COSTUL TOTAL PROBABIL – PARAMETRU DE CONCEPŢIE PENTRU PROIECTAREA CLĂDIRILOR  ÎN ZONE SEISMICE

Peisaj – Arhitectură – Tehnologie – Ambient

Simpozioanele UAUIM în cadrul târgurilor internaţionale ConstructExpo şi Ambient  2011

 Prof.univ.dr.ing  Radu PETROVICI

 

1. Introducere .

CONSTRUCŢIA este definită ca obiect material complex, legat de teren, cu destinaţie funcţională precisă.

Definiţia permite identificarea factorilor care decid caracteristicile unei construcţii şi, implicit, comportarea sa din fazele de planificare şi realizare până la dezafectare:

• clientul (investitorul, beneficiarul, utilizatorul) care stabileşte:
  • funcţiunea şi capacităţile construcţiei;
  • cerinţele şi nivelurile de performanţă respective:
  • generale (de siguranţă, de igienă, de confort), specifice, legate de funcţiunea definită, economice şi de durabilitate:
  • mediul natural care intervine prin:
  • acţiunile agenţilor din mediul natural (vântul, zăpada, cutremurul, temperatura şi variaţiile acesteia, agenţi fizico-chimici agresivi).

Tabelul nr.1

Etape în viaţa clădirii	Activităţi specifice	Nivel de performanţă Costuri
CONCEPŢIE	·         Planificare ·         Proiectare	Nivel de performanţă proiectat (NPP)
REALIZARE	·         Producerea materialelor şi elementelor de construcţie ·         Execuţie pe amplasament	Nivel de performanţă iniţial (NPI) Costuri iniţiale
EXPLOATARE	·         Urmărirea comportării în timp ·         Intreţinere ·         Reparaţii curente	La timpul “t” Nivel de performanţă disponibil (NPDt) Costuri ulterioare
REABILITARE	·         Reparaţii capitale ·         Consolidare ·         Modernizarea confortului ·         Reechipare ·         Retehnologizare	La timpul “tr” Nivel de performanţă disponibil (NPDtr) Costuri ulterioare
DEZAFECTARE	·         Demolare ·         Reciclarea materialelor	Nivel de performanţă nesatisfăcător (NPN)

Cuvinte cheie: cost total probabil, performanţă seismică, siguranţă structurală, reabilitare seismică, componente nestructurale.

2. Cerinţa esenţială de fiabilitate structurală

În conceptul de performanţă, proiectarea seismică a clădirilor porneşte de la stabilirea, prin tema de proiectare, a obiectivului de performanţă seismică al investitorului, adică a stării de avariere a clădirii pe care acesta o acceptă în cazul producerii unui cutremur de o intensitate dată.

Această abordare este singura raţională deoarece orice tentativă de proiectare şi executare a unor construcţii care să nu sufere avarii la cutremur este practic irealizabilă, căci, aşa cum deosebit de elocvent s-a spus deja de mult timp, “toate bogăţiile lumii nu ar fi suficiente pentru a realiza acest deziderat, iar cea mai modestă clădire ar deveni o fortăreaţă”

Proiectarea pe baza conceptului de performanţă a clădirilor situate în zone seismice are ca principal obiectiv satisfacerea cerinţei de fiabilitate structurală :

Construcţia trebuie să fie fiabilă, adică să aibă şi să menţină în timp, siguranţă structurală şi aptitudine pentru exploatare sub efectul  acţiunilor agenţilor mecanici (statice, dinamice, izolate sau combinate), în situaţii normale sau în situaţii de hazard, la acţiuni care se manifestă o singură dată, sau care se repetă de mai  multe ori, pe durata de exploatare prevăzută prin tema de proiectare.

Notă. Cerinţa de fiabilitate structurală corespunde cerinţei esenţiale de rezistenţă şi stabilitate definită prin Directiva 89/106 a CEE.

Ca şi pentru celelalte cerinţe esenţiale, nivelul de siguranţă structurală al unei clădiri este o mărime variabilă în timp, având trei niveluri semnificative:

• siguranţa proiectată;
• siguranţa iniţială;
• siguranţa disponibilă.

Nivelul de siguranţă proiectată (SP), este cel care rezultă din proiect.

Nivelul de siguranţă iniţială (SI) este cel care pe care îl posedă clădirea în momentul intrării în exploatare şi depinde de corectitudinea procesului de execuţie pe şantier. De regulă, acest nivel de siguranţă este inferior celui proiectat.

Nivelul de siguranţă disponibil (SD), variabil în timp, este cel pe care îl are clădirea într-un anumit moment “t” pe durata de exploatare.

Acest nivel descreşte în timp datorită uzurii normale a materialelor de construcţie (scădere lentă) sau datorită unor evenimente excepţionale din viaţa construcţiei, cum sunt cutremurele, exploziile sau incendiile (scădere bruscă). Degradarea structurii din cauza unor suprasolicitări repetate (cutremure), fără a fi urmată de lucrări de reabilitare, conduce la reducerea duratei de exploatare proiectată a construcţiei  (T­_red << T_pr).

(a)                                                               (b)

Figura.1. Degradarea siguranţei construcţiilor în timp

(a) degradarea datorită uzurii normale a materialelor

(b) degradarea datorită cutremurelor repetate

În sensul larg al noţiunii, cerinţa de fiabilitate structurală  se referă la toate subsistemele construcţiei (părţile componente) care pot fi afectate de  agenţii mecanici – şi nu numai la structură, aşa cum se înţelege adesea!:

• terenul de fundare;
• infrastructura (inclusiv fundaţii directe, fundaţii indirecte, ziduri de sprijin);
• suprastructura (elemente şi subansambluri portante);
• elementele de construcţie nestructurale, instalaţiile diverse şi echipamentele electro-mecanice.

Cerinţa de fiabilitate  structurală include, implicit, şi cerinţa de “durabilitate“,

 

3. Cerinţa de eficienţă economică – costul total al clădirii

Cerinţa de fiabilitate structurală trebuie satisfăcută, pentru toate elementele şi subansamblurile de construcţie precum şi pentru construcţia în ansamblu, pe perioada execuţiei şi în timpul unei “durate de exploatare raţională din punct de vedere economic” definită în corelare cu cerinţa de eficienţă economică:

Eficienţă economică înseamnă reducerea la minimum, în raport cu beneficiile estimate, a nivelului costurilor probabile necesare în toate etapele din viaţa construcţiei.

Prin urmare, eficienţa economică  a investiţiei trebuie să fie evaluată în raport cu costul total  al clădirii, pe întreaga durată de existenţă a construcţiei (life cycle cost), care include costurile aferente tuturor etapelor menţionate în tabelul nr.1:

• costuri iniţiale:
• costul proiectării
• costul execuţiei (materiale şi manoperă)
• costuri pe durata de viaţă (ulterioare)
• costurile de exploatare curentă;
• costurile rezultate din imposibilitatea de utilizare din cauza avariilor;
• costurile asociate riscurilor şi consecinţelor diminuării performanţelor clădirii în timpul duratei de exploatare şi costul asigurării acestor riscuri;
• costurile renovărilor parţiale propuse;
• costurile inspecţiilor, întreţinerii şi reparaţiilor curente şi capitale.

3.1. Costul iniţial al clădirii (costul investiţiei)

Costul iniţial poate fi estimat suficient de precis în momentul planificării lucrării în funcţie de complexitatea proiectului, de condiţiile de mediu natural la amplasament şi de nivelurile de performanţă iniţială propuse.

Pentru evaluarea costului iniţial al unei clădiri C_i , este necesară, în primul rând, cunoaşterea valorii relative a costurilor de investiţie pentru cele trei subsisteme:

• structura;
• CNS (componente nestructurale – arhitecturale, instalaţii şi echipamente)
• mobilier şi dotări.

Ponderea costurilor de investiţie, pentru cele trei componente, depinde nemijlocit de funcţiunea clădirii aşa cum se va arăta în cele ce urmează.

3.1.1. Costul proiectării

Costul proiectării reprezintă în general o valoare puţin importantă din costul total. Variaţia costului proiectării depinde în primul rând de complexitatea cerinţelor generale. Orientativ limita inferioară a acestui cost se referă la clădiri simple, cu puţine niveluri şi la care nivelurile de performanţă sunt cele curente (de exemplu, clădirile simple din zidărie pentru care nu se cere verificarea prin calcul a siguranţei la cutremur conform Codului P100-1). O limită superioară se poate găsi pentru clădirile de mari dimensiuni, în condiţii seismice severe, pentru care se folosesc procedee speciale de protecţie seismică (izolarea bazei, disipatori pasivi, etc).

Calitatea prestaţiei proiectantului iniţial al clădirii are însă un efect decisiv asupra costului total al clădirii. Deontologia profesională trebuie să impună proiectantului ceea ce numea un ilustru predecesor (ing. Anton Chiricuţă) o proiectare cinstită. Prin această noţiune înţelegem obligaţia de a folosi cele mai potrivite metode de proiectare astfel încât construcţia să nu implice/includă costuri nejustificate iar coeficienţii de siguranţă efectivi să nu rezulte din ignoranţa/incompetenţa proiectantului. Ofertele de proiectare la preţuri de dumping şi mentalitatea multor beneficiari de a alege proiectanţi “ieftini” se răsfrâng fie asupra costului iniţial (ca efect al supradimensionărilor nejustificate) fie asupra costurilor ulterioare (ca efect al subdimensionărilor).

Introducerea unor tarife minimale de proiectare, aşa cum acestea există în numeroase ţări, ar putea fi o rezolvare a acestei situaţii. Tot în acest spirit trebuie apreciată propunerea Asociaţiei Inginerilor Constructori Proiectanţi de Structuri (AICPS) pentru atestarea inginerilor proiectanţi de structuri pe trepte de competenţă (ideea poate fi preluată şi de arhitecţi şi de ingineri de alte specialităţi).

3.1.2. Costurile materialelor şi execuţiei

Costurile materialelor şi ale execuţiei depind de factori obiectivi dar şi subiectivi.

În rândul factorilor obiectivi trebuie să înscriem, în primul rând, complexitatea proiectului, inclusiv a condiţiilor concrete de la amplasament. Din aceiaşi categorie fac parte şi gradul de finisare prevăzut în proiect şi nivelul dotărilor. Creşterea preţurilor materialelor şi ale manoperei la clădirile care se execută pe durate lungi, este un factor obiectiv care de cele mai multe ori sporeşte costul iniţial al investiţiei.

În zonele seismice, sporuri importante ale costurilor iniţiale provin din măsurile de protecţie seismică a căror amploare depinde de importanţa/funcţiunea clădirii. Vom ilustra această idee cu o clădire pentru care investitorii au decis să asigure niveluri de protecţie seismică cu totul speciale, acceptând costuri în consecinţă.

Arrowhead Regional Medical Center 1999

• Localizat lângă faliile majore din California
• Este clădirea cu cea mai mare rezistenţă la cutremur din lume (MR= 8.5)
• Asigură funcţionare autonomă trei zile după cutremur
• 873 paturiÞ cost 000.000 $ → @ 320.000 $/pat  @ 1.000.000 RON/pat
• Cost protecţie seismică 10% din total, din care costul sistemului de izolare + faţade: 17.000.000 $
• 
•        (a)
• 

(b)

Figura 2  Arrowhead Regional Medical Center

(a) Vedere generală (b) Protecţie seismică neconvenţională

În rândul factorilor subiectivi vom menţiona, pe de o parte, erorile din proiect şi, pe de altă parte, managementul defectuos al execuţiei.

 

3.1.3. Costurile protecţiei iniţiale a CNS

Atunci când se examinează structura costului total al sistemului de CNS volumul, calitatea şi costul iniţial al  acestora în clădire sunt, în mare, cunoscute din proiect.

Un exemplu de acest fel este analizat în lucrarea [11] pentru un număr mare de clădiri de spitale, hoteluri şi locuinţe din USA. În aceste cazuri valoarea componentelor nestructurale şi a echipamentelor adăpostite poate ajunge până la 85÷90% din valoarea totală a investiţiei iniţiale.

Figura 3. Costurile subsistemelor pentru clădiri cu diferite funcţiuni [11]

O ilustrare mai detaliată a costurilor de investiţie aferente CNS într-un hotel din USA,este dată  în lucrarea [14]:

• Elemente de construcţie interioare   94%
• Instalaţii mecanice                         44%
• Instalaţii speciale   20%
• Instalaţii electrice    41%
• Elemente de construcţie exterioare    08%
• Terase   50%
• Sisteme de transport     43%

100.00%

În cazul clădirilor de locuit, care reprezintă marea masă a clădirilor, ponderea costurilor de investiţie pentru CNS depinde de gradul de confort/dotare/finisaj prevăzut, fiind de circa 60 % mai mică decât în cazul clădirilor de birouri.

Costurile de investiţie pentru CNS  variază puţin în funcţie de nivelul de protecţie seismică iniţială (prin proiectare). Un studiu mai vechi [15] efectuat în USA asupra clădirilor în cadre de beton armat cu înălţimi între 6 ÷ 17 etaje, arată că, în timp ce sporul de cost al investiţiei iniţiale, pentru întreaga clădire, în raport cu creşterea nivelului protecţiei seismice, este de până la 5 ¸ 8%, sporul de cost pentru asigurarea integrităţii elementelor nestructurale este de numai circa 1% din costul total al investiţiei acesta fiind practic independent de seismicitatea amplasamentului. Evident aceste cifre reprezintă mai mult un ordin de măsură şi necesită confruntarea cu alte date.

Figura 3. Efectul seismicităţii amplasamentului asupra

costului structurilor în cadre din beton armat şi al CNS [15]

În cazul utilajelor şi dotărilor scumpe, costul măsurilor de asigurare la cutremur este, de regulă, deosebit de mic în raport cu costurile de înlocuire. De exemplu, conform datelor din [7] în cazul unui generator electric de rezervă pentru un spital, al cărui cost iniţial/de înlocuire este de 50.000 $ costul izolatorilor seismici şi al dispozitivului de fixare împotriva deplasării/răsturnării este de numai 250 $.

3.2. Costuri în exploatare

Costurile ulterioare intrării în exploatare au variabilitate foarte mare, provenită din:

• proprietăţile intriseci ale clădirii (definite prin nivelul performanţelor iniţiale);
• agresivitatea agenţilor care acţionează în timp asupra clădirii ;
• fluctuaţiile în timp şi conjuncurale ale costurile materialelor şi ale manoperei.

Un eveniment seismic sever atrage cheltuieli importante care se pot grupa astfel:

• C_i – cheltuielile pentru intervenţie (reabilitare sau înlocuire);
• C_c – costul bunurilor degradate în clădire;
• C_e – pierderi economice din întreruperea/reducerea activităţii productive;
• C_r – costuri legate de rănirea locatarilor;
• C_dec – costuri legate de decesul locatarilor.

Notă. Costurile C_r şi C_dec nu pot fi cuantificate ca valori financiare ci pot fi doar  apreciate prin consideraţii socio-economice sau prin valorile de asigurare.

Pentru evaluarea costului total în cazul clădirilor situate în zone seismice este necesar să se ia în considerare pierderile provocate de toate cutremurele care au o probabilitate rezonabilă de a se produce pe durata de exploatare:

Figura 4.Balanţa cost consolidare ↔ pierderi la cutremur

Având în vedere caracterul aleator al tuturor mărimilor şi valorilor care intervin în costurile menţionate, acestea trebuie să fie asociate cu probabilităţile respective de realizare astfel încât costul mediu probabil rezultă din relaţia:

C_mediu = S(C_i*P_i + C_c*P_c + C_e*P_e + C_r*P_r + C_dec*P_dec)                          (1)

unde P_i, P_c, P_e, P_r, P_dec sunt probabilităţile de producere ale pierderilor C_i, C_c, C_e, C_r, C_dec.  Suma se referă la toate cutremurele cu probabilitate rezonabilă de a se produce în perioada de după realizarea lucrărilor de reducere a riscului seismic.

De aceleaşi considerente  se ţine seama şi atunci când se examinează eficienţa economică a protecţiei iniţiale şi/sau reabilitării seismice a CNS.

În proiectarea curentă, pentru o construcţie, considerată individual, investitorul poate solicita proiectantului un grad de asigurare iniţial mai ridicat decât cel minim prevăzut de reglementările tehnice, dacă prin aceasta se obţine o minimizare a costului total (C_tot) al clădirii constituit din costul investiţiei iniţiale (C_i) şi costul lucrărilor de reparaţie/consolidare (C_r) care devin necesare după cutremurele aşteptate pe durata de exploatare prevăzută pentru clădire.

(4)

În funcţie de creşterea nivelului de protecţie seismică adoptat prin proiectare, costul investiţiei iniţiale creşte dar, în acelaşi timp, scade costul probabil al reparaţiilor necesare după cutremur. Prin acest demers costul total al clădirii devine în acest caz un parametru de concepţie .

Reprezentarea grafică a relaţiei (4) indică domeniul/valoarea optimă a nivelului de asigurare care trebuie adoptat prin proiectare.

Figura 5. Relaţia cost total/nivel de asigurare iniţial

Clădirile proiectate pe principiul costului iniţial scăzut vor avea inerent performanţe inferioare celor obţinute pentru un nivel apropiat de cel optim. Investiţiile iniţiale cu valori mici afectează atât performanţele structurale cât şi durabilitatea clădirii. În zone seismice aceste clădiri prezintă, aproape întotdeauna vulnerabilitate seismică ridicată şi, în consecinţă vor necesita intervenţii mai importante în cazul producerii cutremurului de proiectare.

 

4. Pierderi produse de avarierea seismică a CNS la cutremure semnificative

Pentru secolul XX se apreciază că 1.500.000 oameni au murit ca urmare cutremurelor iar suma globală a pierderilor materiale provocate de cutremure pentru perioada 1950 – 2003 este de 625 miliarde de dolari (sursa ReMunich).

Analiza valorii totale a pierderilor raportate după ultimele seisme majore din diferite ţări arată că mărimea acestora este datorată în proporţie de 50-80% avariilor la elementele nestructurale şi la instalaţii (CNS) sau sunt provocate, ca efecte secundare, prin avarierea instalaţiilor (incendii, explozii). Acestor valori trebuie să li se adauge şi pierderile indirecte rezultate din întreruperea activităţii unor clădiri.

4.1. Pierderi directe

Pierderile directe de valori materiale se referă atât la valoarea de înlocuire a componentelor arhitecturale, a instalaţiilor şi a echipamentelor avariate cât şi la bunurile adăpostite în clădire care sunt distruse sau degradate.

Valoarea pierderilor datorate avarierii CNS, inclusiv a bunurilor adăpostite în clădire, poate fi importantă când acestea reprezintă o pondere majoră în costul total al clădirii. În ceea ce priveşte pierderile materiale datorate distrugerii sau degradării bunurilor adăpostite în clădire se poate aprecia că acestea reprezintă circa 1/3 din totalul pierderilor cauzate de cutremur.[4]  După alte surse, pentru majoritatea clădirilor comerciale, componentele structurale (infrastructura şi suprastructura) reprezintă aproximativ 20 – 25% din costul iniţial al clădirii în timp ce subsistemul CNS reprezintă diferenţa adică 75-80%. [4]

Þ Cutremurul din Mexico City, Mexic- 1957

1^o. Din 55 clădiri cu peste opt etaje investigate, 11 clădiri s-au prăbuşit sau au fost demolate ulterior. Alte 15 clădiri au suferit avarii grave care au necesitat consolidări în special ale pereţilor interiori de umplutură. În 19 clădiri structura nu a avut avarii semnificative dar au fost avariaţi pereţii interiori şi pereţii despărţitori [16].  La clădirile cu structură metalică, deformaţiile mari ale scheletului au provocat avarii importante la pereţii interiori[17].

Þ Cutremurul de la Caracas, Venezuela – 1967

• Cercetările făcute pentru PCA (Portland Cement Association- Skokie) au arătat că în clădirile flexibile cu structura din cadre s-au avariat pereţii despărţitori, mobilierul şi instalaţiile iar costurile de remediere respective au ajuns până la 80% din costul clădirii.

Þ Cutremurul de la San Fernando, USA – 1971

• Avariile elementelor nestructurale la cutremurul de la San Fernando au fost evaluate la mai mult 50% din pierderile totale.
• După acest cutremur bilanţul mediu al avariilor pentru un număr de 25 de clădiri comerciale a arătat următoarea structura a pierderilor materiale:
• avarii structurale : 3%;
• avarii la instalaţiile electrice şi la echipamentele mecanice : 7%;
• avarii ale finisajelor exterioare : 34%;
• avarii ale finisajelor interioare : 56%.
• La acelaşi cutremur, examinarea unui număr de 50 de clădiri înalte aflate la o distanţă relativ mare de falie, deci supuse unui şoc de intensitate mică/moderată, a arătat următoarea structură a avariilor [10]:
• nici o clădire nu a suferit avarii structurale majore;
• 43 de clădiri au suferit avarii la pereţii despărţitori uşori ;
• 18 clădiri au suferit avarii la ascensoare;
• 15 clădiri au avut geamurile sparte;
• 8 clădiri au suferit avarii la sistemul de condiţionare a aerului.

Þ Cutremurul de la Thessaloniki, Grecia (M_R = 6.4) -1978

Cutremurul a afectat peste 20% din clădirile oraşului; cele mai multe au suferit avarii în special la pereţii de umplutură din cărămidă ai structurilor în cadre. [8] .

 

 

Tabelul nr.2

Număr total de clădiri	Număr de clădiri avariate	% din numărul clădirilor avariate	% din totalul clădirilor
Total clădiri avariate	846	——–	22.9
Avarii nestructurale	815	96.3	22.0
Avarii structurale,	731	86.4	19.7

Þ   Cutremurele de la El Asnam, Algeria (M_R = 7.3)  şi San Angelo dei Lombardi&Lioni – Campania Basilicata, Italia  (M_R = 6.6) – 1980

La ambele cutremure s-a constatat că ponderea medie a avariilor elementelor nestructurale, a fost deosebit de ridicată raportată atât la valoarea totală a pierderilor cât şi la valoarea pagubelor înregistrate la elementele structurii [8].

Tabelul nr.3

Cutremurul / total clădiri  (n)	Categoria avariilor predominante	Clădiri avariate % din total	% pierderi din valoarea totală	% din pierderile totale
El Asnam n = 327	El.nestructurale	92	20	80
	El. structurale	55	5	20
Campania n = 56	El. estructurale	70	26	83
	El. structurale	38	5	17

4.2. Pierderi materiale indirecte

În multe cazuri, consecinţele indirecte ale unor avarii la componentele  nestructurale pot amplifica mult costurile directe, legate de valoarea de înlocuire. Iau naştere, astfel, lanţuri de pierderi care conduc la costuri mult superioare celor rezultate din pierderile directe.

Astfel de situaţii au fost semnalate după cutremure importante din ultimele decenii:

• ca urmare a pierderilor de apă provocate de avarierea unui rezervor sau chiar numai a unei conducte de apă sub presiune poate fi necesară refacerea unor suprafeţe mari de finisaje degradate; din aceiaşi cauză se poate produce degradarea documentelor aflate în fişiere sau în rafturi sau distrugerea calculatoarelor împreună cu bazele de date respective;
• în cazul în care ruperea unei conducte de gaz provoacă un incendiu, pagubele totale pot fi incomparabil mai mari decât valoarea de înlocuire a conductei (în aceste costuri trebuie să se includă şi distrugerile provocate de apa folosită pentru stingerea incendiului);
• răsturnarea calculatoarelor poate provoca pierderea informaţiilor stocate cu consecinţe, uneori, deosebit de grave pentru desfăşurarea activităţii întreprinderilor, mergând până la blocarea activităţii pe o perioadă de timp importantă.

Avarierea CNS din clădiri care, de multe ori, nu au avut practic nici o avarie la elementele structurale (sau au avut avarii minore) s-a dovedit a fi fost, în multe cazuri, cauza întreruperii sau blocării unor activităţi esenţiale din perioada imediat următoare unor seisme importante. În particular, întreruperea funcţionării normale are consecinţe dintre cele mai grave, care pot duce chiar la pierderi de vieţi omeneşti, în cazul unităţilor din sistemul sanitar. Funcţionarea continuă a instalaţiilor generale (în principal alimentarea cu apă şi cu energie electrică) şi a echipamentelor (aparatelor) specifice spitalelor şi, în special, a celor din dotarea secţiilor de terapie intensivă nu trebuie să fie întreruptă nici pe durate de timp scurte, deoarece mulţi pacienţi sunt menţinuţi în viaţă numai cu suportul acestor instalaţii.  Întreruperea funcţionării instalaţiilor şi echipamentelor se poate produce şi prin avarierea legăturilor cu sistemele principale de alimentare (reţelele orăşeneşti), nefuncţionarea surselor proprii (alimentarea cu energie electrică din generator sau din sistemul propriu de acumulatori) sau prin impactul provocat de răsturnarea sau de căderea unor componente arhitecturale (pereţi despărţitori, tavane false, etc).

5. Costurile lucrărilor de reabilitare seismică a CNS

Costurile de reparaţie / înlocuire a CNS avariate de cutremur, pe întrega durată de exploatare, depind de mai mulţi factori, dintre care unii sunt foarte dificil de prognozat în momentul elaborării proiectului:

1. Volumul /ponderea CNS în clădire;
2. Categoria / particularităţile CNS avariate
3. Numărul şi severitatea cutremurelor produse pe durata de exploatare
4. Amploarea şi tipul avariilor înregistrate
5. Evoluţia prognozată a preţurilor

Raportul între costurile reabilitării elementelor structurale şi cele aferente componentelor nestructurale este variabil în limite largi.  Acest raport depinde de:

• raportul valoric între subsistemul structură şi subsistemul CNS al clădirii;
• nivelul de protecţie seismică iniţială al CNS;
• efecte conexe ale intervenţiilor (de exemplu necesitatea modificării traseelor de instalaţii ca urmare a consolidării unor elemente structurale/nestructurale).

În ceea ce priveşte reparaţiile necesare după cutremur statisticile arată că ponderea aferentă a intervenţiilor la CNS în costurile totale este comparabilă cu cea care revine elementelor structurale. De exemplu, pentru oraşul Thessaloniki, costurile de reparaţie după cutremurul din 1978  sunt arătate în tabelul nr.5 [8]

Tabelul nr.5

Tipul sistemului structural	Costurile remedierii (USD / m2)			Pierderi materiale (% din costul construcţiei)
	CNS/total	Str./ total	Total	Total	CNS
Beton armat	1.07/0.43	1.42/0.57	2.49	1.00	0.43
Sistem mixt	6.54/0.55	5.45/0.45	11.99	11.99	6.59
Zidărie portantă	11.0/0.46	13.0/0.54	23.97	23.97	11.02

Costurile avariilor la CNS la cutremurul Kobe a fost 40% pentru 210 clădiri din beton armat avariate iar costul structurilor avariate a fost tot de 40% [6]

Valoarea costurilor reabilitării componentelor nestructurale şi a refacerii finisajelor este în cele mai multe cazuri superioară costurilor reabilitării structurale propriu zise. Sporurile cele mai mari se regăsesc în cazul clădirilor pentru care ponderea elementelor nestructurale şi a mobilierului în costul total este mare (figura 2).

Costurile reabilitării trebuie să fie analizate având în vedere:

• Costurile iniţiale ale reabilitării – care sunt mai mari atunci când intervenţia este mai amplă adică pe măsură ce probabilitatea de deteriorare P_f­ scade, respectiv probabilitatea lipsei de avarii (1-P_f) creşte.
• Costurile avarierii seismice ulterioare reabilitării – provenite din pierderile care se produc după alte cutremure şi costurile lucrărilor de intervenţie care pot deveni necesare după acestea.
• 

Figura 6 Variaţia costurilor reabilitării în funcţie de  nivelul de siguranţă obţinut

Menţionăm însă şi o concluzie logică simplă: sporirea valorii componentelor nestructurale şi a finisajelor în clădirile noi sau reabilitate obligă la îmbunătăţirea performanţelor structurale pentru a asigura protecţia acestora la cutremur.

Examinarea costului lucrărilor de reabilitare structurală trebuie făcută în raport cu nivelul de siguranţă obţinut, care determină şi cheltuielile probabile asociate avariilor pe care le-ar putea produce cutremurele următoare. Evident, prin lucrări mai ample, nivelul de siguranţă creşte şi, implicit, cresc şi costurile intervenţiei. În acelaşi timp, realizarea unui nivel de siguranţă superior reduce vulnerabilitatea clădirii şi, pe această cale, reduce costurile de reparare/consolidare necesare după următoarele cutremure. În consecinţă, pentru fiecare intensitate seismică, se poate determina un nivel de siguranţă care corespunde costului probabil minim pe durata de exploatare (de fapt, este vorba de un domeniu de valori în care se realizează un cost apropiat de valoarea minimă teoretică).

Figura 7.Costul minim după intervenţie

I1- reparaţii; I2 – consolidare la nivelul de siguranţă dinainte de cutremur (mai mic decât cel iniţial)  I3 – consolidare peste nivelul de siguranţă iniţial

În raport cu obiectivele de performanţă seismică prevăzute în recomandările americane, variaţia costurilor reabilitării este arătată în figura următoare.

Figura 8. Variaţia costurilor reabilitării seismice în raport de obiectivele de performanţă [5]

Graficul arată creşterea costurilor pornind de la valoarea minimă a obiectivului de performanţă la reabilitare (evitarea prăbuşirii) la cutremurul ocazional (cu IMR = 72 de ani) – culoarea verde caseta d în funcţie de:

• sporirea performanţei Þ funcţionare neîntreruptă – caseta a
• sporirea intensităţii cutremurului Þ maxim credibil  – caseta m

Bibliografie

[1] Arnold, A., Uang, CH-M., Osteraas,J.  Cyclic Performance and Damage Assement of Stucco and Gypsum Sheathed Walls  13^th WCEE,, Canada 2004  Paper No.1484

[2] DiPasquale, E & Cakma, A.S.  Relation between global damage indices and local stiffness degradation Journal of Structural Engineering, ASCE, vol 116, no.5,1989

[3] Lee,T-H., Seismic Performance Evaluation of Nonstructural Components: Drywall Partitions Annuals of Disas.Prev.Res.Inst.,Kyoto Univ.,No.49C, 2006

[4] FEMA,  An Assessment of the Consequences and Preparations for a Catastrophic California Earthquake: Finding and Actions Taken Washington D.C. 1981,

[5] FEMA 274 NEHRP Commentary on the Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings 1997

[6] Hirakawa ,N. , Kanda,J. Estimation of failure costs at various damage states , Summaries of Technical Papers of Annual Meetings of Architecutral Institute of japan ,B-1, Kanto, pp 75-76

[7] Pan American Health Organization – PAHO  Principles of Disaster Mitigation in Health Facilities Washington D.C. 2000

[8] Penelis,G., Sarigiannis,D.,Stavrakakis,E., Stylianidis,K. A Statistical Evaluation of Damage to Buildings in the Thessaloniki, Greece Earthquake of June 20,1978.   Proc. IX ^th WCEE, Tokyo-Kyoto, Japan,1988

[9] Shephard,R.B. şi alţii : The Loma Prieta , California, Earthquake of October 17,1989,  Report of the NZNSEE Reconnaissance team, Buletin of the New Zealand National Society for Earthquake Engineering , vol.23, no.1, 1990

[10] Steinbrugge, K,V , Schader, E.E., 1973, “Earthquake Damage and Related  Statistics” In “San Fernando California, Earthquake of February 9,1971. Edited by Leonard Murphy. Vol. 1A,  Washington D.C.: NOAA

[11] Taghavi, S., Miranda, E.  Seismic Performance and Loss Assessment of Nonstructural Building Components Proceedings of 7^th National Conference on Earthquake Engineering , Boston., MA.,2002

[12] Takahashi, N., Shiohare, H. Life Cycle Economic Loss Due to Seismic Damage of Nonstructural Elements 13^th WCEE- paper no.203

[13] Tiedemann, H. Structural and Nonstructural Damage Related to Building Quality  Proc. of the 7 th ECEE , 1982 Athens,Greece

[14] Vaughan, S.,  Loss estimation of non-structural components due to earthquake ground motion, University of California, San Diego Stanford University 2006

[15] Whitman,R.V, Biggs,J.M., Brennan,J, Cornell,C.A., Neufville,R., Vanmarcke,E.H. Seismic Design Analysis  Structures Publication no.381, MIT, March 1974

[16] Zeevaert,L. Base shear in tall buildings during earthquake, July 28, 1957 in Mexico City  2nd WCEE , Tokyo 1960

[17] Zeevaert,L. Construction Practices for Multistory Buildings Subjected to Earthquakes   2nd WCEE , Tokyo 1960