7.7. Efecte geologice ale cutremurelor

Intuiție

Bate cu palma în marginea unei găleți cu nisip ud: apa iese la suprafață și nisipul nu mai ține nimic. Aceasta este lichefierea. Cutremurul nu dărâmă doar clădiri; schimbă pentru câteva zeci de secunde însuși terenul pe care ele stau.

7.7.1. Efecte primare și secundare

Efectele primare sunt legate direct de ruperea pe falie: ruptura la suprafață, deplasări relative ale blocurilor, ridicări sau coborâri regionale ale terenului. Ele apar la cutremurele crustale puternice (California, Turcia, Italia) și impun restricții severe de amplasare a construcțiilor peste faliile active. În România, cutremurele vrâncene se produc la adâncimi prea mari pentru a genera rupturi la suprafață; efectele geologice sunt aproape exclusiv secundare, adică induse de mișcarea seismică a terenului: lichefierea, alunecările de teren și căderile de stânci, tasările și fisurarea terenului (Kramer, 1996).

7.7.2. Lichefierea

Lichefierea se produce în nisipurile și nisipurile prăfoase afânate, saturate, atunci când încărcarea ciclică rapidă generează o creștere a presiunii apei din pori pe care drenajul nu o poate disipa. Când presiunea apei din pori devine egală cu tensiunea totală, tensiunea efectivă se anulează și pământul își pierde temporar rezistența la forfecare, comportându-se ca un lichid (Seed și Idriss, 1971). Consecințele sunt tasări mari și neuniforme, pierderea capacității portante a fundațiilor (Figura 7.17), deplasări laterale ale terenului spre malurile râurilor („lateral spreading”), plutirea structurilor îngropate ușoare și ejectarea de apă și nisip sub formă de „vulcani de nisip”.

Figura 7.17 Răsturnarea unor blocuri de locuințe prin lichefierea terenului de fundare la cutremurul din Niigata, Japonia (1964) (sursa: Ungtss, 1964).

La cutremurul vrâncean din 4 martie 1977 s-au produs fenomene de lichefiere în luncile Dunării, Siretului, Buzăului și Ialomiței, la distanțe de până la 200 km de epicentru, cu vulcani de nisip, fisuri și tasări ale digurilor și terasamentelor (Ishihara și Perlea, 1984). Susceptibilitatea la lichefiere se evaluează, în practică, prin procedee empirice bazate pe încercări de penetrare (SPT, CPT) și pe măsurarea vitezei undelor de forfecare, comparând rezistența ciclică a pământului cu solicitarea ciclică indusă de cutremur (Youd et al., 2001). Reglementările românești (P 100-1) și europene (EN 1998-5) cer verificarea potențialului de lichefiere atunci când terenul de fundare conține straturi de nisip saturat afânat până la mediu îndesat, sub nivelul apei subterane, în zone cu \(a_g\) ridicat; detalii în Secțiunea 7.8.

7.7.3. Alunecări de teren și instabilitatea versanților

Mișcarea seismică adaugă forțelor gravitaționale o forță de inerție care reduce factorul de siguranță al versanților și poate declanșa alunecări, curgeri și căderi de stânci (Figura 7.18). Aria afectată crește rapid cu magnitudinea: un cutremur cu M\(_w\) = 7 poate declanșa alunecări pe mii până la zeci de mii de km\(^2\) (Keefer, 1984). În România, cele mai susceptibile sunt versanții din Subcarpați și din Podișul Moldovei, alcătuiți din alternanțe de argile, marne și gresii slab cimentate (fliș, molasă), adesea afectați de alunecări vechi pe care cutremurul le reactivează; efectele sunt amplificate când cutremurul survine după perioade ploioase, cu presiuni ridicate ale apei din pori. Analiza stabilității versanților în condiții seismice se face prin metoda pseudo-statică (forță de inerție echivalentă) sau prin metode bazate pe deplasări (Newmark), tratate în Capitolul 8.

Figura 7.18 Cedarea unui drum prin instabilitatea versantului (sursa: Shopstone, 2024).

7.7.4. Tasări și fisurarea terenului

Chiar și în absența lichefierii, vibrațiile seismice îndeasă nisipurile afânate uscate sau parțial saturate și umpluturile necompactate, producând tasări de ordinul procentelor din grosimea stratului. În pământurile sensibile la umezire (loessuri), cutremurul poate declanșa prăbușirea structurii macroporice dacă terenul a fost umezit în prealabil. Tasările diferențiate generează fisuri în teren (Figura 7.19) și degradări ale conductelor, drumurilor și fundațiilor. Fisurile pot apărea și la marginile alunecărilor sau ale zonelor cu deplasări laterale.

Figura 7.19 Fisură în teren de origine tectonică (Almannagjá, Islanda) (sursa: Ruthven, 2016).