Ai asigurat pe cineva că unul dintre prietenii tăi este de încredere spunând că „este un om cu picioarele pe pământ”? Faptul că o asemenea frază există arată cât de împăcați suntem cu ideea că pământul de sub picioarele noastre nu se mișcă, nu se schimbă și este de încredere. Într-adevăr, o mare parte a civilizației, de la case și clădiri până la sursele noastre de energie, mâncare și apă depind de faptul dacă pământul se mișcă sau nu.
Cu toate acestea, stabilitatea aparentă a suprafeței este alcătuită din bucăți enorme de piatră care se mișcă încet și constant. Aceste bucăți se ciocnesc în mod continuu și se freacă între ele și, uneori, marginile lor se sparg brusc sau alunecă eliberând cantități uriașe de energie. Aceste evenimente neliniștitoare se numesc cutremure, iar cele mai mici cutremure se întâmplă zilnic pe întreaga planetă, fără ca oamenii să observe. Însă din când în când, un cutremur mare se produce, iar când se întâmplă acest lucru el eliberează impulsurile energetice, numite valuri seismice, care pot distruge totul în jurul lor și pot răni sau ucide mii de oameni.
Date despre cutremure
Din punct de vedere tehnic, un cutremur este o vibrație care traversează scoarța Pământului. Cutremurele pot fi cauzate de o varietate de lucruri, inclusiv impactul meteorilor și erupții vulcanice și uneori chiar evenimente create de om precum prăbușirile și testele nucleare subterane. Însă majoritatea cutremurelor apar în mod natural și sunt cauzate de mișcarea plăcilor suprafeței Pământului, care se numesc plăci tectonice.
Plăcile tectonice
Cel mai vechi cutremur înregistrat avut loc în China în anul 1177 î. Hr, dar pentru cea mai mare parte a istoriei, oamenii nu aveau nicio idee legată de cauza acestora – deși aveau câteva teorii, precum credința că acestea ar fi cauzate de aerul care circulă repede din cavernele din interiorul Pământului. Începând cu jumătatea anilor 1800 oamenii de știință au început să studieze și să măsoare activitatea cutremurelor cu seriozitate, folosind un dispozitiv dezvoltat în Italia, numit seismograf. În cele din urmă, la jumătatea anilor 1960, cercetătorii din Statele Unite și din Marea Britanie au venit cu o teorie care explica de ce Pământul se zguduie.
Teoria, numită teoria plăcilor tectonice, afirmă că scoarța Pământului sau litosfera, cuprinde mai multe plăci care alunecă pe un strat lubrifiat din atmosferă. La granițele dintre aceste plăci imense de piatră și pământ, plăcile se mișcă în afară uneori, iar magma, sau roca topită, ajunge la suprafață, numindu-se lavă. Aceasta se răcește și formează noi părți ale scoarței. Linia unde acest lucru se întâmplă se numește limita plăcii divergente.
Impactul cutremurelor asupra clădirilor
Cutremurele apar atunci când mase de rocă din scoarța Pământului alunecă și se ciocnesc una de alta. Acest tip de mișcare este cel mai frecvent atunci când există un gol într-un corp de rocă care se poate extinde pe sute de kilometri. Când bucăți mari de rocă “alunecă” dintr-o dată și se mișcă, ele eliberează cantități enorme de energie, care apoi se propagă prin crustă ca unde seismice. La suprafața Pământului, aceste valuri fac terenul să se agite și să vibreze, uneori violent.
Geologii clasifică undele seismice în două mari categorii: unde de corp și de suprafață. Undele de corp, care le includ pe cele de tip P și S, sunt cele care se declanșează în interiorul Pământului. Undele P seamănă cu undele de sunet, ceea ce înseamnă că extind și comprimă materia. Cele de tip S seamănă cu valurile de apă, ceea ce înseamnă că duc la deplasare în sus și în jos. Undele P se manifestă în mase solide cât și lichide, în timp ce undele S numai în solide.
După un cutremur, undele P se manifestă primele, urmate de valuri S. Apoi urmează valurile de suprafață, care sunt mai lente, denumite de specialiști Rayleigh. Ambele tipuri de unde deplasează solul în plan orizontal, dar numai undele Rayleigh afectează solul în plan vertical. Undele de suprafață, care călătoresc pe distanțe mari, cauzează de cele mai multe ori scuturarea și o mare parte a prejudiciului asociat cu un cutremur.
Dacă cutremurele ar fi afectat pământul doar în plan vertical, clădirile ar suferi puține daune, deoarece toate structurile sunt proiectate pentru a rezista la forțele verticale – cele asociate cu gravitatea – într-o anumită măsură. Dar valurile de rulare ale unui cutremur, mai ales cele tip Rayleigh exercită forțe orizontale extreme pe structuri permanente. Aceste forțe provoacă accelerații laterale, pe care oamenii de știință le măsoară ca fiind forțe de tip G. O magnitudine de 6.7 a unui cutremur, de exemplu, poate produce o accelerare de 1 G și o viteză maximă de 102 cm pe secundă. O astfel de mișcare bruscă creează tensiuni enorme pentru elementele de construcție structurale, inclusiv grinzi, stâlpi, pereți și pardoseli, precum și pentru conectorii care dețin aceste elemente împreună. Dacă aceste tensiuni sunt suficient de mari, clădirea se poate prăbuși sau poate suferi fisuri.
Un factor important este substratul pe care este construită clădirea. Clădirile construite pe rocă rezistă mai bine la cutremure deoarece terenul este ferm. Structurile care stau deasupra solului moale nu reușesc adesea să rămână întregi după un cutremur. Cel mai mare risc în această situație este un fenomen cunoscut sub numele de lichefiere, care apare atunci când solurile îmbibate cu apă se comportă temporar ca şi cum ar fi lichide, scufundându-se, și clădirile împreună cu ele. În mod evident, inginerii trebuie să aleagă cu atenție amplasamentul unei clădiri, înainte de ridicare.
Modele de construcții rezistente la cutremur
Înainte ca un proiect major de construcții să înceapă, inginerii trebuie să evalueze activitatea seismică din șantier. În SUA, aceștia au acces la o resursă pentru a ajuta în acest proces – hărțile seismice naționale, elaborate de US Geological Survey ( USGS ). Aceste hărți arată probabilitatea ca mișcările la sol să depășească sau nu o anumită valoare în următorii 50 de ani. Pentru a calcula valoarea într-o anumită locație, geologii iau în calcul datele istorice de cutremure și apoi fac diverse calcule și măsurători cu privire la mișcările de sol de la toate viitoarele posibile magnitudini de cutremur, la toate distanțele posibile, de la acea locație.
Rezultatul este o hartă care arată ce zone ale țării au cel mai mare risc de cutremur. În zonele cu grad ridicat de pericol, inginerii și arhitecții trebuie să adere la standarde mai riguroase în proiectarea de clădiri, poduri și autostrăzi, pentru a se asigura că aceste structuri rezistă la cutremur.
Odată ce inginerii determină riscurile seismice ale unui loc, trebuie să propună un design de clădire adecvat. În general, ei evită modelele neregulate sau asimetrice. Acestea includ clădirile în formă de L sau T și structurile la nivel divizat. În schimb, inginerii preferă să păstreze clădiri simetrice, astfel că forțele sunt distribuite în mod egal în toată structura, în cazul unui seism. Se limitează, de asemenea, ornamentele, cum ar fi cornișe, proiecții verticale sau orizontale deoarece cutremurele pot disloca ușor aceste elemente arhitecturale.
Chiar și clădirile simetrice trebuie să fie capabile să reziste la forțe laterale semnificative. Inginerii contracarează aceste forțe în ambele sisteme structurale – orizontale și verticale ale unei clădiri, introducând elemente suplimentare de consolidare, de la fundație la acoperiș.
Sistemul structural vertical al unei clădiri este format din coloane, grinzi, elemente de ancorare și funcții pentru a transfera forțele seismice. Inginerii au mai multe opțiuni la construirea structurii verticale.
Ei construiesc ziduri de multe ori folosind structuri care se pot mișca, însă cu articulații și conectori rigizi, care rezistă mai bine mișcărilor laterale. Acest lucru dă proiectantului o mai mare flexibilitate în introducerea de elemente arhitecturale, cum ar fi pereți exteriori, pereți despărțitori și plafoane.
Foto: Discovery Channel
Sursă: www.howstuffworks.com