VOX INVENTICA

Conţinut

Reţea pentru evaluarea deformării scoarţei terestre
Conductă termoizolantă
Balama cu autoînchidere
Reflecţii filozofice

                                   Reţea pentru evaluarea deformării scoarţei terestre

Topometria este o ramură a topografiei care se ocupă cu tehnica măsurătorilor şi a calculelor necesare pentru întocmirea hărţilor şi a planurilor . Teodolitul este  instrumentul de bază utilizat în topografie pentru măsurarea unghiurilor verticale şi orizontale dintre două direcţii de vizare sau chiar pentru măsurarea distanţelor dintre două repere cu ajutorul firelor stadimetrice şi a mirei centimetrice prin metoda indirectă. Pentru efectuarea măsurătorilor se pot folosi diverse alte instrumente şi aparate, de la riglă şi ruletă până la telemetre cu laser sau chiar tehnica GPS (Global Positioning System).
Aceste sisteme de măsurare sunt deosebit de utile în practică, însă pentru evaluarea deformării scoarţei terestre sunt necesare tehnici novatoare, care permit determinarea parametrilor geometrici pentru o configuraţie de linii curbe dispuse în reţea pe o suprafaţă similară cu cea terestră din zona amenajată. Deformarea părţii superioare a scoarţei terestre este cauzată de factori interni şi externi – subducţia plăcilor tectonice şi focare seismice, acumulări de lavă incandescentă şi erupţii vulcanice, precipitaţii abundente şi alunecări de teren, îngheţ şi dezgheţ, instabilităţi gravitaţionale etc. Efectele de suprafaţă ale deformării scoarţei terestre (tasare, întindere, cutare, alunecare, rupere) sunt evaluate în timp real iar datele obţinute, procesate pe calculator,  asigură informaţii utile pentru prognoza cu o marjă de eroare acceptabilă a proceselor geologice.  O astfel de abordare poate reduce semnificativ pierderile materiale şi de vieţi omeneşti cauzate de seisme, erupţii vulcanice, alunecări de teren etc.
În figura alăturată este prezentată schema constructivă a unei reţele subterane pentru evaluarea deformării scoarţei terestre. Reţeaua topografică prototip se compune din blocurile de măsurare 3, cablurile din
oţel 1 şi conductele 2, confecţionate din metal, mase plastice sau alte materiale rigide rezistente la solicitări mecanice şi acţiunea distructivă a agenţilor fizico-chimici din mediul înconjurător. Blocurile de măsurare 3 conţin dinamometre, ceasuri comparatoare sau alte dispozitive si aparate pentru măsurarea tensiunilor şi a deformărilor laturilor reţelei topografice alcătuite din cablurile de legătură 1, introduse în conductele de protecţie 2, care permit culisarea subterană a acestora. Reţeaua topografică  are lungimea laturilor de ordinul sutelor de metri şi este îngropată la adâncimea de h=1…3m, având în noduri cămine de acces la blocurile de măsurare. Pentru simplificarea exploatării reţelei, blocurile de măsurare sunt prevăzute cu mijloace electrice şi electronice pentru conversia şi transmiterea semnalelor analoge sau digitale la o staţie de procesare şi interpretare a datelor. Există diverse variante constructive pentru reţeaua topografică subterană, care diferă prin forma, dimensiunile şi natura materialelor din care sunt realizate părţile componente. Pe lângă forma pătrată, pot fi concepute reţele triunghiulare, pentagonale, hexagonale etc. Posibilităţile sunt nelimitate iar ideile novatoare căpătă contur  într-un cadru motivaţional de emulaţie creatoare. Prin responsabilitate şi inteligenţă, fiinţa umană este capabilă să găsească răspunsul adecvat la provocările mediului ambiant pentru creşterea calităţii şi siguranţei vieţii în zone cu risc de pe Terra.

Post-scriptum
Cu ocazia vizitei în Italia, am fost profund impresionat de Civita di Bagnoreggio  - oraşul care moare –
construit pe vârful unei stânci din tuf vulcanic, rocă poroasă cu rezistenţă mecanică scăzută, care se degradează sub acţiunea apei infiltrate şi  pune în pericol viaţa celor care trăiesc sau vizitează acest perimetru cu risc crescut.
Pentru consolidarea rocii suport propun factorilor de decizie din Italia să amenajeze o reţea pentru evaluarea procesului de deformare. Datele obţinute sunt  analizate într-un studiu de fezabilitate pentru un proiect eficient de evacuare a apei infiltrate şi consolidare a  stâncii.
Iată un scenariu posibil pentru salvarea acestui habitat uman :
*Realizarea la baza stâncii a unor galerii pentru drenarea apei  infiltrate în rocă.
*Forarea unor puţuri verticale de adâncime, închise  ermetic, în care se pompează un amestec de apă carbogazoasă, ciment şi calcar măcinat la presiuni de 500-1000 de bari.
Sub acţiunea forţelor de presiune, amestecul se propagă prin porii rocii, până când ajunge la galeriile de la bază, unde apa este evacuată. În timpul propagării, apa carbogazoasă dizolvă diverşi compuşi chimici , în particular calcit şi aragonit. Rata dizolvării este influenţată de diverşi factori : temperatură, concentraţia de CO₂ din soluţie etc. Când soluţia saturată ajunge într-o cavitate, are loc descărcarea CO₂ şi precipitarea compuşilor chimici sub formă de speleoteme. În etapa finală, tuburile metalice, care constituie pereţii puţurilor verticale, sunt umplute cu beton armat pentru consolidarea suplimentară a stâncii. Stabilitatea structurii de rezistenţă este mult îmbunătăţită prin fixarea la partea superioară a tuburilor verticale într-o reţea subterană de beton armat . Se poate opta şi pentru alte lucrări de consolidare , precum : tratarea chimică a rocii cu substanţe tensioactive şi polimeri macromoleculari (vinisol, clorură de dialchildimetil amoniu, răşini ureoformaldehidice şi epoxidice), lucrări de reprofilare şi rambleere a pantei versanţilor, executarea unor canale de drenaj de la vârf la bază, umplute cu material filtrant, lucrări de susţinere (ziduri de sprijin, chesoane, coloane, palplanşe) în zonele de concentrare a solicitărilor mecanice, tratare termică a rocii la temperaturi de 500-800⁰C, consolidare  electrochimică cu electrozi din bare de aluminiu la anod şi de cupru la catod etc. Desigur, specialiştii în domeniu vor stabili eficienţa acestor lucrări de consolidare.
Am scris acest articol în spirit de solidaritate cu locuitorii unui magnific habitat din Italia, aflat în pericol, pentru că nici un om responsabil nu poate să rămână indiferent la provocările vieţii pe Terra. Cu siguranţă, doar împreună locuitorii planetei vor reuşi să depăşească orice obstacol pe traiectoria devenirii istorice. La început de mileniu trei se impune schimbarea mentalităţilor şi a modului de acţiune umană. Proiectul Comenius la care participăm este o posibilitate de înscriere peste spaţiu şi timp pe un veritabil pod intercultural, care este marcat de valorile perene de bine, frumos şi adevăr, puse sub semnul creativităţii.

                                                       Balama cu autoînchidere

Invenţia se referă la o balama cu autoînchidere, utilizată în domeniul construcţiilor pentru asamblarea  mijloacelor de acces de tipul porţilor, uşilor sau ferestrelor.
În prezent este cunoscută o gamă diversificată de balamale care asigură o asamblare cu rosturi reduse a porţilor, uşilor sau ferestrelor, însă închiderea acestora se realizează manual, operaţie incomodă, mai ales în condiţii de trafic intens.
În brevetul BE 487216 este prezentată o variantă constructivă de balama prevăzută cu o aripă fixă şi una mobilă, având suprafeţele de contact de formă elicoidală conjugată, care asigură autoînchiderea acestora pe cale gravitaţională, însă nu prezintă poziţii intermediare de echilibru stabil, pentru ca mijloacele de acces la care este ataşată să rămână  întredeschise, fără să fie blocate cu alte obiecte. Acest mod de funcţionare este deosebit de util în cazul clădirilor de interes public în condiţii de trafic intens sau pentru aerisirea încăperilor, mai ales în sezonul cald. 
Invenţia elimină acest dezavantaj prin aceea că balamaua cu autoînchidere are suprafeţele elicoidale de sprijin ale părţii fixe şi mobile prevăzute cu trepte care asigură poziţii intermediare de echilibru stabil în stări întredeschise ale mijloacelor de acces la care este ataşată.
Prin aplicarea invenţiei se obţin următoarele avantaje :
- schemă constructivă simplă
- preţ de cost redus
- utilizare comodă
- siguranţă şi durată mari de funcţionare.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia constă în realizarea unei balamale simple  care asigură manipularea comodă a mijloacelor de acces la care este ataşată, prin autoînchiderea acestora pe cale gravitaţională, precum şi existenţa unor stări intermediare de echilibru stabil..
Se dă în continuare un  exemplu de realizare a invenţiei, în legătură cu figura 1, care reprezintă o  vedere axonometrică a balamalei cu autoînchidere.
Balamaua cu autoînchidere se compune din componenta mobilă P₁ şi componenta fixă P₂, prevăzute cu suprafaţa elicoidală de contact S respectiv cu suprafaţa de contact formată din porţiuni elicoidale S₁, S₂, separate prin treptele T de tip orizontal sau uşor înclinate în sens contrar, care asigură poziţiile intermediare de echilibru stabil în stări întredeschise ale mijloacelor de acces.
Aceste poziţii de echilibru stabil se obţin în cursul rotirii părţii mobile P₁ a balamalei, atunci când extremitatea inferioară a suprafeţei elicoidale S se sprijină pe treapta T a componentei fixe P₂,fiind astfel împiedicată să alunece sub acţiunea forţei gravitaţionale. Depăşirea stărilor de echilibru stabil, se poate realiza într-un interval scurt de timp prin aplicarea unui cuplu activ de către utilizator, după care mişcarea de rotaţie are loc de la sine sub acţiunea forţei gravitaţionale până la o nouă poziţie de echilibru stabil, în particular, închiderea mijlocului de acces la care balamaua este ataşată.
Ambele componente P₁ şi P₂  au practicate orificiile O pentru fixare pe mijloacele de acces cu şuruburi,
cuie sau alte elemente de prindere.
Subansamblul P₂ se  obţine prin introducerea forţată a axului 1 în spaţiul interior al piesei 2 sau acestea se asamblează  prin sudare. Axul 1 se poate executa prin strunjirea unei bare, iar piesele P₁ şi 2 pot fi realizate prin prelucrări mecanice la rece din table sau plăci metalice, cu diverse grosimi în funcţie de gabaritul şi destinaţia balamalei. Componentele P₁ şi P₂ ale balamalei pot fi realizate şi prin turnare în forme speciale, după care sunt finisate pe cale mecanică,  însă, în acest caz, operaţiile tehnologice sunt mai complicate, iar preţul de cost devine mai ridicat.
Modul de utilizare a balamalelor cu autoînchidere la porţi, uşi sau ferestre diferă în funcţie de natura materialelor din care acestea sunt confecţionate. În cazul structurilor din lemn, balamalele cu autoînchidere se montează prin încastrare şi fixare cu şuruburi, cuie sau alte elemente de prindere. Montarea balamalelor pe structuri metalice se poate face prin sudură, nituire sau prin fixare cu şuruburi. Pentru evitarea blocării în timpul manipulării a uşilor sau ferestrelor - datorită deplasării pe verticală a părţilor mobile faţă de cele fixe – sunt lăsate rosturi înguste la  partea superioară a îmbinării acestora iar marginile sunt teşite şi acoperite cu materiale elastice, ca de exemplu, cauciucul sau buretele,având rol de etanşare. Balamalele cu autoînchidere pot fi adaptate uşor pentru uşile cu dublu acces pentru ca manipularea acestora să fie  comodă, putând fi montate la capetele axului central de rotaţie.
Există diverse variante constructive pentru balamalele cu autoînchidere cu una sau mai multe trepte succesive de echilibru stabil, care diferă după forma, dimensiunile, modul de dispunere şi natura materialelor din care sunt confecţionate realizate părţilor componente.
          

                                                                               Reflecţii filozofice

Abordarea în ansamblu a realităţii revine filozofiei, termen care în greaca veche înseamnă „dragoste de înţelepciune” (philos=dragoste, sophia=înţelepciune). Într-un sistem filozofic se poate delimita latura ontologică (gr. ontos=fiinţă, logos=teorie), care exprimă conţinutul existenţei, de latura gnoseologică (teoria cunoaşterii, gr. gnosis=a cunoaşte), care se referă la posibilitatea cunoaşterii realităţii şi a valoarii cunoştinţelor omului. În evaluarea raportului dintre existenţă şi conştiinţă, idealismul acordă întâietate spiritului, iar materialismul consideră materia ca factor primordial. Idealismul se prezintă în două forme fundamentale:
-idealismul obiectiv, care explică lumea printr-o entitate spirituală, nepersonală, independentă de subiect;
-idealismul subiectiv, după care singura realitate autentică este conştiinţa individuală din care derivă lumea exterioară.
Atributul fundamental al materiei (substanţă +c âmp) este permanenta sa mişcare şi transformare, de la simpla deplasare mecanică, la reacţii chimice şi nucleare, până la complexele procese biologice şi psihice. Structurile materiale sunt ierarhizate pe o scară dimensională nelimitată, pe diverse nivele de organizare, interacţionând între ele prin forţe natură gravitaţională,  electromagnetică, nucleară etc.
Materia nu poate exista decât în spaţiu şi timp. Conceperea de către savanţi a unui spaţiu tridimensional, lipsit de structură, omogen şi izotrop, descris de o metrică euclidiană
                                                                                 ds²  = dx²+dy²+dz²
şi a unui timp unidimensional, care  curge uniform într-un singur sens - de la trecut, prin prezent spre viitor – a permis în ştiinţă studiul mişcării mecanice în variantele newtoniană şi analitică.
Secolul  XX  constituie o răscruce în istoria ştiinţei. Încă de la sfârşitul secolului al XIX-lea,  fizica a intrat într-o perioadă de profunde confruntări teoretice. Modelul mecanic al lumii nu a făcut faţă descoperirilor din teoria relativităţii, mecanica cuantică şi termodinamica proceselor ireversibile. S-au pus în evidenţă aspecte inedite, precum: relativitatea fenomenelor fizice, dependenţa structurilor spaţio-temporale de materia în mişcare, dualismul corpuscul-undă şi cuantificarea energiei la nivelul microparticulelor, comportamentul structurilor disipative ca totalităţi organizate. Datele teoriei relativităţii restrânse indică dependenţa lungimilor şi a duratelor de viteza relativă a corpurilor. Spaţiul şi timpul sunt intrinsec legate într-un continuum cvadridimensional (univers Minkovski) descris printr-o metrică pseudoeuclidiană
                                                                               ds²=dx²+dy²+dz²- c²dt²
Mergând mai departe cu studiul mişcării în repere neinerţiale, Einstein a creat în teoria relativităţii generalizate modelul unui univers cvadridimensional descris de o metrică neeuclidiană (riemanniană)
                                                                              
unde tensorii g_ij depind de concentraţiile de masă.
La nivelul microcosmosului, sistemele cuantice utilizează din plin teoria probabilităţilor şi statistica matematică în studiul mişcării. Comportamentul microparticulelor este descris prin unda asociată, al cărei modul la pătrat indică probabilitatea de localizare a acestora în unitatea de volum din spaţiu. Noţiunea de traiectorie îşi pierde sensul clasic, deoarece incertitudinile în determinarea simultană a variabilelor canonic conjugate trebuie să satisfacă relaţiile de nedeterminare ale lui Heisenberg.
Judecând proprietăţile spaţio-temporale la nivelul structurilor biologice, psihice şi sociale,  sunt puse în evidenţă noi aspecte faţă de timpul fizic. Procesele biologice sunt reglate prin bioritmuri interne, cele psihice sunt marcate de trăirile subiective, iar derularea evenimentelor sociale este unică în felul său.
Termodinamica proceselor ireversibile (procese situate departe de starea de echilibru, neizolate faţă de mediul extern cu care schimbă energie şi substanţă) conferă unei structuri disipative, după I. Priggogine, comportamentul unei totalităţi  organizate, caracterizată prin dimensiuni şi ritmuri intrinseci, dar şi prin istoria sa, pe care o implică astfel de structuri. Fiinţarea şi devenirea este înţeleasă prin intermediul unei pluralităţi de timpuri, ce presupun interacţiunea ireversibilă cu lumea şi participarea la propria devenire. Fiinţa umană a atins un înalt grad de evoluţie în devenirea lumii şi prin miracolul conştiinţei, care tinde asimptotic spre perfecţiune, poate să aspire la cunoaşterea progresivă a adevărului absolut şi chiar să-şi asume cu responsabilitate rolul de candidat la supremaţie în Univers.
Ca o primă concluzie, unicul mod de a gândi devenirea realităţii obiective prin modul de organizare şi legile universale, compatibil cu datele actuale ale ştiinţei, este considerarea legăturii intrinsece dintre spaţiu, timp şi materia în mişcare, în nemărginirea şi eternitatea lumii, fără început şi fără sfârşit.
Se impune o abordare integratoare a acestor concepţii moderne despre realitate, în care principiile dialecticii (unitatea şi opoziţia contrariilor, trecerea schimbărilor cantitative în schimbări calitative, negarea negaţiei) să aibă un rol esenţial.
Ipoteza că materia (substanţă+câmp) se structurează  la nivel subcuantic prin raportare la nonexistenţă  este verosimilă şi oferă interpretări tulburătoare pentru demersul cognitiv. Se pare că universul cvadridimensional este constituit din unităţi spaţio-temporale care constituie veritabile „cărămizi” pentru structurile de bază ale materiei – leptoni, nucleoni, hiperoni, mezoni, fotoni etc. Până în prezent, se cunosc patru tipuri de interacţiuni fundamentale care se exercită între particulele elementare, şi anume : gravitaţionale, electromagnetice, tari şi slabe. Interacţiunile gravitaţionale se exercită între particule cu masă de repaus nenulă, cele electromagnetice se manifestă între purtători de sarcină electrică, cele tari între hadroni (nucleoni, mezoni, hiperoni), iar în interacţiunile slabe intervin leptoni (neutrino, electroni, pozitroni), ca de exemplu, dezintegrarea radioactivă .
Structurarea materiei pe diverse nivele de organizare este datorată operatorilor proprii de interacţiune, responsabili pentru selectarea sensului devenirii existenţei într-o totalitate infinită de posibilităţi. Demersul cognitiv trebuie centrat pe interpretări probabilistice la nivelul microcosmosului şi pe medieri statistice la nivelul macrocosmosului. Mărimile fizice macroscopice se obţin prin medierea statistică a mărimilor microscopice corespunzătoare. Similar, se procedează pentru stabilirea relaţiilor dintre mărimile fizice pe nivele diferite de organizare a materiei.
În acest mod, mişcarea apare ca automişcare, iar sistemele materiale, marcate de contradicţii interne şi externe, participă la propria lor devenire, pentru a se integra în contextul existenţial. Organizarea unei structuri materiale este măsura în care aceasta asigură un regim staţionar în condiţii date.
Este o mare provocare pentru cercetarea fundamentală şi aplicativă să conceapă teorii unitare în care operatorii fundamentali de interacţiune sunt reprezentaţi prin modele matematice eficiente, care permit descifrarea legilor existenţei în procesele complexe de transformare şi organizare ale materiei.