Proč vznikají zemětřesení?
Před miliony let existoval na naší Zemi jen jeden velký kontinent. Pohyby v zemském nitru jej postupně rozdělily a vznikly jednotlivé desky, které se na tekutém kameni od sebe oddalovaly. Tak vznikly naše dnešní kontinenty. Protože je naše planeta známě kulatá, tyto desky se však dříve či později hluboko v podzemí opět střetly.
Náraz tak ohromných vrstev hornin uvolňuje mnoho energie, a to s takovou silou, že její účinky cítíme až na zemském povrchu. Země se třese, často jen několik sekund nebo minut, ale to stačí k tomu, aby vznikly zničující škody. V krajině vznikají trhliny a destrukce se nezastaví ani před celými městy.
Když dojde k zemětřesení, síla otřesů je určena na základě seismografického vyhodnocení. Existuje stupnice, která umožňuje zařazení události. Výsledkem je hodnota nazvaná magnituda. Skok od jedné hodnoty k další znamená desetinásobné nebo dokonce třicetinásobné zvýšení síly zemětřesení. Magnituda z 8 na 9 odpovídá tedy desetinásobně silnějším otřesům.
- Magnitudo pod 4,0: obvykle žádné škody
- Magnitudo nad 5,0: částečně velké škody
- Magnitudo nad 7,0: rozsáhlé zničující škody na velkých územích
Denně dochází k přibližně 1 000 menších zemětřesení, které však lidé téměř nevnímají. Jiné je to u větších událostí. Přinášíme vám jeden z nejznámějších příkladů zemětřesení 21. století.
Otřesy na Haiti v roce 2011
V roce 2011 došlo k těžkému zemětřesení na Haiti, které si vyžádalo životy statisíců. Haiti patří mezi nejchudší oblasti světa a leží přímo na hranici mezi Karibskou a Severoamerickou deskou. Normálně obě desky kloužou svisle vedle sebe, ale jako často praxe neodpovídá teorii.
Karibská deska se posunuje přibližně o 20 mm ročně na východ, přičemž je stlačována Severoamerickou deskou. V odborném jazyce se tento posun nazývá posun. 40 let zůstal tento úsek nebezpečně tichý – jednoznačný varovný signál. Přesto tu již dříve došlo k doslova historickým zemětřesením.
Asi jednu minutu a 13 km pod zemským povrchem se to pak stalo: Zemětřesení s magnitudou 7,0 otřáslo oblastí. Pouhých 25 km od hlavního města. Následovalo devět dalších otřesů. Velká část budov byla zničena, celé slumy se sesunuly ze svahů. Asi 316 000 lidí zemřelo, 310 000 bylo zraněno a z 11 milionů obyvatel se téměř 2 miliony staly bezdomovci. Jak ale mohlo zemětřesení v známé seismické zóně vyžádat tolik životů?
Přípravné plány pro takový případ neexistovaly. Zemětřesení se stalo asi hodinu před setměním a nebyla elektřina. Sotva existující infrastruktura a nedostatek léků ve špatně vybavených lékařských zařízeních spolu s nedostatečným zdravotním systémem vedly k násilí a plenění. Tím byly vyžádány další životy.
Až dodnes se region navzdory finanční pomoci z toho nevzchopil. Korupce, chudoba a násilí jsou nadále smrtelnou směsicí, která pevně drží Haiti v sevření. Jak to mohlo dojít tak daleko a můžeme jako stavební inženýři zajistit, aby dopady těchto otřesů byly méně závažné?
Formy zemětřesení
Existují různé formy zemětřesení. Když dochází k vulkanickým aktivitám, otřesy vznikají pohyby v zemském nitru. Například Island se často potýká s touto formou zemětřesení.
Většina otřesů na naší planetě je tektonické povahy. Zde se střetávají zemské desky, jak tomu bylo při katastrofě na Haiti. Uvolněním energie při posunu zemské kůry pod hladinou moře vznikají také tsunami.
V geologickém podloží existuje mnoho dutin. Když se některá z nich zřítí, může dojít k takzvanému zřícenínovému otřesu. V letech 2000 a 2009 se něco takového stalo v Hamburku, kde se zřítily solné komory, tedy podzemní solné struktury.
Jak stavět zemětřesení odolné stavby
Zemětřesení jsou přírodní fenomény, kterým se nelze vyhnout. Ani předpověď zemětřesení není i s dnešní technikou možná již několik sekund před událostí. Dost času, abychom se v ideálním případě zachránili z budovy na velkou otevřenou plochu nebo pod rám dveří. Zbývá nám tedy jen zajistit, aby naše stavby byly co nejvíce odolné vůči zemětřesení.
V Německu máme naštěstí jen málo oblastí, které jsou skutečně ohroženy zemětřesením. Podívejte se sami v našem nástroji geozón, do jaké míry vaše oblast patří k takovým územím. Když se při plánování stavby zjistí, že je možné zemětřesení určité síly, v konstrukci se dbá na takzvanou duktilitu. To znamená, že budovy musí snášet deformace způsobené zemětřesením určité velikosti bez problémů, aniž by struktura selhala.
Nástroj pro stanovení oblastí zatíženíNapříklad by se měly vyvarovat měkké podlaží, která jsou podpírána pouze sloupy a téměř bez zdí. Pouze na sloupech je pro budovu příliš vratké, když se země začne pohybovat. Selhání struktury by bylo předem dané.
Kromě toho by měly být co nejvíce používány dlouhé sloupy, aby boční síly nebyly příliš vysoké a v případě potřeby nevedly k střihovým lomům. Také skoky tuhosti, tedy náhlé přechody mezi různými konstrukčními prvky, značně ovlivňují stabilitu budovy. Dávat přednost kompaktním stavebním konstrukcím s jasnými hranami a bez uměle zakřivených struktur je prospěšné.
V případě zemětřesení se budova točí vlivem kmitání kolem středu hmoty, většinou kolem středu půdorysu. Ideálně zde leží také centrum odolnosti stavby. Symetrie tedy může zachránit budovu. A to nejdůležitější: Raději více statiky než méně! Pokud jeden nosný prvek selže, měly by ostatní být schopny to náležitě vyrovnat.
To je tedy plánování. Co ještě může udělat budovu odolnou vůči zemětřesení? Zde uvádíme pojem "seismická izolace" do hry. Tím dojde k oddělení budovy od podloží. Jak to funguje? Když se země pohybuje, seismická ložiska vibrují a přitom tyto pohyby přijímají. Otřesy se tedy nepřenášejí nebo jen málo na budovu nad odloučením. Existují dokonce tlumiče pro budovy.
Závěr: Zemětřesení odolné stavby
Zůstává tedy, že nebezpečí zemětřesení v jednotlivých oblastech naší Země lze díky seismickým záznamům poměrně dobře pojmenovat. Díky tomu můžeme předpovědět, zda a v jakém rozsahu má být budova na daném místě postavena zemětřesení odolná. Aspoň před ničením způsobeným přirozenými zemětřeseními můžeme naše stavby ochránit – a tudíž i životy lidí, kteří se tam nacházejí.
Zvláště u mrakodrapů v oblastech, kde zemětřesení není žádnou vzácností, je třeba kreativity. Například současná jedenáctá nejvyšší budova na světě, Taipei Financial Center, zkráceně Taipei 101, stojí na Tchaj-wanu. Uvnitř zemětřesením ohrožené zóny. Obsahuje však tehdy jedinečný tlumič oscilací. Velmi zajímavá věc.
Doufejme, že naše technologie bude někdy schopna předpovědět zemětřesení bezpečně a včas, aby se v případě potřeby co nejvíce lidí mohlo dostat do bezpečí. Statické programy od Dlubal pomáhají testovat a posuzovat dopady zemětřesení na plánovaný stavební model. Tím činíme pomocí našeho softwaru stavby bezpečnější.
Děkujeme vám za váš zájem o toto důležité téma. Těšíme se, že i při příští epizodě našeho podcastu budete opět s námi – Slyšíme se nebo čteme se!