84

ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004

OCHRONA PRZED TRZ¢SIENIAMI ZIEMI

Trz´sienia ziemi co roku zabijajà tysiàce ludzi i powodujà
straty materialne liczone w miliardach dolarów. Du˝e gma-
chy wzmacnia si´ zbrojonym betonem i kratownicami, ale
urzàdzenia bezpoÊrednio redukujàce wstrzàsy pod∏o˝a wcià˝
nale˝à do rzadkoÊci.

Przepisy budowlane wymagajà, by budynki dawa∏y „gwa-

rancj´ prze˝ycia”, czyli ˝eby si´ nie wali∏y i ˝eby ∏atwo by∏o
si´ z nich ewakuowaç. G∏ównym problemem jest jednak
ekonomia. „Potrafimy zbudowaç konwencjonalnymi me-
todami gmach, który przetrwa bez szwanku najsilniejsze
nawet trz´sienie ziemi, ale by∏by on tak drogi, ˝e nikt si´
na to nie zdecyduje” – twierdzi André Filiatrault, wicedyrek-
tor Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering
Research w State University of New York w Buffalo. Coraz
wi´cej inwestorów budowlanych zaczyna uwzgl´dniaç w
kosztorysach dodatkowe Êrodki na minimalizacj´ uszko-
dzeƒ konstrukcji, cz´Êci mechanicznych i wyposa˝enia
wn´trz, co umo˝liwi∏oby natychmiastowy powrót do normal-
nego u˝ytkowania. „Weêmy na przyk∏ad szpital – dodaje Fi-
liatrault – koszt budynku w ogólnej wartoÊci nieruchomo-
Êci nie przekracza 10%. Pozosta∏e 90% to sprz´t, a w
budynku dajàcym jedynie gwarancj´ prze˝ycia sprz´t nie
ocaleje”.

W najbardziej zaawansowanych rozwiàzaniach technicz-

nych chodzi o to, ˝eby „przejàç jak najwi´cej energii ruchu
gruntu, aby nie musia∏ jej przejàç budynek” – mówi James
Malley, dyrektor Degenkolb Engineers w San Francisco. Zwy-
kle wià˝e si´ to z wsuni´ciem masywnych elementów mi´-
dzy fundamenty budynku a grunt takich jak p∏yty amortyzu-
jàce, które dzia∏ajà jak gumowe dywaniki; hydrauliczne t∏umiki
drgaƒ, które dzia∏ajà jak samochodowe amortyzatory; albo
∏o˝yska cierne pozwalajàce ca∏emu budynkowi ko∏ysaç si´,
co zapobiega p´kaniu. Wi´kszoÊç tych urzàdzeƒ to rozwià-
zania stosowane wczeÊniej przez wojsko do ochrony silosów
rakietowych, pok∏adów okr´tów i ∏odzi podwodnych przed
bombami i pociskami, a teraz oferowane cywilnym odbiorcom
– mówi Douglas P. Taylor, dyrektor zarzàdzajàcy Taylor Devi-
ces w North Tonawanda w stanie Nowy Jork.

Kilku naukowców zajmuje si´ nowymi rozwiàzaniami

takimi jak uk∏ady aktywnego t∏umienia, które majà urucha-
miaç odpowiednio zamocowane belki, kompensujàc ruchy
gruntu, i p∏yny elektroreologiczne w fundamentach, które
b∏yskawicznie przechodzà z zolu w ˝el, odfiltrowujàc fale
sejsmiczne. Zapotrzebowanie na instalacje przeciwsejsmicz-
ne jest ogromne – montuje si´ je zarówno w nowych, jak i
starych budynkach. Nawet w Kalifornii wi´kszoÊç budyn-
ków nie ma jeszcze takich zabezpieczeƒ.

Mark Fischetti

NAUKA

W ZAPRZ¢GU

KENT SNODGRASS

Pr

ecision Graphics

Dom z t∏umikiem

HYDRAULICZNE T¸UMIKI DRGA¡

dzia∏ajà jak samochodowe

amortyzatory, przejmujàc ruchy gruntu i minimalizujàc
przemieszczenia na styku kondygnacji, aby nie zosta∏y one
rozerwane. Zaopatrzony w otwory t∏ok przepycha si´
przez olej silikonowy, rozpraszajàc mechanicznà energi´
trz´sienia ziemi w postaci ciep∏a.

FUNDAMENTOWE P¸YTY AMORTYZUJÑCE

pod filarem mostu,

estakady lub elementem noÊnym budynku zmniejszajà deformacje
wywo∏ywane przez trz´sienie ziemi i co za tym idzie – uszkodzenia
konstrukcji. Warstwy gumy przesuwajà si´ na boki, poch∏aniajàc
drgania poziome, po czym wracajà do wyjÊciowej pozycji. Zwiàzane
z gumà stalowe przek∏adki usztywniajà ca∏y uk∏ad, nie dopuszczajàc
do ruchów pionowych. O∏owiany rdzeƒ zapobiega przesuwaniu si´
budynku pod wp∏ywem wiatru.

Trzon t∏oka

ÂciÊliwy p∏yn

silikonowy

Perforowany t∏ok

Cylinder

O∏owiany rdzeƒ

Gumowa

pow∏oka

P∏yta monta˝owa

(p∏yty wierzchniej

nie zilustrowano)

Warstwy
gumy

Stalowe
przek∏adki

LISTOPAD 2004 ÂWIAT NAUKI

85

CZY WIESZ, ˚E...

‰

WSTRZÑS UNIWERSYTECKI: W 1999 roku National Science Foun-

dation uruchomi∏a sieç integrujàcà oÊrodki pracujàce nad rozwiàzania-
mi przeciwsejsmicznymi (Network for Earthquake Engineering Simula-
tion), aby znaleêç najlepszy sposób ochrony budynków przed trz´sieniami
ziemi. W ciàgu 15 lat przeznaczy ponad 100 mln dolarów na badania
prowadzone w blisko 20 uniwersytetach. Te oÊrodki naukowe budujà
gigantyczne platformy wstrzàsowe i baseny do testów in˝ynierskich,
z których b´dzie mo˝na korzystaç zdalnie za poÊrednictwem superszyb-
kich ∏àczy komputerowych. System ma ruszyç tej jesieni.

‰

POTRZEBA KATAKLIZMU: Tempo prac nad metodami ochrony bu-

dynków przed wstrzàsami znacznie wzros∏o po dwóch katastrofach.
Trz´sienie ziemi w Northridge ko∏o Los Angeles w 1994 roku zabi∏o
60 osób i spowodowa∏o straty materialne o wartoÊci 20 mld dola-
rów. W 1995 roku silne wstrzàsy w Kobe w Japonii przynios∏y po-

nad 5 tys. ofiar Êmiertelnych i uszkodzi∏y ponad 50 tys. budynków.
Historia lubi si´ powtarzaç. Trzeba by∏o trz´sienia ziemi w 1971 roku
w dolinie San Fernando, by w Kalifornii wprowadzono obowiàzek sto-
sowania zbrojonego betonu do budowy budynków.

‰

MDLÑCE KO¸YSANIE: Nawet drapacze chmur o lekkiej konstrukcji

mogà przeciwstawiç si´ naporowi silnego wiatru, ale bywa, ˝e chwiejà
si´ z cz´stoÊcià, która u przebywajàcych w nich ludzi wywo∏uje objawy
choroby morskiej. Ruchy te da si´ wyt∏umiç, instalujàc na dachach
ogromne zbiorniki z wodà, która przelewajàc si´, dzia∏a jak przeciwwa-
ga (a w razie czego mo˝e si´ przydaç do gaszenia po˝aru). Innym roz-
wiàzaniem jest posadowienie dachu na ∏o˝yskach ciernych, tak aby wy-
chyla∏ si´ w reakcji na ruchy budynku. W analogiczny sposób mo˝na
równie˝ odizolowaç ci´˝ki obiekt od pod∏o˝a podczas trz´sienia ziemi,
zmniejszajàc napr´˝enia dzia∏ajàce na pionowe elementy noÊne.

¸O˚YSKO CIERNE

w reakcji

na ruchy pod∏o˝a pozwala
budynkowi powoli ko∏ysaç si´
w t´ i z powrotem jak wahad∏o.
Wykonane z bardzo wytrzyma∏ego,
samosmarujàcego kompozytu
o ma∏ym wspó∏czynniku tarcia
∏o˝ysko ma pó∏kulisty kszta∏t,
co umo˝liwia optymalne
roz∏o˝enie ci´˝aru konstrukcji
i si∏ dzia∏ajàcych podczas
trz´sienia ziemi. Kszta∏t ∏o˝yska
okreÊla, jak szybko i daleko
budynek mo˝e si´ wychylaç.

Element

mocujàcy

Kompozytowe ∏o˝ysko

Stalowe ∏o˝e