Почему Чилийское 8.8 было не таким жёстким, как Турецкое 7.8 и при чём тут технологии

Пишу не как эксперт, а просто рядовой житель Чили. Нас потряхивает примерно каждые 2 недели. Сразу скажу, что у катастрофических последствий фактор не только человеческий, хотя основной именно он.

Ранее я жил в Грузии и очень часто бывал в Турции (с 2020 по 2022), вот уж где-где могут наступить печальные последствия даже от 5 баллов.

У любого землетрясения есть масса нюансов, помимо пресловутой "магнитуды", которая вообще далеко не всегда = разрушения. Там есть ещё такие важные особенности, как глубина (она например может быть и 100км и даже глубже) и длительность, а есть и ещё масса иных уже вещей, которые становятся известны уже после проведения специальных научных исследований сейсмологами. Такие например вещи, как величины сдвига плит или иные геологические последствия. Но я и не об этом сейчас, уходить в научную историю - оставим людям науки.

Почему же Турецко-Сирийские 7.8 баллов при схожей глубине привели к гораздо более ужасным последствиям, чем Чилийские 8.8 в 2010 году.

Уточню, что разница магнитуд даже на 0.5 - это не просто заметно, а супер-чувствительно. Например, 4.5 балла Вы почувствуете шутя, а вот в 5 бальное даже на приличной глубине - станет не до шуток, а в 5.5 захочется улететь на Марс и чем больше магнитуда и меньше глубина - тем геометрически-пропорционально возрастает влияние не только на здания и конструкции, но и на наши попы! Как Вы уже догадались степень сжатия последних уже даже при 6.5 баллах такая, что мидия или устрица позавидует ;-)

Начнём с близкой к VC тематике - с софта.

Что используют из ПО для проектирование зданий и прогнозирования поведения конструкций во время землетрясений.

В странах с повышенной сейсмической угрозой существует отдельное направление бизнеса (внутри строительного проектирования) - это “Structural engineering”. Основным направлением их деятельности является проверка и корректировка проектов, а часто и участие в проектировании сооружений и зданий с повышенными требованиями к сейсмической устойчивости.

Одни из сильнейших требований и регламентов по направлению сейсмической устойчивости у Японии и Чили.

Сейсмическая защита зданий регламентируется в Чили законом NCh2369 (https://ryv.cl/wp-content/uploads/2019/05/NCh2369-2003.pdf).

Помимо классических фундаментальных и теоретических средств, а также расчётов, данные компании активно используют в своей деятельности и современные технологии. На рынке программного обеспечения есть соответствующее предложение специализированных средств. Часто они идут, как приложение к САПР, но есть и отдельный софт, более связанный с геологией и сейсмологией.

Задачей проектировщиков и аудиторов в данном направлении - понять, как поведёт себя конструкция и почва на заданном участке. Ведь землетрясение оно на большую площадь, но сама площадь совсем не однородно. К примеру - если почва вполне может сдвинутся или треснуть, то едва ли большая цельная каменная глыба треснет или сдвинутся также сильно. Потому конечно даже с разницей в 50 метров последствия для конкретных участков земли могут быть совершенно разными и это логично.

Специализированный софт, который используют проектировщики не на искушённого современного пользователя, однако свои задачи данные “утилитки" и модули выполняют вполне себе не плохо: OpenQuake от GEM Foundation, PSHA Tool, comtec research, Ez-frisk, ну и конечно не обходится без модулей для AutoCad.

Технологии обеспечению устойчивости зданий во время землетрясений.

Чтобы выдержать невероятные силы землетрясения, здания должны поглощать как можно больше сейсмической энергии.

Основное правило сейсмической изоляции зданий можно перефразировать так: чем больше здание сможет поглотить энергии землетрясения - тем меньше вероятности, что оно рухнет.

Что только не делают проектировщики и строители, чтобы обеспечить сейсмическую устойчивость строений.

Основа всех технологий устойчивости зданий - это прежде всего серьёзный подход (без "итак сойдёт") к безопасности и обеспечение качественного строительства, без экономии на проектировании, на материалах и конечно же на нулевом цикле.

№1. Заглубление здания соразмерное его высоте. Здесь я думаю всё понятно. К слову, один из самых высоких в Чиле небоскребов высотой в 300 метров, уходит под землю на 50 метров. На нижнем ярусе до 10 метров очень часто оборудованы рестораны, т.к. есть же ещё требования по пункту №2

№2. Траншея вокруг фундамента и подземной части здания. Абсолютно логичное решение отделить здание от основной части почвы. Что делают в таких траншеях - элементы заезда и выезда из паркингов, также рестораны/бары, иногда ничего не делают. В различных вариантах часто поверхность траншей чем-то закрыта и создаётся впечатление, что её нет, но в Чили после 2010 года наверное до 70% зданий выше 5 этажей с такими траншеями. Иными словами площадь строительства под зданием больше процентов на 20, чем площадь застраиваемого (именно конструкционно) участка.

Дополнительные, но также достаточно часто используемые технологии.

Амортизаторы. Здания или сооружения надеваются на подшипник или амортизатор - иногда используются резиновые блоки толщиной до 50 см. Везде, где колонны здания опускаются к фундаменту, они сидят на этих резиновых прокладках. Амортизаторы зданий работают точно так же, как амортизаторы автомобиля. Они уменьшает величину ударных волн путем преобразования энергии сейсмических волн в тепловую энергию, которая затем передается в гидравлическую жидкость. Амортизаторы для зданий имеют огромные поршни внутри цилиндра, заполненного силиконовым маслом. В случае землетрясения здание распределяет часть сейсмической энергии на поршни, что заметно снижает, как ощущение землетрясения внутри здания, так и вероятность повреждения конструкции.

Резиновая изоляция (элементы) в сваях.

Установка демпферов по всей высоте здания. Высотное здание при сильном землетрясении может раскачиваться с амплитудой до 1,5 метров, но чем больше в здание вмонтировано демпферов, в идеале в каждый второй этаж вплоть до верхнего - тем меньше будет амплитуда колебаний. Демпферы, как правило, выглядят как велосипедный насос, за исключением того, что он заполнен жидкостью вместо воздуха.

Защитная стальная сетка сейсмической устойчивости. Использование сетчатых конструкций помогает предотвратить изгиб опор здания, распределяя поглощение энергии землетрясений.

Достаточно старая, но зарекомендовавшая себя технология - применение в высотных зданиях маятниковых демпферов. В основном сейчас используется для уже построенных зданий. Многие наверняка видели National Geographic или иные выпуски научного направления про подобные большие шары внутри небоскребов. Они достаточно эффективны, но мало способны защитить здание, если оно оказалось близко или в самом эпицентре. Достаточно скзаать, что если фундамент, сваи или перекрытия всё-таки не выдержат, то маятник лишь нанесёт дополнительный ущерб, находясь прямо внутри здания.

Миф о том, что чем ниже здание - тем нефиг его вообще запариваться защищать. Это совсем не так. Более короткие здания имеют меньшую гибкость, чем более высокие. Таким образом часто для не высоких конструкций необходимо больше структурного армирования, чем для высокого небоскрёба, где можно применить ряд иных методов защиты. Для конструкций малой и средней этажности (от 10 до 30 метров) - основной задачей является перенаправление сейсмической силы. Например, сдвиговые стены и скрепленные рамы передают боковые силы от полов и крыши к фундаменту. Конечно, в таком варианте конструкция здания защищена достаточно хорошо, но ощущения человека во время даже 6 бального землетрясения будут далеки от спокойствия.

Есть и ещё масса технологий, которые уже даже испытаны, но пока не вошли в широкое применение:

1) армированние строений углеволоконной пластиковой пленкой или FRP;

2) создание т.н. “плаща невидимости”;

3) применяют даже био-защиту, например "биссус" нити мидии, но это, как говорили в "Простоквашино" - "...Вы уж совсем"...

Для сейсмической устойчивости остаётся главное - человеческий фактор. Может пора уже одним строить нормально, другим контролировать хорошо, а третьим думать, когда что-то покупают из недвижимости в сейсмоопасных регионах. Возможно, после этого всё и будет по-другому. Поучиться есть у кого - Япония, Чили.