Maa ravistaa miljoonia kertoja vuosittain. Usein nämä maanjäristykset iskevät tutuissa paikoissa, kuten äskettäiset tappavat järistykset Ecuadorissa ja Japanissa. Muina aikoina järistys voi iskeä väkijoukkoihin vähemmän tuttuihin paikkoihin, kuten 5, 8: n suuruinen maanjäristys, joka iski Virginiassa vuonna 2011 ja vahingoitti Washingtonin muistomerkkiä.
Historialliset rakenteet ovat usein haavoittuvia maanjäristyksen aikana. Useat Nepalin maailmanperintökohteet tuhoutuivat tai vaurioituivat pahasti vuonna 2015 voimakkuuden 7, 8 voimakkuuden maanjäristyksen ja 7, 3: n voimakkuuden jälkijäristyksen aikana. Vanhemmat rakennuskäytännöt ja ikääntyvät rakennusmateriaalit tekevät useimmista historiallisista rakenteista vähemmän kykeneviä kestämään maanjäristyksen tai voimakkaiden tuulien aiheuttamaa tärinää. Nykyaikaisia rakennustekniikoita voidaan käyttää näiden rakenteiden päivittämiseen joidenkin mahdollisten vahinkojen lieventämiseksi, mutta silloinkin ne ovat alttiimpia kuin nykyaikaiset vastaavat.
NASA: n NASA: n Marshall-avaruuslentokeskuksen insinöörit sanovat, että he voivat auttaa historiallisia rakenteita selviytymään näistä tuhoisista tapahtumista. He ovat kehittäneet tavan muuttaa tapaa, jolla rakennukset reagoivat maapallonkuoren liikkeiden aiheuttamaan liikkeeseen. Ja kaikki alkoi rakettilla.
Teknologia tulee Ares-raketin työstä, joka on Constellation-ohjelmalle suunniteltu kantoraketti, jonka ennen sen peruuttamista vuonna 2010 odotettiin korvaamaan avaruussukkula astronautien viemiseksi avaruuteen. Rakettien värähtely oli niin paha, että se olisi loukannut ketään matkustajaa, joten NASA: n insinöörien oli löydettävä tapa tehdä ajoneuvo turvalliseksi. Tavanomainen tapa hallita ravistamista lisäämällä enemmän painoa ei kuitenkaan ollut vaihtoehto, koska raketti olisi ollut liian painava nostaakseen itsensä maapallon ilmakehästä.
Joukkue keksi tavan käyttää raketin polttoainetta ongelman ratkaisemiseksi. Ja sama ratkaisu voi toimia myös värähtelevissä rakennuksissa, mukaan lukien sadat vuosia sitten rakennetut rakennukset, sanoo Marshallin NASA-projektipäällikkö Rob Berry.
Historiallisista rakenteista voi puuttua sellaisia yhteyksiä, kuten teräsvahvistus, jotka muuttavat rakennuksen yksittäiset osat kestävämmäksi, yhtenäiseksi järjestelmäksi. Insinöörit voivat kuitenkin jälkiasentaa ne rakennukset, joilla on ulkoiset siteet, jotka pitävät rakennuksen yhdessä. "[Joillakin] näistä rakennuksista näet ulkopuolelta levyt, joiden läpi kulkee pultti ja päädyssä iso vanha mutteri", sanoo Alabaman yliopiston suurten rakenteiden laboratorion johtaja Michael Kreger. . "He yleensä maalaa nämä asiat mustaksi, joten ne näyttävät siltä kuin olisivät olleet siellä ikuisesti."
Toinen vaihtoehto on poistaa sisäpinnat, kuten paneelit ja koristelistat, ja rakentaa alkuperäisen ympärille uudet, teräsvahvisteiset seinät. Sitten nuo seinät peitetään, joten muutoksia ei voi nähdä.
Nämä ponnistelut ovat kuitenkin kalliita, eivätkä ne nosta koko rakennetta nykyisten rakennusmääräysten mukaiseksi, Kreger sanoo. Ja joissain historiallisissa rakenteissa ei ole tilaa, jota tarvitaan seinien lisäämiseen tai teräspalkkien piilottamiseen maanjäristyksen lieventämiseksi.
Uudet rakennukset sisältävät monia näistä tekniikoista rakentamisen aikana. Yleisin menetelmä rakennuksen liikkeen vähentämiseksi on ollut laite, jota kutsutaan viritetyksi massapelliksi (TMD). Esimerkki tästä olisi erittäin raskas esine, massa, joka lisätään tiettyyn taajuuteen asetettujen jousien päällä olevaan rakennukseen. Kun järistys tapahtuu tai tuuli puhaltaa, massa asetetaan liikkeelle rakennuksen liikkeellä. Tämä lisäpaino liikkuu vastakkaiseen suuntaan ja vähentää rakennuksen kokonaisliikettä. Tällainen laite ei kuitenkaan ole täydellinen. Rakennuksen on liikuttava ennen kuin TMD toimii, ja ne ensimmäiset sekunnit maanjäristyksestä voivat olla uskomattoman tuhoisia.
Berryn joukkue löysi uuden tavan käyttää itse rakennusta tai pienen määrän lisättyä massaa dramaattisemman liikkeen pudotuksen aikaansaamiseksi. Suurin osa TMD: stä käyttää esinettä, joka on noin 1-2 prosenttia rakennuksen painosta saavuttaakseen liikkeen vähentymisen noin 50 prosentilla. Pilvenpiirtäjässä tämä esine voi painaa jopa 2 miljoonaa puntaa. Rakettioikeuden ratkaisemiseksi NASA: n insinöörit käyttivät rakettipolttoainetta värähtelyjen lieventämiseen ja saavuttivat 95 prosentin vähennyksen 650 000 punnan rakettinsa liikkeessä. Se oli mahdollista yksinkertaisella ilmapallomaisella laitteella, jota kutsutaan nesterakennekytkimeksi, Berry sanoo.
”Ajattele ilmapalloa. Laita ilma palloon, se tulee suurempi; ota ilmaa pois ja se pienenee ”, hän sanoo. ”Jos laitan [ilmapallo] alas uima-altaaseen, vesi reagoi. Kun pallo supistuu, vesi seuraa pallo supistumista. Jos se laajenee, neste siirtyy pois. "
Koska vesi reagoi ilmapallon liikkeeseen, on mahdollista muuttaa nesteen luonnollista taajuutta säätämällä ilmapallon sisällä olevaa painetta. Rakennuksessa insinööri voi käyttää tätä konseptia rakenteen liikkumisen säätämiseen.
Ensin insinöörit määrittävät rakennuksen luonnollisen taajuuden oppiakseen, milloin se alkaa liikkua. Sitten he asettavat kytkimen (ilmapallo) eri taajuudelle. Laittamalla kytkentä vesimuodostumaan, kuten uima-altaaseen, tai lisäämällä katolla kiinnitettyjä vedellä täytettyjä putkia, vesi muuttaa rakennuksen luonnollista värähtelyä. Neste toimii kuin keinun ankkuri - keinu liikkuu edelleen, mutta se on paljon vaikeampi työntää. Samoin rakennus liikkuu vähemmän järistyksen tai voimakkaiden tuulien aikana.
NASA testasi tätä konseptia menestyksekkäästi omalla historiallisella rakenteellaan, dynaamisella rakennetestauslaitteella vuonna 2013. Mutta Berry ja hänen tiiminsä tunnustivat, että kaikilla rakennussuunnitelmilla ei olisi tilaa lisätä tällaista nestepohjaista järjestelmää. Joten he sovelsivat opittuaan kehittääkseen mekaanisen laitteen, joka vie vähemmän tilaa, mutta tarjoaa samanlaisen ankkurin.
Nyt ryhmä on keksinyt uuden version tekniikasta, nimeltään häiritsevä viritetty massa (DTM), joka käyttää metallin kimpaleen sijasta veden sijasta lieventämään rakennuksen liikettä. Se on paljon pienempi kuin perinteinen TMD ja maksaa paljon vähemmän tuottaa, mutta on yhtä tehokas.
Aiemmin tässä kuussa Kreger ja hänen kollegansa, jotka olivat skeptisiä NASA: n väitteiden suhteen, esittivät laitteen ensimmäisen testinsä avulla simuloidussa maanjäristyksessä Alabaman yliopiston kestävän infrastruktuurin keskuksessa. Se oli menestys.
"Koe osoitti selvästi, että häiritsevä viritetty massa ylitti viritetyn massapellin ja osoitti selvästi, että se on hyödyllinen maanjäristyksen lieventämisessä", Berry sanoo. Hänen mukaansa tämä uusi lähestymistapa on toinen hieno esimerkki siitä, missä avaruusohjelmalle johdettu tekniikka voi tarjota teollisuudelle uusia ominaisuuksia.
Kreger suostuu ja toivoo olevansa kumppani NASA: n kanssa tulevien DTM-järjestelmien testaamisessa ja kehittämisessä.
Nämä tekniikat ovat prototyyppejä, mutta NASA työskentelee yhdessä yksityisten yritysten kanssa kehittääkseen kaupallisia tuotteita, joita voidaan käyttää maanjäristyksen lieventämiseen julkisissa ja yksityisissä rakennuksissa, mukaan lukien historialliset rakenteet.
Tämä uusi tekniikka saattaa jopa auttaa Washingtonin muistomerkkiä kestämään maanjäristysten ja tuulen tärinät, Berry sanoo. "Lyön vetoa, että he ovat etsineet erilaisia tapoja lieventää", hän sanoo. ”Mutta jos sama maanjäristys olisi läpikäynyt siellä häiriöitä aiheuttavan viritetyn massan ollessa asennettuna, vastaus olisi ollut täysin erilainen. Olisimme voineet mykistää vastauksen. ”
Hän jatkaa: ”Haluaisin, että Washington Monumentin ihmiset soittavat. Tätä tekniikkaa kehitettiin veronmaksajien rahoilla, joten se kuuluu heille. ”
