Studiu de caz – Evaluarea pierderilor in cazul unui seism ce ar afecta o zona istorica din Timisoara [305337]

[anonimizat] o zona istorica din Timisoara

Paunel C.

[anonimizat]. [anonimizat]-o stare structurală periculoasă. Având în vedere faptul că Timișoara a fost aleasă ca si capitala europeană a culturii pentru anul 2021, [anonimizat]. Acest articol este destinat să prezinte concluziile studiului nostru de evaluare a vulnerabilității asupra a 10 clădiri dintr-o parte istorică a orașului.

Cuvinte cheie: cutremur, vulnerabilitate, [anonimizat], consolidare.

1 Contextul general

1.1 Riscul seismic

Riscul seismic reprezintă probabilitatea de a [anonimizat], luând în considerare o anumită perioadă de timp de referință.

Riscul seismic referitor la construcții depinde de combinația dintre:hazardul seismic ([anonimizat]-un interval de timp specificat, într-o zonă dată, a unui fenomen natural potențial distrugător);expunerea la risc a unor elemente ([anonimizat] fi [anonimizat], schimbându-și nivelul de expunere);vulnerabilitatea (probabilitatea ca unele construcții să fie [anonimizat], [anonimizat], etc.) [1]. Gradul de distrugere așteptat la structuri și infrastructură din cauza unui cutremur și pierderile estimate sunt evaluate în pierderi economice și de vieți omenești. Pierderea, [anonimizat]. Trebuie dată în valori monetare sau în costuri de reconstrucție sau reparație. [anonimizat], unde rămâne deschisă întrebarea: „Cât costă viața unui om?”[2]

[anonimizat], nici asupra expunerii construcțiilor care sunt fixe, dar vulnerabilitatea acestora poate fi redusă prin intervenții (consolidări), astfel încât să fie redus riscul.

În (Fig.1) este făcută o evaluare a [anonimizat], avarii și distrugeri asupra fondului construit in urma cutremurelor produse cu epicentru in Vrancea [2]

Figura 1. [anonimizat]. XX pe teritoriul României (adaptare după RNR, 2001 și Sandi, H., 2003).[2]

Între specialiști există o [anonimizat] s-ar produce un cutremur major (similar cu cel din 1977), pierderile economice vor fi mult mai mari din cauza distrugerilor cumulate care au afectat clădirile de-a lungul timpului și din cauza capacităților scăzute de refacere și răspuns ale clădirilor.[2]

Determinarea vulnerabilității seismice a unei structuri sau a unui amplasament urban va ajuta nu doar la prezicerea impactului economic pe care l-[anonimizat] o multitudine de soluții pentru a diminua riscul: consolidarea clădirilor, editarea codurilor de proiectare, protejarea structurilor inginerești de importanță vitală, planificarea operațiunilor de salvare.

1.2 Seismicitatea din Banat

Zona Banatului, este cea mai importantă regiune seismic activă a României la nivelul seismicității crustale, ea a fost expusă unor cutremure istorice puternice, cu efecte semnificative asupra fondului construit. Sunt cutremure normale, de tip crustal, cu adâncimi ale focarelor cuprinse între 5 și 30 km [3].

Banatul ocupă al doilea loc pe scara seismică a României, după zona Vrancea, magnitudinea maximă fiind aproximată la șase grade pe scara Richter. Potrivit seismologilor, spre deosebire de marile cutremure din zona seismică Vrancea, la care s-a putut constata o anumită periodicitate, cele din Banat, de suprafață, sunt total imprevizibile, existând în orice moment riscul producerii unui seism. În Timiș, principalele zone seismice sunt Banloc-Voiteg, Sânnicolau Mare și Șag-Parța dar și în partea de vest a Timișoarei există o falie care ar putea provoca probleme [4].

În momentul de față însă, nimeni nu știe câte clădiri s-ar putea transforma în ruine în Timișoara sau în județ.

Figura.2 Seismicitatea din Banat a) Pozitionarea geografica a epicentrelor cutremurelor in perioada 1794-2001 [3] b) Falie Timisoara [4]

1.3 Efecte recente ale cutremurelor din Banat

Cutremurul crustal din data de 12 iulie 1991, M=5,7, h=12 km, Banloc-Ofsenita a avariat 5.000 clădiri rurale și o biserică monumentală de arhitectură germanică, din zidarie, 2 morti, 30 răniti, sute până la mii de sinistrați ca urmare a avarierilor grave de clădiri în mai multe sate din zona epicentrală [5];

Efectele cutremurului din 18 iulie 1991, M=5,6,Topleț-Herculane au fost mai mici comparativ cu cel din 12 iulie 1991 (câțiva răniți, cel puțin 615 case avariate în zona Orsova) [5];

Cutremurul din 2 dec 1991, M=5,5, Banloc-Voiteg – câțiva răniți, (re)avarieri grave în Voiteg (5000 case), 4500 sinistrați. [5]

Cutremurul din 23 mai 2002 (ora 05:26, Mw=3,6) și cel din 24 mai 2002 (ora 22:42, Mw=3,8) și 22 iunie (ora 15:26, Mw=3,5) în zona localității Moldova Nouă, județul Caraș-Severin, a afectat 13 blocuri cu structură din zidărie portantă și planșee din elemente prefabricate, cazarma pompierilor militari și o școală; și o conductă de apă a fost fisurată. Avariile au fost accentuate dereplica din din data de 2 august 2002 (ora 11:37, Mw=3,7). [5]

După perioada 1991÷1993 în care s-au înregistrat repetate cutremure în zona Banloc-Voiteg, Dr. C. Lupu din Timișoara (1997) a analizat tulburarile psihice la copii și adolescenți din 12 localitățti cu cca.13.000 locuitori, din care cca. 4.000 copii 0÷16 ani. S-a constatat că cca. 60% din populația infantojuvenilă s-a încadrat în criteriile “sindromului post-traumatic de dezastru” – PTSD[5].

Intervalul de recurență pentru un cutremur de tipul celor descrie mai sus este cuprins între 50-100 de ani, spre deosebire de un cutremur caracterizat de intensitate 6-6,5 și intensitate VIII-XII care are o perioadă de întoarcere de 475 de ani [6].

Tabelul 1.Magnitudini ale cutremurelor din Banat pentru diferite intervale medii de recurenta (Mmax=6.1) [6]

Figura.3 Intervalele de recurenta pentru zona seismogena Banat [6]

2. Zona Fabric-Traian

A fost aleasa zona Pietei Traian ca zona de studiu pentru ca este o zona istorica cu constructii considerate,rezervatie de arhitectura pentru stilul 1900’’ si care sunt monumete istorice incadrate in ,,Ansamblul Urban Fabric II ‘’(conform lista Monumente Istorice jud. Timis 2015) aceasta zona aflandu-se pe traseul cultural istoric propus pentru 2021 cand Timișoara va fi Capitală Europeană a Culturii [7].

Figura 4 Harta cu monumente istorice și zonele de protecție pe care a fost marcat traseul propus [7]

În jurul anului 1850, peste jumătate din populația Timișoarei trăia în cartierul Fabric. Dacă "Cetatea" a fost și rămâne vitrina strălucitoare a orașului, Fabricul era odată cartierul "timișoreanului de mijloc" și păstrează și azi pitorescul secolelor trecute. Fabricul s-a dezvoltat ca o suburbie în afara cetății, dar nu în imediata apropiere, deoarece trebuia respectată limita de 950 metri impusă de administratia militara a cetății Timișoara. Fabricul de azi este mai ales produsul anilor 1880 – 1910 când s-au construit multe clădiri pretențioase, majoritatea în stil Secession.[8]. În Fabric, actuala Piață Traian (numită inițial Hauptplatz și apoi Kossuth tér), era o replică mai mică a celei mai importante piețe din Cetate. Ea fusese proiectată spre mijlocul secolului al XVIII-lea de ingineri militari în centrul vechiului cartier „rascian” și era piața principală a acestuia, Fabricul având, precum celelalte cartiere istorice, o viață proprie, prea puțin dependentă de centrul orașului.

La inceput in zona existau case mici pentru muncitorii care au fost mai târziu extinse sau transformate în case mai mari cu nivele multiple, în stiluri neoclasice, eclectice și secesion [8]. Unul dintre cele mai utilizate materiale pentru clădirile civile din România este cărămida de lut ars. De-a lungul timpului, cladirile au suferit mai multe schimbări structurale datorită așezărilor, schimbărilor de funcțiuni, cutremurelor, perturbațiilor etc., astfel încât în majoritatea cazurilor există o necesitate evidentă de a calcula noile sarcini structural [9]. Tipul de sol urban este un factor important în procesul de evaluare a vulnerabilității seismice, deoarece reprezintă suportul pentru infrastructura urbană [10].

Au fost selectate 10 clădiri din zona istorică Fabric, cu caracteristici care sunt considerate reprezentative pentru zonă.Pe baza parametrilor structurali și geometrici s-a făcut o clasificare, după cum se poate observa în Tabelul 2 [11]. Din această clasificare, tipologiile identificate între cele zece clădiri studiate sunt prezentate în figura 5. Tipologia cea mai prezentă este tipul III.1.2, caracterizat prin structura zidăriei cu subsol, nivelul solului și două nivele deasupra parterului, bolți de zidărie deasupra subsolului și podele din lemn deasupra tuturor celorlalte niveluri, fără parter slab.

Tabelul 2. Tipologiile cladirilor din Fabric

a) b) c) d) e)

Figure 5. Tipologiile structurale identificate in studiul efectuat asupra cladirilor din Fabric: a) Tip I.1.2; b) Tip II.1.2; c) Tip III.1.1; d) Tip III.1.2; e) Tip III.2.1;

Figure 6. Harta cu localizarea cladirilor studiate

Tabelul 3. Cladirile studiate

3.Vulnerabilitate cladirilor studiate

Vulnerabilitatea clădirilor a fost determinată pe baza metodologiilor italiene aplicate rapid și adecvat în sectoarele urbane [12], [13] și [14]. Pentru rezultate mai precise, ar trebui să existe expertiză tehnică pentru fiecare clădire, conform codului românesc P100-3 / 2013 [15].

La nivel european, se utilizeaza cinci clase de avariere: usoara (D1), moderata (D2), mare (D3), foarte mare(D4) si distructiva (D5). In functie de valoarea obtinuta pentru nivelul mediu de avariere, putem aprecia gradul de avariere in care cladirea se incadreaza, conform tabelului de mai jos. [16]

Tabelul 4. Nivelele de avariere posibile si descrierea gradelor de avariere pentru structura din zidarie, [16] .

Indicii de vulnerabilitate au fost determinați de Metodologia Indexului de Vulnerabilitate, o metodologie care a fost inițial propusă de Benedetti și Petrini, având în vedere 10 parametri [12] și dezvoltată ulterior la 15 parametri de către Universitatea din Napoli [13]. Datele de intrare conțin informații generale despre clădiri, cum ar fi vârsta și tipul construcției, datele tipologice privind structura și configurația geometrică, regularitatea clădirii, nivelul sau extinderea daunelor, poziția în agregate și relația cu clădirile vecine.

Tabelul 5. Nivelele de avariere posibile ale cladirilor studiate pentru intensitati cuprinse intre 5 si 12.[17]

Figura 7 . Numarul de cladiri ce s-ar afla intr-o anumita stare de avariere

4. Evaluarea pierderilor

In cazul evenimentelor seismice, urmarile se cuantifica in pierderi.

Pierderile pot fi pierderi de vieti omenesti, pierderi de cladiri (rezidentiale sau publice), pierderi de servicii, pierderi financiare sau pierderi cultural-istorice.

Pe langa acestea, trebuie luat in considerare stresul post-traumatic la care este supusa comunitatea, ce duce la o pierdere a calitatii vietii chiar si dupa readucerea lucrurilor la normal.

4.1 Pierderi materiale si umane

Numarul total al cladirilor de locuit care au sanse mari sa devina nelocuibile (UNUSD) se determina pe baza relatiei (1) [18]:

(1)

Unde %MF reprezinta procentul general de avariere al tuturor cladirilor, iar %Hmf, %VHmf si %Dmf sunt starile de degradare posibile (heavy D3, very heavy D4 si destruction structural damage state D5 ).UMF este numarul total de unitati rezidentiale din totalul cladirilor [18].

Numarul total al persoanelor (PUNU) ce vor ramane fara adapost sedetermina pe baza relatiei (2)[18]:

(2)

Unde Ph este numarul de persoane estimate ca locuiesc in cadrul fiecarei unitati rezidentiale ( media).

Studiul 1

In cazul studiat avem 10 cladiri, in care au fost identificate 102 apartamente in care locuiesc 293 persoane.

Tabelul 6. Tabel ce contine procentul cladirilor afectate de nivelul de avariere k, numarul cladirilor in pericol de a devein nelocuibile, numarul persoanelor ce ar putea ramane fara adapost, numarul persoanelor decedate in cazul in care avem scenarii de cutremure cu intensitate intre 5 si 12.

Figura 8. Nr.cladirilor in pericol de a devein nelocuibile Figura 10. Numarul total al persoanelor ce vor ramane fara

adapost

Figura 11. Numarul de persoane decedate

Concluzie

Pentru orasul Timisoara cele mai probabile intensitati seismice sunt I7 respectiv I8 [4] ccea ce a detarminat realizarea scenariilor de pierderi pentru aceste doua intensitati.Se observa astfel ca in cazul unui cutremur cu intensitate I7 numarul cladirilor in pericol de a deveni nelocuibile sunt 4 din cele 10 studiate, numarul persoanelor ce vor ramane fara adapost este 113 iar numarul de personae decedate ar fi de 9 iar in cazul unui cutremur cu intensitate I8 numarul cladirilor in pericol de a deveni nelocuibile sunt 6 din cele 10 studiate, numarul persoanelor ce vor ramane fara adapost este 168 iar numarul de personae decedate ar fi de 8.

4.2 Pierderi financiare

Un alt aspect foarte important il constituie evaluarea pierderilor de ordin financiar, care ar putea pune in pericol intreaga economie si automat capacitatea unui oras de a se regenera dupa astfel de evenimente exceptionale.

Costul economic este estimat ca si costul actual de restaurare a clădirilor deteriorate. Această valoare este estimată prin reconstrucția clădirii fără a include costul terenului. Costul economic absolut (SCost) este dat de următoarea ecuație (HAZUS 1999) (3) [18] :

(3)

Unde SCost este suma costurilor de reparatii CS (k) datorate stării de daune k (unde k ia valori de la 2 la 5); VC este costul pe unitatea de suprafață (m2); Area (j) este suprafata imobilului;PS (k, j) este probabilitatea ca clădirea j să se afle în starea de distrugere k ;RC (k, j) reprezintă costul de reparare pe mp datorită stării de daune k pentru clădirea j; RC (k, j) este dată ca considerat sub forma de coeficient conform tabelului urmator (6),[18].

Tabelul 6. Indicele de pierdere AUTh in cazul nostru RC (k, j) .[18]

Vc reprezinta costul pe unitate de masura, fiind costul efectiv al cladirii pe mp + costul mobilierului si dotarilor din cladirea respectiva si se calculeaza pe baza relatiei (4),[18]:

(4)

unde GLc reprezinta costul de constructie al unui nivel al unei cladiri noi la pretul pietei, Fc reprezinta costul de constructie al unui nivel superior celui de baza (considerat 0.5 x GLc), Mc reprezinta costul mobilierului si dotarilor, iar n reprezinta numarul de nivele (se considera si parterul) [18].

Studiul 2

Pentru orasul Timisoara cele mai probabile intensitati seismice ce pot aparea sunt I7 respectiv I8 [4] ccea ce a detarminat realizarea scenariilor de pierderi pentru aceste doua intensitati.

Figura 12. Numarul cladirilor afectate de seism cu intensitate I7 si I8

a)In cazul unui cutremur cu intensitate I7 ar aparea nivel de avariere D2 la 3 imobile (cladirea nr.3,5 si 10), nivel de avariere D3 la 1 imobil (cladirea nr.6) , nivel de avariere D4 la 2 imobile (cladirea nr.1 si 7) si nivel de avariere D5 la 1 imobil (cladirea nr.8).

Figura 13. Harta cu localizarea imobilelor afectate de un seism cu intensitatea I7

Tabelul 7.Costurile rezultate in urma avarierii imobilelor in cazul unui seism cu intensiatea I7

b)In cazul unui cutremur cu intensitate I8 ar aparea nivel de avariere D2 la 1 imobil (cladirea nr.4), nivel de avariere D3 la 3 imobile (cladirea nr.3,5 si 10) , nivel de avariere D4 la 2 imobile (cladirea nr.1 si 6) si nivel de avariere D5 la 2 imobile (cladirea nr.7 si 8).

Figura 14. Harta cu localizarea imobilelor afectate de un seism cu intensitatea I8

Tabelul 8. Costurile rezultate in urma avarierii imobilelor in cazul unui seism cu intensiatea I8

In urma unui studiu de piata s-a ajuns la concluzia ca in functie de nivelele posibile de avariere, costurile pentru prevenirea atingerii acestora, ar fi urmatoarele:

Tabelul 9. Costuri de consolidare pe mp in finctie de nivelul de avariere

Aplicand aceste costuri de consolidare pe cladirile studiate mai sus, in functie de predispozitia fiecareia ca in functie de intensitatea seismului I7 sau I8 sa atinga un anumit nivel de avariere au rezultat urmatoarele costuri:

Tabelul 10. Costuri de consolidare

5.Concluzie

Facand o analiza a celor prezentate mai sus concluzia ar fi accea ca ar fi mai sustenabil sa se sustina consolidarea preventiva a cladirilor vulnerabile pentru a evita costurile enorme ce ar trebui suportate de autoritati in cazul producerii unui seism cu intensitate I7 sau I8.

Bibliografie

[1]Savarin K.,Daniel B.M. (2017),Romania sub amenintarea Marelui Cutremur

[2]Anghelache M.A, Osiceanu M.E.,(2010),Riscul seismic-componente, management, abordare psihologica, pag 310

[3]Marin M (2010), Hazardul Seismic al Timisoarei, Buletinul AGIR nr. 2-3/2010 – aprilie-septembrie

[4]Moșoarcă M., Apostol I. (2017), Urbanism antiseismic, Facultatea de Arhitectura si Urbanism,Timisoara, Romania, nepublicat

[5] Georgescu E.S., Dobre D.,Dragomir C.S.,Borcia I.S.,Timisoara si seismele banatene,INCERC

[6]Dubina D., Lungu D.(2003) Constructii amplasate in zone cu miscari seismice puternice,Editura Orizonturi Universitare Timisoara,pag 71

[7] Azap B., Bachelor degree project for Faculty of Architecture and Urbanism Timisoara Romania, Strategii de management a vulnerabilității seismice a circuitului cultural-istoric al orașului Timișoara, in Romanian, unpublished

[8] Opris M. (2009), Timisoara – Monografie urbanistica, ISBN: 978-973-602-245-6

[9] Prada, M., Mancia, A., Ploae M. (2004), Modern Methods for Rehabilitation and Consolidation of Brick Buildings, Ovidius University Annals Series: Civil Engineering, Vol. 1, No. 6, p. 1-2.

[10]Vilceanu C.B., Herban S., Musat C. (2017), Time Structural Behaviour of Buildings Monitored by Topographic Technologies, Proceedings of 16th National Technical-Scientific Conference on Modern Technologies for the 3rd Millennium, Oradea, Romania, pp 99-104

[11]Apostol I., Mosoarca M., Chieffo N., Keller A., Bocan D., Bocan C., Bradeanu R. (2018), Solutions for improving seismic vulnerability of historic masonry buildings, Modern Technologies for the 3rd Millennium, in evaluation

[12]Benedetti D., Petrini V. (1984), On the seismic vulnerability of masonry buildings: an evaluation method (in Italian), L’Industria delle Construzioni 149:66-74

[13] Formisano A., Mazzolani F.M., Florio G., Landolfo R. (2010), A quick methodology for seismic vulnerability assessment of historical masonry aggregates, Proceedings of COST C26 Final Conference Urban Habitat Constructions under Catastrophic, DOI 10.13140/2.1.1706.3686

[14]Shakya M., Vicente R., Varum H., Costa A. (2014), A new methodology for vulnerability assessment of slender masonry structures, Second European Conference on Earthquake Engineering & Seismology

[15] Romanian Code for evaluating existing buildings P100-3/2013, available at http://www.mdrl.ro/_docu mente/transparenta/consultari_publice/consultare52/cod_evaluare_p100_3.pdf, last time accesed on 30.11.2017

[16]Grünthal, G., (1998) Cahiers du Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie: European Macroseismic Scale, Luxembourg,

[17] Apostol I.(2018),Vulnerabilitatea centrelor istorice la seism,Teza de doctorat,Scoala Doctorala Universitatea Politehnica Timisoara, domeniul Inginerie Civila si Instalatii, in proces de elaborare

[18] Cherif S., Abed M., Chourak M., Beneit L.P. (2016), Seismic risk in the city of Al Hoceima (north of Morocco) using the vulnerability index method, applied in Risk-UE project, Natural Hazards, DOI 10.1007/s.11069-016-2566-8