В архітектурі худість іноді римується з небезпекою - EPFL
Зображення: Клаудіо Нуньєс за ліцензією CC BY-SA 2.0
Зіткнувшись з вибором між більш безпечним або дешевим будівництвом, багато компаній, що займаються нерухомістю, розташованих у країнах, що розвиваються, з високим ризиком землетрусу змушені економити на витратах на будівельні матеріали. Результат: будівлі менш безпечні. Інженери-конструктори EPFL зібрали нові дані про те, як ці конструкції реагують на землетруси та за яких умов вони можуть вийти з ладу.
Землетруси ніколи не є єдиними причинами високої смертності. Руйнування серед населення скоріше пов'язане з відсутністю опору інфраструктури та будівель. У 2010 році в Чилі відбулося одне з найсильніших землетрусів, що було зафіксовано, і багато будівель були пошкоджені, оскільки їх стіни, хоч і зроблені із залізобетону, були занадто тонкими. Навіть сьогодні в деяких країнах Латинської Америки спостерігається зростання все більшої кількості конструкцій з ще тоншими стінами. Нещодавно інженери EPFL оцінили стійкість тонких залізобетонних стін, щоб проаналізувати їх руйнування; їх висновки були опубліковані в Бюлетені землетрусних інженерій.
Щоб зрозуміти, як поводяться конструкції з дуже тонкими стінками під час землетрусів, Джоао Алмейда та Анжеліка Россо, двоє авторів дослідження, протестували два сегменти стін, подібні до тих, що використовуються в житлових проектах. Товщина 80 міліметрів для поверхні 2 на 2,7 метра. Щоб імітувати вплив сейсмічного епізоду на ці споруди, вчені закріпили ділянки стін на підлозі лабораторії та привели їх у дію за допомогою п'яти домкратів, досить потужних, щоб повільно згинати стіни вперед і назад у різних напрямках. Уповільнивши процес, дослідники встигли спостерігати, як пошкоджується пошкодження, і зрозуміти, як тріщини поширюються по стіні, і врешті-решт її дестабілізувати.
"Дані, які ми зібрали під час нашого експерименту, унікальні", - говорить Катрін Бейер, головний дослідник дослідження. "Вперше ми маємо детальні вимірювання того, що називається розбиттям стіни поза площиною, де конструкція стіни постійно деформується перпендикулярно її поверхні. За словами вченого, умови дослідження також дозволили вперше спостерігати переміщення, більші за товщину самої стіни. В кінці випробування арматура була зігнута, а бетон руйнувався в одному з кутів конструкції. Використовуючи батарею датчиків, камер та тензодатчиків, вчені змогли зафіксувати та проаналізувати кожен рух, який поступово призвів до обвалення стіни.
Щоб протистояти землетрусу, конструкція будівлі повинна бути досить пластичною, щоб подолати вібрації, спричинені сейсмічними хвилями. Однак, оскільки захищена від землетрусів конструкція дорожча і вимагає більших знань, будівлі в бідніших районах країн, що розвиваються, та країн, що розвиваються, частіше будуються за нижчими стандартами. Землетрус у Чилі у 2010 році є гарним прикладом такої практики: подальше розслідування житлових одиниць, які обвалились, показало, що їх залізобетонні стіни часто не відповідають рекомендаціям чилійського будівельного норми.
Небезпечний розрив
Катрін Бейер пояснює, що саме лазівка в цьому кодексі зробила можливим будівництво цих стін: інженеру просто потрібно відчути, що тонкі стіни досить міцні, і проект може продовжуватись. "Реальне рішення полягало б у жорсткому накладенні будівельних норм, одночасно посилюючи його в країнах, схильних до землетрусів", вважає дослідник. Якщо нічого не зробити, ця лазівка залишиться.
Замість того, щоб зосередитись на Чилі, вчені зосередились на Колумбії, сусідній країні з меншим, але тим не менш небезпечним землетрусом. На місці високий попит на проекти середнього та висотного житлового будівництва із залізобетонними стінами. Але, хоча колумбійські інженери усвідомлюють ризики землетрусу, надання дозволів на будівництво не завжди відображає цю реальність. Нарешті, оскільки бетон та арматурні прути становлять основну частину будівельних витрат, будівельники часто вибирають ще більш тонкі стіни - деякі іноді складають половину товщини чилійських стін.
Обов'язок поділитися
"Оскільки нам пощастило мати доступ до таких високоефективних дослідницьких інфраструктур, наш обов'язок зробити наші дані доступними науковому співтовариству, щоб дослідники та інженери у всьому світі могли використовувати результати", - зазначає Катрін Бейер. Нещодавно його команда, а також колумбійські партнери з Університету Валле в Калі, Інженерної школи в Антіокії та Університету Медельїна отримали другу частину фінансування. Це дозволить їм ще більше вдосконалити своє розуміння структурної поведінки будівель та вивчити економічно ефективні підходи для стабілізації існуючої конструкції, тобто цих тонких залізобетонних стін.
Цей проект частково отримав фінансування від Seed Money від Центру співпраці та розвитку EPFL (CODEV). Грант було присуджено Групі землетрусів та структурно-динамічної динаміки в EPFL, а в Колумбії - Інженерній школі Антіокія та Університету Медельїна.