de iniţiere este
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
178
λ
iniţieri
iar capacitatea probabilă de iniţiere a unei capse detonante din compunerea sistemului de iniţiere a
încărcăturilor explozive (numărul mediu probabil de iniţieri ale capselor detonante între două rateuri
consecutive) are valoarea
iniţieri (8.8)
Fiabilitatea unei capse detonante, este de ordinul I:
F e e
(8.9)
Rezultă,
F F
F
F
F
F
F F F F
F
F F F F
F
F F F
F F
F n dn
F F
F F
dn
λ
λ
λ
λ
λ iniţieri
Capacitatea probabilă de iniţiere a capselor detonante din compunerea sistemului I de iniţiere a
încărcăturilor explozive este:
λ
iniţieri
Rezultă,
iniţieri iniţieri
B) Exemplu de calcul fiabilist pentru varianta a II-a de realizare a sistemului de iniţiere a
încărcăturilor explozive, folosite la demolarea prin implozie controlată a unei structuri [98], [101]
Să se calculeze capacitatea probabilă de iniţiere a încărcăturilor explozive, în vederea demolării
prin implozie controlată, a următoarei structuri:
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
179
Figura 8.3. Concepţie a variantei II de realizare a sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive, în
vederea demolării prin implozie controlată a unei structuri
Sistemul de iniţiere a încărcăturilor explozive poate fi electric, pirotehnic sau de alt tip. Se
consideră că mijloacele de iniţiere ale încărcăturilor explozive, sunt capse detonante milisecundă care
sunt garantate de producător că dau 1 rateu/1000 de capse iniţiate. Fiecare capsă iniţiază detonaţia
încărcăturii explozive aferentă fiecărui stâlp pe nivel iar ramificaţiile reţelei de iniţiere sunt identice.
Rezolvare:
1. Realizarea schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante din alcătuirea sistemului de
iniţiere a încărcăturilor explozive
Figura 8.4. Schema fiabilistă nr. II de legături ale capselor detonante.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
180
2. Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste nr. II de legături a capselor
detonante
F n dn
iniţieri
unde
– capacitatea probabilă de iniţiere a schemei II;
F - fiabilitatea schemei II;
n - bucăţi de capse detonante.
Rezultă,
F
F
F F
F e
Riscul de a avea rateu al unei capse detonante din alcătuirea sistemului de iniţiere este
λ
iniţieri
iar capacitatea probabilă de iniţiere a unei capse detonante din compunerea sistemului de iniţiere a
încărcăturilor explozive are valoarea
iniţieri (8.25)
unde
- defiabilitatea schemei II;
- defiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;
F - fiabilitatea unei ramificaţii a schemei fiabiliste;
F - fiabilitatea individuală a capselor detonante.
Rezultă,
F F
F
F
F
F
F
F F F F
F F
F F F
F F
F
F n dn
F F
F F
F
dn
λ
λ
λ
λ
λ
λ iniţieri
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
181
Capacitatea probabilă de iniţiere a capselor detonante din compunerea sistemului II de iniţiere a
încărcăturilor explozive este:
λ
iniţieri
Rezultă,
iniţieri iniţieri
C) Calculul costului capselor detonante din alcătuirea sistemelor de iniţiere [98], [101]
Considerând că preţul mediu de achiziţie a unei capse detonante milisecundă este de aproximativ
10 lei, rezultă costul capselor detonante din compunerea reţelelor, în cele două variante de demolare:
n lei
D) Calculul raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere al schemelor fiabiliste [98], [101]
lei
iniţiere
lei
iniţiere
E) Analiza comparativă a rezultatelor obţinute în cele două variante de calcul fiabilistic
1) Prima variantă a schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante, are 4 legături în paralel
şi 5 legături în serie iar a doua variantă are 5 legături în paralel şi 4 legături în serie;
2) Capacitatea probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste de legături ale capselor detonante din al
doilea sistem de iniţiere, este cu 37% mai mare (mai bună) decât a primului sistem
3) Numărul şi costul capselor detonante din compunerea sistemelor de iniţiere, pentru cele două
variante de demolare, este acelaşi;
4) Raportul cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste, este în ce-a de-a doua
variantă de demolare, cu 37% mai mic (mai bun) faţă de cel din prima variantă;
5) Capacităţile probabile de iniţiere ale schemelor fiabiliste de legături ale capselor detonante din
compunerea sistemelor de iniţiere, au valori mult mai mici decât capacitatea probabilă de iniţiere a unei
capse detonante
iniţieri iniţieri iniţieri
F) Concluzie
Se adoptă varianta a II-a de demolare, favorizată de mai multe ramificaţii legate în paralel ale
sistemului de iniţiere a încărcăturilor explozive.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
182
8.3. Tehnici de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, prin configuraţia legăturilor între
elementele componente
Sistemele de iniţiere a încărcăturilor explozive pot fi electrice, pirotehnice sau de alt fel. De
exemplu, un sistem de iniţiere electric este compus dintr-o reţea de iniţiere formată din cabluri principale
şi secundare de curent (linii de dare a focului) conectate la reoforii capselor detonante electrice ce sunt
introduse în încărcăturile explozive ce trebuie iniţiate pentru a detona. Cablurile principale se cuplează la
surse de curent (explozoare). Prin apăsarea butonului de dare a focului de la explozor, se trimite în circuit
un curent electric de înaltă intensitate care ajunge la capsele detonante, rezultând iniţierea capselor şi
detonaţia încărcăturilor de exploziv. Comparativ cu sistemul de iniţiere electric, celelalte tipuri de sisteme
de iniţiere diferă de acesta prin natura elementelor componente şi prin mijlocul de dare a focului [99].
Tehnicile de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, în vederea executării cu un grad de risc cât
mai redus a demolărilor prin implozii controlate, se pot aplica atât pentru ramificaţiile (ramurile)
constituente ale reţelei de iniţiere în vederea demolării fiecărui element de construcţie în parte, cât şi
pentru grupări de elemente de construcţie. Aceste tehnici se implementează de la concepţia de proiectare
a schemelor de legături ale capselor detonante (scheme fiabiliste) din compunerea reţelelor de iniţiere a
încărcăturilor explozive şi până la punerea în practică a iniţierii sistemului (darea focului) [99].
În ordinea cronologică de implementare, cele mai importante metode de creştere a fiabilităţii
sistemelor de iniţiere folosite la demolarea construcţiilor, sunt: alegerea unor materii explozive şi
mijloace de iniţiere de o calitate foarte bună, realizarea unor scheme simple de legături a mijloacelor de
iniţiere, crearea unor scheme de legături a mijloacelor de iniţiere cu consecinţe limitate a rateurilor,
realizarea unor scheme redundante de legături a mijloacelor de iniţiere cu un bun raport preţ/fiabilitate,
folosirea unui număr optim de specialişti instruiţi şi experimentaţi, normarea judicioasă a activităţilor în
scopul înlăturării lucrului în grabă, verificarea continuităţii circuitelor (dacă este posibil) şi protecţia
liniilor principale şi secundare ale reţelelor de iniţiere împotriva schijelor. Fiabilitatea sistemului de
iniţiere, depinde de fiabilitatea componentelor sale iar specialistul este de multe ori limitat din
considerente economice în alegerea elementelor componente de cea mai bună calitate [99].
Datorită riscului mare de accidente la care este expus personalul lucrător în cazul rateurilor,
realizarea în faza de proiectare a schemelor redundante de legături ale mijloacelor de iniţiere, are un rol
esenţial. Acest lucru se datorează faptului că, odată ce schema de legături a mijloacelor de iniţiere a fost
concepută, nu se mai poate ameliora fiabilitatea ei decât prin folosirea unor elemente componente de o
calitate foarte bună. De asemenea, în această etapă este hotărâtoare măiestria cu care specialiştii
proiectează schemele de legături ale mijloacelor de iniţiere, care nu trebuie să aibă neapărat ca scop
realizarea celei mai bune fiabilităţi, ci realizarea celui mai bun compromis între preţ şi fiabilitate [99].
Noţiunea de redundanţă a fost folosită în sensul ei tehnic prima dată de către Niquist în anul 1920.
Conceptul de redundanţă a fost introdus în fiabilitate de Newman în anul 1956 prin analogie cu noţiuni
din teoria informaţiei elaborate de Shannon. Termenul este sinonim cu rezervare [11].
Folosirea schemelor de legături redundante ale mijloacelor de iniţiere din compunerea reţelelor de
iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin implozie controlată a construcţiilor, constă în
utilizarea în cadrul schemelor a mai multor mijloace de iniţiere decât este necesar pentru îndeplinirea
scopului propus, astfel încât transmiterea lanţului de foc să funcţioneze chiar în prezenţa unor rateuri.
Folosirea redundanţei în realizarea schemelor este activă, adică elementul redundant este conectat
permanent la sistemul de dare a focului şi funcţionează în acelaşi timp cu acesta. Prin introducerea
redundanţei, se poate ajunge uneori la situaţia ca pentru a avea loc rateul total al sistemului de iniţiere, să
trebuiească ca toate elementele de iniţiere constituiente, să aibă rateu în funcţionare.
Montarea în paralel a două elemente este numită sistem cu redundanţă simplă şi înseamnă că dacă
una dintre componente se defectează, sistemul va continua să funcţioneze datorită celeilalte componente,
montată în paralel. Prin extensie, atunci când sistemul este constituit din n componente în paralel, n-1 se
pot defecta fără ca sistemul să se defecteze, dacă cea de-a n-a componentă continuă să îndeplinească
funcţia respectivă [11].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
183
8.3.1. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate din capse detonante
legate în serie, fără redundanţă
A) Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
Schema 1)
Figura 8.5. Schema fiabilistă a unei capse detonante
F F
λ
iniţieri
Schema 2)
Figura 8.6. Schema fiabilistă a două capse detonante legate în serie
F F
λ
iniţieri
Schema 3)
Fig. 8.7. Schema fiabilistă a trei capse detonante legate în serie
F F
iniţieri
Schema 4)
Figura 8.8. Schema fiabilistă a patru capse detonante legate în serie
F F
iniţieri
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
184
Schema 5)
Figura 8.9. Schema fiabilistă a cinci capse detonante legate în serie
F F
iniţieri
Figura 8.10. Variaţia capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
B) Calculul sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
λ
999
499,5
333 249,75
199,8
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 Scheme fiabiliste
η (iniţieri)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
185
Figura 8.11. Variaţia sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
C) Calculul costului capselor detonante din compunerea schemelor fiabiliste
Având în vedere că preţul mediu de achiziţie al unei capse detonante milisecundă este de
aproximativ 10 lei, rezultă:
lei
lei
lei
lei
lei
100%
50%
33,3% 25%
20%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
1 2 3 4 5
Δη
Scheme fiabiliste
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
186
Figura 8.12. Variaţia costului capselor detonante din alcătuirea schemelor fiabiliste
D) Calculul raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
Figura 8.13. Variaţia raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5
C (lei)
Scheme fiabiliste
0.01 0.04
0.09
0.16
0.25
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
1 2 3 4 5
C/η(lei/iniţieri)
Scheme fiabiliste
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
187
E) Interpretarea rezultatelor
1. Pentru schema fiabilistă 1, alcătuită dintr-o capsă detonantă, capacitatea probabilă de iniţiere a
schemei fiabiliste este 999 iniţieri, costul capsei detonante este 10 lei iar raportul cost/capacitate
probabilă de iniţiere este 0,01 lei/iniţiere;
2. Pentru schema fiabilistă 2, alcătuită din 2 capse detonante legate în serie, prin introducerea
celei de-a doua capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste de la
999 iniţieri la 499,5 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu
50%, creşterea costului capselor detonante cu 100% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de
iniţiere a schemei fiabiliste la 0,04 lei/iniţiere;
3. Pentru schema fiabilistă 3, alcătuită din 3 capse detonante legate în serie, prin introducerea
celei de-a treia capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la
333 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 33,3%, creşterea
costului capselor detonante cu 50% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei
fiabiliste la 0,09 lei/iniţiere;
4. Pentru schema fiabilistă 4, alcătuită din 4 capse detonante legate în serie, prin introducerea
celei de-a patra capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la
249,75 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 25%, creşterea
costului capselor detonante cu 33,3% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a
schemei fiabiliste la 0,16 lei/iniţiere;
5. Pentru schema fiabilistă 5, alcătuită din 5 capse detonante legate în serie, prin introducerea
celei de-a cincea capsă detonantă, rezultă scăderea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la
199,8 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 20%, creşterea
costului capselor detonante cu 25% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei
fiabiliste la 0,25 lei/iniţiere.
8.3.2. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste formate din capse detonante
legate în serie, cu redundanţă globală
A) Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
Schema 1)
Figura 8.14. Schema fiabilistă a unei capse detonante
F F
λ
iniţieri
Schema 2)
Figura 8.15. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu o redundanţă
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
188
F F F
F F F F F
F F F
F n dn
λ
λ
λ
iniţieri
Schema 3)
Figura 8.16. Schema fiabilistă a două capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală
F F F
F F F F
F n dn
F F F
dn
λ
λ
λ
λ
iniţieri
Schema 4)
Figura 8.17. Schema fiabilistă a trei capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală
F F F
F F F F
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
189
F n dn
F F F
dn
λ
λ
λ
λ
iniţieri
Schema 5)
Figura 8.18. Schema fiabilistă a patru capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală
F F F
F F F F
F n dn
F F F
dn
λ
λ
λ
λ
iniţieri
Schema 6)
Figura 8.19. Schema fiabilistă a cinci capse detonante legate în serie, cu redundanţă globală
F F F
F F F F
F n dn
F F F
dn
λ
λ
λ
λ
iniţieri
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
190
Figura 8.20. Variaţia capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
B) Calculul sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
λ uc
999
1498,5
1158,8 1078,9 1048,9 1028,9
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1 2 3 4 5 6 Scheme fiabiliste
η(iniţieri)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
191
Figura 8.21. Variaţia sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
C) Calculul costului capselor detonante din compunerea schemelor fiabiliste
lei
lei
lei
lei
lei
lei
0%
50%
27,34%
20,44% 17,67% 15,77%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
1 2 3 4 5 6
Δη
Scheme fiabiliste
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
192
Figura 8.22. Variaţia costului capselor detonante din alcătuirea schemelor fiabiliste
D) Calculul raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
10
20
30
40
50
60
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6
C(lei)
Scheme fiabiliste
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
193
Figura 8.23. Variaţia raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste
E) Interpretarea rezultatelor
1. Pentru schema fiabilistă 1, alcătuită dintr-o capsă detonantă, capacitatea probabilă de iniţiere a
schemei fiabiliste este 999 iniţieri, costul capsei detonante este 10 lei iar raportul cost/capacitate
probabilă de iniţiere este 0,01 lei/iniţiere;
2. Pentru schema fiabilistă 2, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu o redundanţă, prin introducerea
redundanţei, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la 1498,5 iniţieri,
creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 50%, creşterea costului capselor
detonante cu 100% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la
0,0133 lei/iniţiere;
3. Pentru schema fiabilistă 3, alcătuită din două capse detonante legate în serie cu o redundanţă
globală, prin introducerea celei de-a doua legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de
iniţiere a schemei fiabiliste la 1158,5 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei
fiabiliste cu 22,66%, creşterea costului capselor detonante cu 50% şi creşterea raportului cost/capacitate
probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0259 lei/iniţiere;
4. Pentru schema fiabilistă 4, alcătuită din trei capse detonante legate în serie cu o redundanţă
globală, prin introducerea celei de-a treia legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de
iniţiere a schemei fiabiliste la 1078,9 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei
fiabiliste cu 6,9%, creşterea costului capselor detonante cu 33,3% şi creşterea raportului cost/capacitate
probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0370 lei/iniţiere;
5. Pentru schema fiabilistă 5, alcătuită din patru capse detonante legate în serie cu redundanţă
globală, prin introducerea celei de-a patra legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de
iniţiere schemei fiabiliste la 1048,9 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei
fiabiliste cu 2,77%, creşterea costului capselor detonante cu 25% şi creşterea raportului cost/capacitate
probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0476 lei/iniţiere;
6. Pentru schema fiabilistă 6, alcătuită din cinci capse detonante legate în serie cu redundanţă
globală, prin introducerea celei de-a cincea legături în serie, rezultă scăderea capacităţii probabile de
iniţiere a schemei fiabiliste la 1028,9 iniţieri, scăderea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei
fiabiliste cu 1,9%, creşterea costului capselor detonante cu 20% şi creşterea raportului cost/capacitate
probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0583 lei/iniţiere.
0.01 0.0133
0.0259
0.037
0.0476
0.0583
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
1 2 3 4 5 6
C/η (lei/iniţieri)
Scheme fiabiliste
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
194
8.3.3. Calculul de fiabilitate comparativ al schemelor fiabiliste, formate dintr-o capsă
detonantă cu mai multe redundanţe
A) Calculul capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
Schema 1)
Figura 8.24. Schema fiabilistă a unei capse detonante
F F
λ
iniţieri
Schema 2)
Figura 8.25. Schema fiabilistă unei capse detonante cu o redundanţă
F n dn
iniţieri (8.110)
unde
- capacitatea probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste 2;
F - fiabilitatea schemei fiabiliste 2;
- defiabilitatea schemei fiabiliste 2;
F - fiabilitatea individuală a capsei detonante;
n - bucăţi de capse detonante.
F (8.111)
(8.112)
F (8.113)
F (8.114)
F F F
F F F
F e (8.117)
F n dn
F F
dn
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
195
λ
λ
λ
λ iniţieri
Schema 3)
Figura 8.26. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu două redundanţe
F n dn
iniţieri
unde
- capacitatea probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste 3;
F - fiabilitatea schemei fiabiliste 3;
- defiabilitatea schemei fiabiliste 3;
F - fiabilitatea individuală a capsei detonante;
n - bucăţi de capse detonante.
F (8.122)
F (8.123)
F
F
F
F
F F F F
F e (8.126)
F n dn
F F F
dn
λ
λ
λ
λ
λ iniţieri
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
196
Schema 4)
Figura 8.27. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu trei redundanţe
F n dn
iniţieri
unde
- capacitatea probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste 4;
F - fiabilitatea schemei fiabiliste 4;
- defiabilitatea schemei fiabiliste 4;
F - fiabilitatea individuală a capsei detonante;
n - bucăţi de capse detonante.
F
F
F
F
F
F
F
F F F F
F
F e (8.135)
F n dn
F F F
F
dn
λ
λ
λ
λ
λ
λ iniţieri
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
197
Schema 5)
Figura 8.28. Schema fiabilistă a unei capse detonante cu patru redundanţe
F n dn
uc
unde
- capacitatea probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste 5;
F - fiabilitatea schemei fiabiliste 5;
- defiabilitatea schemei fiabiliste 5;
F - fiabilitatea individuală a capselor detonante;
n - bucăţi de capse detonante.
F (8.140)
F (8.141)
F
F
F
F
F
F
F F F F
F F
F e (8.144)
F n dn
F F F
F F
dn
λ
λ
λ
λ
λ
λ
λ iniţieri
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
198
Figura 8.29. Variaţia capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
B) Calculul sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
λ iniţieri
999
1498,5
1831,5
2081,2 2281
0
500
1000
1500
2000
2500
1 2 3 4 5 Scheme fiabiliste
η(iniţieri)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
199
Figura 8.30. Variaţia sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste
C) Calculul costului capselor detonante din compunerea schemelor fiabiliste
lei
lei
lei
lei
lei
Figura 8.31. Variaţia costului capselor detonante din alcătuirea schemelor fiabiliste
0%
50%
72,22%
85,85% 95,45%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
1 2 3 4 5
Δη
Scheme fiabiliste
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5
C (lei)
Scheme fiabiliste
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
200
D) Calculul raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
lei
iniţiere
Figura 8.32. Variaţia raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste
E) Interpretarea rezultatelor
1. Pentru schema fiabilistă 1, alcătuită dintr-o capsă detonantă, capacitatea probabilă de iniţiere a
schemei fiabiliste este de 999 iniţieri. Costul capsei detonante este 10 lei. Raportul cost/capacitate
probabilă de iniţiere al schemei fiabiliste este 0,01 lei/iniţiere;
2. Pentru schema fiabilistă 2, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu o redundanţă, prin introducerea
redundanţei, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste la 1498,5 iniţieri,
creşterea sporului capacităţii de iniţiere al schemei fiabiliste cu 50%, creşterea costului capselor
detonante cu 100% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemei fiabiliste la
0,0133 lei/iniţiere;
3. Pentru schema fiabilistă 3, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu două redundanţe, prin
introducerea celei de-a doua redundanţe, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei
fiabiliste la 1831,5 iniţieri, creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu
0.01
0.0133
0.0163
0.0192
0.0219
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
1 2 3 4 5
C/η(lei/iniţieri)
Scheme fiabiliste
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
201
22,22%, creşterea costului capselor detonante cu 50% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de
iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0163 lei/iniţiere;
4. Pentru schema fiabilistă 4, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu trei redundanţe, prin
introducerea celei de-a treia redundanţe, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei
fiabiliste la 2081,2 iniţieri, creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu
13,63%, creşterea costului capselor detonante cu 33,3% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă
de iniţiere a schemei fiabiliste la 0,0192 lei/iniţiere;
5. Pentru schema fiabilistă 5, alcătuită dintr-o capsă detonantă cu patru redundanţe, prin
introducerea celei de-a patra redundanţe, rezultă creşterea capacităţii probabile de iniţiere a schemei
fiabiliste la 2281 iniţieri, creşterea sporului capacităţii probabile de iniţiere a schemei fiabiliste cu 9,6%,
creşterea costului capselor detonante cu 25% şi creşterea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a
schemei fiabiliste la 0,0219 lei/iniţiere.
8.4. Analiza comparativă a rezultatelor obţinute în urma efectuării calculelor de fiabilitate
Calculul de fiabilitate al sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolarea prin
implozii controlate a construcţiilor, se efectuează pentru a minimiza probabilitatea de rateu.
În faza de proiectare a schemelor fiabiliste de legături ale capselor detonante din compunerea
sistemelor de iniţiere ale încărcăturilor explozive folosite la demolarea construcţiilor, indicatorii
(parametrii) de fiabilitate se calculează în funcţie de probabilitatea de rateu a mijloacelor de iniţiere
(capse detonante) şi de geometria sistemelor de iniţiere (tipul de legături ale capselor detonante, numărul
capselor detonante pe fiecare ramificaţie şi modul de dispunere a ramificaţiilor din alcătuirea sistemelor).
Geometria sistemului de iniţiere depinde de geometria construcţiei, în sensul că specialistul
realizează ramificaţiile (ramurile) reţelei din alcătuirea sistemului şi alege tipul şi cantitatea de exploziv
folosit, în funcţie de numărul de niveluri ale construcţiei, numărul elementelor de construcţie/nivel care
trebuie distruse, dimensiunile componentelor structurale, tipul materialului de construcţie din care sunt
realizate elementele de construcţie etc.
Conceptul de calcul fiabilist efectuat în acest capitol, se bazează pe teoria mulţimilor, teoria
probabilităţilor, logica matematică şi statistica matematică. Metodele de calcul prezentate, constituie
exemple de control a demolărilor prin implozii (control prin geometria sistemelor de iniţiere a
încărcăturilor explozive realizate în funcţie de geometria construcţiilor) atât înainte (SAFE LIFE –
serviciu garantat), cât şi după apăsarea butonului de dare a focului (FAIL SAFE – distrugere controlată).
Complementar cu acest concept de calcul, preocupările actuale de creştere a fiabilităţii sistemelor
de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolări, trebuie să aibă în vedere şi eliminarea altor
cauze (decât cele de iniţiere a capselor detonante) care pot contribui la transmiterea defectuoasă a lanţului
de foc (cauze tehnologice, umane etc.) contribuindu-se astfel, pe ansamblu, la “ameliorarea fiabilităţii
sistemelor de iniţiere” (“reliability improvement”).
Fără a neglija aceste cauze, proiectarea fiabilă a schemelor reţelelor de iniţiere a încărcăturilor
explozive, constituie factorul hotărâtor al creşterii siguranţei demolărilor.
În urma calculelor efectuate, rezultă că proiectarea schemelor fiabiliste de legături ale capselor
detonante cu redundanţă, asigură realizarea unor sisteme de dare a focului cu fiabilitate ridicată. După
introducerea fiecărei redundanţe, capacitatea probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste creşte cu o pantă
din ce în ce mai mică. Pentru n > 2 şi acelaşi număr de legături ale capselor detonante, capacitatea
probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste alcătuite din legături în serie de capse detonante cu o
redundanţă globală, este superioară faţă de capacitatea probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste
alcătuite din legături în serie de capse detonante şi inferioară faţă de capacitatea probabilă de iniţiere a
schemelor fiabiliste alcătuite din legături de capse cu redundanţe multiple (fig. 8.33).
La schemele fiabiliste ale sistemelor de iniţiere alcătuite din capse detonante cu legături
redundante multiple, cel mai mare câştig de capacitate probabilă de iniţiere, se realizează pentru n = 2.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
202
Astfel, se constată că cea mai înaltă fiabilitate se obţine aplicând redundanţa la nivelul cel mai jos
al reţelei, adică la nivelul capsei detonante.
Având în vedere costurile însemnate ale elementelor din alcătuirea sistemelor de iniţiere,
evaluarea fiabilistă pentru un cost global dat nu trebuie neglijată. Din calculele efectuate, reiese că
valoarea raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere pentru schemele de legături ale capselor
detonante cu redundante multiple, este cea mai mică (cea mai bună) din cele trei variante de calcul luate
în considerare (fig. 8.34). Acest raport este cu atât mai avantajos, cu cât valorile lui n sunt mai mici.
Figura 8.33. Variaţia capacităţii probabile de iniţiere a schemelor fiabiliste ale capselor detonante:
scheme cu mai multe legături redundante (linie portocalie), scheme cu legături în serie (linie roşie) şi
scheme cu legături în serie, cu o redundanţă globală (linie verde)
Figura 8.34. Variaţia raportului cost/capacitate probabilă de iniţiere a schemelor fiabiliste ale capselor
detonante: scheme cu mai multe legături redundante (linie portocalie), scheme cu legături în serie (linie
roşie) şi scheme cu legături în serie, cu o redundanţă globală (linie verde)
499,5 333
249,75 199,8
1498,5 1158,8 1078,9 1048,9 999
1498,5
1831,5
2081,2 2281
0
500
1000
1500
2000
2500
1 2 3 4 5 Scheme fiabiliste
η(iniţieri)
0,01
0,04
0,09
0,16
0,25
0,0133 0,0259
0,0370 0,0476
0,0163 0,0192 0,0219 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
1 2 3 4 5 Scheme fiabiliste
C/η(lei/iniţieri)
0,0133
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
203
8.5. Credibilitatea matematică a calculelor de fiabilitate
Indicatorul cheie în calculele de fiabilitate efectuate, este factorul de risc , care poate fi la un
nivel mai jos sau mai ridicat. Factorul de risc variază între limite largi iar valorile absolute ale acestuia au
un caracter probabil foarte pronunţat. Din acest motiv, datele statistice (evenimentele) culese de pe teren
sunt foarte importante. Cu cât acestea sunt mai numeroase, cu atât calculul de probabilitate efectuat este
mai precis. Pentru valori relative ale factorului de risc, procedeul de efectuare a calculului comparativ,
este obiectiv şi riguros [102].
Spre exemplu, variaţia în funcţie de timp a funcţiei de risc , are loc conform figurii următoare:
Figura 8.35. Variaţia în funcţie de timp a funcţiei de risc [18]
Funcţia de risc din acest capitol, exprimă intensitatea rateurilor (defectărilor) şi este un
indicator cantitativ al fiabilităţii sistemelor de iniţiere a încărcăturilor explozive folosite la demolări.
În calcululele efectuate, riscul de rateu al capselor detonante din compunerea sistemelor de
iniţiere, a fost garantat de producător la valoarea de 1 rateu la 1000 bucăţi de capse detonante. Această
probabilitate de iniţiere (de funcţionare) a capselor detonante, a rezultat în urma testelor (evenimentelor)
efectuate de uzina constructoare pentru fiecare lot de capse detonante fabricate.
În urma acestor considerente, rezultă obiectivitatea calculelor de fiabilitate efectuate, care au la
bază probabilitatea de rateu a mijloacelor de iniţiere impusă de fabricant.
Capacitatea probabilă de iniţiere a capselor detonante, reprezintă un parametru de fiabilitate al
sistemului de iniţiere. Rigurozitatea calculelor acestui parametru, derivă atât din introducerea în funcţiile
de calcul a formulelor de calcul de fiabilitate corespunzătoare pentru diferitele variante de legături ale
capselor detonante din compunerea sistemelor de iniţiere, cât şi în urma analizei comparative a
rezultatelor obţinute.
Calculul fiabilist al schemelor de legături ale capselor detonante din compunerea sistemelor de
iniţiere a încărcăturilor explozive, le conferă specialiştilor implicaţi în executarea lucrărilor de demolare
prin implozii controlate, credibilitate sporită în evaluarea parametrului capacitate probabilă de iniţiere a
capselor detonante, în vederea efectuării operaţiilor de puşcare în siguranţă, fără înregistrări de rateuri.
t
1 2
3
Serviciu
Rodaj Uzură
Niveluri ale
factorului de risc λ
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
204
CAPITOLUL 9 - STUDII DE CAZ
STUDIU DE CAZ nr. 1
9.1. Simularea demolării prin explozii controlate
Dezvoltarea tehnicii de calcul a dus la apariţia a numeroase programe de modelare şi simulare
numerică destinate pentru studierea comportării materialelor şi obiectelor pe timpul solicitărilor la care
sunt supuse. În urma perfecţionării acestor programe, s-a ajuns să se poată simula atât comportamentul
componentelor structurale la diferite tipuri de solicitări, cât şi cel al unei structuri la demolare prin
explozii controlate [94].
În acest mod, se poate evita apariţia unei situaţii generate de utilizarea unor încărcături de
exploziv dimensionate doar pe baza unor relaţii empirice, luate din lucrările de specialitate, care pot
produce atât efecte nedorite asupra mediului înconjurător şi adiacent, cât şi o demolare defectuoasă, fără
ca proiectantul să poată estima corect aceste inconveniente.
9.1.1. Caracteristicile obiectivului de simulat şi a amplasamentului acestuia Pentru a evita demolarea nereuşită prin explozii controlate a unei construcţii industriale propuse
pentru demolare, cât şi pentru a minimiza costurile acestei activităţi, am efectuat modelarea matematică şi
simularea demolării prin explozii controlate a structurii în cauză, după care am validat rezultatele
simulării, prin compararea etapelor de demolare a modelului cu etapele demolării propriu-zise a
prototipului.
Structura de demolat denumită în continuare obiectivul de simulat a fost situată în incinta Fabricii
de pâine TITAN Bucureşti. Fabrica a fost amplasată în zona de E a municipiului Bucureşti, în imediata
apropiere a intersecţiei bulevardului Basarabia cu şos. Morarilor, pe str. Baia de Aramă nr. 1, în spatele
frontonului de blocuri de pe b-dul Basarabia, pe o suprafaţă de aproximativ 29.735 m2 (prezentată cu
contur roşu în Anexa 1). Dispunerea construcţiei industriale, este prezentată în figura 9.1 [94].
Figura 9.1. Dispunerea obiectivului – OD 12 [94]
În exteriorul Fabricii de pâine TITAN, în partea de sud, sunt construite opt cvartaluri de blocuri,
cel mai apropiat fiind la 130 m. Între gardul fabricii şi cvartalurile de blocuri alăturate, sunt străzi şi spaţii
verzi aferente. Obiectivul de simulat era o structură în cadre din beton armat, structura de rezistenţă fiind
formată din stâlpi şi grinzi rigidizate prin intermediul planşeelor. Construcţia avea o formă
dreptunghiulară în plan, cu dimensiunile 28,20 9,25m, având regimul de înălţime de P+5E+2R
(înălţimea 31,90m) şi era alcătuită din două corpuri, fără rost de dilatare între ele. Primul corp avea
dimensiunile 12,20 9,25m şi regimul de înălţime P+5E+2R (31,90m) iar celălalt corp avea 16,00 9,25m
şi regimul de înălţime P+5E (24,50m). Structura de rezistenţă (realizată din cadre din beton armat) a fost
alcătuită din stâlpi (având dimensiunile 0,75 0,75m la parter şi etajul 1, respectiv 0,65 0,65 m la etajul
2), grinzi (0,35 1,00m şi 0,45 0,70m la parter, 0,60 1,00m şi 0,45 1,00m la etajul 1) şi nervuri (0,25
0,40m şi 0,20 0,30m). Dispunerea şi secţiunile stâlpilor de la parter, sunt prezentate în figura 9.2.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
205
Structura era modulată pe o deschidere de 9,00m şi 5 travee 3,5m pentru partea de clădire care
avea regimul de înălţime P+5E şi 2 deschideri de 4,50m şi 1 travee 6,00m pentru cealaltă parte a
clădirii. Planşeele tehnologice din beton armat erau la cotele: +3,50, +7,00m, +11,50m, +16,00m,
+20,50m, +25,00m şi +28,70m (fig. 9.3.). Acoperişul era de tip cheson din beton armat pentru corpul de
clădire cu regimul de înălţime P+5E şi de tip placă din beton armat pentru corpul cu regimul de înălţime
P+5E+2R, ambele fiind prevăzute cu termo şi hidroizolaţie.
Figura 9.3. Secţiunile transversale ale obiectivului de simulat [94]
Accesul la etajele superioare se realiza prin scări şi lift aflate la extremitatea vestică a clădirii.
Accesul se făcea şi prin clădirea Siloz făină, la etajele 1 (cota +3,25m), 2 (cota +7,00m) şi 5 (cota
Figura 9.2. Planul parter al structurii simulate [94]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
206
+20,50m), cele două construcţii fiind separate printr-un rost de dilatare. Închiderile erau executate din
pereţi de zidărie de cărămidă şi suprafeţe vitrate, care însă au fost distruse odată cu părăsirea fabricii [94].
9.1.2. Prezentarea Metodei Elementului Aplicat
Pentru a analiza comportarea obiectivului de simulat la demolarea controlată cu explozivi, am
folosit o nouă metodă numită Metoda Elementului Aplicat (AEM), care îmbină caracteristicile Metodei
Elementului Finit (FEM) cu cele ale Metodei Elementului Discret (DEM). Metoda Elementului Aplicat a
fost elaborată în urma studiilor de cercetare efectuate de profesorul Hatem Tagel-Din de la Universitatea
din Tokyo, în domeniul comportării structurilor sub acţiunea încărcărilor generate de cutremure.
Principalul avantaj al acestei metode este acela că poate descrie comportamentul sistemului structural la
acţiuni accidentale şi excepţionale, începând cu aplicarea forţelor, deschiderea şi propagarea fisurilor,
separarea elementelor structurale şi terminând cu prăbuşirea totală a construcţiei. Timpul necesar unei
analize complete este rezonabil iar acurateţea rezultatelor este satisfăcătoare. În literatura de specialitate
există mai multe articole în care se prezintă studii ce relevă acest aspect [52], [69], [109], [110].
Evaluarea modului de comportare a unei structuri la acţiunea exploziei, este bine reprezentată în
literatura de specialitate prin mai multe metode de analiză, dintre care se pot aminti: analiza statică
liniară, analiza statică neliniară, analiza dinamică liniară, analiză dinamică neliniară cu şi fără
considerarea efectelor exploziei. Analizele prezentate au fost efectuate în cea mai mare parte folosind
programe de calcul bazate pe Metoda Elementului Finit [108],
Metoda Elementului Aplicat, datorită modului de îmbinare a elementelor (figura 9.4 a, poate să
surprindă foarte bine apariţia atât a dezvoltării articulaţiilor plastice cât şi desprinderea elementelor
(figura 9.4 b), ceea ce face posibilă analiza comportării structurilor în diferite situaţii: demolare
controlată, impact, explozie etc. [122].
Elementele constituente ale modelului (fig. 9.5) sunt conectate printr-o serie de puncte (fig. 9.6).
În fiecare punct sunt ataşate trei resorturi: un resort normal şi două de forfecare. Fiecare resort reprezintă
deformaţiile, deformaţiile specifice şi eforturile unitare pentru o anumită parte a structurii (fig.9.7).
Separarea elementelor se produce atunci când este depăşită o anumită valoare pentru deformaţia
specifică (fig. 9.9) [94].
9.1.3. Metoda Elementului Aplicat implementată în programul Extrem Load Structures
Extreme Load Structures (ELS) este un instrument avansat de analiză neliniară structurală şi
reprezintă software-ul comercial bazat pe AEM.
Resorturi normale şi
tangenţiale.
a
a
a
d
d
d
2
d
2
Volum reprezentat de o
pereche de resorturi
pentru eforturile normale
şi tangenţiale.
Valoarea
deformaţiei de
separare.
a) Conectarea elementelor b) Separarea elementelor
Figura 9.4. Conectarea şi separarea elementelor în Applied Element Method [106]
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
207
Modelarea ELS se realizează folosind o varietate de componente structurale standard, cum ar fi:
stâlpi, grinzi, pereţi, ferestre, profile de oțel şi armături etc. pentru a reflecta atributele dorite ale
structurilor. În vederea ajutării utilizatorului în modelare se pot importa atașamente, cum ar fi Dxf, STL,
DGN și Jpeg. Modelele pot fi de asemenea importate din mai multe programe software bazate pe FEM
cum ar fi: Abaqus, ANSYS, ETABS, Gambit, LS-DYNA, Nastran, PATRAN, SAP2000 și STAAD.
Fig. 9.5. Dimensionarea elementului de volum caracterizat de starea spaţială de
eforturi unitară [145]
De asemenea prin Building Information Modeling (BIM) compatibil cu un plug-in pentru
Autodesk Revit Structure, ELS permite utilizatorilor să importe componente structurale create anterior.
Solverul ELS efectuează etapizat analiza statică și dinamică în 2D și 3D a structurilor la
următoarele tipuri de încărcări statice şi dinamice: sarcini concentrate, deplasări, presiuni hidrostatice,
presiuni uniforme, sarcini în mișcare, sarcini distribuite etc., deplasări, acţiuni seismice, acţiunea
exploziilor etc. ELS are în compunere o bibliotecă de materiale predefinite pentru ambele tipuri de
modelări (liniare şi nelineare) care includ oțel, beton, beton armat, sticlă, aluminiu etc. [59], [64].
Rezultatele analizei pot fi reprezentate printr-o varietate de diagrame, grafice și fișiere animate.
În comparaţie cu Metoda Elementului Finit, Metoda Elementului Aplicat constituie o alternativă
relativ rapidă şi precisă de analiză a modelării şi simulării colapsului progresiv al structurilor. AEM nu
este superioară faţă de FEM din punctul de vedere al modelării structurale ci datorită obţinerii unor
simulări a colapsului progresiv foarte apropiate de realitate. Prin Metoda Elementului Aplicat se poate
executa atât analiza liniară cât și neliniară a comportamentului unei structuri în timpul coliziunii și
colapsului [59].
Fig. 9.6. Ataşarea în fiecare punct de contact a elementelor, a trei resorturi [145]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
208
Fig. 9.7. Resorturile ataşate în fiecare punct de contact al elementelor, preiau solicitările triaxiale [145]
În AEM, elementele care împart aceeași suprafață au arcuri de conectivitate între ele, chiar dacă
suprafețele lor comune ocupă doar o parte a suprafeței de ansamblu și nu întreaga zonă. În această
situaţie, elementele finite nu sunt conectate între ele. În FEM, conectivitatea parțială este posibilă dacă se
împarte elementul în mai multe elemente mici, însă această abordare ar introduce mai multe grade de
libertate şi ar creşte complexitatea definirii elementelor şi a rezolvării problemei (fig. 9.8) [108].
Fig. 9.8. Compararea conectivităţii elementelor în Metoda Elementului Finit şi Metoda Elementului
Aplicat [145]
Fig. 9.9. Compararea separării elementelor în Metodele Elementului Finit şi Aplicat [145]
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
209
9.1.4. Modelul de material pentru beton şi armătură
Modelul constitutiv adoptat pentru beton în programul de calcul bazat pe metoda elementului
aplicat Extreme Loading for Structures, este prezentat în figura 9.10.
Pentru modelarea betonului la compresiune se foloseşte modelul Maekawa, figura 9.10 a [73].
În acest model pentru a defini înfăşurătoarea efortului şi deformaţiei la compresiune, sunt
introduşi următorii parametri: modulul lui Young, parametrul de rupere (care reprezintă gradul de
distrugere internă a betonului) şi deformaţia plastică la compresiune. În acest fel curbele de încărcăre şi
de descărcare, pot fi descrise destul de bine.
Modulul de elasticitate transversal poate fi calculat în conformitate cu deformaţia în locul de
poziţionare al resortului. Pentru resorturile care descriu comportarea armăturii este folosit modelul
prezentat de Ristic [85].
Rigiditatea armăturii este calculată pe baza deformaţiei resortului asociat armăturii, stării de
eforturi (fie că este vorba de încărcăre sau descărcare) şi a evoluţiei în timp a oţelului, care controlează
efectul Bauschinger (fig. 9.11).
În acest model se presupune că betonul se fisurează atunci când efortul principal atinge limita de
rezistenţă la întindere a betonului.
După fisurare, există două modalităţi de tratare a fisurii, dacă aceasta nu aparţine unui element de
suprafaţă:
1) împărţirea elementului în două elemente şi generarea de noi resorturi între suprafeţele fisurii;
2) lăsarea elementului aşa cum este şi redistribuirea eforturilor rezultate prin fisurare.
Prima metodă este mai precisă dar foarte complicată şi mare consumatoare de timp când se
analizează structuri complicate şi probleme de prăbuşire progresivă.
Cealaltă metodă nu e la fel de precisă dar conduce la rezultate rezonabile. Dacă comportarea
betonului este guvernată de fisurile transversale, se recomandă reducerea mărimii elementului pentru a
permite formarea fisurilor cât mai precis.
a) Beton supus eforturilor b) Beton supus eforturilor Figura 9.11. Comportarea armăturii la
tangenţiale axiale eforturi axiale [85]
Figura 9.10. Modelul constitutiv pentru beton
implementat în ELS [85]
9.1.5. Realizarea modelului geometric al structurii
Modelul geometric al obiectivului de demolat este prezentat în figura 9.13.a. Pentru realizarea
modelului geometric au fost definite în ELS, stiluri pentru fiecare tip de stâlpi (figura 9.12 a), grinzi
(figura 9.12 b) şi elemente de închidere [95].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
210
a) Modelul geometric al structurii b) Structura reală
Figura 9.13. Modelul şi prototipul înainte de demolare [95]
b) Definirea grinzilor cu secţiunea 0,50 × 0,80m
Figura 9.12. Modul de definire ale componentelor structurale [95]
.
a) Definirea stâlpilor cu secţiunea 0,75×0,75m
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
211
9.1.6. Introducerea scenariului de demolare
Acest pas constă în specificarea elementelor structurale, a ordinii şi timpului la care urmează să
fie îndepărtate acestea [122]. Ordinea de distrugere este prezentată în figura 9.14. În această etapă se
indică de asemenea, timpul total al analizei şi pasul de timp. Pentru analiză am folosit două valori pentru
pasul de timp: un pas de timp de 0,001 s pentru a surprinde modul de comportare a structurii între două
trepte de explozie (intervalul dintre două explozii succesive a fost ales la 0.25 μs) şi un pas de timp de
0.01 s pentru a se verifica direcţia de cădere şi modul de distrugere al construcţiei [95].
9.1.7. Verificarea şi interpretarea rezultatelor
Reprezintă etapa în care sunt evidenţiate direcţia de cădere şi modul de distrugere finală al
obiectivului de demolat. În acest sens, am prezentat mai multe ipostaze comparative atât din timpul
simulării, cât şi al demolării ulterioare a structurii [95].
a) Pierderea stabilităţii construcţiei şi începutul basculării
Figura 9.14. Definirea treptelor de explozie [95]
1
2
3
4
6
6
5
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
212
b) Etapă din timpul basculării construcţiei
c) Prăbuşirea construcţiei pe teren
d) Sfărâmăturile construcţiei după prăbuşire
Figura 9.15. Etapele demolării pentru structura simulată (modelul) şi cea reală (prototipul) [95]
După compararea rezultatelor obţinute în urma simulării demolării modelului, cu cele ale
demolării propriu-zise a prototipului, se observă că din punct de vedere al direcţiei de cădere şi al
gradului de distrugere a structurii, rezultatele simulării se apropie foarte mult de rezultatele demolării, aşa
cum se poate observa în figurile 9.15 a, b, c, d.
Rezultă că programul de calcul Extreme Load Structures folosit şi Metoda Elementului Aplicat
aleasă să descrie comportamentul sistemului structural la demolare prin acţiunea exploziilor, conduc la
diferenţe foarte mici între simulare şi demolare, validându-se astfel rezultatele simulării [95].
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
213
STUDIU DE CAZ nr. 2
9.2. Evaluarea efectelor care se manifestă asupra construcţiilor situate în vecinătatea
demolărilor prin explozii controlate
Pe timpul demolării construcţiilor prin explozii controlate, se manifestă asupra mediului
înconjurător o serie de efecte care pot solicita construcţiile aflate în vecinătatea demolărilor. Din acest
motiv, pentru a preveni eventualele accidente şi reclamaţii, se impune ca specialiştii în demolări să
identifice şi cuantifice aceste efecte, pentru ca să le poată atenua prin metode specifice [100].
9.2.1. Caracteristicile obiectivului de protejat
Obiectivul de protejat constă dintr-un bloc de locuinţe - A18 B - care este un sistem structural
combinat pe 10 etaje compus dintr-un sistem de cadre care asigură rezolvarea elastică a planului de
arhitectură, combinat cu diafragme care asigură preluarea încărcărilor orizontale. Soluţia constructivă
este cu nucleu rigid şi cadre. Nucleul situat în poziţie centrală este alcătuit din diafragme dispuse în jurul
liftului. Nucleul rigid preia în cea mai mare parte încărcările orizontale, stâlpilor revenindu-le rolul de a
prelua încărcările gravitaţionale aferente (fig. 9.16). Blocul este situat la sud-vest faţă de obiectivul de
demolat, în vecinătate, la o distanţă de 130 m (vezi Anexa 2) [100].
1- nucleu central realizat din diafragme de beton armat; 2 - cadre marginale de beton armat;
3 - cadre intermediare de beton armat
Figura 9.16. Perspectivă a obiectivului de protejat [100]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
214
Figura 9.17. Vedere realizată de pe terasa obiectivului de demolat, cu ansamblul de blocuri de locuinţe din
care face parte obiectivul de protejat şi ecranul de protecţie din baloţi de paie
Figura 9.18. Vedere de ansamblu a OD 12- Curăţătorie înaintea demolării, realizată de la etajul
10 al obiectivului de protejat
Obiectivul de protejat
(bloc de locuinţe - A18 B)
Obiectivul de
demolat (OD 12- Curăţătorie)
130 m
130 m
Ecran de protecţie din
baloţi de paie
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
215
9.2.2. Efectele manifestate la demolarea prin explozii controlate asupra mediului
înconjurător
La demolarea obiectivului de demolat prin explozii controlate, asupra mediului înconjurător se
manifestă în principal următoarele efecte [65], [70], [87]:
- efectul undei de şoc aeriene;
- efectul seismic;
- efectul fragmentelor aruncate;
- efectul poluării mediului înconjurător.
9.2.3. Evaluarea efectului undei de şoc aeriene
Exploziile produse în aer, pe suprafaţa pământului sau în cavităţi forate în elementele de
construcţii (găuri de mină), cu buraj necorespunzător (sau fără buraj) pot produce unde de şoc
aeriene puternice. Oscilaţiile aerului sunt generate de explozii şi sunt influenţate de condiţiile
atmosferice şi topografice existente [8], [61].
În mod obişnuit, la demolări prin explozii, următoarele patru mecanisme sunt responsabile de
generarea oscilaţiilor aerului de către explozii: explozia în aer; evacuarea gazelor în atmosferă de la
încărcăturile de exploziv neburate; degajarea în atmosferă a gazelor de la fitilul detonant; mişcarea
terenului produsă de explozie este transmisă aerului [65].
Detonarea explozivilor neburaţi şi detonările în aer conduc la o rapidă degajare în atmosferă a
tuturor gazelor, căldurii şi luminii generate. Gazele în expansiune fac să apară în aer o undă de
presiune numită undă de şoc aeriană. Această undă de şoc se caracterizează printr-o suprapresiune (o
creştere bruscă a presiunii peste cea atmosferică). Această creştere a presiunii este urmată de o
descreştere (fig. 9.19), ceea ce face ca după un anumit timp, faza pozitivă a variaţiei de presiune să
fie urmată de o fază negativă, în care presiunea devine mai mică decât presiunea atmosferică [61].
PY
f
p
PX
t s t
Figura 9.19. Alura curbei presiune - timp pentru o undă de şoc în aer [15]
Conform legislaţiei în vigoare (HG 536/2002), valoarea suprapresiunii în frontul undei de şoc se
determină cu relaţia:
32 77.284.0 fp [kg/cm
2] (9.1)
unde λ este distanţa scalată
R
Q3
[kg/m]
(9.2)
iar
Q – cantitatea de material exploziv, exprimat în echivalent TNT, care detună instantaneu [kg];
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
216
R – distanţa măsurată de la locul exploziei la obiectivul considerat [m].
Pentru OD 12, obiectivul cel mai apropiat e un bloc de locuinţe (A18 B), aflat la distanţa de 130 m
(vezi Anexa 4). Încărcătura maximă utilizată pe treapta de întârziere este de Q = 4,8 kg dinamită (vezi
anexa 10). Deoarece pentru demolare se utilizează un amestec exploziv pe bază de nitroglicerină, care
(conf. tabelului de la art. 4 alin. 1 din HG 536/2002) are coeficientul de echivalenţă TNT egal cu 1,3,
rezultă [127]:
Q = 4,8 x 1,3 = 6,24 kg ech. TNT
Cantitatea de fitil detonant cu miez din pentrită care detună pe treapta de întârziere este de 0,480
kg şi are 0,624 kg. ech. TNT iar cantitatea totală maximă de exploziv care detună pe o treaptă de
întârziere este de 6,864 kg ech. TNT.
În aceste condiţii valoarea parametrului λ este:
130
864,633
R
Q = 0,0146 [kg/m]
(9.3)
Rezultă:
fp = 0,0128 kg/cm2 (9.4)
Comparând valoarea calculată cu cea pentru spargerea parţială a geamurilor (0,01÷0,015
kg/cm2), se constată că aceasta se situează aproximativ la mijlocul intervalului [61].
În acest calcul, nu s-a ţinut cont de faptul că masa totală de exploziv pentru care s-a efectuat
calculul anterior este repartizată pe încărcături mici, care sunt introduse în găuri de mină. Din această
cauză, în literatura de specialitate (lucrări ale specialiştilor de la Swedish Detonic Research Foundation-
Suedia) se consideră că valoarea suprapresiunii în unda de şoc este:
ff pp 2.0*[kg/cm²] (9.5)
Rezultă că 00256.0* fp [kg/cm²] şi această valoare este mult sub limita suprapresiunii în
frontul undei de şoc, care poate produce vreo pagubă obiectivului protejat (vezi tab. 9.11) [61].
Din analiza acestor date, reiese că pentru protejarea clădirii de locuinţe, este suficientă montarea
pe stâlpi în dreptul găurilor de mină, a unor mijloace de protecţie constituite din plasă de sârmă, benzi
transportoare uzate din cauciuc, panouri din tablă striată şi/sau crearea unor ecrane de protecţie din baloţi
de paie [100].
9.2.4. Evaluarea efectului seismic
Efectul seismic datorat oscilaţiilor produse de detonarea încărcăturilor explozive la lucrările de
puşcare, supune construcţiile situate în apropiere la mişcări în spaţiu, datorită cărora elementele lor
constructive sunt solicitate dinamic. În funcţie de intensitatea oscilaţiilor şi a stării construcţiilor,
solicitările pot să producă în timp avarierea acestora. Acest lucru are loc atunci când oscilaţiile produse,
conduc la solicitări dinamice care depăşesc rezistenţa la întindere, forfecare sau încovoiere a elementelor
constructive [10], [16], [28].
Pentru aprecierea efectului seismic al oscilaţiilor elastice transmise prin pământ la fundaţiile
clădirilor, pe plan mondial a fost ales în majoritatea cazurilor criteriul vitezei, întrucât acesta este singurul
parametru reproductibil pentru întreaga gamă de frecvenţe proprii seismelor produse prin lucrări de
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
217
puşcare. Undele seismice care se manifestă asupra construcţiei de protejat, sunt generate de explozia
încărcăturilor explozive în găurile de mină forate în elementele de construcţii ale OD 12 şi de impactul cu
terenul la prăbuşirea construcţiei [100].
9.2.4.1. Evaluarea efectului seismic indus de exploziile din elementele de construcţie La proiectarea lucrărilor de puşcare, mărimea încărcăturii explozive concentrate ce se poate
detona instantaneu, se determină cu relaţia
3
k
RQinst
[kg. (echivalent TNT)] (9.6)
unde:
R - distanţa între locul puşcării şi obiectiv (m);
k - coeficient funcţie de proprietăţile mediului în care se explodează;
α - coeficient care depinde de indicele de acţiune al exploziei [65], [92].
Cantitatea de exploziv posibil a fi detonată pe treapta de întârziere, se stabileşte cu relaţia
1. )(3
2KnfQQ institrtr
.[kg. (echivalent TNT)] (9.7)
unde:
f(n) - coeficient de reducere funcţie de timpul de întârziere al sistemului de iniţiere;
K1 - coeficient de reducere funcţie de numărul puşcărilor efectuate în cursul unui an [65], [92].
Cunoscând că:
- R = 130 m, distanţa între OD 12 şi blocul A18 B;
- K = 9 pentru roci argiloase;
- α = 1 (pentru indicele de explozie n = 1);
- f(n) = 0.917 pentru sistemul NONEL-MS ce se utilizează la demolare;
- K1 = 1 (pentru o puşcare),
şi utilizând relaţiile de calcul prezentate anterior, pentru obiectivul OD 12 se obţine:
Qinst = 3012 kg echivalent TNT = 2317 kg dinamită;
Qtr itr = 1841,5 kg echivalent TNT = 1416,5 kg dinamită.
Se observă că valorile obţinute din calcul sunt foarte mari în comparaţie cu cantitatea maximă de
exploziv detonată pe treapta de explozie Q = 6,864 kg dinamită (vezi Anexa 10). Chiar dacă încărcăturile
explozive ar detona în găuri de mină practicate în pământ, viteza de oscilaţie generată de şocul exploziei,
este sub valoarea stabilită ca admisibilă [63].
În concluzie, având în vedere faptul că aceste încărcături explozive detonează deasupra
pământului, nu se poate lua în discuţie un eventual efect seismic indus prin teren, la lucrările de puşcare
executate pentru demolarea OD 12.
9.2.4.2. Evaluarea efectului seismic indus la prăbuşirea construcţiei
La prăbuşirea unei structuri ce se demolează prin explozii controlate, pot rezulta efecte seismice a
căror mărime depinde de energia generată la impactul cu terenul. Această energie este în funcţie de masa
structurii ce se demolează şi înălţimea centrului ei de greutate. O parte din această energie este consumată
în procesul de răsturnare, în energie de frecare şi lucru mecanic de modificare a formei structurii [63].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
218
Energia indusă în pământ datorită impactului cu terenul, este transmisă sub formă de unde de
oscilaţie. Intensitatea maximă a oscilaţiei este funcţie de durata de transmisie în timp a energiei în
pământ, care la rândul ei este influenţată de comportarea la răsturnare a structurii [28].
O construcţie care se destramă la demolarea prin răsturnare, produce la impactul succesiv cu
terenul a elementelor constructive dezmembrate, oscilaţii mult mai mici decât în cazul izbirii de teren,
prin prăbuşirea instantanee a întregii construcţii [64].
La evaluarea efectului seismic produs de prăbuşirea pe teren a obiectivuluide de demolat, trebuie
avut în vedere că structura de rezistenţă este formată din cadre de beton armat. Pentru aceste structuri
atunci când procedeul de demolare ales este prin răsturnare pe o direcţie, diminuarea ponderii principale a
energiei de cădere este realizată prin spaţiile mari care există în interiorul structurii şi care fac ca la un
moment dat, doar o mică parte din elementele construcţiei să fie în contact cu terenul, în timp ce alte
elemente ajung la rupere după care se prăbuşesc complet (fig. 9.22) [100].
Se apreciază că în procesul de demolare al OD 12, nu sunt probleme din punct de vedere al
intensităţii oscilaţiilor pământului generate la prăbuşirea construcţiei, astfel încât să fie afectate clădirile
învecinate.
Figura 9.20. Spaţiu din interiorul structurii de Figura 9.21. Spaţiu din interiorul structurii de
demolat de la un etaj inferior demolat de la un etaj superior
Figura 9.22. Elementele structurale ale OD 12 prăbuşite pe teren în urma demolării
9.2.5. Evaluarea efectului fragmentelor aruncate
Principalele urmări ale acestui efect ce se pot manifesta la demolarea OD 12, sunt [100]:
Componente structurale rezultate în urma prăbuşirii prin
basculare a construcţiei industriale
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
219
- distrugeri locale, în urma impactului dintre fragmentele aruncate şi obiectivul de protejat;
- producerea de incendii locale, acolo unde cad fragmentele aruncate, dacă acestea sunt încălzite la o
temperatură corespunzătoare;
Pentru înlăturarea producerii acestor efecte, s-au luat o serie de măsuri de protecţie, cum ar fi:
- instalarea pe OD 12 în dreptul găurilor de mină încărcate cu explozivi, a unor plase de sârmă cu ochiuri
de 0,05 × 0,05 m, pentru încetinirea şi reţinerea fragmentelor mari desprinse la explozie (fig. 9.23, 9.24);
- instalarea pe OD 12 în dreptul găurilor de mină încărcate cu explozivi, a unor ecrane textile şi ecrane
din tablă striată, pentru încetinirea şi reţinerea fragmentelor mici desprinse la explozie (fig. 9.24);
- instalarea unui ecran de protecţie din baloţi de paie între obiectivele de demolat şi de protejat (fig. 9.25);
- identificarea, imediat după demolare, a posibile focare de incendiu şi stingerea lor [65].
Figura 9.23. Plasă de sârmă folosită la Figura 9.24. Materiale pentru încetinirea şi reţinerea
confecţionarea ecranelor de protecţie fragmentelor mari desprinse la explozie
9.2.6. Evaluarea efectului poluării mediului înconjurător
Acest efect are loc într-o foarte mică măsură fiind foarte limitat ca timp şi spaţiu de acţiune şi se
datorează atăt gazelor de explozie şi prafului rezultat în urma sfărâmării structurii de rezistenţă din beton
armat, cât şi interacţiunii elementelor de construcţie între ele şi la contactul cu terenul. Limitarea
răspândirii norului de praf care a rezultat în urma prăbuşirii OD 12, s-a realizat prin împrăştierea apei cu
furtunul în zona de producere a demolării, atât înainte cât şi imediat după prăbuşirea construcţiei [100].
Figura 9.25. Efectul poluării cu praf şi gaze de explozie pe timpul demolării OD 12
Ecrane din plasă de sârmă
dispuse peste ţesătură textilă Ecrane din
tablă striată
Ecran de protecţie
din baloţi de paie
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
220
STUDIU DE CAZ nr. 3
9.3. Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor
9.3.1. Generalităţi
Obiectivele majore ale cercetării efectului seismic al exploziilor asupra construcţiilor, constau în
stabilirea de criterii de deteriorare sigure, stabilirea unor metode eficiente de evaluare a efectului seismic,
stabilirea unor formule empirice pentru estimarea orientativă a nivelului oscilaţiilor induse în urma
exploziilor (sunt foarte utile atunci când nu se dispune de înregistrări), stabilirea pe baze experimentale a
nivelurilor admisibile de oscilaţii, pentru diferite grade de deteriorări ale construcţiilor [28].
În acest studiu de caz, prezint modul de comportare a clădirii cu 10 etaje - A 18 B (descrisă în
Studiu de caz nr. 2) şi denumită în continuare obiectivul de protejat, la acţiunea undelor seismice
generate de demolarea prin explozii controlate a construcţiei industriale OD 12 - Curăţătorie (descrisă în
Studiul de caz nr. 1 şi denumită obiectivul de demolat). Obiectivele de demolat şi de protejat se află la
distanţa de aproximativ 130 m unul faţă de celălalt.
Construcţia industrială, a fost demolată cu explozii controlate prin tehnica basculării, în data de
11.07.2006, la ora 18:00. Condiţiile atmosferice din timpul demolării au fost: temperatura 300C,
presiunea atmosferică 752 mm col. Hg, viteza vântului 0,2 m/s din direcţia N-E, umiditatea relativă în aer
45%.
Pentru studierea răspusului dinamic al obiectivului de protejat la demolarea prin explozii a
obiectivului de demolat, am efectuat la etajul 10 al clădirii protejate, înregistrări ale oscilaţiilor induse
asupra acestei structuri, înainte, în timpul şi după activitatea de demolare.
Înregistrările le-am realizat cu un vitezometru, cu care am înregistrat succesiv pe cele trei direcţii
principale NS, EV şi verticala Z, următorii parametrii dinamici ai structurii: deplasările (mm), vitezele
(mm/s), acceleraţiile (mm/s2), smucitura (mm/s
3), frecvenţele proprii (Hz) şi perioadele proprii (s) [22].
Vitezometru GeoSIG GBV-316 (fig. 9.26) pe care l-am utilizat la aceste înregistrări, este de
regulă instalat în clădirea Facultăţii de Îmbunătăţiri Funciare din cadrul Universităţii de Ştiinţe
Agronomice şi Medicină Veterinară Bucureşti. În amplasament, acest aparat execută înregistrări ale
mişcării pământului de pe urma cărora se poate calcula probabilitatea de apariţie a unui seism în
amplasamentul respectiv, deci hazardul seismic. Acest lucru este necesar să fie cunoscut pentru protecţia
seismică a amplasamentului în cauză, conform normativelor în vigoare [27].
9.3.2. Prezentarea instrumentului GeoSIG GBV- 316
Aparatul GBV 316 este un sistem de achiziţie a datelor seismice produs în Elveţia. Echipamentul
este disponibil în mai multe variante constructive [27]:
- cu semnal intern sau trei axe, într-o carcasă metalică portabilă;
- numai ca digitizor, sau alte configuraţii.
Opţional se pot folosi şi senzori externi cum ar fi: seismometre, geofoane, accelerometre sau alţi
senzori cu tensiunea de intrare în intervalul 0 - 5 VDC. Valorile mai mici pot fi amplificate.
În timpul operării normale, senzorii introduc toate evenimentele în formă digitală de 16 biţi în
memoria de 64 kb a instrumentului. Datele înregistrate sunt stocate în memoria EPROM şi nu se pierd
dacă sistemul nu mai este conectat la sursa de tensiune. Sistemul GBV este configurat astfel încât să fie
conectat la un calculator personal printr-un port de comunicare RS 232 [27].
Accesul la datele înregistrate este posibil prin conectarea la calculatorul personal, permiţându-se o
comunicare la viteză mărită a datelor, astfel încât să fie extrase foarte rapid.
Algoritmii de declanşare includ raportul mediu dintre Media Perioadei Scurte (STA) şi cea a
perioadei lungi (LTA) şi nivelul de declanşare. Raportul de declanşare (STA/LTA) calculează mediile
semnalelor de perioadă lungă şi scurtă de 50 de ori pe secundă (la fiecare 0.02 secunde).
Când STA depăşeşte multiplii presetaţi ai LTA, instrumentul GBV începe înregistrarea.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
221
Patru led-uri împreună cu display-ul sistemului dau informaţii utilizatorului despre semnalul sosit,
dată şi timp, spaţiul de memorie ocupat şi mesajele eronate. Tipul de informaţie este afişat pe display-ul
instrumentului şi poate fi setat de utilizator cu ajutorul softaware-ului tip GeoDAS.
În funcţie de specificaţie şi culoarea lor, led-urile indică [27]:
AC – culoare verde – conectarea instrumentului la sursa de tensiune;
RUN – culoare verde – clipeşte la fiecare două secunde în momentul în care GBV-ul funcţionează
normal;
EVEN – culoare galbenă – este aprins pe durata înregistrării unui eveniment. Numărul flash-urilor
în 10 secunde reprezintă cantitatea de memorie utilizată în procente;
Error – culoare roşie – clipeşte în momentul în care are loc o eroare (descărcarea bateriei,
memorie plină, senzor stricat).
Figura 9.26. – Instrumentul GBV 316 [27]
Pe un capac în interiorul aparatului, este montat circuitul electric principal al acestuia compus din:
transformatorul de curent, micro-controler-ul, ceasul şi memoria aparatului. Carcasa instrumentului
conţine şi o baterie reîncărcabilă de 12 VDC. Această baterie poate furniza timp de aproximativ 2 zile
autonomia necesară în condiţii de utilizare normală [27].
Aparatul are amplasat pe una din feţele laterale 4 conectori şi un întrerupător. Conectorii sunt:
1. Conectorul RS 232 – pentru ataşarea unui calculator la GBV, folosit pentru a seta
parametrii operaţiilor sau recuperarea datelor înregistrate;
2. Conectorul GPS – este folosit pentru conectarea unui GPS extern la GBV. Semnalul de la
acest receptor este folosit să permită localizarea aparatului;
3. Conectorul pentru sursa de putere – prin acest conector aparatul este alimentat cu energie
electrică (17 – 30VDC) şi 550mA;
4. Conectorul pentru senzorul extern – permite conexiunea cu un senzor extern. La acest
conector pot fi conectate mai multe tipuri de senzori externi cu puterea de intrare a semnalului între 0-5
VDC [27].
Opţionale şi accesorii [27]:
Modem. Poate fi conectat un modem extern la GBV care are rolul de a da accesul controlului la
GBV printr-o linie telefonică. Se poate ca GBV-ul să sune în momentul evenimentului. În momentul
producerii evenimentului, GBV-ul apelează automat la numărul telefonic presetat.
GPS este un receptor de satelit ataşat la GBV. Această unitate dă informaţii exacte despre poziţia
instrumentului.
Memorie. Memoria standard este de 2 Mb şi există posibilitatea upgrade-ului până la 10 Mb [27].
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
222
9.3.3. Amplasarea şi operarea cu instrumentul GBV-316
Selectarea locului de amplasare a aparatului, constă în alegerea unui loc cât mai liniştit în care
instrumentul să nu fie expus condiţiilor de mediu neprielnice. După ce locul a fost identificat, se
realizează montarea aparatului. În acest scop, se desfac cele patru şuruburi ale carcasei, iar prin găurile
care practicate la baza carcasei, se introduc 4 şuruburi tip M6 cu care se realizează prinderea aparatului
de placa de beton. Denivelarea platformei pe care este montat instrumentul, poate fi de maxim 30 [27].
9.3.4. Modul de operare al instrumentului GBV-316
a) Condiţionarea semnalului [27]
Senzor: intern SM 6 Model B;
Rezoluţie: 16 biţi în intervalul 0 – 5 V;
Frecvenţa: 4.5 Hz;
Rezistenţa de amplificare: 8.2 kOhm.
Tabelul 9.1. – Caracteristicile senzorului intern [27]
Amplificare Constanta
seismografului
(Vs/m)
Constanta
generatorului
totală (incl.
8.2 kOhm)
(Vs/m)
Scala
completă
a
voltajului
(mV)
Scala
completă a
semnalului
(mm/s)
Rezoluţia
semnalului
(V)
Semnalul
LSB
(mm/s)
2.2 28,8 60,5 1136 41,26 34,67 1261
10 28,8 275 250 9078 7,629 277,4
100 28,8 2750 25 0,908 0,763 27,74
1000 28,8 27500 2,5 0,091 0,076 2,774
Relaţiile Acceleraţie – Viteză – Deplasare
fdf
av
2
2 (9.8)
2242 f
a
f
vd
(9.9)
22242 fdfva (9.10)
unde
a – acceleraţia (m/s2)
v – viteza (m/s)
d – deplasarea (m)
f – frecvenţa (Hz)
Exemplu: considerând o viteză de 3 mm/s la frecvenţa de 20 Hz rezultă
mgsmxxxfva 4.38/38.02014.32003.02 2 (9.11)
mmmxxf
vd 0238.08.23
2014.32
003.0
2
(9.12)
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
223
b) Amplificarea semnalului
Versiunea standard a instrumentului GBV are un preamplificator intern, care permite să amplifice
semnalele la senzorul intern cu un factor de amplificare de 2.2/10/100/1000. Valorile se selectează cu
ajutorul unui conector existent pe placa de bază [27].
Tabelul 9.2. – Calculul deplasării, vitezei şi acceleraţiei la diferite frecvenţe [61] Frecvenţa
(Hz)
Deplasarea
(m)
Deplasarea
(um)
Viteza
(m/s)
Viteza
(mm/s)
Acceleraţia
(m/s2)
Acceleraţia
(mg)
1 0,0000001 0,1 0,000000628 0,000628319 0,000000395 0,000040243
2 0,0000001 0,1 0,000001257 0,001256637 0,000000790 0,000080486
5 0,0000001 0,1 0,000003142 0,003141593 0,000001974 0,000201215
10 0,0000001 0,1 0,000006283 0,006283185 0,000003948 0,000402430
20 0,0000001 0,1 0,000012566 0,012566371 0,000007896 0,000804861
50 0,0000001 0,1 0,000031416 0,031415927 0,000019739 0,002012152
100 0,0000001 0,1 0,000062832 0,062831853 0,000039478 0,004024304
c) Filtru de decimare
GBV-ul suportă frecvenţe de 25, 50, 100 şi 200 Hz. Filtrul de decimare este realizat cu ajutorul
unui filtru cu pas mic digital. Filtrul de decimare este proiectat astfel încât amplificarea răspunsului
frecvenţei este 60 dB la fs/2 (fs = sampling frequency) [27].
Figura 9.27. Frecvenţa de răspuns [27] Figura 9.28. Pasul de răspuns [27]
d) Declanşarea înregistrării Înregistrarea începe cu un interval de timp înaintea evenimentului şi se încheie la un alt interval
de timp după ce a avut loc evenimentul. Aceste intervale pre şi post eveniment, se pot defini de către
utilizator cu ajutorul software-ului GeoDAS (fig. 9.29) [27].
Figura 9.29. Modul de înregistrare a datelor [27]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
224
În situaţia în care utilizatorul setează instrumentul să înregistreze continuu, atunci ledul galben
amplasat pe capacul instrumentului, va funcţiona în permanenţă.
Raportul STA/LTA (Short Time Average/Long Time Average) calculează mediile perioadei
scurte şi perioadei lungi ale semnalelor intrate. Când STA creşte cu un multiplu presetat faţă de LTA,
GBV-ul începe să înregistreze datele. Avantajul acestui tip de declanşare a înregistrării este acela că
sensibilitatea de declanşare se adaptează la semnalul seismic. Astfel se obţin mai puţine erori de
declanşare a înregistrării, decât cu alte tipuri de metode de înregistrare [27].
Pentru folosirea raportului de declanşare STA/LTA, sunt folosite următoarele informaţii:
- perioada de capăt a intervalului scurt;
- perioada de capăt a intervalului lung;
- raportul dB al mediei perioadei scurte la media perioadei lungi ce declanşează înregistrarea;
- atunci când utilizatorul doreşte, poate avea cele două valori STA şi LTA aduse la zi [27].
Media timpului pentru STA şi LTA, poate fi aleasă după cum urmează:
- STA 0.1 la 10 secunde;
- LTA 1 la 999 secunde.
LTA nu poate fi setată mai mică decât STA. Valorile lui ALFA pentru o funcţionare corectă a
instrumentului GBV 316, sunt prezentate în tabelul 9.3.
Tabelul 9.3. Valorile maxime ale lui ALFA pentru unele valori ale raportului STA/LTA [27]
STA LTA Maximum
ALPHA
2.0 10 14 dB
1.0 10 20 dB
0.5 10 26 dB
0.5 20 32 dB
0.2 20 40 dB
LTA
STAALPHA 10log20 (9.13)
e) Înregistrarea datelor
Un eveniment este o perioadă de timp în care are loc înregistrarea. Când s-a obţinut un eveniment
GBV-ul îl stochează în format digital în memoria disponibilă. Pentru ca înregistrarea să se oprească
trebuie să existe o condiţie de oprire setată de utilizator de la calculatorul conectat la aparat. Tot de
utilizator sunt setate şi intervalele de timp pre şi post eveniment [27].
Capacitatea de înregistrare exprimată în secunde este dată de formula:
SRTBByteCH
CFMt
)(
(9.14)
unde: CF - factorul de compresiune a datelor (este setat 1.5 dar poate lua valori în intervalul 1...7); Byte -
GBV foloseşte formatul 2 Byte data; TB - intervalul de timp; CH - număr de canale; SR - rata (SPS);
t - timpul (s).
Cu 2Mbyte de memorie instalată, înregistrând pe 3 canale cu o rată de 200 SPS, timpul maxim de
înregistrare obţinut este de 37 min. GBV-ul nu înregistrează peste datele deja înregistrate. Atunci când
memoria este plină, înregistrarea se opreşte automat.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
225
f) Extragerea datelor
Pentru a extrage datele, se foloseşte un calculator ce se poate conecta la aparat prin portul RS 232.
După conectare se instalează software-ul GeoDAS sau orice alt tip de program de captură a datelor. Acest
software poate să convertească înregistrările făcute în diferite tipuri de formate, cunoscute pentru
programele MATLAB, SEISAN, SCDS etc. Aceste software-uri, sunt specializate ptr. calculul şi
prelucrarea datelor cu ajutorul unor funcţii matematice [27].
9.3.5. Înregistrări
Înregistrările efectuate cu sistemul de achiziţie a datelor GBV 316 la etajul 10 al obiectivului de
protejat, situat la 130 m faţă de obiectivul de demolat, înainte, în timpul şi după producerea demolării
prin explozii controlate, sunt în concordanţă cu specificaţiile din subcapitolul 6.6 al tezei - Evaluarea
mişcărilor pământului produse de explozii [100].
A. Înregistrări pe 3 direcţii ortogonale înaintea demolării [100]
Figura 9.30. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în deplasări înaintea demolării
Figura 9.31. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în viteze înaintea demolării
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
226
Figura 9.32. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în acceleraţii înaintea demolării
Figura 9.33. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în smucituri înaintea demolării
Figura 9.34. Transformata Fourier a structurii înaintea demolării
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
227
B. Înregistrări pe trei direcţii ortogonale în timpul demolării [100]
Figura 9.35. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în deplasări în timpul demolării
Figura 9.36. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în viteze în timpul demolării
Figura 9.37. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în acceleraţii în timpul demolării
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
228
Figura 9.38. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în smucituri în timpul demolării
Figura 9.39. Transformata Fourier a structurii în timpul demolării
C. Înregistrări pe trei direcţii ortogonale după demolare
Figura 9.40. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în deplasări după demolare
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
229
Figura 9.41. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în viteze după demolare
Figura 9.42. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în acceleraţii după demolare
Figura 9.43. Răspunsul dinamic al structurii exprimat în smucituri după demolare
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
230
Figura 9.44. Transformata Fourier a structurii după demolare
9.3.6. Prelucrarea şi interpretarea înregistrărilor
După prelucrarea înregistrărilor cu soft-ul GeoDAS, am obţinut valorile maxime pentru
deplasările, vitezele, acceleraţiile, frecvenţele şi perioadele proprii ale obiectivului de protejat.
Rezultatele parametrilor înregistraţi sunt prezentate tabelar, sub formă de valori comparative pe cele 3
direcţii şi în cele 3 momente ale înregistrării, astfel:
Tabelul 9.4. Valori maxime ale parametrilor mişcării înregistraţi pe direcţia verticală [100]
Parametru Înainte de explozie În timpul exploziei După explozie
Deplasare (mm) 13,52 x 10-7
425,1 x 10-7
33,17 x 10-7
Viteză (mm/s) 553,7 x 10-7
12250,0 x 10-7
1104,0 x 10-7
Acceleraţie (mm/s2) 26260,0 x 10
-7 632000 x 10
-7 55970,0 x 10
-7
Smucitură (mm/s3) 1589000 x 10
-7 -29660000 x 10
-7 -3264000 x 10
-7
Frecvenţa proprie (Hz) 3,13 3,22 3,00
Perioada proprie (s) 0,3194 0,3105 0,3333
Tabelul 9.5. Valori maxime ale parametrilor mişcării înregistraţi pe direcţia N-S [165]
Parametru Înainte de explozie În timpul exploziei După explozie
Deplasare (mm) 12,03 x 10-7
742,0 x 10-7
21,35 x 10-7
Viteză (mm/s) 247,0 x 10-7
19360,0 x 10-7
444,0 x 10-7
Acceleraţie (mm/s2) 9830,0 x 10
-7 610000 x 10
-7 23990,0 x 10
-7
Smucitură (mm/s3) 709000 x 10
-7 29960000 x 10
-7 1501000 x 10
-7
Frecvenţa proprie (Hz) 2,12 2,05 2,10
Perioada proprie (s) 0,4716 0,4878 0,4761
Tabelul 9.6. Valori maxime ale parametrilor mişcării înregistraţi pe direcţia E-V [100]
Parametru Înainte de demolare În timpul demolării După demolare
Deplasare (mm) 10,98 x 10-7
1334,0 x 10-7
25,66 x 10-7
Viteză (mm/s) 239,0 x 10-7
29550 x 10-7
579,0 x 10-7
Acceleraţie (mm/s2) 9600 x 10
-7 811000,0 x 10
-7 21380,0 x 10
-7
Smucitură (mm/s3) 653000 x 10
-7 30520000 x 10
-7 1171000 x 10
-7
Frecvenţa proprie (Hz) 3,42 3,22 3,30
Perioada proprie (s) 0,2923 0,3105 0,3030
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
231
În urma evaluării comparative a valorilor maxime ale parametrilor dinamici înregistraţi la etajul
10 al obiectivului de protejat, pe cele 3 direcţii şi în cele trei momente luate în considerare, rezultă că
aceste valori au avut amplificările cele mai mari pe direcţia E-V în timpul demolării, faţă de valorile
înregistrate înaintea demolării, conform tabelului următor:
Tabelul 9.7. Amplificările maxime ale parametrilor înregistraţi pe direcţiile verticală,
N-S şi E-V în cele 3 momente ale înregistrării [100]
Parametru Amplificarea maximă
Direcţia verticală Direcţia N-S Direcţia E-V
Deplasare (mm) 31,44 61,67 121,49
Viteză (mm/s) 22,12 78,38 123,64
Acceleraţie (mm/s2) 24,06 62,05 84,47
Smucitură (mm/s3) 18,66 42,25 46,73
Frecvenţa proprie (Hz) 1,07 1,03 1,03
Perioada proprie (s) 1,07 1,03 1,06
Din tabelul de mai sus se observă că dintre toate amplificările parametrilor de mişcare pe direcţia
E-V, amplificarea maximă corespunde pentru parametrul „viteză”. Amplitudinea maximă de oscilaţie a
obiectivului de protejat pe direcţia E-V, exprimată prin viteza particulei, este de 0,003 mm/s şi are o
valoare de 123,64 ori mai mare în timpul demolării faţă de valoarea înregistrată înaintea demolării.
9.3.7. Analiza înregistrărilor În urma evaluării comparative a valorilor parametrilor dinamici înregistraţi, rezultă că acestea au
suferit modificări de două ordine de mărime în timpul exploziei faţă de valorile înregistrate înaintea
exploziei. Cu excepţia frecvenţei şi perioadei proprii, mărimile parametrilor înregistraţi după explozie,
sunt duble faţă de cele anterioare exploziei.
Pentru a evalua influenţa oscilaţiilor seismice produse la demolarea construcţiei industriale asupra
blocului de locuinţe, am comparat valorile maxime ale parametrilor dinamici care caracterizează
oscilaţiile seismice produse atât de explozii cât şi de prăbuşirea construcţiei industriale, cu gradele de
deteriorare ale construcţiilor indicate în lucrările de specialitate ca fiind corespunzătoare pentru aceste
valori [25], [65].
După cum am precizat în cap. 6, paragraful 6.6.2.3, din cercetările în domeniu rezultă că pentru
oscilaţii ale terenului ale căror frecvenţe depăşesc valoarea de 10 Hz, criteriul de deteriorare recomandat
al construcţiilor este viteza particulei iar pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz, acesta se alege în funcţie de
mărimea deplasării particulei [65].
Datorită faptului că frecvenţa oscilaţiilor pe timpul demolării obiectivului a fost mai mică de 10
Hz, rezultă că mărimea deplasării particulelor reprezintă criteriul de deteriorare cel mai indicat pentru a
evalua gradul de deteriorare al obiectivului de protejat.
Pentru a aduce un plus de credibilitate evaluării gradului de deteriorare al obiectivului de protejat,
în afară de evaluarea parametrului deplasarea particulei, efectuez şi analiza comparativă a gradul de
deteriorare după mărimea vitezei şi acceleraţiei particulei.
Din tabelul 9.6, se observă că amplitudinea maximă de oscilaţie a obiectivului de protejat pe
direcţia E-V, exprimată prin deplasarea particulei (d = 0,0001334 mm) este mult mai mică decât
amplitudinea minimă admisibilă de oscilaţie a unei construcţii exprimată în valori ale deplasării
particulei, astfel încât aceasta să fie deteriorată (d = 0,05 mm conform tabelului 6.5 din cap. 6) şi de
asemenea mult mai mică faţă de amplitudinea minimă admisibilă de oscilaţie a unei construcţii exprimată
prin deplasarea particulei (d = 2,67 mm) pentru ca o construcţie oscilată la o frecvenţă foarte joasă (f = 5
Hz) să fie fisurată (conform tabelului 6.4 din cap. 6).
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
232
Tot din tabelul 9.6, rezultă că valoarea amplitudinii maxime de oscilaţie exprimată prin viteza
particulei înregistrată de vitezometru pe timpul demolării prin explozii a construcţiei industriale (v ≈
0,003 mm/s), este cu trei ordine de mărime mai mică decât nivelul de oscilaţie exprimat în valori ale
vitezei particulei stabilit de Medvedev (v = 2 mm/s), astfel încât oscilaţiile să fie percepute de oameni
(conform tab. 6.8 din cap. 6).
Acceleraţia particulei este un parametru foarte des utilizat în aprecierea efectului seismic al
cutremurelor de pământ asupra construcţiilor. În vederea evaluării efectului seismic pe baza folosirii
acceleraţiei particulei rezultate în urma exploziilor, cercetările făcute de Thoenen şi Windes (1942), au
arătat că dacă acceleraţia este mai mică decât 0,1g, nu este de aşteptat nici o deteriorare a clădirilor [28].
După Buzdugan et. al. (1976), nivelul de oscilaţie exprimat în valori ale acceleraţiei pentru
apariţia unor deteriorări grave ale unei construcţii de mică înălţime, ca urmare a efectelor seismice ale
exploziilor, are valoarea a = 0,05 mm/s². Mărimea acceleraţiei mişcării particulei înregistrată de
vitezometrul GBV-316, are valoarea a = 0,08 mm/s², însă nu corespunde încadrării lui Buzdugan,
deoarece în cazul de faţă obiectivul de protejat este o clădire înaltă, cu 10 etaje.
9.3.8. Interpretarea rezultatelor
Din tabelele 9.4, 9.5 şi 9.6, reiese că valorile maxime ale parametrilor dinamici înregistraţi după
demolare, în comparaţie cu valorile maxime ale parametrilor înregistraţi înaintea demolării, sunt aproape
duble, fapt care demonstrează că efectele oscilaţiilor pământului generate la demolarea structurii de
demolat şi manifestate asupra structurii de protejat, sunt cumulative. În conformitate cu prevederile
reglementării tehnice "Cod de proiectare. Bazele proiectării structurilor în construcţii", indicativ CR 0-
2012, efectele dependente de timp asupra structurilor care sunt cumulative, trebuie asociate cu durata de
viaţă proiectată a construcţiilor respective [X].
În urma analizei rezultatelor înregistrărilor, se validează atât calculele efectuate în paragraful
9.2.5 pentru determinarea efectului seismic indus de exploziile din elementele de construcţie, precum şi
enunţul efectuat în paragraful 9.2.6, cu referire la efectele seismice generate la impactul cu terenul a
obiectivului de demolat.
Influenţa oscilaţiilor seismice generate la demolarea prin explozii controlate a obiectivului de
demolat, asupra clădirii monitorizate şi a oamenilor care locuiesc în această clădire, au fost conform
scării de intensităţi macroseismice MSK-64, imperceptibile, adică intensitatea oscilaţiilor a rămas sub
limita sensibilităţii oamenilor iar oscilaţiile terenului au fost înregistrate numai de vitezometru (conform
tab. 6.8 de la paragraful 6.6.2.2). În conformitate cu scara macroseismică europeană EMS-98, efectele au
fost nesesizate de oameni chiar în cele mai defavorabile situaţii [132].
La demolarea prin explozii controlate a obiectivului de demolat, asupra obiectivului de protejat nu
s-au produs avarii şi degradări.
Nu au fost înregistrate reclamaţii din partea locatarilor obiectivului de protejat, referitoare la
neplăceri cauzate de efectele produse atât în timpul, cât şi după executarea activităţii de demolare prin
explozii controlate.
Studiul evaluării influenţei oscilaţiilor seismice produse la demolarea prin explozii controlate a
construcţiei de demolat asupra construcţiei de protejat, are în mod special un rol justificativ.
Acest studiu, poate fi pus (de către executantul lucrării de demolare) la dispoziţia organelor
abilitate, în situaţia apariţiei reclamaţiilor locatarilor obiectivului de protejat, referitoare la neplăceri sau
daune datorate activităţii de demolare.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
233
STUDIU DE CAZ nr. 4
9.4. Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate
9.4.1. Introducere
Executarea lucrărilor de demolare cu explozivi în domeniul construcţiilor, necesită luarea unor
măsuri de protecţie a mediului înconjurător, datorită efectelor distructive manifestate în principal sub
forma undelor de şoc şi a proiecţiei de fragmente şi schije rezultate în urma detonării încărcăturilor de
explozivi. În cazul lucrărilor de demolare executate în zonele urbane şi în special în imediata apropiere a
unor construcţii care trebuie protejate, aceste efecte prezintă un interes special, deoarece pot constitui
surse generatoare de distrugeri şi accidente [123].
În timpul lucrărilor de demolări cu explozivi, se adoptă o serie de măsuri pentru protejarea
mediului împotriva efectelor generate de explozii (în special suprapresiunea în frontul undei de şoc şi
proiecţiile de schije). Aceste măsuri constau în folosirea tehnicilor de protecţie cu mijloace de protecţie
balistică (ecrane) confecţionate din diferite materiale, ce se interpun la anumite distanţe, între încărcătura
explozivă şi zona sau construcţiile care trebuie protejate [96].
În cazul demolărilor controlate în care protecţia necesară este maximă (zone urbane sau cu lucrări
importante) este necesar să se utilizeze o combinaţie de ecrane care să realizeze o diminuare puternică a
undei de şoc aeriene şi a materialului sfărâmat aruncat [65].
Una din metodele folosite la protejarea obiectivelor faţă de efectele exploziilor puternice, este cea
a ecranelor realizate sub forma unor pereţi de protecţie dispuşi între explozii şi obiective (fig. 9.45 şi
9.46). Soluţia este de a utiliza saci de plastic umpluţi cu apă, susţinuţi de blocuri mari din polistiren.
Sistemul poartă denumirea de “Perete Poldine” [77].
Mulţi dintre observatorii militari experimentaţi şi chiar specialiştii în explozivi - spun producătorii
de astfel de echipamente - au fost surprinşi de eficacitatea sacilor cu apă şi chiar credeau că încărcăturile
de testare au fost prost trase [88].
În urma studiilor efectuate, argumentele pe care le aduce Explo Safety în sprijinul demonstrării
ştiinţifice a eficacităţii baricadelor cu apă sunt:
- densitatea de cca. 800 de ori mai mare a apei decât a aerului. Rezultă că forţele de frecare sunt
mult mai mari în apă;
- căldura latentă a apei (2,25 106 J/kg) este aproape jumătate din căldura de explozie a unui
exploziv (QTNT = 4,54 106 J/kg). Un nor de picături de apă de mare suprafaţă, prin evaporare poate
absorbi o cantitate mare din energia rezultată în urma transformării explozive;
-
Figura 9.45. Perete Poldine [88] Figura 9.46. Perete Poldine [88]
- în amestecul de apă cu aer, viteza sunetului suferă o modificare în sensul scăderii ei (studii
efectuate de Karplus şi Clinch, în 1964). Viteza sunetului în apă este de aproximativ de 1480 m/s iar în
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
234
aer este de 340 m/s. În amestecul 50% - 50% apă – aer, care are o densitate medie de două ori mai mică
decât a apei, viteza sunetului la presiune atmosferică e mai mică cu 20 m/s;
- Pentru amestecuri de 10% - 90% apă-aer, viteza sunetului scade cu 30 m/s.
O altă serie de teste efectuate de institutul de cercetare Battelle, referitoare la folosirea jetului de
apă pentru reducerea şocului undei distructive în câmp deschis şi ca un reducător de presiune cvasistatică
(QSP) a suflului distructiv în spaţii închise, au condus la următoarele rezultate:
- cu ajutorul apei se reduce nivelul zgomotului care poate fi o măsură a suprapresiunii;
- cu ajutorul apei se pot reduce distrugerile provocate clădirilor de suprapresiunea în frontul
undei de şoc ;
- cu ajutorul apei se pot reduce distrugerile în spaţii închise.
Deşi au fost efectuate numeroase experimente atât în ţară cât şi în străinătate pentru determinarea
caracteristicilor impuse materialelor de protecţie la efectele exploziilor, acest domeniu nu este încă pe
deplin cercetat [25], [49], [70], [88], [89], [90], [112].
Prin acest studiu, doresc să-mi aduc contribuţia pe cale teoretică şi experimentală la aprofundarea
cunoştinţelor referitoare la atenuarea efectelor exploziei cu ajutorul ecrane stratificate [97].
9.4.2. Studiul teoretic al atenuării efectelor exploziilor cu ecrane triplustratificate
În vederea optimizării caracteristicilor constructive ale unui ecran de protecţie balistică constituit
din materiale omogene cu densităţi diferite, dispuse în trei straturi (gel balistic-aer-gel balistic),
împotriva efectelor exploziei, am efectuat o simulare a atenuării presiunii de explozie (generată de
detonaţia unei încărcături explozive concentrate de 10 kg TNT), cu un astfel de ecran. În acest scop, am
folosit programul de calcul cu elemente finite AUTODYN 2D de la ANSYS şi am determinat variaţia
suprapresiunii în frontul undei de şoc la distanţe diferite, în două variante de lucru [1], [2], [3], [4], [5].
Varianta 1: simularea detonării pe pământ a unei încărcături concentrate de 10 kg TNT, plasată
la distanţele de 2 respectiv 4,3 m faţă de doi traductori de presiune dispuşi pe acelaşi ax cu încărcătura
explozivă;
Varianta 2: simularea detonării pe pământ a unei încărcături explozive concentrate de 10 kg
TNT, plasată la distanţele de 2 respectiv 4,3 m faţă de doi traductori de presiune dispuşi pe axe diferite
faţă de încărcătura explozivă, după interpunerea la jumătatea distanţei între încărcătura explozivă şi
senzorul 2, a unui ecran triplustratificat cu dimensiunile 1,0×1,0×0,3 m.
Mod de lucru [5]
Pentru materialul TNT (trinitrotoluen) programul AUTODYN utilizează atât ecuaţia de stare Lee-
Tarver în vederea modelării detonaţiei explozivului, cât şi ecuaţia “Jones - Wilkins - Lee” (JWL) pentru a
modela explozivul în stare iniţială (neiniţiat). Acest material are definite proprietăţile în tab. 9.8.
Tabelul 9.8. Proprietăţile materialului TNT
Ecuaţia de stare JWL
Densitatea de referinţă ρ = 1,63 g/cm3
Constante
C1 = 3,7377 108 kPa
C2 = 3,7471 106 kPa
r1 = 4,15
r2 = 0,9
ω = 0,35
Viteza de detonaţie C-J = 6,93 103 m/s
Energia C-J = 6,0 106 kJ/m
3
Presiunea C-J = 2,1 107 kPa
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
235
Ecuaţia de stare JWL se poate scrie sub forma
v
ee
vr1Ce
vr1Cp
vr
2
2
vr
1
121
(9.15)
unde: p este presiunea hidrostatică, v = 1/ρ reprezintă volumul specific, ρ este densitatea, iar C1, r1, C2, r2
şi ω (constanta adiabatică) sunt constante determinate experimental ce depind de tipul explozivului [5].
Modelul numeric unidimensional cu geometrie predefinită de tip „wedge”, al unei încărcături
explozive sferice în spaţiu deschis este prezentat în figura 9.47.
Am definit mai întâi condiţia iniţială şi anume ca energia internă a aerului să aibă valoarea
2,068×105 J, pentru ca aerul să fie la presiunea atmosferică (P = 1 bar).
Figura 9.47. Modelul numeric unidimensional
Modelul a fost realizat cu solver-ul “Euler multi-material”, specific problemelor în care sunt
modelate gazele, fluidele sau solidele ce urmează a suferi deformaţii mari.
Având ca principal avantaj, faptul că în timpul simulării elementele domeniului discretizat nu sunt
distorsionate, nefiind nevoie de o rediscretizare, solver-ul Euler este recomandat în cazul modelării
undelor de şoc generate la detonaţia unui exploziv [1].
Astfel, am definit un domeniu cu lungimea de 4500 mm, aplicând totodată, condiţia iniţială
stabilită anterior (P = 1 bar).
În urma procesului de discretizare au rezultat 450 elemente (fig. 9.48).
Cantitatea de exploziv TNT, cu masa de 10 kg, am modelat-o sub formă sferică, având punctul de
detonaţie stabilit în centrul sferei.
Figura 9.48. Detaliu al discretizării modelului numeric
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
236
Pentru a putea vizualiza după simulare, valorile suprapresiunii la diferite distanţe de încărcătura
de exploziv, am definit din faza de modelare, o serie de gauge-uri (elemente ce au drept corespondent
fizic traductorii de presiune) [4].
Se cunoaşte faptul că, prin prelucrarea matematică a unor rezultatele experimentale, s-a
demonstrat că suprapresiunea în frontul undei de şoc pf, se calculează cu relaţia:
2808 1
4,5[ ]
2 2 2
1 1 10,048 0,32 1,35
ZPa
p barf
Z Z Z
(9.16)
unde:
Pa - presiunea aerului în momentul detonaţiei bar;
Z - distanţa scalată m, [15].
Distanţa scalată se determină cu formula
3/1W
RZ (9.17)
unde:
W - echivalentul în TNT a cantităţii de exploziv folosit Kg];
R - distanţa care separă locul de dispunere al explozivului şi obiectivul considerat m, [15].
În următoarele două variante, voi prezenta variaţia suprapresiunii pf cu distanţa R. Această
variaţie o voi reprezenta pe de o parte, pe baza datelor empirice obţinute din ecuaţia (9.16), iar pe de altă
parte, pe baza rezultatelor simulărilor numerice cu ajutorul softului AUTODYN [5].
Varianta 1: Simularea exploziei pe pământ a unei încărcături concentrate de 10 kg TNT
dispusă la distanţele de 2 respectiv 4 m faţă de două traductoare de presiune
Figura 9.49. Evoluţia suprapresiunii în frontul Figura 9.50. Valoarea măsurată a suprapresiunii în
undei de şoc la momentul t = 0,8 ms [4] frontul undei de şoc de traductorul de presiune 1 [5]
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
237
Figura 9.51. Evoluţia suprapresiunii în frontul undei Figura 9.52. Valoarea măsurată a suprapresiunii în
de şoc la momentul t= 1,7 ms [4] frontul undei de şoc de traductorul de presiune 2 [5]
Interpretarea simulărilor pentru varianta 1
Suprapresiunile măsurate de cei doi traductori de presiune dispuşi la distanţele de 2 respectiv 4,3
m faţă de explozia a 10 kg TNT, au valorile aproximative de 18 respectiv 2,4 bari.
Varianta 2: Simularea exploziei pe pământ a unei încărcături concentrate de 10 kg TNT,
dispusă la distanţa de 2,0 m faţă de un ecran triplustratificat cu dimensiunile 1,0×1,0×0,3 m.
Figura 9.53. Evoluţia suprapresiunii în frontul Figura 9.54. Valoarea măsurată a suprapresiunii
undei de şoc la momentul t= 2,80 ms [4] în frontul undei de şoc de traductorul 1 [5]
Figura 9.55. Evoluţia suprapresiunii în frontul Figura 9.56. Valoarea măsurată a suprapresiunii
undei de şoc la momentul t= 4,5 ms [4] în frontul undei de şoc de traductorul 2 [5]
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
238
Interpretarea simulărilor pentru varianta 2
Suprapresiunile în frontul undei de şoc măsurate de cei doi traductori de presiune au valorile
aproximative de 38 bari respectiv 80 mbari.
Datorită reflexiilor şi refracţiilor undei de şoc la interacţiunea cu ecranul stratificat, la baza
ecranului presiunea a crescut de la valoarea de 18 bari corespunzătoare variantei fără ecran, la 38 bari
pentru varianta cu ecran. La 2 m în spatele ecranului, suprapresiunea în frontul undei de şoc este atenuată
de la valoarea de 2,4 bari corespunzătoare variantei fără ecran, la valoarea de 80 mbari pentru varianta cu
ecran.
9.4.3. Studiul experimental al atenuării efectelor exploziilor cu ecrane triplustratificate
Pentru validarea studiului teoretic al atenuării efectelor exploziilor asupra mediului înconjurător
cu ajutorul ecranelor triplustratificate, compar rezultatele obţinute în urma modelării şi simulării
detonaţiei încărcăturii de 10 kg TNT în spaţiu deschis cu ajutorul programului AUTODYN 2D, cu
rezultate obţinute pe cale experimentală [6].
În acest sens, am participat la realizarea unui studiu experimental în Poligonul de Încercări al
Armatei Jegălia, jud. Călăraşi, care a avut în vedere îndeplinirea următoarelor obiective:
- Validarea studiului teoretic al atenuării efectelor exploziilor asupra mediului înconjurător cu
ajutorul ecranelor stratificate;
- Studiul comportării la acţiunea exploziei, a ecranelor stratificate dispuse în interiorul zonei de
distrugere totală a exploziei unei încărcături explozive cu masa Q = 10 kg TNT;
- Determinarea eficacităţii ecranelor stratificate împotriva efectului brizant al exploziei (efectul
prin suflu şi schije);
- Studiul fenomenului de atenuare a suprapresiunii în frontul undei de şoc de către ecranele
stratificate;
- Evaluarea în funcţie de rezultatele obţinute, a posibilităţii de folosire a ecranelor stratificate la
protejarea mediului înconjurător şi a oamenilor de efectele exploziei.
Condiţiile de executare a experimentului
Pentru îndeplinirea obiectivelor propuse, s-au construit la S.C. STIMPEX S.A. Bucureşti, 4
ecrane din fibră de sticlă cu dimensiunile 100 50 27cm fiecare, prevăzute la interior cu trei
compartimente de volume egale, dispuse lamelar, pe lungime (fig. 9.57).
În compartimentele laterale ale ecranelor am introdus gel balistic iar în compartimentul din mijloc
a fost aer (fig. 9.58) [77]
Ecranele le-am amplasat unul peste altul pe sol, pe dimensiunea cea mai mică (pe grosime) după
care le-am apropiat între ele pentru a forma un ecran mai mare (fig. 9.59, fig. 9.60).
Ecranul mare a fost încastrat în pământ cu 3 tije metalice din cornier cu platbanda de 2,5 cm
lăţime.
În spatele ecranului am dispus o pătură antisuflu din kevlar cu grosimea de 2,0 cm şi suprafaţa de
1,5 m².
În faţa ecranului, la distanţa de 2 m pe sol, am detonat succesiv două încărcături explozive
concentrate cu masa de 0,4 respectiv 10 kg TNT (fig. 9.61).
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
239
Figura 9.57. Ecran triplustratificat [97] Figura 9.58. Încărcarea compartimentelor laterale
ale ecranelor cu gel balistic [97]
Figura 9.59. Vedere frontală a dispunerii încărcăturii explozive faţă de ecran [97]
Figura 9.60. Vedere laterală a dispunerii încărcăturii explozive faţă de ecran [97]
2 m
2 m
2 m 2 m
1 m
2 m
Traductor de
presiune 1
Traductor de
presiune 2 10 kg TNT
Ecran
triplustratificat
10 kg TNT
Ecran
triplustratificat
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
240
Figura 9.61. Confecţionarea încărcăturii explozive de Figura 9.62. Vedere frontală a încărcăturii de
10 kg TNT de către autorul tezei [97] 2 kg cuie dispusă pe încărcătura explozivă [97]
Pe toată suprafaţa dinspre ecran a încărcăturii explozive de 10 kg, am dispus o încărcătură de 2 kg
cuie cu masa medie a cuielor de 1 g (fig. 9.62).
Metoda de determinare a presiunii de explozie şi a suprapresiunii la detonarea în teren a
materialelor explozive, este descrisă în procedura specifică Ps-LIPBP-05 a Laboratorului de Încercări
pentru Protecţie Balistică şi Pirotehnice din cadrul Centrului de Cercetare Ştiinţifică pentru Apărare
CBRN şi Ecologie, laborator acreditat de RENAR.
Pentru măsurarea suprapresiunii în frontul undei de şoc, s-a folosit un sistem de achiziţie a datelor
special destinat acestui scop.
Aparatura de măsură a presiunii de explozie, este un sistem multicanal de achiziţie analog-digitală
a parametrilor funcţionali ai mijloacelor explozive compus din: condiţioner de semnal; osciloscop de tip
PICOSCOPE 3424; notebook; traductori piezoelectrici de presiune caracterizaţi prin valoarea maximă a
presiunii pe care o poate măsura şi sensibilitatea lor, măsurată în [pC/V] sau [bar/V]; cablu coaxial low-
noise cu conectori BNC, utilizaţi pentru a realiza conexiunea dintre traductorii piezoelectrici de presiune,
condiţionerul de semnal şi osciloscop (fig. 9.63) [6].
Tehnologia folosită a constat din amplasarea pe pământ în suporţi de oţel a 2 traductori de
presiune piezoelectrici tip PCB model 102: primul în faţa ecranului, la distanţa de 2 m lateral stânga faţă
de încărcătura de exploziv şi al doilea la 2 metri în spatele ecranului. Senzorii au fost dispuşi pe axe de
direcţii diferite.
Traductorii de presiune piezoelectrici etalonaţi pentru diferite presiuni (13,945 bar/V, 6,812
bar/V), au fost dispuşi faţă de încărcătura explozivă, invers proporţional cu distanţa până la aceasta cu
scopul de a face faţă solicitărilor la presiune.
Înainte de executarea propriu-zisă a experimentului, s-a executat pe acelaşi amplasament,
explozia unei încărcături concentrate de 0,4 kg TNT pentru verificarea funcţionării senzorilor şi
calibrarea aparaturii de înregistrare.
După calibrarea aparaturii, s-a detonat în acelaşi loc unde a avut loc prima explozie, o încărcătură
explozivă paralelipipedică concentrată, cu masa de 10 kg TNT [7].
Condiţiile climatice pe timpul desfăşurării experimentului au fost: strat de zăpadă gros de 5 cm,
temperatura mediului ambiant -2 °C, cer înnorat, vânt moderat 2-3 m/s din direcţia N-E.
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
241
a) b)
Figura 9.63. Sistem multicanal de achiziţie analog-digitală a parametrilor funcţionali ai mijloacelor
explozive, acreditat RENAR [7]
9.4.4. Interpretarea efectelor obţinute în urma producerii exploziei
În urma exploziei încărcăturii de 10 kg TNT, datorită suflului cele patru ecrane au fost proiectate
şi împrăştiate pe o distanţă de aproximativ 10 m de la poziţia iniţială (fig. 9.64).
Două ecrane au fost dezmembrate în părţile constituiente (cele în contact cu terenul) iar celelalte
două au suferit spargeri ale cavităţilor, dar nu s-au dezmembrat [97].
Figura 9.64. Împrăştierea ecranelor de către suflul exploziei [97]
În locul exploziei a rezultat un crater aparent cu diametrul de 3 m (fig. 9.64) şi o zonă de
fumizare cu o suprafaţă neregulată, întinsă pe aproximativ 200 m² (fig. 9.65).
Figura 9.65. Craterul aparent al exploziei [97] Figura 9.66. Efectul de fumizare [97]
3 m
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
242
Din analiza efectelor exploziei asupra ecranelor, am constatat că schijele proiectate de explozie au
fost în marea lor majoritate reţinute de ecrane şi doar câteva din acestea au penetrat ecranele.
Acestea din urmă nu au mai avut suficientă energie şi au fost oprite de pătura antisuflu, fără însă a
rămâne înfipte în aceasta.
Pătura antisuflu nu a suferit nici un fel de deteriorare, însă a fost proiectată de suflul exploziei în
construcţia din beton armat situată la aproximativ 15 m în spatele ecranului. Având în vedere faptul că
ecranul a fost amplasat la distanţa de 2 m care este mai mică decât raza zonei de distrugere totală a
exploziei (R = 5 m), acesta nu a rezistat la suflul exploziei şi s-a răsturnat iar tijele metalice de încastrare
au fost smulse din pământ.
Ecranul mare a atenuat foarte mult energia cinetică a schijelor, însă datorită proiectării celor 4
ecrane constituente şi dezmembrării unor părţi componente ale acestora, a dat naştere la rândul lui unor
proiecţii periculoase.
9.4.5. Interpretarea înregistrărilor efectuate în timpul exploziei. Validarea simulării
În urma analizei înregistrărilor efectuate în timpul exploziei, am constat că suprapresiunea în
frontul undei de şoc la la nivelul pământului şi la 2 m în spatele ecranului, a fost puternic atenuată la
aprox. 80 mbar (fig. 9.67), sub limita valorii minime de a produce leziuni asupra corpului omenesc care
este de aprox. 350 mbar (tab. 9.11) [97].
Din analiza comparativă a valorilor suprapresiunii în frontul undei de şoc obţinute pe cale
analitică, cu valorile obţinute experimental, se observă că acestea sunt foarte apropiate şi rezultă că
simularea atenuării suprapresiunii în frontul undei de şoc prezentată la paragraful 9.4.2. este validă [97].
Suprapresiunea în frontul undei de şoc (calculată cu formula 9.1 de la paragraful 9.2.3), la
distanţa de 4 m faţă de explozia unei încărcături explozive de 10 kg TNT, fără a fi atenuată de ecran de
protecţie, are o valoare aproximativă de 2,3 bar şi este letală (vezi tab. 9.13).
O clădire care se află la această distanţă, suferă distrugeri iremediabile (conform tab. 9.10).
În situaţia în care clădirea se protejează cu un ecran similar celui folosit la acest experiment şi în
aceleaşi condiţii, distrugerile provocate clădirii de suprapresiunea în frontul undei de şoc generată de
explozia încărcăturii, se situează la limita inferioară a distrugerii pereţilor din lemn sau BCA ai caselor
obişnuite (vezi tab. 9.11) [97].
Figura 9.67. Înregistrarea suprapresiunii în frontul Figura 9.68. Înregistrarea suprapresiunii în frontul
undei de şoc de către traductorul piezoelectric undei de şoc de către traductorul piezoelectric
situat la 2 m în spatele ecranului [97] situat la 2 m lateral stânga faţă de ecran [97]
Senzorul de presiune situat la 2 m lateral în stânga ecranului, a înregistrat o valoare maximă a
suprapresiunii în frontul undei de şoc de aproximativ 18 bar (fig. 9.68)
În urma celor prezentate, rezultă că o clădire dispusă la distanţa de 4 m faţă de explozia pe sol a
unei încărcături explozive de 10 kg TNT, care este protejată la jumătatea acestei distanţe de un ecran
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
243
triplustratificat cu grosimea de aprox. 30 cm alcătuit din medii cu aceleaşi grosimi dar cu densităţi
diferite (gel balistic – aer - gel balistic), suferă mai multe tipuri de distrugeri la acţiunea suprapresiunii în
frontul undei de şoc.
Acestea constau în smulgerea geamurilor, căderea tencuielii, pagube neînsemnate sau distrugeri la
pereţii din lemn sau BCA (vezi tab.9.11). Din punct de vedere al efectului de suflu al exploziei, clădirea
nu este protejată dacă ecranul nu rămâne încastrat în poziţia iniţială.
În urma calculelor efectuate, am evaluat că ecranul triplustratificat din fibră de sticlă a realizat la
nivelul solului, la 2 m în spatele lui şi la 4 m faţă de încărcătura explozivă, o atenuare foarte mare (de 28
ori) a suprapresiunii în frontul undei de şoc, faţă de situaţia în care nu se interpune acest ecran.
Conform tabelului 9.12, distanţa minimă de siguranţă pentru persoanele neprotejate împotriva
schijelor proiectate de explozia unei încărcături de 10 kg TNT, este de 274 m.
Ca urmare a efectului proiecţiei de schije, se constată că foarte puţine schije au penetrat ecranul
iar după ecran energia schijelor a fost foarte mică, deoarece nu au produs nici un fel de deteriorare asupra
păturii antisuflu dispusă în spatele ecranului.
Tabelul 9.9. Presiunea maximă înregistrată de cei doi senzori de presiune pe timpul exploziei [97]
9.4.6. Încheiere
Explozia este un fenomen ce se produce în timp scurt şi generează un mare volum de gaze,
puternic încălzite şi comprimate, care la rândul lor izbesc mediul limitrof. Impactul violent dintre
produşii de detonaţie şi mediu, dă naştere la unde de şoc. Efectul distructiv al exploziei se datorează în
principal efectului brizant al acesteia (efectul prin suflu şi schije) şi a suprapresiunii în frontul undei de
şoc [7], [32].
Studiul de caz desfăşurat în condiţiile prezentate mai sus, a scos în evidenţă următoarele:
- ecranul dispus în zona de distrugere totală a exploziei, este de unică folosinţă;
- ecranul protejează o construcţie dispusă la 2 m în spatele lui de distrugerea completă;
- ecranul atenuează suprapresiunea în frontul undei de şoc la 2 m în spatele lui, la valori neletale;
- ecranul asigură o bună eficacitate la atenuarea propulsiei de schije cu greutatea medie de 1g;
- ecranul insuficient încastrat în teren pentru a nu se răsturna, nu este eficace pentru a rezista la
suflul exploziei şi dă naştere la proiecţii periculoase [97].
Tabelul 9.10. Distrugerile provocate de explozie asupra clădirilor [88]
Cantitatea
de exploziv
Demolare
Distrugere
iremediabilă
Distrugeri
reparabile
Distrugeri
minore
Până la 4,5 0,91-1,5 1,5-2,7 6,1 31
5-11,3 1,8-3 3-4,6 9 46
11,8-22,7 3,7 7 15 104
23-68 6 15 31 198
68-113 14 29 58 244
114-227 14 29 58 341
227-454 23 46 91 488
Senzor de
presiune/dispunere
Senzorul 1 dispus la 2 m de
încărcătura explozivă şi lateral faţă
de ecran
Senzorul 2 dispus la 4,3 m de
încărcătura explozivă şi la 2 m în
spatele ecranului
Presiune maximă
înregistrată 18 bar 0,08 bar
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
244
Tabelul 9.11. Valorile suprapresiunii în frontul undei de şoc pf, care produc diferite distrugeri
(KINNEY F. G., Explozii şi şocuri în aer, New York, 1962 ) [61]
TIPURI DE DISTRUGERI pf mbar
Distrugeri minime la geamuri 1 - 3
Spargerea geamurilor obişnuite 10 – 15
Suprapresiunea minimă ce produce avarii la rachetele dirijate 15 – 25
Smulgerea geamurilor, căderea tencuielii, pagube neînsemnate la clădiri 35 - 75
Oameni trântiţi la pământ 70 – 100
Deformarea plăcilor metalice 75 – 125
Distrugeri la pereţii din lemn sau BCA ai caselor obişnuite 75 – 150
Distrugeri la pereţii realizaţi din elemente de beton 200 – 300
Deformarea rezervoarelor pentru produse petroliere 200 – 300
Doborârea stâlpilor de telegraf şi înaltă tensiune 300 – 500
Pagube importante la clădirile cu structură mecanică de rezistenţă 300 – 500
Spargerea timpanelor 350 – 1000
Distrugerea parţială a structurilor de rezistenţă realizate din beton armat 400 – 600
Răsturnarea mijloacelor de transport auto 700 – 800
Letalitate în proporţie de 100 % 6000
Distrugerea aproape completă a majorităţii clădirilor 2000 – 5000
Formarea de cratere în pământuri cu rezistenţă medie 20000 – 30000
Tabelul 9.12. Distanţa minimă de siguranţă pentru persoanele neadăpostite/neprotejate în cazul
exploziilor generatoare de fragmente [90]
Cantitatea
de exploziv
Distanţa de
siguranţă
Cantitatea
de exploziv
Distanţa de
siguranţă
Cantitatea de
exploziv
Distanţa de
siguranţă
0-12,2 274 20,9 325 41 410
12,7 277 21,8 329 43 416
13,6 284 22,7 337 45 427
14,5 290 25 348 57 457
15,4 294 27 357 68 488
16,3 302 30 366 91 533
17,2 305 32 373 136 610
18,1 311 34 384 181 671
19,1 314 36 393 227 732
20 320 39 399
Tabelul 9.13. Distanţa efectului mortal pentru încărcături de exploziv fără schije [119]
Cantitatea de
exploziv
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Distanţa la
care efectul
este mortal în
proporţie de
100%
2,5
3,0
3,2
3,5
4,0
4,2
4,5
4,7
4,8
5,2
5,3
5,4
5,5
5,6
5,8
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
245
Capitolul 10
CONCLUZIE
10.1. Îndeplinirea obiectivelor tezei
Din punct de vedere structural, lucrarea este organizată pe 10 capitole interdependente între ele.
Succesiunea capitolelor este firească şi oferă soluţiile necesare pentru atingerea scopurilor
propuse.
Anexele lucrării reprezintă o bază de date care întregeşte palierul informaţional al cercetărilor
abordate.
Obiectivele tezei de doctorat cu titlul “Evaluarea fiabilistă a construcţiilor în vederea demolării
prin implozii controlate” au fost îndeplinite după cum urmează:
Obiectivul 1 - Conceptul demolării construcţiilor prin implozii controlate
- Am prezentat conceptul imploziei controlate, care constituie o metodă de lucru performantă folosită la
demolarea prin explozii a construcţiilor;
Obiectivul 2 - Studiul comparativ între explozii provocate şi cutremurele de pământ
- Am efectuat un studiu comparativ între exploziile provocate şi cutremurele de pământ, din care a
rezultat că acţiunea seismică a exploziilor puternice este asemănătoare şi net inferioară cu acţiunea
seismică a unui cutremur de mică intensitate, însă nu trebuie neglijată;
Obiectivul 3 - Acţiunea exploziei asupra componentelor structurale
- Am prezentat mecanismul distructiv al exploziei asupra componentelor structurale, care generează
efecte cu caracter atât util cât şi neproductiv;
Obiectivul 4 - Simularea demolărilor prin explozii controlate
- Am validat simularea unei demolări prin explozii controlate, cu rezultatele înregistrate la demolarea
reală a construcţiei;
Obiectivul 5 - Evaluarea efectelor care se manifestă asupra mediului înconjurător la
demolările prin explozii controlate
- Am evaluat efectele care se manifestă asupra mediului înconjurător la demolarea prin explozii
controlate a unei contrucţii industriale, după care am validat aceste evaluări;
Obiectivul 6 - Atenuarea efectelor exploziei cu ecrane stratificate
- Am efectuat studii teoretice şi experimentale referitoare la eficacitatea ecranelor stratificate de atenuare
a efectelor generate de explozii puternice;
Obiectivul 7 - Răspusul dinamic al construcţilor din vecinătatea demolărilor
- Am înregistrat şi analizat oscilaţiile seismice manifestate asupra unei clădiri situate în vecinătatea unei
demolări prin explozii controlate;
Obiectivul 8 - Calculul fiabilist al demolărilor prin implozii controlate
- Am prezentat un concept de calcul fiabilist al capacităţii probabile de iniţiere a încărcăturilor explozive
folosite la demolările prin implozii controlate.
10.2. Contribuţiile autorului
Pentru uşurinţa înţelegerii, contribuţiile autorului sunt grupate după aceleaşi criterii ca şi cele
folosite la explicarea obiectivelor tezei.
Răspunsurile din lucrare au fost analizate şi fundamentate în timp şi reprezintă în mare măsură,
atât rezultatul studiilor teoretice, cât şi al celor experimentale din activitatea de cercetare în poligon.
Soluţiile propuse în procesul de cercetare ştiinţifică, au fost analizate şi perfecţionate împreună cu
specialişti din U.M. 0466 Bucureşti, Poligonul de Încercări al Armatei Jegălia jud. Călăraşi, Academia
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
246
Tehnică Militară, INCERC Bucureşti, U.T.C. Bucureşti, U.S.A.M.V. Bucureşti, S.C. STIMPEX S.A.,
U.M. 02512C Bucureşti, S.C. TAB CONSTRUCT S.R.L., S.C. DINAMIT S.R.L. Petroşani şi S.C.
LEKOMET S.R.L. Ploieşti.
Studiile şi experimentele efectuate, confirmă modelele de calcul folosite şi oferă soluţii la
problematica abordată.
Rezultatele experimentale obţinute, s-au raportat la determinările în domeniu specificate în lucrări
de specialitate ca fiind valide.
Principalele contribuţii personale care se desprind în urma efectuării studiilor teoretice şi a
cercetărilor experimentale din Poligonul de Încercări al Armatei Jegălia şi incinta fostei Fabrici de Pâine
“Titan” Bucureşti, constau în:
- Efectuarea unei sinteze referitoare la rolul şi locul imploziilor controlate în concepţiile actuale de
demolare cu ajutorul exploziilor;
- Prezentarea importanţei demolărilor în asigurarea criteriilor de performanţă ale construcţiilor;
- Prezentarea asemănărilor şi deosebirilor între acţiunile seismice generate de o explozie provocată
şi un cutremur de pământ;
- Modelarea şi simularea demolării prin explozii controlate a unei construcţii cu programul Extreme
Load Structures şi validarea acestei simulări;
- Evaluarea şi validarea efectelor manifestate asupra mediului înconjurător, la demolarea prin
explozii controlate a unei construcţii;
- Înregistrarea şi analizarea oscilaţiilor seismice induse asupra unui bloc de locuinţe aflat în
vecinătatea demolării prin explozii controlate a unei construcţii industriale;
- Modelarea şi simularea numerică la diferite distanţe, cu programul specializat AUTODYN 2D, a
atenuării presiunii de explozie în spaţiu deschis, cu ajutorul unui ecran triplustratificat;
- Validarea rezultatelor simulării numerice cu cele ale exploziei propriu-zise, folosind un sistem
multicanal de achiziţie analog-digitală a parametrilor exploziei, acreditat RENAR;
- Aducerea aportului în poligon, alături de alţi specialişti, la experimentarea comportării unui ecran
de protecţie balistică triplustratificat, la efectele exploziei;
- Efectuarea unui calcul comparativ a probabilităţii de demolare a unei structuri prin implozii
controlate;
- Efectuarea unui calcul comparativ de creştere a fiabilităţii sistemelor de iniţiere a încărcăturilor
explozive, folosite la demolarea construcţiilor;
- Efectuarea unui calcul, cu un program elaborat în MathCAD, a caracteristicilor termodinamice şi
de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO, folosită la demolarea unei construcţii industriale.
10.3. Valoarea aplicativă a tezei
Teza de doctorat, a fost elaborată şi structurată în conformitate cu prevederile regulamentului
Şcolii Doctorale adoptat de Senatul UTCB la 30 septembrie 2013. Privite din această perspectivă,
contribuţiile personale ale autorului au şi o valoare aplicativă, după cum urmează:
1. Prezentarea avantajelor oferite de modelarea şi simularea demolărilor cu explozivi, ce
constau în reducerea cheltuielilor cu materiile explozive şi a ponderii rateurilor;
2. Teza oferă o soluţie originală de monitorizare a clădirilor supuse la solicitări extreme,
generate de demolările prin explozii controlate a construcţiilor situate în vecinătate;
3. S-a demonstrat experimental eficienţa utilizării ecranelor stratificate alcătuite din medii
alternante omogene cu densităţi diferite, la atenuarea efectelor exploziilor;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
247
4. Prin cercetările experimentale efectuate, s-au aprofundat cunoştinţele referitoare la
folosirea ecranelor stratificate în vederea reducerii energiei cinetice a schijelor, sub limita letalităţii;
5. Rezultatele teoretice şi experimentale obţinute, contribuie la optimizarea caracteristicilor
constructive ale ecranelor de protecţie balistică triplustratificate;
6. A fost prezentat conceptul de a demola în cunoştinţă de cauză o construcţie, după
evaluarea fiabilităţii ei structurale;
7. S-a elaborat un concept fiabilist de evaluare a siguranţei demolărilor prin implozii
controlate, cu ajutorul unor metode de calcul a probabilităţii de eşec (rateu);
8. În teză sunt prezentate exemple de calcule comparative de evaluare fiabilistă, valabile
pentru orice tip de tehnologie de iniţiere a încărcăturilor explozive;
9. Prin studiul efectuat, s-a evidenţiat importanţa determinării indicatorilor de fiabilitate, în
faza de proiectare a sistemelor de iniţiere a exploziilor;
10. S-au exemplificat tehnici de control a fiabilităţii sistemelor de iniţiere, în vederea
executării cu un grad de risc cât mai redus al demolărilor prin implozii controlate;
11. Exemplele de calcule fiabiliste efectuate, au evidenţiat reducerea probabilităţii de rateu a
demolăriilor prin implozii controlate, pentru un cost global dat;
12. Teza contribuie la implementarea conceptului de control prin geometrie al demolării
construcţiilor prin implozii, atât înainte (SAFE LIFE – serviciu garantat) cât şi după apăsarea butonului
de dare a focului (FAIL SAFE – distrugere controlată).
Direcţiile de cercetare din cuprinsul tezei, prin complexitatea problematicii abordate, prezintă
posibilităţi largi de investigare în viitor. Problematica aplicării teoriei fiabilităţii în vederea demolării
structurilor cu ajutorul detonaţiei explozivilor, rămâne în continuare deschisă cercetărilor teoretice şi
experimentale de înalt nivel ştiinţific, astfel încât, prin evaluarea fiabilistă a construcţiilor, demolarea
prin implozie să devină controlabilă.
___________________________
ANEXE LA TEZA DE DOCTORAT
Nr. Anexă Denumirea anexei de la teza de doctorat
1 Foaie de calcul a caracteristicilor termodinamice şi de detonaţie ale dinamitei
GOMA 2 ECO folosită la demolarea obiectivului de demolat OD 12-Curăţătorie
2 Plan de dispunere a obiectivului de demolat OD 12 - Curăţătorie la scara 1:500
3 Construcţiile aflate în imediata vecinătate a OD 12 - Curăţătorie
4 Obiective asupra cărora se pot manifesta efecte nedorite în urma demolării OD
12 – Curăţătorie
5 Lucrări efectuate pentru demolarea OD 12 - Curăţătorie
6 Lucrările pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie
7 Lucrările de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie
8 Activităţi executate la demolarea controlată prin puşcare a OD 12 - Curăţătorie
9 Mod de acţiune în caz de rateu
10 Parametrii de puşcare ai OD 12 - Curăţătorie
11 Realizarea treptelor de întârziere pentru OD 12 – Curăţătorie
12 Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 - Curăţătorie
13 Măsuri organizatorice şi de siguranţăla demolarea OD 12 - Curăţătorie
14 Plan de situaţie a obiectivelor de demolat din fosta Fabrică de Pâine “Titan”
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
248
ANEXA 1
FOAIE DE CALCUL
efectuată cu un program elaborat în MathCAD, a caracteristicilor termodinamice şi de detonaţie ale
dinamitei GOMA 2 ECO fabricată de firma MAXAM – Spania, folosită la demolarea prin explozii
controlate a construcţiei industriale OD 12 , din cadrul fostei Fabrici de Pâine „Titan” Bucureşti.
NOTAŢII: pN - proporţia de azot în nitroceluloză; SN - gradul de nitrare al nitrocelulozei; p - vectorul proporţiei masice a componenţilor pulberii; M_elem - vectorul masei atomice de C, H, O, N; M - vectorul maselor molare a componenţilor dinamitei; mc - vectorul maselor componentilor dintr-un kg de dinamită; n_c - vectorul numărului de moli de componenţi dintr-un kg de dinamită; xi -numărul de atomi de carbon din compusul "i"; yi -numărul de atomi de hidrogen din compusul "i"; zi -numărul de atomi de oxigen din compusul "i"; ui -numărul de atomi de azot din compusul "i"; X - matricea cu numărul de atomi de C,H,O,N pentru fiecare component "i"; xm - numărul de atomi de carbon C din formula chimică echivalentă; ym - numărul de atomi de hidrogen H din formula chimică echivalentă; zm - numărul de atomi de oxigen O din formula chimică echivalentă; um - numărul de atomi de azot N din formula chimicã echivalentă; p - vectorul proporþiilor masice ale componentilor din dinamită; M_elem - vectorul maselor atomice ale elementelor C, H ,O ş i N; M - vectorul maselor molare ale componentelor "i" din dinamită; i - indice component; j - indice atomi C, H, O, N; n_c - vectorul numãrului de moli de component "i" dintr-un kg de dinamită;
nt - numărul total de moli într-un kg de amestec; F_eq - vectorul formulei chimice echivalente; A - coeficient de oxigen;
- balanţa de oxigen, calculată pentru oxidarea completă;
- numărul de moli de CO2 obţinut la detonaţia 1kg de dinamită;
- numărul de moli de CO obţinut la detonaţia 1kg de dinamită;
- numărul de moli de CO2 obţinut la combustia 1kg de dinamită;
- numărul de moli de H2 obţinut la combustia 1kg de dinamită;
- numărul de moli de H2O obţinut la combustia 1kg de dinamită;
- numărul de moli de CO2 obţinut la combustia 1kg de dinamită;
qf - matricea căldurilor de formare; Qex - căldura de explozie;
Caracteristicile termodinamice şi de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO, se calculează
în vederea utilizării lor în programele de balistică terminală şi de evaluare a efectelor detonaţiei,
asupra mediului înconjurător.
Foaia de calcul este constituită din trei părţi :
1) Calculul formulei chimice echivalente a dinamitei;
2) Calculul caracteristicilor termodinamice ale dinamitei pe baza ecuaţiei reacţiei de
combustie;
3) Calculul caracteristicilor de detonaţie ale dinamitei.
B_CO2
n_CO2n_CO
n_N2
n_H2
n_H2O
n_CO2
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
249
pN 12.7
X
a
2
0
16
6
b
4
4
22
12
c
6
3
4
0
d
2
2
0
4
X
6
2
0
16
6
7.51926
4
4
22
12
9.96148
6
3
4
0
2.48074
2
2
0
4
1. Calculul formulei chimice echivalente a dinamitei
1.1. Formula chimică a componenţilor dinamitei - NOTĂ: calculul este efectuat pentru 1 kg de dinamită
Componenţii dinamitei 2 ECO sunt:
1. NC - NITROCELULOZA ------ C6H(10-S)O(5+2S)NS
2. NGL - NITROGLICOL ----- C2H4(ONO2)2 = C2H4O6N2
3. AN - AZOTAT DE AMONIU ----- NH4NO3 = H4O3N2
4. DBF - DIBUTILFTALAT ------- C16H22O4
5. MA - METENAMINA ------------C6H12N4
Se introduce proporţia de azot în NC:
-Indicele componenţilor dinamitei;
-Indicele atomilor componenţi C, H, O, N;
-Indicele de temperatură.
a) b)
Figura 1. Dinamită GOMA 2 ECO folosită la demolarea construcţiei industriale OD 12
- Gradul de nitrare a NC
Formula chimică a fiecãrui component este:
i 1 5
j 1 4
k 1 40
b 7.51926a 6
b 10 SNa 6
c 9.96148 d 2.48074
c 5 2 SN d SN
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
250
p2 26 %
1.2. Proporţiile masice ale componenţilor dinamitei
- Se introduce proporţia masică de NC;
- Se introduce proporţia masică de NGL;
- Se introduce proporţia masică de AN;
- Se introduce proporţia masică de DBF;
- Se introduce proporţia masică de MA.
Verificare:
1.3. Masele molare ale componenţilor dinamitei
1.4. Masa şi numărul de moli componenţi într-un kg de dinamită
SN 3.6pN
31.13 pN SN 2.48074
p1 3 %
p3 65 %
p4 3 %
p5 3 %
p1 p2 p3 p4 p5 1
p
0.03
0.26
0.65
0.03
0.03
M
273.77817
152.072
80.052
278.336
140.196
g
molM_elem
12.01
1.008
16.00
14.01
g
mol M X M_elem
n_c
0.10958
1.70972
8.11972
0.10778
0.21399
mol kg1
mc
30
260
650
30
30
mc p 1000n_ci
pi
Mi
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
251
1.5. Formula chimică echivalentă a dinamitei
Verificare masa totală a dinamitei:
2. Calculul caracteristicilor termodinamice ale dinamitei
2.1. Calculul coeficientul de oxigen
- Dinamita este suboxigenată.
2.2. Calculul balanţei de oxigen
2.3. Determinarea ecuaţiei probabile a combustiei şi compoziţia produşilor de reacţie
xm
i
n_ci Xi 1 xm 7.08535 mol kg1
F_eq
xm
ym
zm
um
ym
i
n_ci Xi 2 ym 45.08077 mol kg1
F_eq
7.08535
45.08077
36.14016
20.78666
mol kg1
zm 36.14016 mol kg1
zm
i
n_ci Xi 3
um
i
n_ci Xi 4 um 20.78666 mol kg1
m_t F_eq1 M_elem1 F_eq2 M_elem2 F_eq3 M_elem3 F_eq4 M_elem4
m_t 1
Azm
2 xmym
2
A 0.98445
B_CO21600
1000
kg
mol zm 2 xm
ym
2
B_CO2 0.91349
B_CO1600
1000
kg
mol zm xm
ym
2
B_CO 10.42307
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
252
Scrierea ecuaţiei transformării explozive:
Se introduc coeficienţii a, b, c în ecuaţiile următoare:
Se introduce constanta de echilibru k1 corespunzătoare temperaturii T alese:
Se înlocuiesc valoriile soluţiei numerelor de moli:
1 2 2 2 3 2 4 5 2. . . .xm ym zm umC H O N n C O n H O n H n C O n N
a xmkg
mol a 7.08535
b ymkg
mol b 45.08077
c zmkg
mol c 36.14016
d umkg
mol d 20.78666
n3um
2
n1 n4 7.08535
2 n2 2 n5 45.08077
2 n1 n2 n4 36.14016
n2 n4
n1 n57.8607
Find n1 n2 n4 n5( )
6.6848988426515399264
22.369911157348460074
0.40045115734846007362
0.17047384265153992638
4.4886534744675353787
33.543463474467535379
11.574003474467535379
11.003078474467535379
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
253
2.4. Determinarea căldurii de combustie
Căldurile de formare ale componenţilor amestecului exploziv sunt:
- Căldura de formare a NC;
- Căldura de formare a NGL;
- Că ldura de formare a AN;
- Că ldura de formare a DBF;
- Că ldura de formare a MA.
- Căldura de formare a dinamitei;
Căldurile de formare ale produşilor de combustie sunt:
CO2n1 6.6848988426515399264
mol
kg
H2 O n2 22.369911157348460074mol
kg
N2 n3 10.39333mol
kg
CO n4 0.40045115734846007362mol
kg
H2 n5 0.17047384265153992638mol
kg
q1 2469kJ
kg
q2 1499kJ
kg
q3 4428kJ
kg
q4 2913kJ
kg
q5 285.6kJ
kg
q
2.469 106
1.499 106
4.428 106
2.913 106
2.856 105
m2
s2
Qam
i
qi pi
Qam 3.43797 103
kJ
kg Qam 821.14455
kcal
kg
n_p
n1
n2
n3
n4
n5
Qp
393.8
240.8
0
111.9
0
kJ
mol
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
254
Căldura de formare a produşilor de reacţie este:
Căldura de combustie se calculează cu relaţia:
2.5. Calculul energiilor interne ale produşilor de reacţie
Qfp 8.064 103
kJ
kg
Qfp 1.92605 103
kcal
kg
Qex Qfp Qam Qex 4.62603 106
m2
s2
Qex 4.62603 103
kJ
kg
Qex 1.10491 103
kcal
kg
Qfp n_p Qp
Tc
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
3700
3800
3900
k1
4.527
4.876
5.2046
5.5154
5.807
6.0851
6.3413
6.5819
6.8075
7.0147
7.2014
7.3932
7.5607
7.7057
7.8607
7.991
8.1144
8.2266
8.331
8.4258
ei
75.91
80.93
86.08
91.31
96.59
101.91
107.22
112.63
118.07
123.51
129.00
134.48
140.01
145.58
151.15
156.71
162.28
167.89
173.50
179.11
56.02
60.08
64.22
68.49
72.81
77.16
81.6
86.08
90.56
95.12
99.69
104.29
108.94
113.59
118.28
122.97
127.70
132.43
137.16
141.89
41.20
43.92
46.68
49.44
52.25
55.05
57.90
60.75
63.64
66.48
69.37
72.26
75.19
78.08
81.01
83.94
86.83
89.81
92.74
95.67
41.83
44.55
47.35
50.16
52.97
55.81
58.70
61.55
64.44
67.33
70.26
73.15
76.08
79.01
81.94
84.87
87.86
90.73
93.71
96.64
38.39
40.78
43.20
45.72
48.31
50.95
53.63
56.39
59.16
61.96
64.77
67.66
70.50
73.43
76.32
79.25
82.23
85.20
88.17
91.19
kJ
mol
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
255
Se introduce în relaţia următoare indicele k de temperatură:
Se introduce indicele de temperatură ales:
Ei1 n1 ei1 1 n2 ei1 2 n3 ei1 3 n4 ei1 4 n5 ei1 5
Ei2 n1 ei2 1 n2 ei2 2 n3 ei2 3 n4 ei2 4 n5 ei2 5
Ei3 n1 ei3 1 n2 ei3 2 n3 ei3 3 n4 ei3 4 n5 ei3 5
Ei4 n1 ei4 1 n2 ei4 2 n3 ei4 3 n4 ei4 4 n5 ei4 5
Ei5 n1 ei5 1 n2 ei5 2 n3 ei5 3 n4 ei5 4 n5 ei5 5
Ei6 n1 ei6 1 n2 ei6 2 n3 ei6 3 n4 ei6 4 n5 ei6 5
Ei7 n1 ei7 1 n2 ei7 2 n3 ei7 3 n4 ei7 4 n5 ei7 5
Ei8 n1 ei8 1 n2 ei8 2 n3 ei8 3 n4 ei8 4 n5 ei8 5
Ei9 n1 ei9 1 n2 ei9 2 n3 ei9 3 n4 ei9 4 n5 ei9 5
Ei10 n1 ei10 1 n2 ei10 2 n3 ei10 3 n4 ei10 4 n5 ei10 5
Ei11 n1 ei11 1 n2 ei11 2 n3 ei11 3 n4 ei11 4 n5 ei11 5
Ei12 n1 ei12 1 n2 ei12 2 n3 ei12 3 n4 ei12 4 n5 ei12 5
Ei13 n1 ei13 1 n2 ei13 2 n3 ei13 3 n4 ei13 4 n5 ei13 5
Ei14 n1 ei14 1 n2 ei14 2 n3 ei14 3 n4 ei14 4 n5 ei14 5
Ei15 n1 ei15 1 n2 ei15 2 n3 ei15 3 n4 ei15 4 n5 ei15 5
Ei16 n1 ei16 1 n2 ei16 2 n3 ei16 3 n4 ei16 4 n5 ei16 5
Ei17 n1 ei17 1 n2 ei17 2 n3 ei17 3 n4 ei17 4 n5 ei17 5
Ei18 n1 ei18 1 n2 ei18 2 n3 ei18 3 n4 ei18 4 n5 ei18 5
Ei19 n1 ei19 1 n2 ei19 2 n3 ei19 3 n4 ei19 4 n5 ei19 5
Ei20 n1 ei20 1 n2 ei20 2 n3 ei20 3 n4 ei20 4 n5 ei20 5
Ei15 4.54412 103
kJ
kg
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
256
3. Calculul caracteristicilor de detonaţie ale dinamitei GOMA 2 ECO
Se compară valoarea energiei interne cu căldura de combustie obţinută pentru temperatura aleasă:
2.6. Calculul volumului specific al gazelor
- Volumul specific cu apă vapori;
- Volumul specific cu apa condensată.
Se introduce valoarea temperaturii Tech de echilibru:
2.7. Calculul forţei dinamitei
3.1. Calculul presiunii de detonaţie
Ei15 Qex Qex
0.01771
Ntotal n1 n2 n3 n4 n5
Ntotal 40.01906 mol kg1
V0 n1 n2 n3 n4 n5( ) 22.418l
mol
V0 897.14735l
kg
V0sp n1 n3 n4 n5( ) 22.418l
mol
V0sp 395.65868l
kg
Tech 3400 K Rc 8.1345J
mol K
f 1.10682 103
kJ
kgf Ntotal Rc Tech
pCJ
2 3 4 5 6
1
2
3
4
5
93.581·10 94.386·10 95.064·10 95.662·10 96.202·10
94.874·10 95.969·10 96.893·10 97.706·10 98.442·10
96.366·10 97.797·10 99.003·10 101.007·10 101.103·10
98.057·10 99.868·10 101.139·10 101.274·10 101.395·10
99.947·10 101.218·10 101.407·10 101.573·10 ...
m1
kg s2
pCJh r 15.58kbar( ) ehcm
3
g
2
r
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
257
3.2. Calculul vitezei de detonaţie a dinamitei
= 5346 m/s;
DCJh r 1.01 r 1 1.3 ehcm
3
g
mm
s
DCJ
2 3 4 5 6 7
1
2
3
4
5
33.731·10 34.129·10 34.436·10 34.691·10 34.91·10 35.103·10
34.062·10 34.496·10 34.831·10 35.108·10 35.346·10 35.556·10
34.394·10 34.863·10 35.225·10 35.525·10 35.783·10 36.01·10
34.726·10 35.23·10 35.62·10 35.942·10 36.219·10 36.464·10
35.058·10 35.597·10 36.014·10 36.36·10 36.656·10 ...
m s1
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
258
3.3. Calculul coeficientului politropic al produşilor de detonaţie
CJh 9
2.127
2.276
2.427
2.58
2.735
CJh 10
2.084
2.228
2.375
2.523
2.673
CJh 8
2.177
2.331
2.487
2.646
2.806
CJh r 1DCJh r 2
2 QKJr
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
259
ANEXA 2
Plan de dispunere a obiectivului OD 12 – Curăţătorie, la scara 1:500
Figura 2. Dispunerea Fabricii de pâine TITAN Bucureşti (contur roşu) [125]
ANEXA 3
Tabelul 1. Construcţiile aflate în imediata vecinătate a OD 12 – Curăţătorie [124]
Obiectivul de la
care se măsoară distanţa
Obiectivul până la care s-a măsurat distanţa Dispunere
în teren
Distanţa
minimă măsurată [m]
OD
12 –
Cură
ţăto
rie
Siloz vechi OD 18, 19 aparţinând Hercesa
Imobiliara SA
N 23
Siloz nou OD 20, 21 aparţinând Hercesa
Imobiliara SA
N 45
Atelierul OD 22 - Moară de porumb
aparţinând Hercesa Imobiliara SA
NE 19
Od 22 - Moara de porumb aparţinând Hercesa
Imobiliara SA
E 28
Secţie expandate E 75
Depozit A 831 aparţinând firmei Belle Profile E 136
Siloz Făină aparţinând Hercesa Imobiliara SA E 30
Bloc A20 A * S 160
Bloc A18 B * S-SE 130
Punct termic (130) * S 156
Bloc B32 * S 170
Birouri aparţinând S.C 94 Bitex SRL SV 138
Punct termic (47) SV 134
Birouri aparţinând S.C. UTI GRUP V 133
Bloc B8 V 143
O.D. 12
Bloc de locuinţe A – 18 B
130 m
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
260
ANEXA 4
Tabelul 2. Obiective asupra cărora se pot manifesta efecte nedorite în urma demolării OD 12
Nr.
Crt. Obiectiv de protejat
Distanţa minimă [m]
faţă de OD 12
Agent distructiv posibil, a cărui
manifestare trebuie controlată
1. Depozit A 831
aparţinând firmei
Belle Profile
136 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
2. Bloc A20 A 160 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
3. Bloc A18 B 130 Undă de şoc aeriană, fragmente
aruncate, undă seismică
4. Punct termic (130) 156 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
5. Bloc B32 170 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
6. Birouri aparţinând
S.C 94 Bitex SRL 138
Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
7. Punct termic (47) 134 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
8. Birouri aparţinând
S.C. UTI GRUP 133
Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
9. Bloc B8 143 Undă de şoc aeriană, fragmente aruncate,
undă seismică
ANEXA 5
Lucrări efectuate pentru demolarea OD 12 – Curăţătorie
Pentru demolarea controlată prin explozii dirijate a obiectivului OD 12 – Curăţătorie, sunt
necesare efectuarea a două tipuri de lucrări: lucrări pregătitoare şi lucrări de puşcare [124].
Aceste lucrări cuprind o serie de activităţi comune, după cum urmează:
- Realizarea instructajului de protecţie a muncii general şi cel specific al personalului de către
conducătorul locului de muncă. Instructajul va cuprinde informaţii privind riscurile de accidentare,
prevederile specifice de securitate a muncii şi alte instrucţiuni proprii, precum şi măsurile de prim ajutor
în caz de accidentare. Instructajul se finalizează cu semnătură în fişa de protecţie a muncii. Participă tot
personalul care va desfăşura activităţi în cadrul acelui loc de muncă;
- Stabilirea zonei de restricţie în jurul OD 12;
- Montarea de îngrădiri de interzicere a accesului la OD 12 pe timpul pregătirii şi demolării.
Acestea vor fi semnalizate vizibil, atât pe timp de zi cât şi pe timp de noapte;
- Instalarea punctului de acces în incinta îngrădirii de interzicere, uşor de controlat şi dispus astfe l
încât să fie vizibil de la OD 12.
ANEXA 6
Lucrări pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie
Lucrările pregătitoare pentru demolarea controlată a OD 12 constau în:
1. Debranşarea şi verificarea debranşării (dacă este cazul) a OD 12 de la reţelele de
distribuţie a energiei electrice, a apei şi a gazului metan;
2. Debranşarea şi verificarea debranşării (dacă este cazul) a OD 12 de la reţeaua de canalizare
şi de la alte reţele tehnologice interne (abur, aer comprimat etc.) ale Fabricii de pâine “Titan”;
3. Efectuarea lucrărilor pregătitoare care vor fi specificate pentru fiecare obiectiv de
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
261
demolare în parte;
4. Montarea de schele pentru lucrul la înălţime;
5. Marcarea poziţiei găurilor;
6. Perforarea găurilor;
7. Demontarea obiectelor, aflate în zona de acţiune a încărcăturilor explozive, care pot fi
aruncate pe timpul prăbuşirii (ex. tâmplăria slab montată, geamuri, elementele tehnologice dispuse pe
pereţii exteriori, tencuiala şi betonul intens fisurate);
8. Pregătirea materialelor de protecţie şi a mijloacelor de fixare ale acestora;
9. Pregătirea materialului pentru buraj [124].
ANEXA 7
Lucrări de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12 - Curăţătorie
Lucrările pregătitoare de puşcare pentru demolarea controlată a OD 12, constau în
1. Identificarea şi marcarea locului de retragere şi adăpostire a personalului şi utilajelor pe
timpul executării demolării controlate;
2. Identificarea şi marcarea locurilor de pază în jurul zonei de restricţie;
3. Desemnarea personalului de pază;
4. Instruierea personalului care execută paza;
5. Identificarea şi marcarea locului de retragere a artificierului şi de dare a focului;
6. Se realizează, pe timpul fiecărei puşcări, o perdea de apă. Aceasta poate fi realizată prin
prezenţa la locul de demolare a unei maşini autospeciale sau prin mijloace puse la dispoziţie de
antreprenorul general al lucrării;
7. Se asigură prezenţa la locul de demolare, pe timpul puşcării, a unei ambulanţe [124].
Lucrările de puşcare propriu-zise sunt următoarele:
1. Se pregătesc materialele de protecţie şi mijloacele de fixare ale acestora;
2. Se pregăteşte materialul pentru buraj;
3. Se realizează sistemul de încărcături explozive:
4. Se introduc în găurile de mină încărcăturile explozive cu mijloacele de iniţiere;
5. Se burează încărcăturile explozive;
6. Se dispun mijloacele de protecţie în poziţiile de lucru;
7. Se realizează şi se verifică reţeaua de iniţiere;
8. Se execută demolarea:
a) Se pun în operă măsurile organizatorice de asigurare a zonei de demolare;
b) Se dau semnalele convenţionale de avertizare;
c) Se iniţiază încărcăturile explozive;
9. Se verifică rezultatele demolării;
10. Se iau măsurile necesare pentru asanarea eventualelor încărcături rămase neexplodate;
11. Se întocmeşte procesul verbal de constatare a rezultatelor demolării, moment în care
demolarea controlată a OD 12 se consideră încheiată.
ANEXA 8
Activităţi ce se execută la demolarea controlată prin puşcare a OD 12 - Curăţătorie
Conform coeficientului de zvelteţe calculat Cz = 3,24 această construcţie se va demola prin
răsturnare pe direcţia NE – SV.
În acest scop OD 12 se pregăteşte pentru demolare, realizându-se activităţile prezentate la Anexa
6 - Lucrări pregătitoare.
Pentru demolarea prin răsturnare a OD 12, se desfăşoară următorele activităţi:
1) Se dezafectează pereţii de compartimentare de la parter, etajul 1 şi etajul 2;
2) Se montează schele pentru lucrul la înălţime;
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
262
3) Se marchează poziţia găurilor de mină şi a şliţului;
4) Se perforează găurile de mină în stâlpii de la parter, etajul 1 şi etajul 2 din axele A , B şi
C şi în grinzile transversale de la etajul 1, conform parametrilor de puşcare de la Anexa 9;
5) După terminarea tuturor lucrărilor pregătitoare şi înainte de introducerea încărcăturilor de
exploziv, se vor demola scările de la parter, etajul 1 şi etajul 2. Accesul se va face prin punctele de acces
de la OD 13 - Siloz făină de la etajele 1, 2 şi 5 [125].
Înainte de desfăşurarea fiecăreia din activităţile prezentate mai sus, conducătorii locurilor de
muncă vor efectua instructajul de protecţie a muncii general şi cel specific, finalizate cu semnătură în fişa
de protecţie a muncii. Participă tot personalul care va desfăşura activităţi în cadrul acelui loc de muncă.
ANEXA 9
Mod de acţiune în caz de rateu
În caz de rateu se procedează ţinând cont de precizările art. 19 din PT-E 07, astfel:
- se aşteaptă timp de 5 sau 15 minute la darea focului pe cale electrică sau pirotehnică;
- se verifică reţeaua de iniţiere şi mijlocul de dare a focului;
- se remediază defectele constatate;
- se repetă puşcarea;
- în cazul unor porţiuni de reţea nedetonată, acestea se vor reface şi iniţia din nou.
ANEXA 10
Parametrii de puşcare ai OD 12 – Curăţătorie
În conformitate cu prevederile paragrafului 2.4.3 din cap. II al tezei, parametrii de puşcare pentru
grinzile şi stâlpii din beton armat ai OD 12 sunt prezentaţi în tabelul următor:
Tabelul 3. Parametrii de puşcare OD 12 - Curăţătorie
Parametru de puşcare Stâlpi axele A şi
B (E2)
0,65x0,65m
Stâlpi axele A şi B
(P+E1)
0,75x0,75m
Grinzi E1 0,45x0,70m
Grinzi E1 0,35x1,00m
Gtr, [m] 0,65 0,75 0,45 0,35
Gp, [m] 0,65 0,75 0,70 1,00
Anticipanta - W, [m] 0,325 0,25 0,225 0,175
Distanţa între găuri pe rând
– a, [m] 0,4875 0,375 0,33375 0,2625
Distanţa între rândurile
verticale – b, [m] 0,325 0,25 0,225 0,175
Nr. de rânduri de găuri - N 1 2 1 1
Număr de găuri pe un
stâlp/grindă – Ng, st 3 12 2 3
Lungimea de gaură – lg, [m] 0,325 0,50 0,475 0,825
Încărcătura explozivă pe
gaură Qg, [kg] 0,100 0,100 0,100 0,100
Număr de încărcături
discontinue, nip 1 1 1 3
Încărcătura explozivă pe
element, Qst, [kg] 0,30 1,20 0,20 0,30
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
263
a) b) c)
Figura 3. Ramuri de iniţiere ale încărcăturilor explozive pentru distrugerea elementelor portante ale
construcţiei de demolat OD 12 - Curăţătorie de la: a) parter, b) etajul 1, c) etajul 2.
Tabelul 4. Necesarul de fitil detonant
Cantitate de fitil
detonant cu miez
exploziv de 10 gr/ml
OBIECTIV OD 12 Nr. buc.
Stâlpi şi grinzi
Stâlpi 75x75 cm parter pe axele A şi B 0,120 kg 9
Stâlpi 75x75 cm etaj 1 pe axele A şi B 0,120 kg 9
Stâlpi 65 x 65 cm etaj 2 pe axa A 0,030 kg 7
Stâlpi 65 x 65 cm etaj 2 pe axa B 0,070 kg 2
Grinzi 45x70cm 0,020 kg 3
Grinzi 35x100 cm 0,030 kg 4
Rezervă 10% 0,269 Kg
Total ≈ 3,0 kg
După cum se poate observa, aportul de exploziv adus de fitilul detonant, având miezul exploziv de
10g/ml pentrită, este de 3,0 kg ×1,3=3,9 kg ech. TNT pentru OD 12.
ANEXA 11
Realizarea treptelor de întârziere pentru OD 12 - Curăţătorie
Numărul total de trepte de întârziere este N = 6. Cantitatea maximă de exploziv pe treapta de
întârziere se înregistrează pe treapta 1 şi a fost calculată ca fiind formată din următoarele cantităţi:
1. masa totală de exploziv pe stâlpul 7-A parter (stâlpul aflat la intersecţia axelor 11 şi A): 1,20
kg dinamită;
2. masa totală de exploziv pe stâlpul 8-A parter: 1,20 kg. dinamită;
3. masa totală de exploziv pe stâlpul 9-A parter: 1,20 kg. dinamită;
4. masa totală de exploziv pe stâlpul 10-A parter: 1,20 kg. dinamită;
5. masa totală de exploziv pe treapta 1 de întârziere = 4,80 ×1,3=6,24 kg. ech. TNT;
6. masa de exploziv dată de fitilul detonant este: 0,480×1,3=0,624 kg. ech. TNT, astfel că
încărcătura maximă pe treapta de întârziere este de 6,864 kg ech. TNT (având în vedere că dinamita şi
pentrita care formează miezul exploziv al fitilului au acelaşi coeficient de echivalenţă TNT: 1,3) [125];
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
264
Deoarece distanţele dintre stâlpi sunt relativ mici şi există posibilitatea întreruperii transmiterii
iniţierii la încărcăturile de exploziv, se vor realiza următoarele:
- se va proteja faţa fiecărui stâlp, pe care sunt dispuse încărcăturile de exploziv şi reţeaua de fitil
detonant, folosind mijloace de protecţie constituite din covor de bandă de cauciuc uzată prinsă de stâlp.
Această protecţie va fi şi un foarte bun remediu împotriva undei de şoc aeriene şi împotriva propulsiei de
fragmente, care se produc pe timpul exploziilor;
- reţeaua de tub de şoc, care de obicei se realizează la nivelul pardoselilor, va fi protejată prin
acoperire cu materiale din zonă: corniere metalice fixate cu cărămizi, table metalice fixate cu moloz etc.
ANEXA 12
Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 – Curăţătorie
Tabelul 5. Necesarul de materiale explozive pentru demolarea OD 12 - Curăţătorie
OD 12
Exploziv Dinamită 34,97 kg. ech TNT
Fitil detonant 10gr/ml 3,9 kg. ech. TNT
Capse NONEL
Treapta 1 4
Treapta 2 3
Treapta 3 4
Treapta 4 4
Treapta 5 4
Treapta 6 7
TOTAL 26
Elemente de conectare EZTL-17 22
Capse pirotehnice 2
Fitil de amorsare Bickford 4,0 m
ANEXA 13
Plan de situaţie a obiectivelor de demolat din fosta Fabrică de Pâine “Titan” Bucureşti
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
265
ANEXA 14
Măsuri organizatorice şi de siguranţă la demolarea OD 12 - Curăţătorie
Măsuri organizatorice [126], [127].
Lucrările de demolare controlată a OD 12 prin puşcare, se desfăşoară cu respectarea prevederilor
Legii nr. 126/1995 privind regimul materiilor explozive, modificată şi completată prin Legea nr.
464/2001 şi Legea nr. 478/2003, precum şi a Normelor tehnice privind deţinerea, prepararea,
experimentarea, distrugerea, transportul, depozitarea, mânuirea şi folosirea materiilor explozive
utilizate în orice alte operaţiuni specifice în activităţile deţinătorilor, precum şi autorizarea artificierilor
şi a pirotehniştilor, aprobate prin HG nr. 536/2002.
-Data şi orele la care se efectuează lucările de puşcare se vor stabili de comun acord de SC TAB
CONSTRUCT CONFORT SRL, SC LEKOMET SRL şi SC DINAMIT SRL;
-Puşcările de demolare se vor executa în baza avizului I.T.M. al municipiului Bucureşti şi cu
înştiinţarea Poliţiei municipiului Bucureşti;
-La momentul executării demolării controlate, se va asigura prezenţa la locul demolării a unei
ambulanţe cu echipajulul şi dotarea necesară pentru a da primul ajutor în caz de accident;
-Se desemnează un specialist, angajat al SC LEKOMET SRL, care răspunde de conducerea şi
coordonarea lucrărilor de puşcare a OD 12. Lucrările de puşcare pot fi executate doar de către persoane
calificate şi autorizate, care posedă carnet de artificier în care este înscrisă categoria de lucrări de
demolare;
-La începerea activităţii la locul de muncă, unde se execută lucrări specifice demolării controlate a
OD 12, se va face instructajul periodic al personalului de către conducătorul locului de muncă.
Instructajul va cuprinde informaţii privind riscurile de accidentare, prevederile specifice de securitate a
muncii şi alte instrucţiuni proprii, precum şi măsurile de prim ajutor în caz de accidentare;
-Lucrările de puşcare vor fi executate de personal tehnic al S.C. LEKOMET SRL, sub conducerea
directă a cadrului tehnic desemnat. Activitatea se desfăşoară în baza dispoziţiilor de puşcare (pentru
demolarea controlată propriu-zisă, spargerea supragabariţilor rezultaţi şi demolarea fundaţiilor) întocmite
de SC LEKOMET SRL în baza prezentei documentaţii tehnice. De dispoziţia de puşcare ia cunoştinţă
atât cadrul tehnic care conduce şi coordonează lucrările de puşcare, cât şi artificierul/artificierii angrenaţi
în activitate, pe bază de semnătură;
-Lucrările de demolare se execută pe etape, aşa cum sunt precizate acestea în prezenta
documentaţie tehnică;
-Se stabileşte o zonă de restricţie în jurul OD 12, la o distanţă de 100 m de acesta. Montarea
îngrăditurilor de interzicere a accesului în zona de restricţie şi instalarea punctului de acces, se fac de
către SC LEKOMET SRL, înainte de începerea lucrărilor pregătitoare pentru demolarea controlată a OD
12. Accesul în zona de restricţie este permis doar prin punctul de acces. Toate celelalte căi de acces se
blochează sau vor semnaliza vizibil, pe timp de zi sau noapte, interdicţia accesului;
-Debranşarea şi verificarea debranşării OD 12 de la reţelele de distribuţie a energiei electrice,
apei, gazelor, canalizare şi de la orice alte reţele tehnologice interne ale Fabricii de pâine “Titan”;
-Demontarea obiectelor care pot fi aruncate pe timpul prăbuşirii (ex. tâmplăria slab montată,
geamuri, elementele tehnologice dispuse pe pereţii exteriori, tencuiala şi betonul intens fisurate din zona
de acţiune a încărcăturilor explozive);
-Identificarea şi marcarea locului de retragere şi adăpostire a personalului şi utilajelor pe timpul
executării demolării controlate. Acestea se amplasează la o distanţă mai mare decât maximul dintre
distanţa de siguranţă rezultată din calcul şi cea prevăzută în art. 7.1 din NSPM pentru depozitarea,
transportul şi folosirea materiilor explozive. Personalul se poate retrage la o distanţă mai mică, dacă locul
de retragere este construit din beton sau alte materiale corespunzătoare care pot asigura protecţia faţă de
efectele demolării controlate (art. 7.8 din NSPM pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor
explozive);
-Identificarea, marcarea locurilor de pază în jurul zonei de restricţie şi desemnarea personalului de
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
266
pază de către SC LEKOMET SRL. Personalul care execută paza va fi instruit cu privire la atribuţii şi
modul de acţiune şi va semna „Procesul Verbal de Instruire a Personalului de Pază“;
-Identificarea şi marcarea locurilor de retragere a artificierului şi de dare a focului. Acesta trebuie
să fie amplasat astfel încât să asigure protecţie faţă de efectele demolării controlate, vizibilitate directă
către punctul de acces în zona de restricţie şi către posturile de pază. În situaţia în care nu poate fi
asigurată vizibilitatea directă cu unele posturi de pază, locul de dare a focului trebuie să permită sesizarea
semnalelor de înştiinţare emise de personalul care execută paza (art. 7.11 din NSPM pentru depozitarea,
transportul şi folosirea materiilor explozive);
-La locul puşcării se va aduce material exploziv şi mijloace de iniţiere cât se consumă în ziua
respectivă. Materialele explozive şi mijloacele de iniţiere se vor păstra, conform normelor în vigoare, în
locul de retragere a artificierului, sub paza permanentă a unei persoane nominalizate prin dispoziţia de
puşcare;
-Pe o rază de 50 m de locul unde se păstrează şi manipulează materialele explozive şi mijloacele
de iniţiere sunt interzise focurile deschise şi fumatul;
-Se interzice accesul în zona de lucru cu materiale explozive a altor persoane în afara celor
nominalizate în dispoziţia de puşcare şi celor care conduc şi controlează activitatea de demolare
controlată;
-Încărcarea găurilor de mină va începe numai după ce zona de restricţie a fost închisă accesului şi
au fost instalate posturile de pază;
-Amplasarea încărcăturilor explozive şi iniţierea exploziei se va face succesiv, pe etape, conform
celor specificate în prezenta documentaţie. Găurile încărcate se burează până la gură;
-Este interzisă încărcarea unui număr mai mare de găuri decât cel care se iniţiază într-o repriză;
-Pentru prevenirea aruncării de material mărunt, ca efect al exploziei, pana de detaşare va fi
acoperită cu covoare din bandă de cauciuc, plasă de sârmă sau prelată;
-Pentru reducerea cantităţii de praf care se formează în momentul iniţierii încărcăturilor şi
prăbuşirii OD 12, se stropeşte cu stropi de apă atât înainte cât şi imediat după executarea demolării,
parterul şi suprafaţa de cădere. În acest sens, se asigură prezenţa la locul de puşcare a unei maşini
autospeciale pentru realizarea unei perdele de apă înainte şi după executarea demolării controlate.
Cod de semnale acustice pentru anunţarea exploziei:
- un sunet lung: evacuarea personalului;
- două sunete lungi: legarea explozorului la reţeaua de iniţiere;
- un sunet scurt: darea focului;
- trei sunete scurte: încetarea focului.
La terminarea lucrărilor de puşcare a OD 12, artificierul va întocmi un raport asupra rezultatelor
puşcărilor efectuate. Raportul se anexează procesului verbal de recepţie parţială sau finală întocmit între
executantul lucrării de demolare controlată şi beneficiarul acesteia.
Măsuri de siguranţă
La executarea lucrărilor de puşcare se vor respecta Normele Generale de Protecţie a Muncii,
Normele Specifice de Protecţie a Muncii pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor explozive
şi Prescripţiile Tehnice anexe [130].
Pe timpul desfăşurării demolării controlate a OD12, executantul S.C. LEKOMET S.R.L.
PLOIEŞTI trebuie să ia următoarele măsuri de siguranţă:
-Pentru prevenirea accidentelor de muncă şi a îmbolnăvirilor profesionale, personalul angrenat în
activitatea de demolare controlată a OD 12 va fi dotat cu echipament individual de protecţie;
-Personalul care beneficiază de echipament individual de protecţie are obligaţia să poarte
echipamentul pe toată durata îndeplinirii sarcinilor de muncă;
-Pe timp de noapte, cu ceaţă sau când vizibilitatea este redusă sub 200 m, nu se desfăşoară lucrări
de puşcare şi nici activităţi de pregătire a materialelor explozive sau mijloacelor de iniţiere pentru
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
267
utilizare în scopul executării lucrărilor de puşcare (art. 1.21 din NSPM pentru depozitarea, transportul şi
folosirea materiilor explozive);
-Mânuirea, transportul şi depozitarea materialelor explozive şi de iniţiere se va face cu respectarea
prevederilor “Normelor specifice de protecţie a muncii pentru depozitarea, transportul şi folosirea
materiilor explozive”;
-Înaintea perforării găurilor de mină, se verifică integritatea pereţilor OD12 şi se îndepărtează
orice parte de zid sau tencuială care poate cădea pe parcursul perforării găurilor;
-Pe parcursul perforării găurilor, se urmăreşte permanent ca deasupra locului de muncă să nu se
fragmenteze şi să se prăbuşescă părţi din OD12. În cazul în care se poate produce prăbuşirea acestora, se
întrerupe perforarea. Aceasta se reia doar după înlăturarea pericolului sesizat;
-Înainte de realizarea reţelei de puşcare, artificierul numit pentru a executa această operaţie,
evacuează întreg personalul de la locul puşcării, cu excepţia persoanelor care rămân să-l ajute. Persoanele
care rămân să-l ajute pe artificier, trebuie să respecte întocmai indicaţiile date de acesta;
-După realizarea reţelei de iniţiere, artificierul părăseşte ultimul locul puşcării;
-Înainte de iniţierea exploziei, se verifică ca în zona de restricţie să nu fie nici o persoană;
-După executarea puşcării, artificierul controlează împreună cu conducătorul lucrărilor de puşcare,
locul puşcării;
-În cazul în care încărcăturile au detonat normal, reîntoarcerea la locul puşcării în vederea
continuării activităţilor specifice este permisă după 15 minute de la ultima explozie (vezi memoratorul de
distrugeri G 4);
-În cazul în care se constată că există încărcături neexplodate, se iau măsuri de asanare a acestora,
(art. 7.14 din NSPM pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor explozive);
-Dacă pe parcursul exploziilor au fost aruncate bucăţi de material exploziv neiniţiate, se iau
măsuri de adunare a acestora şi de distrugere;
-Dacă pe timpul executării controlului după demolare, sunt identificate situaţii neobişnuite care ar
pericilita reluarea lucrului în condiţii de siguranţă, conducătorul lucrărilor de puşcare va interzice accesul
în zona OD 12 şi va dispune măsurile necesare la faţa locului pentru remedierea situaţiei. Lucrul se va
relua doar după îndepărtarea situaţiilor neobişnuite identificate;
-Dacă pe timpul operaţiilor de încărcare-evacuare a materialului rezultat în urma demolării
controlate, se identifică încărcături explozive care nu au explodat, resturi de materiale explozive sau
mijloace de iniţiere, se întrerupe imediat lucrul şi este chemat la faţa locului artificierul care ia măsuri de
asanare [128].
BIBLIOGRAFIE
[1] ANSYS Release 6.1.: Theory Reference, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg, 2002;
[2] ANSYS Release 6.1.: Elements Reference, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg, 2002;
[3] ANSYS Release 6.1.: Commands Reference, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg, 2002;
[4] ANSYS Release 6.1.: Basic Analysis Procedures Guide, Swanson Analysis System Inc., Canonsburg,
2002;
[5] AUTODYN Explicit Software for Non-Linear Dynamics, Version 11.0, User’s Manual, Century
Dynamics Inc, 2007;
[6] Badea S.: Cercetări privind comportarea materialelor de protecție la acțiunea undelor de șoc
provocate de explozii în atmosferă. Teză de doctorat, București, Academia Tehnică Militară, 2011;
[7] Badea S., Niculae C.: Verificarea capacităţii de atenuare a suprapresiunii generată de unda de şoc
produsă de detonaţia unei încărcături explozive plasate la o anumită distanţă de materialul ţintă.
Seminar Ştiinţific ATM, Catedra de Ştiinţe integrate de Aviaţie şi Mecanică, 2010;
[8] Baker W.E: Explosion in air. University of Texas. Press ISBN-10: 0292720033, November 6, 1988;
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
268
[9] Bârsan, M.G.: Dinamica şi stabilitatea construcţiilor. Editura Didactică şi Pedagogică, 1979;
[10] Bădescu L, Duport G.: Împuşcarea rocilor în subteran şi cariere. Oficiul de documentare şi publicaţii
tehnice - Mine, Petrol, Geologie, Bucureşti, 1971;
[11] Băjenescu Titu: Fiabilitatea sistemelor tehnice. Editura Matrix Rom, Bucureşti, 2003;
[12] Beleş, A., Ifrim, M.: Elemente de seismologie inginerească. EdituraTehnică, 1962;
[13] Beleş, A.: Cutremurul şi construcţiile. Buletinul Societăţii Politehnice, Bucureşti, 1941;
[14] Bîrsan G.: Dinamica structurilor. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980;
[15] Bodin C.: Curs de fizica explozivilor. Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 1972;
[16] Buzdugan Gh., Blumenfeld M., Cosac V., Radeş M., Mihăilescu E.: Relaţii cantitative privitoare la
prevenirea efectelor dăunătoare ale derocărilor prin explozii. Institutul Naţional de Informare şi
Documentare, Bucureşti, 1976;
[17] Buzdugan Gh.: Măsurarea vibraţiilor. Editura Academiei Române, Bucureşti, 1979;
[18] Cătuneanu V., Mihalache A.: Bazele teoriei fiabilităţii. Editura Academiei, Bucureşti, 1983;
[19] Chopra, A.K.: Dynamics of structures. Pretince Hali, 1995;
[20] Ciocoiu N.: Managementul riscului. Editura Eficon Press, Bucureşti, 2004;
[21] Ciucu G., Craiu V.: Introducere în teoria fiabilităţii şi statistică matematică. Editura Didactică şi
Pedagogică, Bucureşti, 1971;
[22] Clough, R. W., Penzien, J.: Dynamics of Structures. M. Graw Hills Book Co., 1993;
[23] Colban Gh., Structuri din zidărie. Editura AGIR, Bucureşti, 2000;
[24] Cornell C.A.: Probability Based Structural Code. ACI-Journal, vol. 66, 1969;
[25] Cyril M. Harris, Charles E. Crede: Şocuri şi vibraţii. Editura tehnică, Bucureşti, 1969;
[26] Dimoiu I.: Inginerie seismică. Editura Academiei Române. Bucureşti, 1999;
[27] Dragomir C. S.: Influenţa fenomenului de amplificare dinamică asupra răspunsului seismic al
construcţiilor din zidărie. Teză de doctorat, UTCB, 2008;
[28] Enescu D.: Almăşan B., Seismologia exploziilor controlate din industrie. Editura Tehnică, Bucureşti,
1997;
[29] Faber M.H.: Methods of structural reliability theory – an introduction. Swiss Federal Institute of
Technology, 2001;
[30] Fleşeriu L, Dimoiu I.: Calculul în domeniul plastic al cadrelor din oţel solicitate la încovoiere din
încercări statice. Bul. Şt. Tehn. IPR., 7/1973;
[31] Fodor D.: Explozivi minieri şi tehnica utilizării lor în exploatările la zi. Litografia Universităţii
Petroşani, 1995;
[32] Fodor D.: Folosirea explozivilor în industrie. Editura Infomin, Deva, 1998;
[33] Fodor D. Georgescu S.: Un sistem modern, eficient şi de înaltă securitate de iniţiere a încărcăturilor
de explozivi. Revista Minelor, nr. 12, pag. 9-16, 1996;
[34] Georgescu D.: Aspecte privind durabilitatea construcţiilor din beton armat. Teză de doctorat,
UTCB, 2000;
[35] Ghiocel D., Dabija E.: Construcţii civile. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982;
[36] Glushack B. L., Novikov S. A., Pogorelov A. P.: Shock wave initiation of solid heterogeneous
explosives. Fizika gorenia i vzryva, vol. 20, nr. 4, pag. 77-85, 1984;
[37] Goga D.: Contribuţii cu privire la sudarea prin explozie a plăcilor metalice subţiri. Teză de doctorat,
Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 1999;
[38] Goga D.: Probleme speciale de detonică. Note de curs, Academia Tehnică Militară, 2007;
[39] Goga D.: Sisteme Pirotehnice de Iniţiere. Note de curs, Academia Tehnică Militară, 2000-2001;
[40] Goga D.: Suport de curs - Curs postuniversitar de perfecţionare pentru ofiţeri în domeniul
„Explozivi, combustibili speciali şi pirotehnie”, Academia Tehnică Militară;
[41] Goga D. A., Orban O.: Fabricația și proprietățile substanțelor explozive. Editura Academiei Tehnice
Militare, București , 1997;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
269
[42] Goga D. A., Dumitrescu R.F.: Principii de evaluare a riscurilor și consemne generale de securitate
pirotehnică. Editura Univers Științific, 2007;
[43] Goga D. A., Paraschiv T., Orban O.: Explozivi și combustibili speciali. Metode de analiză și
identificare. Editura A&C International, 1994;
[44] Goga D.A.: Probleme speciale de detonică. Editura Academia Tehnice Militare, Bucureşti, 2004;
[45] Goga D.A.: Legi de similitudine la explozie. Editura Academia Tehnice Militare, 2000:
[46] Goga D.: Curs detonică şi balistică terminală. Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 2005:
[47] Grămescu T., Chirilă V.: Calitatea şi fiabilitatea produselor. Editura Tehnica-Info, Chişinău, 2002;
[48] Gustafson R.: Swedish blasting technique. S.P.I. Gothenburgh, Suedia, 1973;
[49] Hajek R., Foglar M.: The reduction of peak overpressure using concrete blast barriers. Thirteen
international conference structures under shock and impact, Wessex Institute of Technology,
University of Liverpool, 2014;
[50] Hamelin B.: Maintenance et Fiabilite. Maintenance, 39, Paris, 1974;
[51] Hasofer. A.M., Lind N.C.: An exact and Invariant First Order Reliability Format, ASCE Journal of
the Engineering Mechanics Division, pp. 111-121, 1974;
[52] Helmy H. M., Elfouly A.K., Salem H. M.: Numerical Simulation of Demolition of Perna Seca
Hospital Using the Applied Element Method, Structures Congres, Chicago, Ilinois, United States,
March 29-31 2012;
[53] Hornoiu V.: Riscul generat de activităţile de transport al substanţelor periculoase. Sesiunea de
comunicări ştiinţifice cu tema Protecţia civilă, apărarea împotriva dezastrelor şi gestionarea
situaţiilor de urgenţă, CNPPMSU, 2006;
[54] Ifrim M.: Dinamica structurilor şi inginerie sesimică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,
1973;
[55] Ifrim M.: Analiza dinamică a structurilor şi inginerie seismică. Editura Didactică şi Pedagogică,
Bucureşti, 1983;
[56] Ifrim M.: Dinamica structurilor şi inginerie seismică. Ediţia a doua, Editura Didactică şi Pedagogică,
Bucureşti, 1984;
[57] INSEMEX : Ghid naţional de evaluarea a riscurilor legate de activitatea de demolare a unor clădiri
industriale şi civile cu ajutorul explozivilor. Petroşani;
[58] Ionaşcu Ghe.: Dezvoltare spaţială durabilă şi urbanism. Editura Fundaţiei România de Mâine,
Bucureşti, 2002.
[59] Izzuddin B.A., Vlassis A.G.: Progressive collapse of multi-storey due to suden column loss, Part I”,
Simplified assessment framework. Engineering Structures, vol 30, 2008;
[60] Juran J., Gryna F. Jr.: Calitatea produselor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1973;
[61] Kinney, G.F., Graham, K.I.: Explosive Shocks in air. Second Edition Poringer – Verlag Berlin
Heidelberg, New York, Tokyo, 1985;
[62] Leţu N.: Explozivi minieri. Litografia Universităţii Petroşani, 1995;
[63] Lupoae M.: Consideraţii privind utilizarea exploziilor controlate la demolarea construcţiilor. Teză
de doctorat, Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 2004;
[64] Lupoae M., Bucur C.: Building demolation – Positive Aspect of Progressive Collapse” MTA-
Review – Military Technical Academy Publishing House – Vol XIX No. 4 December 2009 pp. 399-
408;
[65] Lupoae M., Roşca R.: Comportarea structurilor din beton armat la acţiunea exploziei. Editura
A.T.M., Bucureşti, 2007;
[66] Mârşu. O., Friedrich, R.: Construcţii din beton armat. Editura Didactică şi Pedagogică, 1980;
[67] Marusciac D.: Construcţii civile. Editura Tehnicǎ, Bucureşti, 1998;
[68] Matthews S., Tsui F.: Radar Inspection of Structurez. IABSE, San Francisco, 1995;
[69] Meguro K, Tagel – Din: Applied Element Method Used for Large Displacement Structural
Analysis. Journal of Natural Disaster Science, vol. 24, No 1, 2002, pp 25-34;
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
270
[70] Mendis P., Ngo T., Gupta A., Ramsay J.: Blast Loading and Blast Effects on Structures – An
Overview. The University of Melbourne, Australia, 2007;
[71] Mihoc Gh., Muja A., Diatcu E.: Bazele matematice ale teoriei fiabilităţii. Editura Dacia, Cluj, 1976;
[72] Niţu.V.I., Ionescu C.: Fiabilitate în energetică. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980;
[73] Okamura H., Maekawa K.: Nonlinear analysis constitutive models of reinforced concrete. Gihodo
Co. Ltd., 1991, Tokyo, Japan;
[74] Ollofsson S.O.: Applied explosives technology for construction and mining. Editura Nora
Boktrzckeri AB, Ärla, Suedia, 1990;
[75] Oprea Gh.: Teoria exploziei, fortificaţii şi lucrări subterane. partea a Il-a. Editura Academiei
Tehnice Militare, Bucureşti, 1974;
[76] Orban O., Goga D.: Fizica explozivilor. Culegere de probleme. Editura Academiei Tehnice Militare,
Bucureşti, 1993;
[77] Orban O., Ţigănescu T.V., Ureche E.C.: Diminuarea undei de explozie cu ajutorul apei. Revista
Tehnică Militară, nr. 4, pag. 17-20, 2002.
[78] Orban O.: Unde de detonaţie. Editura Academiei Tehnice Militare, Bucureşti, 2002;
[79] Pepenar: Analiza unor construcţii degradate datorită fenomenului de coroziune. Referat, INCERC,
1995;
[80] Perşu V.: Cercetări privind fiabilitatea şi mentenanţa sistemelor mecanice din centralele
termoelectrice. Teză de doctorat, UTB, 2013;
[81] Peştişanu C. ş.a.: Construcţii. Editura Didacticǎ şi Pedagogicǎ, Bucureşti, 1995;
[82] Popescu P.: Degradarea construcţiilor. Editura Fundaţiei România de Mâine, Bucureşti, 2002;
[83] Rauch A.: Detonique. Fascicule 1. Les ondes de choc. ENSIETA, Brest, 1993;
[84] Revey G.: Evaluating and managing blasting risk. The Journal of Explosives Engineering, nr. 17,
1999;
[85] Ristic et. al.: “Stress-strain based modeling of hystertic structures under earthquake induced bending
and varying axial loads”, Research report No. 86-ST-01, School of Civil Engineering, Kyoto
University, Kyoto, Japan, 1986;
[86] Robescu D. şi alţii: Fiabilitatea proceselor, instalaţiilor şi echipamentelor de tratare şi epurare a
apelor. Editura Tehnică, Bucureşti, 2002;
[87] Roşca R.: Acţiunea prin explozii controlate asupra mediului. Tehnica Militară, nr. l, pag. 29-36,
1999;
[88] Roşca R.: Protejarea obiectivelor învecinate în cazul executării demolărilor cu exploziv. Revista
Trupelor de Uscat, nr. 4, pag. 75, 1996;
[89] Roşca R.: Tezǎ de doctorat – Cercetǎri experimentale pentru determinarea parametrilor energiei
exploziei în scopul demolǎrii controlate a obiectivelor de suprafaţǎ. Universitatea Petroşani, 2004;
[90] Rotaru T.: Mijloace de protecţie balistică. Note de curs. Academia Tehnică Militară, 2003;
[91] Simion A.: Stadiul cunoaşterii tehnicilor de demolare a construcţiilor prin implozii controlate.
Referat, U.T.C.B., Bucureşti, 2005;
[92] Simion A.: Concepţii de calcul şi prescripţii oficiale existente. Referat, U.T.C.B., Bucureşti, 2007;
[93] Simion A.: Tehnologii avansate şi explozivi performanţi utilizaţi în demolări prin implozii. Referat,
U.T.C.B., Bucureşti, 2008;
[94] Simion A.: Rezumat - The simulation of an industrial building demolition. A patra ediţie a
Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii, economia construcţiilor, arhitectură, urbanism
şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2012;
[95] Simion A., Dragomir C.S.: The simulation of an industrial building demolition. Revista Urbanism.
Arhitectură. Construcţii, Vol. 4, Nr. 2, 2013;
[96] Simion A.: Rezumat - Mitigation the destructive effects of explosion by means of stratiffied shields.
A cincea ediţie a Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii, economia construcţiilor,
arhitectură, urbanism şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2013;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
271
[97] Simion A., Dragomir C.S.: Attenuation of the destructive effects of an explosion by stratiffied
screens. Revista Construcţii, Nr. 1, 2013;
[98] Simion A.: Rezumat - The schemes reliability of initiation the explosions used to the demolition of
constructions. A şasea ediţie a Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii, economia
construcţiilor, arhitectură, urbanism şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2013;
[99] Simion A.: Rezumat – Tehnici de creştere a fiabilităţii reţelelor de iniţiere a încărcăturilor explozive
folosite la demolări. A şaptea ediţie a Conferinţei internaţionale de cercetare în construcţii,
economia construcţiilor, arhitectură, urbanism şi dezvoltare teritorială, INCERC, Bucureşti, 2014;
[100] Simion A.: Evaluarea efectelor seismice ale demolărilor prin explozii, Buletin Ştiinţific, UTCB,
2014;
[101] Simion A., Dragomir C.S.: The reliability of demolitions by controlled implosions. Articol acceptat
ptr. publicare în revista Construcţii, Nr. 2, 2014;
[102] Sofronie R.: Inginerie seismică. Note de curs, U.S.A.M.V. Bucureşti, 2004;
[103] Sofronie R.: Fiabilitatea lucrărilor de inginerie a mediului. Note de curs. U.S.A.M.V. Bucureşti,
2004;
[104] Sofronie R.: Rezistenţa materialelor. Curs universitar, U.S.A.V.M. Bucureşti, vol. II, cap. 40, pp.
839-948, 2000;
[105] Sofronie R.: Rezistenţa materialelor. Curs universitar, U.S.A.V.M. Bucureşti, vol. I, 1996;
[106] Sofronie R.: Statica şi stabilitatea construcţiilor. Curs universitar, U.S.A.M.V. Bucureşti, 2000;
[107] Sofronie, R.: Manual RichterGard. TOTAL Publishing, Bucureşti, 2004;
[108] Stuparu M.: Modelarea structuralǎ şi analiza cu elemente finite. Editura Academiei Militare
Tehnice, Bucureşti, 1998;
[109] Tagel-Din H, Meguro K.: "Applied element method for simulation of nonlinear materials: theory
and Application for RC structures", Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE, Vol. 17, No. 2, 2000;
[110] Tagel – Din H., Rahman N.A.; The Applied Element Method: The Ultimate Analysis of
Progressive Collapse. Structure Magazine, No 4, pp 30-33, April, 2006;
[111] Tat Sabin, Zaporojan Mihai, Fissgus Klaus: Explozivi şi tehnica împuşcării în industrie. Editura
Tehnică, Bucureşti, 1985;
[112] Teopilus A. C., Sidi I. D.: Isolation system reability of reinforced concrete building structures.
Thirteen international conference structures under shock and impact, Wessex Institute of
Technology, University of Liverpool, 2014;
[113] Teoreanu I., V. Moldovan, L.Nicolescu: Durabilitatea betonului. Editura Tehnică, 1982;
[114] Titu M.: Fiabilitate şi mentenanţă. Editura AGIR, 2008;
[115] Tologea S.: Accidente şi avarii în construcţii. Editura Tehnică, Bucureşti, 1980;
[116] Tologea S.: Probleme privind patologia şi terapeutica construcţiilor. Editura Tehnică, 1976;
[117] Truşcă T.: Pirotehnie şi explozivi. Editura Tehnică, Bucureşti, 1984;
[118] Vodă V.: Controlul durabilităţii produselor industriale. Editura Tehnică, Bucureşti, 1981;
[119] Voicu V.: Contribuţii la dezvoltarea mijloacelor antiteroriste de neutralizare a dispozitivelor
explozive artizanale. Teză de doctorat. Academia Tehnică Militară, Bucureşti, 2006;
[120] Wiener U.: Aplicaţii ale reţelelor de probabilitate în tehnică. Editura Tehnică, 1995;
[121] Yadav H. S.: Flyer plate motion by thin sheet of explosive. Propellants explosives and
pyrotechnics, pag.17-20, 1988;
[122] Zidan M.K., Fayed M.N., Elhosiny K.M., Abdelgawad&Orfy H.H.: Modelling of damage patterns
of RC concrete column under demolition by blasting. Thirteen international conference structures
under shock and impact, Wessex Institute of Technology, University of Liverpool, 2014;
[123] Zukas J., Walters W.: Explosive Effects and Applications. Springer –Verlag. New York, 1998;
[124] *** Documentaţie firmǎ specializată în demolǎri cu explozivi (S.C. Dinamit S.R.L. Petroşani);
[125] *** Documentaţie firmǎ specializată în distrugerii dirijate (S.C. Piromarion com. S.R.L.);
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
272
[126] *** Legea nr. 126 din 1995 privind regimul materiilor explozive modificată şi completată prin
Legea nr. 464/2001;
[127] *** Hotărâre nr. 1.207 din 5 octombrie 2005 pentru modificarea şi completarea Normelor tehnice
privind deţinerea, prepararea, experimentarea, distrugerea, transportul, depozitarea, mânuirea şi
folosirea materialelor explozive utilizate în orice alte operaţiuni specifice în activităţile
deţinătorilor, precum şi autorizarea artificierilor şi a pirotehniştilor, aprobate prin HG536/2002
(Monitorul Oficial nr. 941 din 21 octombrie 2005);
[128] *** Instrucţiuni pentru trupele de geniu. Lucrări de distrugeri. G - 4, Ministerul Apărării
Naţionale, Bucureşti, 1975;
[129] *** Mijloace noi pentru executarea lucrărilor de distrugeri. G - 4, Ministerul Apărării Naţionale,
Bucureşti, 1992;
[130] *** Norme specifice de protecţie a muncii pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor
explozive. Ministerul Muncii şi Protecţiei Sociale, Bucureşti, 1997;
[131] *** Pliante publicitare despre materiale, mijloace explozive şi accesorii ale firmelor: Nitro
NOBEL (Suedia), Nitramonia S.A. Făgăraş, U.M. Sadu;
[132] *** STAS 3648- -71 Scara intensităţilor seismice;
[133] *** STAS 418-85 Explozivi minieri. Dinamita tip II;
[134] *** STAS 8136 - 89 Capse detonante electrice;
[135] *** STAS 8174 - 77 Fiabilitate, mentenabilitate şi disponibilitate. Terminologie.;
[136] *** STAS 10307 - 75 Fiabilitatea produselor industriale. Indicatori de fiabilitate.;
[137] *** STAS 8590 - 80 Prelucrarea datelor. Fiabilitate, întreţinere şi disponibilitate. Terminologie;
[138] *** U.S. General Service Administration (GSA 2003), “Progressive collapse analysis and design
guidelines for new federal office buildings and major modernization projects”, Washington, D.C.
Adrese internet:
[139] -http://www.implosionworld.com - site dedicat demolărilor controlate;
[140] -http://www.daveybickford.com - site dedicat materialelor explozive;
[141] -http://science.howstuffworks.com/building-implosion.htm - How Building Implosion Work;
[142] -http://www. isee.org/journal. htm - The Journal of Explosives Engineering;
[143] -http://www. isee.org/index. htm - International Society of Explosives Engineers;
[144] -http://www. sciencedirect. corn - pagină dedicată demolărilor în direct;
[145] -http://www.kcse.com - site dedicat analizei comportării structurilor la explozie;
[146] -http://www.pcs.phy.cam.ac.uk/ImpactClubBiblios.htm - pagină dedicată referinţelor despre
comportarea materialelor la şoc şi impact;
[147] -http://www.iabti.com - site al organizaţiei pirotehniştilor din SUA.
PRESCRIPŢII OFICIALE DE REFERINŢĂ
[A] ENV 1991 Eurocode l: Basis of design and actions on structures;
[B] ENV 1992 Eurocode 2: Design of concrete structures;
[C] ENV 1996 Eurocode 6: Design of masonry structures;
[D] ENV 1998 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistence;
[E] GE 014-97 Ghid de proiectare. Calculul terenului de fundare la solicitări seismice;
[F] ICOMOS - ISCARSAH, 2001. Recommendations for the analysis, conservation and structural
restoration of architectural hentage;
[G] ISO 2394/1998 General principies on reliability for structures;
[H] ISO 13822/2001 Bases for design of structures - Assessment of existing structures;
[I] ISO 13822/2010 Bases for design of structures - Assessment of existing structures;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
273
[J] SR 11100 - 1:1993 Zonarea seismică. Macrozonarea teritoriului României;
[K] Normativ P100-1/2013 privind proiectarea antiseismică a construcţiilor de locuinţe, social-culturale,
agrozootehnice şi industriale;
[L] Codul CR:2006 privind proiectarea construcţiilor din zidărie;
[M] SR EN 13733:2003 Produse şi sisteme pentru protecţia şi repararea structurilor de beton. Metode de
încercări;
[N] SR EN 1990:2004 Eurocod 2: Bazele proiectării structurilor;
[O] SR EN 1991-1:2004 Eurocod 1: Acţiuni asupra structurilor. Partea 1-1: Acţiuni generale. Greutăţi
specifice, greutăţi proprii, încărcări utile pentru clădiri;
[P] SR EN 1992-1:2004 Eurocod 2: Proiectarea structurilor de beton. Partea 1-1: Reguli generale şi
reguli pentru construcţii;
[R] SR EN 1998 -5:2004 Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistenţa la cutremur. Partea 5:
Fundaţii, structuri de susţinere şi aspecte geotehnice;
[S] SR EN 772-1:2001 Metode de încercare a elementelor pentru zidărie. Partea 1: Determinarea
rezistenţei la compresiune;
[T] SR ISO 6240:1998 Standarde de performanţă în clădiri. Conţinut şi prezentare;
[U] SR ISO 6241:1998 Standarde de performanţă în clădiri. Principii de elaborare şi factori de luat în
considerare;
[V] SR ISO 7162:1998 Standarde de performanţă în clădiri. Conţinutul şi modul de prezentare al
standardelor pentru evaluarea performanţelor;
[X] Cod de proiectare. Bazele proiectării structurilor în construcţii. Indicativ CR 0-2012.
GLOSAR DE TERMENI
Termeni şi definiţii specifice lucrărilor pirotehnice
Amorsare Acţiune care dă naştere unei detonaţii, deflagraţii sau combustii prin
intermediul unui dispozitiv pirotehnic adecvat.
Iniţierea este un termen similar amorsării şi se referă la demararea unei
reacţii explozive. Aprinderea se referă numai la demararea unei
combustii sau deflagraţii;
Deflagraţie Explozie chimică în care zona de reacţie chimică se propagă prin
mediul iniţial cu viteză subsonică, în principal prin conductibilitate
termică;
Detonaţie Explozie chimică la care zona reacţiei chimice se propagă cu o viteză
supersonică în mediul iniţial (neperturbat) prin intermediul unei unde
de şoc;
Detonator Ansamblu (dispozitiv), conţinând cel puţin un exploziv brizant, care
sub acţiunea unui stimul dat (mecanic, electric sau de altă natură) va da
naştere unei unde de şoc şi/sau fragmente, folosite pentru iniţierea unei
încărcături explozive;
Dispozitiv de iniţiere
Sistem destinat iniţierii unui lanţ exploziv sau unui element component
dintr-o muniţie (dispozitiv fuzant, sistem de iniţiere);
Explozie Un proces nuclear, chimic sau fizic în urma căruia se degajă brusc
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
274
energie (şi adesea gaze) dând naştere la unde de presiune sau şoc;
Exploziv brizant Material sau amestecuri de materiale utilizat în general în încărcăturile
principale cu rol de a obţine efectul terminal dorit într-o aplicaţie
explozivă. Aceste materiale detonează ca urmare a iniţierii lor de către
un exploziv de amorsare. Exemple de explozivi brizanţi: TNT,
compoziţie B, tritonal etc.
Alte denumiri uzuale: exploziv secundar, încărcătură explozivă;
Exploziv plastic Exploziv care este maleabil la temperaturi normale de utilizare;
Exploziv primar
Iniţiator
Împuşca(re)
Încărcătură de
explozie
Material exploziv
Substanţă sau amestecuri de substanţe utilizată pentru iniţierea unei
combustii. Conform denumirii lor generice, aceste materiale sunt
sensibile la stimuli ternici, mecanici şi electrici;
Primul component exploziv folosit într-un lanţ exploziv, capabil să
producă funcţionarea acestuia;
1. Acţiunea de a se împuşca şi rezultatul ei; 2. Operaţie de rupere în
bucăţi a unei roci prin explodarea încărcăturilor de mină; 3. A face să
explodeze o încărcătură explozivă; sinonime: puşcare, puşcat (DEX
98);
Cantitatea de exploziv dintr-o muniţie sau element de muniţie;
O substanţă (sau amestecuri de substanţe) care este capabilă în urma
unei reacţii chimice să producă gaze la astfel de temperaturi şi presiuni
încât să producă pagube mediului înconjurător. Termenul “explozivi”
înglobează astfel toate materialele solide şi lichide cunoscute sub
denumirea de explozivi brizanţi, pulberi şi propergoli, împreună cu
amorse, capse, compoziţii de iniţiere şi pirotehnice (de exemplu:
iluminare, fumigene, întârzietoare, incendiare, trasoare);
Puşcare A produce sfărâmarea rocilor cu ajutorul unui exploziv (DEX 98);
Propulsie Acţiune care produce mişcarea unui obiect (schijă, glonţ, proiectil etc);
Risc
Suflu
Posibilitatea de apariţie a unui accident, exprimată în termeni de
gravitate şi probabilitate de apariţie a pericolului.
Propagarea unei unde de şoc, de amplitudine mare prin aer, creată de
deflagraţia sau detonaţia unui material exploziv;
Termeni şi definiţii
Accelerogramă – înregistrarea mişcării seismice obţinută cu un accelerometru calibrat şi
exprimată prin variaţia acceleraţiilor;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
275
Accelerometru – instrument (aparat) specific înregistrării variaţiei acceleraţiilor unui cutremur
(accelerograma seismică);
Acţiune - influenţa exercitată de un agent asupra construcţiei;
Acţiune dinamică (excitaţie - perturbaţie - sursă) - reprezintă orice cauză exterioară, rapid
variabilă în timp care se manifestă asupra unui sistem oscilant (dinamic) generând efecte inerţiale;
Agent - factor care acţionează asupra clădirii (construcţiei) sau a diverselor sale părţi componente;
Aluviune – sedimente neconsolidate, de dată relativ recentă, existente în depozite granulare;
Amortizare - capacitatea de amortizare caracterizează fenomenul de disipare a energiei unui
sistem dinamic, ca urmare a prezenţei forţelor rezistente (care se opun mişcării);
Amplificare dinamică - majorarea deplasărilor la partea superioară a structurii ca urmare a unei
acţiuni dinamice;
Amplificare seismică – fenomen care se manifestă în urma traversării undelor seismice prin
diverse categorii de terenuri cu proprietăţi fizico-mecanice şi dinamice specifice;
Amplitudine - valoarea maximă a cauzei (acţiune) sau a efectului (răspuns) se numeşte
amplitudine. Amplitudinea are un caracter instantaneu atât pe durata acţiunii dinamice, cât şi pe durata
răspunsului dinamic;
Analiza răspunsului în timp (time-history response) – reprezentarea răspunsului structurii
(exprimat în viteze, deplasări) pe timpul istoric al mişcării seismice (definită prin accelerograme);
Ansamblu - reunirea mai multor elemente componente, care asigură realizarea unor funcţiuni;
Armonică – componentă a unei mişcări cu caracter periodic şi a cărei frecvenţă este un multiplu
simplu al frecvenţei fundamentale;
Atenuare – disiparea (amortizarea) energiei eliberate în focar, în funcţie de mai mulţi factori, şi a
cărei consecinţă o reprezintă reducerea intensităţii seismice;
Avarie - schimbare nefavorabilă în starea unei structuri care îi poate afecta performanţele;
Buiandrug – componentă structurală în cadrul construcţiilor din zidărie. Se foloseşte la partea
superioară a golurilor executate în pereţi;
Cerinţa de calitate - exprimarea calitativă a caracteristicilor clădim (în ansamblu, sau a părţilor
componente), pe care aceasta trebuie să le îndeplinească pentru a satisface exigenţele utilizatorilor, ţinând
seama de diverşii agenţi care acţionează asupra construcţiei;
Clădire - construcţie, având ca scop realizarea unor spaţii închise, ce adăpostesc activităţi umane
şi/sau procese tehnologice;
Colaps – starea în care clădirea a cedat;
Componente structurale – elemente ale construcţiei care preiau încărcările, şi le transmit prin
fundaţie la terenul de fundare;
Componente nestructurale - componente care nu sunt considerate în proiectarea seismică ca şi
componente care preiau încărcările, datorită lipsei de rezistenţă sau datorita modului în care este
conectată la structură;
Compoziţie spectrală - este pusă în evidenţă de spectrul de amplitudine exprimat prin serii
convergente sau transformata Fourier;
Conceptul de performanţă structurală - concept ce constă în abordarea sistemică şi globală a
problematicii obţinerii calităţii în proiectarea, executarea şi exploatarea construcţiilor, plecând de la
activităţile şi exigenţele utilizatorilor, în mod independent de mijloacele materiale şi soluţiile folosite,
punând un accent deosebit pe comportarea în exploatare a construcţiilor;
Condiţie tehnică - exprimarea şi detalierea, în termeni tehnici de performanţă, a cerinţei de
calitate;
Conformitate - îndeplinirea cerinţelor specificate în coduri sau standarde;
Consolidare - intervenţiile asupra unei construcţii existente pentru sporirea performanţelor ei
structurale;
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
276
Construcţiile - orice este implicat sau rezultă din operaţiile de construcţii. Acest termen acoperă
amândouă direcţiile ingineriei civile şi industriale. Se referă la construcţia completă care cuprinde ambele
componente structurale şi nestructurale, precum şi aspectele geotehnice implicate;
Conţinut de frecvenţă – totalitatea frecvenţelor componentelor care definesc o înregistrare
seismică;
Acţiune dinamică - orice cauză exterioară, rapid variabilă în timp, care se manifestă asupra unui
sistem oscilant generând efecte inerţiale;
Confinare – structura a fost închisă cu diferite materiale (grile polimerice etc.);
Criteriu de performanţă - caracteristică ce trebuie luată în considerare la detalierea şi
cuantificarea condiţiilor tehnice, în cantităţi numite „nivele de performanţă";
Cutremur de pământ – fenomen natural (uneori şi artificial) generat de surse tranzitorii care se
manifestă prin unde elastice ce se propagă prin medii caracterizate geologic;
Deteriorare/degradare - stare fizică şi geometrică datorată: acţiunilor chimice, fizice sau
biologice naturale; acţiunilor repetate care produc oboseala materialului; influenţelor normale sau severe
ale mediului; întreţinerii necorespunzătoare a structurii, sau uzurii prin exploatare care afectează într-un
mod defavorabil performanţele structurii, inclusiv fiabilitatea ei în timp;
Ductilitate - raportul dintre defbrmaţia specifică totală şi deformaţia specifică elastică; exprimă
capacitatea de autoapărare a unei construcţii sau structuri, dar este o mărime neconservativă, ireversibilă
şi consumabilă;
Durată de funcţionare - perioada medie probabilă în care o construcţie existentă poate fi
exploatată fără întrerupere din cauza unor avarii, la un nivel de întreţinere planificat sau acceptat;
Durată de serviciu(viaţă) a construcţiei - perioada de timp în care se intenţionează/se aşteaptă ca
o construcţie existentă să rămână în serviciu cu o întreţinere planificată;
Efect - rezultatul unei acţiuni;
Element component - produs realizat ca unitate distinctă, destinat a fi încorporat în clădire pentru
a îndeplini una sau mai multe activităţi specifice;
Elongaţie - valoarea instantanee a cauzei sau a efectului în raport cu un anumit reper de referinţă;
Entalpie - însumarea energiei interne cu lucrul mecanic necesar ocupării de către sistem a
volumului său propriu la presiune constantă;
Entropie - reprezintă o mărime de stare termică a sistemelor fizice, care crește în cursul unei
transformări ireversibile a lor și rămâne constantă în cursul unei transformări reversibile;
Evaluare - mulţimea de activităţi efectuate în scopul verificării fiabilităţii unei construcţii
existente în vederea folosinţei viitoare;
Eveniment microseismic – perturbaţii slabe, naturale sau artificiale, care pot fi identificate numai
instrumental;
Excitaţie - reprezintă orice cauză exterioară, rapid variabilă în timp care se manifestă asupra unui
sistem oscilant generând efecte inerţiale;
Execuţia construcţiei- activitatea de creaţie unei construcţii civile sau industriale Termenul
acoperă munca pe şantier; el poate de asemenea să însemne fabricarea componentelor în afara şantierului
şi montarea lor ulterioară pe şantier;
Exigenţa utilizatorului - enunţarea unei necesităţi faţă de clădirea (construcţia) ce trebuie
utilizată;
Fiabilitate matematică - probabilitatea funcţionării unui sistem fără avarii într-o perioadă
determinată;
Fiabilitate structurală- capacitatea unei structuri sau a unei componente structurale de a satisface
cerinţele specificate, inclusiv exploatarea pe toată durata serviciului fără reparaţii majore, pentru care a
fost proiectată;
Formă structurală - tipul de structură desemnat de aranjamentul componentelor structurale,
precum grindă, coloane, arcade, piloni de fundaţie;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
277
Frecvenţa - reprezintă numărul de oscilaţii complete pe o durată de timp egală cu o secundă.
Frecvenţa se mai exprimă prin inversul perioadei, exprimată în secunde, şi se măsoară în Hertzi (Hz);
Frecvenţă proprie de oscilaţie - frecvenţa proprie sau naturală este o caracteristică intrinsecă a
sistemului şi corespunde fiecărei forme proprii de oscilaţie. Numărul frecvenţelor proprii de oscilaţie este
egal cu numărul GLD al sistemului dinamic;
Funcţionalitate - abilitatea unei structuri sau a unei părţi din structură de a răspunde adecvat unei
folosiri normale sub orice acţiune aşteptată;
Grindă - componentă structurală orizontală, supusă la încărcări transversale considerabile şi la o
forţa axială proiectată normalizată;
Hazard seismic - probabilitatea unui amplasament de a resimţi efectele unui cutremur de pământ;
Impuls - produsul dintre forţa şi timpul infinitesimal de aplicare asupra sistemului. Forţa,
depinzând de timp, are valoarea zero în afara duratei de acţionare a impulsului;
Impuls seismic - undă seismică de foarte scurtă durată în raport cu desfăşurarea întregului
eveniment, având în general valorile iniţială şi finală egale cu zero;
Indicele de fiabilitate - valoare sau expresie a probabilităţii de avarie;
Infrastructura - partea structurii situată sub interfaţa de izolare, incluzând fundaţiile.
Flexibilitatea laterală a infrastructurii este practic neglijabilă în raport cu cea a sistemului de izolare;
Inspecţie - examinarea nedistructivă pe teren a unei structuri cu scopul de a aprecia starea fizică a
structurii;
Intensitate – evaloarea convenţională (subiectivă) a severităţii unui cutremur pe baza efectelor de
suprafaţă produse asupra oamenilor, construcţiilor şi configuraţiei terenului;
Investigaţie - colectarea şi evaluarea de informaţii prin: inspecţie, studierea documentaţiei,
verificarea acţiunilor de calcul şi unele încercări;
Încercarea capacităţii portante - testarea prin încărcare totală sau parţială a unei construcţii
pentru a evalua comportarea, proprietăţile sau capacitatea portantă;
Lichefiere – fenomen în urma căruia un depozit granular necoeziv şi saturat se transformă în stare
fluidă datorită creşterii presiunii apei în pori;
Limita elastică – efortul maxim la care este supusă o rocă fără ca deformaţiile să depăşească
limita de curgere sau de rupere;
Litologie – studiul compoziţiei şi texturii rocilor;
Magnitudine – exprimarea violenţei unui cutremur prin intermediul energiei eliberată în focar în
momentul declanşării unui şoc seismic;
Materialul de construcţie - un material folosit în construcţie, ex: beton, oţel, lemn, zidărie
Mentenanţă - intervenţie periodică de rutină pentru păstrarea performanţei structurale;
Metoda de construcţie - maniera în care execuţia va fi îndeplinită, ex.: turnare pe loc, prefabricat,
în consolă;
Microseism – perturbaţie naturală sau artificială, sesizată numai cu ajutorul instrumentelor
specifice (înregistratoare seismice);
Mişcare armonică - mişcarea armonică este descrisă de funcţii trigonometrice simple, sinusoidale
sau cosinusoidale;
Mişcare oscilatorie - mişcarea în timp. pe care o efectuează un sistem elastic inerţial în jurul unei
anumite poziţii de echilibru relative, se numeşte mişcare oscilatorie. Această mişcare poate fi exprimată
prin funcţii armonice simple, periodice sau oarecare;
Mişcarea periodică - mişcarea care se repetă identic la intervale egale de timp. este definită prin
funcţii periodice, care pot fi descompuse în serii Fourier. Fiecare termen al seriei Fourier reprezintă o
componentă a mişcării, cu caracter armonic;
Model de avarie, deteriorare sau degradare - modelul matematic care descrie caracteristicile
structurii ca funcţie de timp, luând în consideraţie starea de avarie, deteriorare sau degradare;
Model structural - conceperea sistemelor structurale folosită pentru calcul şi proiectare;
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
278
Monitorizare - observarea sau măsurarea periodică sau continui de regulă pe termen lung, a stării
construcţiei sau a acţiunilor la care este supusă;
Nivel cerut de fiabilitate - nivelul de fiabilitate pentru atingerea siguranţei acceptabile şi a
funcţionalităţii dorite ;
Nivel de performanţă - valoare impusă pentru un anumit criteriu de performanţă,' în funcţie de
condiţiile tehnice şi de influenţa agenţilor care acţionează asupra construcţiilor;
Oscilaţie - mişcarea repetată, cu caracter alternant şi variabila în timp, a unui sistem dinamic, în
jurul unei anumite poziţii de echilibru;
PGA – Peak Ground Acceleration - valoarea de vârf a acceleraţiei pământului;
Perete - componentă structurală, în general verticală, care sprijină alte elemente şi care are o
secţiune transversală prelungită cu raportul dintre lungime şi grosime lw / bw mai mare decât 4 şi/sau o
secţiune parţială limitată;
Performanţă - comportarea unui produs în raport cu utilizarea sa. Prin produs se înţelege
construcţia, în ansamblu, sau orice parte a acesteia;
Performanţă structurală - reprezentarea calitativă sau cantitativă a comportării unei construcţii,
de exemplu capacitatea portantă sau rigiditatea în funcţie de siguranţa şi funcţionalitatea sa;
Perioada - reprezintă timpul minim necesar pentru ca o mişcare periodică simplă sau oarecare să
se repete identic;
Perioadă predominantă – perioada corespunzătoare mişcării seismice care produce efecte
maxime într-un amplasament bine definit, de la suprafaţa liberă a terenului;
Proprietăţile materialelor - proprietăţile mecanice, fizice sau chimice ale materialelor de
construcţii;
Pulsaţie - pulsaţia unei mişcări periodice, numită şi frecvenţă circulară reprezintă numărul de
oscilaţii complete, cicluri, într-un interval de timp egal cu 2n secunde. Pulsaţia se măsoară în radiani pe
secundă şi se mai poate obţine direct prin intermediul frecvenţei sau perioadei;
Răspunsul dinamic - mărimea oricărui efect mecanic, variabil în timp, caracteristic sistemului
dinamic, în urma aplicării unei acţiuni exterioare. Răspunsul dinamic se poate exprima în mărimi
cinematice fundamentale: deplasări, viteze şi acceleraţii, sau prin alte stări derivate: forţe generalizate,
energii, eforturi secţionale, tensiuni şi deformaţii;
Răspunsul terenului – caracterizarea mişcării seismice (exprimată în deplasări, viteze sau
acceleraţii), într-un punct situat la suprafaţa liberă a terenului, prin înregistrări instrumentale;
Reabilitare - reconstrucţia sau înlocuirea oricărei componente structurale avariate sau deteriorate
cu scopul menţinerii aceluiaşi nivel de funcţionalitate pe care structura îl avea înainte de avariere;
Recondiţionare - reabilitarea structurilor într-o anumită zonă;
Reparaţie - reconstrucţia sau înlocuirea oricărei componente structurale avariate sau deteriorate
pentru a asigura acelaşi nivel de rezistenţă şi/sau ductilitate pe care îl avea structura înainte de avariere;
Restaurare - refacerea formei unei clădiri aşa cum a fost la un moment dat fie prin scoaterea
părţilor adăugate, fie prin introducerea părţilor care lipsesc;
Rezistenţa terenului – tensiunea limită care defineşte capacitatea portantă a terenului fără să
producă plastificări sau ruperi;
Risc seismic - probabilitatea obţinută prin produsul dintre hazardul seismic şi vulnerabilitatea
seismică;
Rocă de bază – sinonim cu complex bazal;
Seism - reprezintă modelarea cutremurului de pământ;
Seismic – termen caracteristic undelor elastice, naturale sau artificiale care se propagă prin mediul
geologic de la sursă până în orice punct de la suprafaţa liberă;
Seismicitate – caracteristică seismică certă sau probabilă a unei anumite zone superficiale;
Seismograf – instrument care permite înregistrarea undelor seismice;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
279
Seismogramă – înregistrarea mişcării seismice obţinută cu un seismometru şi care exprimă
variaţia deplasărilor în timp;
Seismologie – ramură a geofizicii care se ocupă cu studiul cutremurelor şi propagării undelor
seismice;
Sistem dinamic liniar - un sistem dinamic are comportare liniară când este caracterizat prin
liniaritate fizică şi geometrică; proprietăţile inerţiale, disipative şi elastice de definire nu se modifică în
timp;
Sistem dinamic neliniar - un sistem dinamic are comportare neliniară atunci când prezintă
neliniarităţi de ordin fizic sau geometric; unele din proprietăţile de definire devin variabile în timp;
Sistem structural - componentele care preiau încărcările ale unor construcţii civile sau industriale
şi modul în care aceste elemente funcţionează împreună;
Spectru – caracterizarea acţiunii sau răspunsului în funcţie de conţinutul de frecvenţă al sursei
perturbatoare;
Spectru de amplitudine – reprezentarea grafică a relaţiei amplitudine-frecvenţă corespunzătoare
unei înregistrări seismice (se mai numeşte spectrul Fourier);
Spectru de răspuns - este definit de reprezentarea grafică a variaţiei răspunsului maxim, exprimat
în mărimi specifice, în funcţie de caracteristicile sistemului dinamic şi acţiunea exterioară;
Structuri - combinaţii organizate de părţi conectate proiectate să realizeze o rigiditate adecvată;
Subsistem al clădirii - grupare de elemente componente care îndeplinesc împreună mai multe
funcţiuni necesare satisfacerii exigenţelor utilizatorului;
Şoc seismic – mişcare seismică puternică de scurtă durată;
Tectonica – caracterizează rocile şi natura deformărilor din punct de vedere structural;
Textură – alcătuirea intimă, la nivel de particulă minerală, a rocilor;
Tipurile de construcţie - indicarea materialului principal; ex: construcţii din beton armat, din oţel,
din materiale composite, din lemn, din zidărie;
Transformata Fourier – transformarea unei funcţii, exprimată în domeniul timp (cum este cazul
înregistrărilor seismice), în domeniul frecvenţă, ceea ce permite identificarea conţinutului de frecvenţe
ale mişcării seismice;
Undă – mişcare a particulelor materiale, cu caracter alternant, având amplitudini variabile şi
puncte nule fixe (numite şi noduri), ca urmare a energiei eliberate în focar de cutremur;
Undă principală „P” – undă seismică de adâncime, longitudinală sau de dilataţie, în care
mişcarea particulelor materiale în timp coincide cu direcţia de propagare a undei;
Undă secundară „S” – undă seismică de adâncime, transversală sau de forfecare, în care
mişcarea particulelor materiale în timp este perpendiculară pe direcţia de propagare a undei;
Unde de suprafaţă (superficiale) – unde seismice care se manifestă în straturile superficiale
perpendicular pe direcţia de propagare. Aceste unde sunt de tip Rayleigh şi Love sau hidrodinamice;
Unde seismice - unde elastice care se răspândesc în scoarța terestră, fiind provocate de cutremure
sau de explozii artificiale;
Vibraţia - reprezintă mişcarea repetată, cu caracter alternant şi variabilă în timp, a unui sistem
dinamic în jurul unei anumite poziţii de echilibru;
Viteză seismică – viteza de propagare a undelor seismice de tip P şi S, notate prin vp şi vs;
Vulnerabilitate seismică - probabilitatea de avariere a unei construcţii situată într-o zonă
seismică;
Zone de disipare - părţile predeterminate ale unei structuri disipative, unde capacităţile disipative
sunt în special localizate, numite şi regiuni critice.
TEZĂ DE DOCTORAT Adrian SIMION
280
LISTA SIMBOLURILOR ŞI UNITĂŢILOR DE MĂSURĂ
Date folosite la calculul parametrilor de puşcare
W - anticipanta, reprezintǎ linia de minimǎ rezistenţǎ, care de regulǎ este distanţa cea mai micǎ de la
centrul de greutate al încǎrcǎturii la cea mai apropiatǎ suprafaţǎ liberǎ, [m;
a - distanţa între gǎuri, [m;
b - distanţa între rândurile de gǎuri, [m;
gl - lungimea de gaurǎ, [m;
gcl - lungimea de gaurǎ pentru gǎurile de colţ, [m;
gQ - încǎrcǎtura explozivǎ pe gaurǎ, [kg.;
gcQ - încǎrcǎtura explozivǎ pe gaura de colţ, [kg.;
ipQ - mǎrimea încǎrcǎturii parţiale (discontinue), [kg.;
rn - numǎrul de rânduri de gǎuri;
1 - factor de impedanţǎ – raportul între impedanţa acusticǎ a substanţei explozive şi a mediului adiacent;
2 - factor de legǎturǎ – exprimǎ transferul de energie cǎtre mediul adiacent;
trE - cantitatea de energie transferatǎ mediului, [J/kg.;
p - energia potenţialǎ elasticǎ, [MJ/kg.;
E - modulul de elasticitate, [MPa;
r - efortul de rupere la tracţiune al mediului, [MPa;
r - energia utilizatǎ ptr. fragmentarea mediului, [MJ/kg.;
bV - volumul de excavat, [m³;
S - energia specificǎ superficialǎ a tipului de mediu, [MJ/kg.;
- înfoierea, [m;
ma - densitatea mediului adiacent, [kg./m³;
c - energia consumatǎ ptr. a se realiza deplasarea, [MJ/kg.;
l - lungimea pe care se realizeazǎ deplasarea, [m;
d - energia consumatǎ pentru fragmentarea excesivǎ, [MJ/kg.;
Q - masa încǎrcǎturilor de exploziv, [kg.;
f - energia consumatǎ ptr. deformarea mediului rǎmas, [MJ/kg.;
R - distanţa faţǎ de locul puşcǎrii, [m;
rt - durata vibraţiei, [s;
m - numǎrul treptelor de întârziere;
P - suprapresiunea în frontul undei de şoc, [MPa;
φ - zmucitura, [m/s3];
λ - distanţa scalată [m];
k - coeficient funcţie de proprietăţile mediului în care se puşcă;
H - înălţimea [m];
st - timpul de sosire al undei de şoc, [s;
pt - durata fazei pozitive a undei de şoc, [s;
V - viteza particulei în urma exploziei, [m/s;
EVALUAREA FIABILISTĂ A CONSTRUCŢIILOR ÎN VEDEREA DEMOLĂRII PRIN IMPLOZII CONTROLATE
281
I - impulsul forţelor de presiune [bars;
f(n) - coeficient de reducere funcţie de timpul de întârziere al sistemului de iniţiere [m];
Date despre materialul de construcţie
m – masa volumică absolută, kg/m3;
cm – viteza sunetului, [m/s];
Im – impedanţa acustică a materialului de construcţie, [kg/m²/s];
ss – energia specifică pe suprafaţă, [MJ/kg];
Gp – grosimea peretelui paralel cu gaura de distrugere, [m];
Gtr – grosimea peretelui transversal la gaura de distrugere, [m];
Date despre materialul exploziv folosit
e – densitatea de încărcare, kg/m3;
D – viteza de detonaţie, [m/s];
Ie – impedanţa explozivului, [kg/m²/s];
e – energia specifică a explozivului, [MJ/kg];
e – diametrul încărcăturii explozive, [m];
Qe – masa încărcăturii unitare de exploziv, [kg];
DM – dimensiunea maximă a fragmentului rezultat la distrugere, m;
Ld – lungimea zonei distruse, [m].