Почему возникают землетрясения?
Миллионы лет назад на Земле был всего один большой континент. Из-за движения в недрах Земли он постепенно раскололся на отдельные плиты, которые дрейфовали друг от друга в море жидких пород. Так образовались наши современные континенты. Однако, поскольку наша планета, как известно, круглая, эти плиты так или иначе снова сталкиваются глубоко под землей.
Столкновение таких огромных массивов пород высвобождает огромное количество энергии и с такой силой, что её влияние ощущается даже на поверхности Земли. Земля трясётся, иногда всего несколько секунд или минут, но этого достаточно, чтобы нанести разрушительные повреждения. В ландшафте появляются трещины, и разрушения не останавливаются перед целыми городами.
Когда происходит землетрясение, его сила определяется на основе сейсмографической оценки. Существует шкала, которая позволяет классифицировать это событие. Полученное значение называется магнитудой. Переход от одного значения к следующему означает десятикратное, а иногда тридцатикратное увеличение силы землетрясения. Переход от магнитуды 8 к 9 соответствует в десять раз более сильному землетрясению.
- Магнитуда менее 4,0: как правило, без ущерба
- Магнитуда выше 5,0: иногда большие повреждения
- Магнитуда выше 7,0: обширные разрушения на больших территориях
Ежедневно происходит около 1000 незначительных землетрясений, которые мы почти не замечаем. Но с крупными событиями ситуация иная. Мы расскажем о одном из самых известных примеров землетрясения XXI века.
Землетрясение 2011 года на Гаити
В 2011 году на Гаити произошло сильное землетрясение, унесшее жизни сотен тысяч человек. Гаити относится к самым бедным регионам мира и находится прямо на границе между Карибской и Североамериканской плитами. Обычно две плиты скользят мимо друг друга, но, как часто бывает, практика отличается от теории.
Карибская плита сдвигается на восток приблизительно на 20 мм в год и сжимается Североамериканской плитой. По-научному, это смещение называется разлом. 40 лет данный участок оставался опасно спокойным — явный предупреждающий сигнал. Ведь именно здесь раньше происходили исторические землетрясения.
Примерно одну минуту и на глубине 13 км под землёй случилось следующее: землетрясение с магнитудой 7,0 потрясло регион. Всего в 25 км от столицы. Последовали девять других толчков. Здания в значительной степени разрушены, целые трущобы обрушились с горных склонов. Погибли 316 000 человек, 310 000 пострадали, и из 11 миллионов жителей почти 2 миллиона остались без крова. Как же получилось, что землетрясение в известной сейсмической зоне унесло столько жизней?
Не существовало планов подготовки к такому событию. Землетрясение произошло примерно за час до наступления темноты, и электричества не было. Плохая инфраструктура, недостаток лекарств в плохо оснащённых медицинских учреждениях и слабая система здравоохранения привели к насилию и грабежам. Эти обстоятельства стали причиной дополнительных жертв.
Регион до сих пор не оправился, несмотря на финансовую помощь. Коррупция, бедность и насилие всё ещё остаются смертельной смесью, удерживающей Гаити в ловушке. Как это могло произойти, и можем ли мы, как инженеры-строители, обеспечить снижение негативных последствий таких землетрясений?
Формы землетрясений
Существует несколько форм землетрясений. Когда происходят вулканические активности, движение в недрах Земли вызывает тряску. Например, в Исландии часто встречаются такие землетрясения.
Большинство землетрясений на Земле носят тектонический характер. Здесь сталкиваются плиты, как это произошло в случае с катастрофой на Гаити. При высвобождении энергии при смещении земной коры ниже уровня моря также возникают цунами.
В геологическом подземелье существует множество пустот. Если одна из них обрушивается, может произойти так называемое обвальное землетрясение. В 2000 и 2009 годах такое произошло в Гамбурге, где обрушились соляные столбцы, то есть подземные соляные структуры.
Как сделать здания устойчивыми к землетрясениям
Землетрясения — это природные явления, предотвратить которые невозможно. Даже прогнозирование землетрясений, несмотря на современные технологии, возможно лишь за несколько секунд до события. Этого времени достаточно только для выхода из здания на открытую площадку или укрытия под дверным проёмом. Таким образом, мы можем лишь позаботиться о том, чтобы наши здания были как можно более устойчивыми к землетрясениям.
В Германии у нас, к счастью, есть всего несколько регионов, подверженных землетрясениям. Вы можете сами проверить в нашем инструменте геозон, насколько ваша область относится к таким зонам. Если при планировании строительства выявлено, что возможны землетрясения определенной силы, при строительстве обращают внимание на так называемую пластичность. Это означает, что здания должны выдерживать деформации от землетрясений соответствующей силы без отказа структур.
Инструмент геолокацииНапример, следует избегать мягких этажей, которые поддерживаются только колоннами и не имеют стен. Положение только на колоннах слишком нестабильно для здания, если земля начнет двигаться. Отказ структуры при этом предсказуем.
Кроме того, предпочтительно использовать длинные колонны, чтобы поперечные силы не были слишком большими и в экстренной ситуации не приводили к сдвигам. Также изменения жесткости, то есть резкие переходы между конструктивными элементами разных форм, значительно снижают стабильность здания. Также компактные конструкции с чёткими краями и без изогнутых элементов предпочтительны.
В случае землетрясения здание из-за колебаний вращается вокруг центра массы, обычно располагающегося в центре плана. Идеально, если там же находится и центр устойчивости здания. Симметрия может спасти здание. И самое главное: лучше больше статики, чем недостаточно! Если один несущий элемент выходит из строя, другие должны быть способны компенсировать его утрату.
На этом этапе планирования мы закончим. Что ещё можно сделать, чтобы здание было устойчивым к землетрясениям? Здесь мы вводим термин "сейсмическая изоляция". Строение отделяется от грунта. Как это работает? Когда земля движется, сейсмические опоры вибрируют и поглощают эти движения. Таким образом, землетрясение не передается, или почти не передается на здание выше точки разреза. Существуют даже амортизаторы для зданий.
Вывод: строительство зданий, устойчивых к землетрясениям
Итак, подведем итог: благодаря сейсмическим записям опасность землетрясений в разных регионах нашей Земли можно оценить достаточно хорошо. Это позволяет предсказывать, необходимо ли и в какой мере строить здание устойчивым к землетрясениям на конкретном участке. Хотя бы от разрушений, вызванных природными землетрясениями, мы способны защитить наши здания — а, следовательно, и жизни людей, находящихся в этих зданиях.
Особенно в случае с небоскрёбами в регионах, где землетрясения не редкость, требуется креативный подход. Например, одиннадцатое по высоте здание мира на сегодняшний день, Тайбэйский финансовый центр, известный как Тайбэй 101, находится в Тайване, в зоне, подверженной землетрясениям. Оно оснащено тогда уникальным гасителем колебаний. Это действительно захватывающая вещь.
Остается надеяться, что в какой-то момент наша техника сможет своевременно и надёжно предсказывать землетрясения, чтобы в случае надобности как можно больше людей смогло спастись. Программы статических расчётов от Dlubal помогают тестировать и оценивать влияния землетрясений на моделируемую конструкцию здания. Таким образом, здания, рассчитанные с помощью нашего программного обеспечения, становятся безопаснее.
Спасибо за ваш интерес к этой важной теме. Мы будем рады, если вы снова присоединитесь к нам в следующем выпуске нашего подкаста — до встречи в эфире или в тексте!