10 Tehnologii Care Ajută Clădirile Să Reziste La Cutremure

{h1}

Cutremurele nu sunt întotdeauna vești proaste pentru clădiri dacă sunt echipate cu aceste 10 tehnologii. Aflați mai multe despre tehnologiile rezistente la cutremure.

Epoca bronzului a cunoscut ascensiunea mai multor civilizații de succes, inclusiv câteva care au reușit să construiască orașe impresionante, cu grile comandate și instalații sanitare sofisticate. Acum, oamenii de știință cred că activitatea tectonică ar fi putut contribui la dispariția unora dintre aceste culturi antice. De exemplu, cercetările efectuate în orașul Megiddo (acum parte a Israelului actual) sugerează că un cutremur masiv ar fi putut devasta orașul, ceea ce a dus la straturi asemănătoare cu sandwich-uri găsite în săpături. Și o serie de cutremure este posibil să fi adus în jos civilizația Harappan (în ceea ce este acum Pakistanul), care a dispărut brusc în 1900 B.C.E.

Suntem la fel de sensibili astăzi la efectele ulterioare ale cutremurelor puternice. Atunci când sunt expuse forțelor laterale bruște produse de valurile seismice, chiar și clădirile și podurile moderne pot eșua complet și se pot prăbuși, zdrobind oamenii în, în jurul și în jurul lor. Dacă este ceva, problema s-a agravat pe măsură ce mai mulți oameni trăiesc în medii urbane și pe măsură ce structurile au crescut. Din fericire, în ultimele decenii, arhitecții și inginerii au conceput o serie de tehnologii inteligente pentru a se asigura că case, unități multifamiliare și zgârie-nori se îndoaie, dar nu se rup. Drept urmare, locuitorii clădirii pot ieși nevătămați și pot începe să ridice piesele.

În următoarele pagini, am reunit 10 dintre aceste tehnologii care împiedică temblorul. Unii sunt în jur de câțiva ani. Alții, precum primul articol din numărătoarea inversă, sunt idei relativ noi care sunt încă testate.

10. Fundația Levitativă

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: reziste

Se dovedește că vechiul Capitoliu de stat din Utah a fost considerat a fi vulnerabil la un cutremur moderat, așa că a blocat propriul sistem de izolare a bazelor, finalizat în 2007. iStockphoto / Thinkstock

Inginerii și seismologii au favorizat izolarea bazelor de ani de zile ca mijloc de protecție a clădirilor în timpul unui cutremur. După cum sugerează și numele său, acest concept se bazează pe separarea substructurii unei clădiri de suprastructura sa. Un astfel de sistem implică plutirea unei clădiri deasupra fundației sale pe rulmenți din cauciuc cu plumb, care conțin un miez solid de plumb învelit în straturi alternative de cauciuc și oțel. Plăcile de oțel atașează lagărele la clădire și fundația sa și apoi, când un cutremur lovește, permite fundației să se miște fără a muta structura deasupra ei.

Acum, unii ingineri japonezi au dus la izolarea bazelor la un nou nivel. Sistemul lor invită de fapt o clădire pe o pernă de aer. Iată cum funcționează: Senzorii de pe clădire detectează activitatea seismică neobișnuită a unui cutremur. Rețeaua de senzori comunică cu un compresor de aer, care, într-o jumătate de secundă de la avertizare, forțează aerul dintre clădire și fundația sa. Perna de aer ridică structura de până la 3 centimetri (3 centimetri) de la sol, izolând-o de forțele care ar putea să o rupă. Când cutremurul dispare, compresorul se oprește, iar clădirea se așează din nou la fundația sa. Singurul lucru care lipsește este piesa tematică din „Cel mai mare erou american”.

9. Amortizoare

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: tehnologii

Amortizatoarele nu sunt doar pentru mașini. Dacă ai merge pe parașuta lui Coney Island înapoi în ziua respectivă, ai fi fost bucuros să vezi amortizoarele care se sprijină în partea de jos, gata să-ți înmoaie aterizarea. iStockphoto / Thinkstock

O altă tehnologie încercată și adevărată pentru a ajuta clădirile să se ridice împotriva cutremurelor îi ia atenția din industria auto. Ești familiarizat cu amortizor - dispozitivul care controlează mișcarea nedorită a arcului în mașină. Amortizoarele încetinesc și reduc amploarea mișcărilor vibratorii prin transformarea energiei cinetice a suspensiei de respingere în energie termică care poate fi disipată prin fluidul hidraulic. În fizică, acest lucru este cunoscut sub numele de amortizaremotiv pentru care unele persoane se referă la amortizoare ca amortizoare.

Se pare că amortizoarele pot fi utile la proiectarea clădirilor rezistente la cutremur. Inginerii plasează în general amortizoare la fiecare nivel al unei clădiri, cu un capăt atașat la o coloană și celălalt capăt atașat la un fascicul. Fiecare amortizor este format dintr-un cap de piston care se deplasează în interiorul unui cilindru umplut cu ulei de silicon. Când un cutremur lovește, mișcarea orizontală a clădirii determină ca pistonul din fiecare amortizor să se împingă împotriva uleiului, transformând energia mecanică a cutremurului în căldură.

8. Puterea pendulului

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: reziste

Amortizorul de masă reglat la Taipei 101 în Taiwan © Victor Fraile / Corbis

Amortizarea poate lua multe forme. O altă soluție, în special pentru zgârie-nori, implică suspendarea unei mase enorme în apropierea vârfului structurii. Cablurile de oțel sprijină masa, în timp ce amortizoarele fluide vâscoase se află între masă și clădirea pe care încearcă să o protejeze. Când activitatea seismică face ca clădirea să se balanseze, pendulul se mișcă în direcția opusă, disipând energia.

Inginerii se referă la astfel de sisteme amortizoare de masă reglate deoarece fiecare pendul este reglat exact pe frecvența vibrațională naturală a unei structuri. Dacă mișcarea la sol face ca o clădire să oscileze la frecvența sa de rezonanță, clădirea va vibra cu o cantitate mare de energie și probabil va suferi daune. Sarcina unui amortizor de masă reglat este de a contracara rezonanța și de a minimiza răspunsul dinamic al structurii.

Taipei 101, care se referă la numărul de etaje din zgârie-nori de 1.667 metri înălțime (508 metri înălțime), folosește un amortizor de masă reglat pentru a minimiza efectele vibraționale asociate cu cutremure și vânturi puternice. În centrul sistemului este o bilă de 730 de tone (660-metrice), de culoare aurie suspendată de opt cabluri de oțel. Este cel mai mare și mai greu amortizor de masă din lume.

7. Siguranțe înlocuibile

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: clădirile

Știi cum se lovește o siguranță electrică dacă este supraîncărcat? Inginerii încearcă să încorporeze acest concept în clădirile rezistente la cutremure pentru clădiri. iStock / Thinkstock

În lumea electricității, o siguranță asigură protecție prin eșec dacă curentul dintr-un circuit depășește un anumit nivel. Acest lucru sparge fluxul de energie electrică și previne supraîncălzirea și incendiile. După incident, pur și simplu înlocuiți siguranța și restabiliți sistemul la normal.

Cercetătorii de la Universitatea Stanford și Universitatea din Illinois au experimentat un concept similar în încercarea de a construi o clădire rezistentă la cutremur. Ei își spun ideea a sistem de balansare controlat deoarece ramele de oțel care alcătuiesc structura sunt elastice și se lasă să se prăjească deasupra fundației. Dar asta nu ar fi o soluție ideală.

În plus față de cadrele de oțel, cercetătorii au introdus cabluri verticale care ancorează partea superioară a fiecărui cadru la fundație și limitează mișcarea de balansare. Nu numai că, cablurile au o capacitate de centrare în sine, ceea ce înseamnă că pot trage întreaga structură în poziție verticală când se oprește agitarea. Componentele finale sunt siguranțele de oțel înlocuibile plasate între două cadre sau la bazele coloanelor. Dintii metalici ai siguranțelor absorb energia seismică ca rocile de construcție. Dacă „sufle” în timpul unui cutremur, acestea pot fi înlocuite relativ rapid și rentabil pentru a readuce clădirea la forma sa originală, de tăiere a panglicilor.

6. Perete cu miez de balansare

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: care

O clădire de rame din lemn cu patru etaje este testată în condițiile mai multor cutremure istorice, folosind cea mai mare masă de agitare în aer liber din lume de către cercetătorii de la Universitatea din San Diego, California, pe 17 august 2013. © Mike Blake / Reuters / Corbis

În multe clădiri moderne cu înălțime înaltă, inginerii folosesc construcția de pereți de bază pentru a crește performanța seismică la costuri mai mici. În acest proiect, un miez de beton armat străbate inima structurii, înconjurând băncile ascensorului. Pentru clădiri extrem de înalte, peretele de miez poate fi destul de substanțial - cel puțin 30 de picioare în fiecare direcție a planului și grosimea de 18-30 cm.

În timp ce construcția pereților de bază ajută clădirile să reziste la cutremure, nu este o tehnologie perfectă. Cercetătorii au descoperit că clădirile cu bază fixă ​​cu pereți de miez încă pot experimenta deformări inelastice importante, forțe mari de forfecare și accelerații ale pardoselii dăunătoare. O soluție, așa cum am discutat deja, este izolarea bazei - plutirea clădirii pe rulmenți din cauciuc plumb. Acest design reduce accelerațiile podelei și forțele de forfecare, dar nu împiedică deformarea la baza peretelui central.

O soluție mai bună pentru structurile din zonele de cutremur necesită un perete cu miez de balansare combinat cu izolarea bazei. Un perete de miez care se balansează la nivelul solului pentru a împiedica deformarea permanentă a betonului din perete. Pentru a realiza acest lucru, inginerii consolidează cele două niveluri inferioare ale clădirii cu oțel și încorporează post-tensionare pe întreaga înălțime. În sistemele de post-tensionare, tendoanele din oțel sunt filetate prin peretele miezului. Tendoanele acționează ca niște benzi de cauciuc, care pot fi întinse strâns de cricuri hidraulice pentru a crește rezistența la tracțiune a peretelui de miez.

5. Mantie de invizibilitate seismică

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: clădirile

Ne-am obișnuit să vedem inele concentrice în apa care se plutește. Unii seismologi consideră că inelele concentrice din plastic ar putea fi utile pentru protejarea clădirilor de deteriorarea cutremurului. Dar ce se întâmplă cu clădirile din apropiere dacă valurile de suprafață își continuă drumul la forță deplină? Hemera / Thinkstock

Poate vă gândiți la apă sau sunet atunci când luați în considerare subiectul valurilor, dar cutremurele produc și valuri, clasificate de geologi ca fiind corp și valuri de suprafață. Primii călătoresc rapid prin interiorul Pământului. Acestea din urmă călătorește mai lent prin crusta superioară și includ un subset de valuri - cunoscut sub numele de Valuri de raze - care mișcă pământul pe verticală. Această mișcare în sus și în jos provoacă cea mai mare parte din agitarea și daunele asociate cu un cutremur.

Acum imaginați-vă dacă ați putea întrerupe transmiterea unor unde seismice. S-ar putea să fie posibil să deviem energia sau să o regrupăm în jurul zonelor urbane? Unii oameni de știință cred acest lucru și și-au numit soluția „mantia de invizibilitate seismică” pentru capacitatea sa de a face o clădire invizibilă valurilor de suprafață. Inginerii cred că pot crea „mantia” din 100 de inele concentrice de plastic îngropate sub fundația unei clădiri [sursa: Barras]. Pe măsură ce undele seismice se apropie, acestea intră în inele la un capăt și devin conținute în sistem. Valorificat în interiorul „mantiei”, valurile nu își pot transmite energia structurii de mai sus. Pur și simplu trec în jurul fundației clădirii și ies pe partea cealaltă, unde ies din inele și își reiau călătoria pe distanțe lungi. O echipă franceză a testat conceptul în 2013.

4. Forma Alege memorie

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: ajută

Ryo Ota, manager de grup pentru Olympus Optical Company din Japonia, deține un tub de aliaj cu memorie de formă. Inginerii consideră că aceste materiale inteligente s-ar putea dovedi utile în prevenirea avariilor cutremurelor la clădiri. © TWPhoto / Corbis

După cum am discutat anterior în numărătoarea inversă, plasticitatea materialelor prezintă o provocare majoră pentru inginerii care încearcă să construiască structuri rezistente la cutremure. Plasticitate descrie deformarea care apare în orice material atunci când li se aplică forțe. Dacă forțele sunt suficient de puternice, forma materialului poate fi modificată permanent, ceea ce compromite capacitatea sa de a funcționa corect. Oțelul poate experimenta deformarea plastică, dar la fel și betonul. Și totuși, ambele materiale sunt utilizate pe scară largă în aproape toate proiectele de construcții comerciale.

Introduceți forma aliajului de memorie, care poate îndura tulpini grele și poate reveni la forma sa inițială. Mulți ingineri experimentează aceste așa-numite materiale inteligente ca înlocuitori pentru construcțiile tradiționale din oțel și beton. Un aliaj promițător este nichel-titan, sau nitinolul, care oferă cu 10 până la 30 la sută mai multă elasticitate decât oțelul [sursa: Raffiee]. Într-un studiu din 2012, cercetătorii de la Universitatea din Nevada, Reno, au comparat performanța seismică a coloanelor de pod realizate din oțel și beton cu coloane din nitinol și beton. Aliatul de memorie de formă a depășit materialele tradiționale pe toate nivelurile și a suferit daune mult mai puține [sursa: Raffiee].

3. Înveliș din fibre de carbon

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: tehnologii

Acest semn de avertizare a cutremurului a fost postat la intrarea în bazilică, la Misiunea Carmel din Carmel, Calif. Bazilica a început să obțină o retehnologizare seismică în 2012. © Michael Fiala / Reuters / Corbis

Este logic să iei în considerare rezistența la cutremur atunci când construiești o nouă structură, dar modernizarea clădirilor vechi pentru a îmbunătăți performanțele lor seismice este la fel de importantă. Inginerii au descoperit că adăugarea sistemelor de izolare de bază la structuri este atât fezabilă cât și atractivă din punct de vedere economic. O altă soluție promițătoare, mult mai ușor de implementat, necesită o tehnologie cunoscută sub numele de înveliș din plastic consolidat cu fibre, sau FRP. Producătorii produc aceste ambalaje prin amestecarea fibrelor de carbon cu polimeri de legare, cum ar fi epoxi, poliester, ester vinilic sau nylon, pentru a crea un material compozit ușor, dar incredibil de puternic.

În reamenajarea aplicațiilor, inginerii pur și simplu înfășoară materialul în jurul coloanelor de sprijin din beton ale podurilor sau clădirilor și apoi pompează epoxid sub presiune în golul dintre coloană și material. Pe baza cerințelor de proiectare, inginerii pot repeta acest proces de șase sau opt ori, creând un fascicul învelit de mumie cu rezistență și ductilitate semnificativ mai mare. Uimitor, chiar și coloanele deteriorate de cutremur pot fi reparate cu învelișuri din fibre de carbon. Într-un studiu, cercetătorii au descoperit că coloanele de poduri slăbite de autostradă coconate cu materialul compozit erau cu 24 până la 38 la sută mai puternice decât coloanele despachetate [sursa: Saadatmanesh].

2. Biomateriale

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: tehnologii

Midi: sunt gustoase și la îndemână pentru rezistența la cutremur. iStock / Thinkstock

În timp ce inginerii se descurcă cu aliajele cu memorie de formă și ambalajele din fibră de carbon, anticipează un viitor în care pot fi disponibile și materiale mai bune pentru construcții rezistente la cutremure. Și inspirația pentru aceste materiale poate provine din regatul animalelor. Luați în considerare muschiul slab, un moluscă bivalve găsit atașat de rocile oceanice sau, după ce a fost scos și aburit în vin, pe farfuria noastră de cină. Pentru a rămâne atașat de perchile lor precare, midii secretă fibre lipicioase cunoscute sub numele de fire de bysal. Unele dintre aceste fire sunt rigide și rigide, în timp ce altele sunt flexibile și elastice. Când un val se prăbușește pe o midie, acesta rămâne pus, deoarece șuvițele flexibile absorb șocul și disipa energia. Cercetătorii au calculat chiar raportul exact al fibrelor rigid-flexibile - 80:20 - ceea ce conferă midii aderenta sa [sursa: Qin]. Acum este o problemă de a dezvolta materiale de construcție care să imite midula și capacitatea sa nespus de rămasă.

Un alt fir interesant vine din capătul sud al păianjenilor. Știm cu toții că, lire sterline, mătasea de păianjen este mai puternică decât oțelul (trebuie doar să întrebați Peter Parker), dar oamenii de știință din MIT cred că este răspunsul dinamic al materialului natural sub tensiune grea, care îl face atât de unic. Când cercetătorii au tras și au tras pe șuvițe individuale de mătase de păianjen, au descoperit că firele erau inițial rigid, apoi întinse, apoi rigidizate din nou. Acest răspuns complex, neliniar, face ca pânzele de păianjen să fie atât de rezistente, iar firul de păianjen să fie un material atât de tentant încât să imite în următoarea generație de construcție rezistentă la cutremur.

1. Tuburi din carton

10 Tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure: care

În această ilustrație, puteți vedea catedrala de carton proiectată de arhitectul japonez Shigeru Ban. Structura temporară, care folosește și cherestea, oțel și o bază de beton, va găzdui 700 de patroni în timp ce se construiește o catedrală permanentă. Catedrala Christchurch prin Getty Images

Și cum rămâne cu țările în curs de dezvoltare, unde nu este viabil din punct de vedere economic încorporarea tehnologiilor anti-cutremur în case și clădiri de birouri? Sunt sortiți să sufere mii de victime de fiecare dată când pământul se agită? Nu neaparat. Echipele de ingineri lucrează în întreaga lume pentru a proiecta structuri rezistente la cutremure folosind materiale disponibile local sau ușor de obținut. De exemplu, în Peru, cercetătorii au făcut structurile tradiționale de adob mult mai puternice prin întărirea pereților cu plasă din plastic. În India, inginerii au folosit cu succes bambusul pentru consolidarea betonului. Și în Indonezia, unele locuințe sunt acum pe rulmenți ușor de confecționat din anvelope vechi pline cu nisip sau piatră.

Chiar și cartonul poate deveni un material de construcție rezistent și durabil. Arhitectul japonez Shigeru Ban a proiectat mai multe structuri care încorporează tuburi de carton acoperite cu poliuretan ca elemente primare de încadrare. În 2013, Ban a prezentat unul dintre desenele sale - Catedrala de tranziție - la Christchurch, Noua Zeelandă. Biserica folosește 98 de tuburi de carton uriașe întărite cu grinzi de lemn [sursa: Slezak]. Deoarece structura din carton și lemn este extrem de ușoară și flexibilă, are o performanță mult mai bună decât betonul în timpul evenimentelor seismice. Și dacă se prăbușește, este mult mai puțin probabil să zdrobiți oamenii adunați înăuntru. În total, te face să vrei să tratezi tuburile de carton amplasate în rola de hârtie igienică cu puțin mai mult respect.

Ariciul Sonic ar putea să-și supraviețuiască propria viteză?

Ariciul Sonic ar putea să-și supraviețuiască propria viteză?

S-ar putea ca Sonic the Hedgehog să se descurce în mod realist cu viteze supersonice? WordsSideKick.com explorează ce altceva ar putea avea Sonic pentru a supraviețui rapidității sale.


Nota autorului: 10 tehnologii care ajută clădirile să reziste la cutremure

Când s-a izbit cutremurul din Virginia din 2011, eram la vreo 55 de mile (89 de kilometri) de epicentru. A produs un zbucium asemănător locomotivei și a mișcat pământul într-un mod neliniștitor, greu de descris. În orașele mici Louisa și Mineral, în apropierea casei mamei mele, s-au prăbușit câteva structuri și multe alte pagube semnificative. În timp ce cutremurul în sine era înspăimântător, ceea ce era mai deranjant era simțul nostru colectiv că, aflându-ne atât de departe de Inelul de Foc și de amenințarea constantă a activității tectonice, eram într-un fel izolați de aceste tipuri de evenimente. Mă face să mă întreb dacă codurile de construcție din Virginia au fost actualizate pentru a încorpora unele dintre aceste tehnologii rezistente la cutremure.





RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com