Konstrukcijske mjere za zaštitu građevina od potresa

Potresi se ubrajaju u najrazornije prirodne katastrofe. Oni ne uništavaju samo građevine, već odnose i ljudske živote te uzrokuju materijalne štete koje su ponekad i neprocjenjivo visoke. Prema nekim podacima godišnje u svijetu dođe do oko 1500 potresa magnitude 5 po Richterovoj ljestvici. Prema tome, svi koji misle da su potresi rijetkost u našoj regiji, varaju se.

Naime, potrese ne uzrokuju samo geološki čimbenici. Zahvaljujući znanstvenom napretku inženjeri su posljednjih nekoliko desetljeća razvili nove načine konstrukcije poput tzv. „seizmički nevidljivog mantila“ i građevinskih materijala kao što su memorijske legure, a pomoću kojih se poboljšava otpornost građevina na potres.

Haus zerstört durch ein Erdbeben

istraživanja usmjerena prema povećanju sigurnosti u obrani od potresa neprestano napreduju

Većina ljudi izgube život tijekom potresa zbog urušavanja građevina, a ne uslijed samih seizmičkih valova. Stoga se puno napora ulaže u poboljšanje stabilnosti građevina, a taj trend se neće značajno mijenjati ni u budućnosti:

 

  • Inovacije u području građevinskih materijala

Znanstvenici i inženjeri razvijaju nove građevinske materijale poboljšanih svojstava u pogledu stabilnosti i otpornosti. Inovacije poput memorijskih legura mogu izdržati jaka opterećenja kao i vratiti se u početno stanje, dok se primjerice stupovi mogu omotati umjetnim folijama pojačanim dodatkom polimernih vlakana čime se čvrstoća i savitljivost pojačavaju za 38%.

Inženjeri se okreću i uporabi prirodnih elemenata. Tako su se ljepljiva, ali čvrsta vlakna školjki te niti paukove mreže, koje pokazuje vrlo visok omjer čvrstoće u odnosu na veličinu, pokazali obećavajućima u razvoju novih materijala. Bambus- i materijali pogodni za 3D-printanje  također se mogu spojiti u lagane strukture koje se međusobno isprepliću i dalje neograničeno oblikuju, što građevinama potencijalno može osigurati još veći otpor.

 

  • Testiranje novih načina gradnje

Istraživači sa Sveučilišta u Marseille-u eksperimentiraju s načinom gradnje koji bi pružio mogućnost potpunog odbijanja seizmičkih valova od građevina i njihovog preusmjeravanja, umjesto dosad uvriježenog pružanja otpora. To je jedan od novih pristupa koji se još nisu počeli upotrebljavati u praksi. Princip je zasniva na uspostavljanju jedne vrste nevidljivog zaštitnog kruga koji okružuje građevinu, a sastoji se od 100 koncentrično postavljenih prstenova od umjetnih materijala i betona, smještenih 1 m ispod površine, a čija je svrha odbiti valove potresa od građevine. Pri tom bi se nadolazeći seizmički valovi morali odbiti od zgrade prema vanjskim prstenovima gdje bi se do kraja razbili.

 

KAKO GRAĐEVINU UČINITI SIGURNOM OD POTRESA ?

Kako bi zgrada bila sigurna od potresa inženjeri konstruiraju strukture koje su otporne na sile koje tijekom potresa djeluju horizontalno. Prilikom potresa oslobađaju se velike količine energije koja onda silovito opterećuje građevinu u samo jednom smjeru, struktura koja je sigurna od potresa mora se moći kretati u suprotnom smjeru. U nastavku su prikazane provjerene metode kojima se može osigurati otpor građevina na potres:

Temelji na višeslojnim podlogama, obrana gra evina ot potresnih sila

1. Temelji na višeslojnim podlogama

Jedna od mogućnosti pružanja otpora seizmičkim horizontalnim silama u tlu sastoji se od izgradnje zgrade na način da se sam temelj nalazi iznad površine, dok je s donje strane pričvršćen na elastične gumene ležajeve načinjene od slojeva čelika, gume i olova, a koji ga razdvajaju od tla.

Dok se tlo tijekom potresa kreće, spomenuti ležajevi vibriraju i „hvataju“ energiju koja se pri tome oslobađa. Tako se učinkovito apsorbiraju seizmički valovi te sprječava njihovo kretanje unutar konstrukcije građevine.

 

  1. Amortizeri za građevine

Pojam amortizera većina ljudi povezuje s automobilima, no mnogi ne znaju da se amortizeri uspješno koriste kod izgradnje građevina otpornih na potrese. Slično kao kod automobila, i ovdje amortizeri umanjuju jačinu udara i doprinose njihovom usporavanju. To se događa na dva načina – prigušuju vibracije i djeluju kao vibrirajući visak.

 

Prigušivači vibracija

Ova metoda se zasniva na postavljanju seizmičkih prigušivača između nosivih stupova i greda na svakom nivou zgrade. Svaki prigušivač se sastoji od cilindra ispunjenog silikonskim uljem u kojem se nalazi čelični klip. Tijekom potresa se energija vibracija prenosi s građevine na klipove koji potiskuju ulje.

Energija je pretvara u toplinu koja odvodi snagu vibracija. Ova metoda se pokazala vrlo učinkovitom u praksi što dokazuje građevina Torre Mayor u Mexico City-ju u koju je ugrađeno 98 prigušivača vibracija. Pri tom je zapanjujuća činjenica da je ovaj neboder izgrađen na pijesku.

 

Vibrirajući visak

Iduća metoda prigušivanja snage potresa je ugradnja ogromnog viska. Najpoznatiji primjer je neboder Taipei  101 koji na najvišem katu ima kuglu čelika tešku 660 tona pričvršćenu na čeličnu užad i spojenu na hidraulički sustav.

Kad se zgrada počne ljuljati, kugla vibrira, te tromost koja je uvjetovana masom djeluje suprotno smjeru širenja sile potresa. Zauzvrat se povećava stabilnost cijele konstrukcije. Zgrada je i danas postojana i dosad je uspjela preživjeti brojne potrese i tajfune.

 

  1. Pojačavanje strukture građevina

Dok amortizeri i instalacije za poništavanje vibracija mogu donekle doprinijeti preusmjeravanju energije, za stabilnost su u jednakoj mjeri zaslužni i materijali korišteni pri izgradnji građevine. Kad su građevine izložene potresu, sile koje tada djeluju se raspodijele po cijeloj strukturi čime se djelomično može izbjeći urušavanje.

Stoga se odavno u većini građevina ugrađuju dodatna pojačanja poput posmičnih zidova, poprečne potpore, membrane i nosivi okviri, a koji djeluju naspram horizontalnih sila. Osim toga, razvoj i primjena armiranih betonskih konstrukcija su značajno doprinijeli stabilnosti građevina.

Kako bi određeni građevinski materijal mogao biti otporan na vibracije i slične napore, mora imati visoku rastezljivost – drugim riječima mora imati sposobnost otpora prema velikim transformacijama oblika i naprezanjima.

Upotreba čelika kao pojačanja rezultiralo je boljom sposobnošću građevina da se mogu „savijati“ bez da pri tom dođe do pucanja. Čak je i drvo materijal visoke rastezljivosti, što iznenađuje obzirom na visoku čvrstoću koju pokazuje unatoč laganoj strukturi.

 

ZAKLJUČAK

Nitko ne može predvidjeti kada i gdje će se dogoditi jaki potres. Djelovati preventivno je jedini način uspješne zaštite od potresa. Bez obzira na visoki stupanj razvijenosti tehnologije i materijala, jaki potresi i dalje mogu prouzročiti znatna oštećenja na građevinama. Međutim, velikim uspjehom možemo smatrati zgrade koje su dovoljno stabilne i svojim stanovnicima omogućuju pravovremeni bijeg prije urušavanja.

 

Pratite nas na FacebookuLinkedinu i Twitteru da biste bili obaviješteni o novim člancima!