Jak budynki w Turcji były zabezpieczone przed trzęsieniem ziemi?

• Za zniszczenia w Turcji i Syrii odpowiada trzęsienie ziemi o sile 7,8 w skali Richtera, które miało miejsce w poniedziałek. 
• Po nim doszło do ponad 240 wstrząsów wtórnych, a niektóre siłą niemal dorównały głównemu trzęsieniu. Zazwyczaj wstrząsy wtórne są przynajmniej o 1 stopień słabsze.
• Czy Turcja jest dobrze zabezpieczona przed skutkami kataklizmu? 

Niestety, hipocentrum trzęsienia znajdowało się stosunkowo blisko powierzchni ziemi, co intensyfikuje drgania. Przed świętami pisałem o trzęsieniu ziemi na Dolnym Śląsku, które miało siłę 3,3 stopnia w skali Richtera. Według tabelek powinno być odczuwalne wyłącznie przez sejsmografy, a jednak było odczuwalne przez ludzi. Właśnie z tego samego powodu - hipocentrum blisko powierzchni. Chociaż trzeba wyraźnie podkreślić, że to były dwa różnego rodzaju trzęsienia Ziemi. W Polsce miało miejsce antropogeniczne, w Turcji - sejsmiczne trzęsienie ziemi.

Mimo dużej siły wstrząsów pojawia się pytanie, czy Turcja - skoro wie, że ziemia może zadrżeć, to nie zabezpiecza swoich budynków? Czy prawo budowlane jest do zmiany? Otóż nie. Chociaż najczęściej słyszymy o budynkach w Stanach Zjednoczonych i wschodniej części Azji, przystosowanych do trzęsień ziemi, to Turcja również stara się zabezpieczyć mieszkańców przed skutkami klęsk żywiołowych (poza trzęsieniami są to choćby susze, powodzie czy spływy błotne).

Wiele zmian zaszło po ogromnym trzęsieniu ziemi z epicentrum w Gölcük, niedaleko Izmitu. Miało miejsce 17 sierpnia 1999 roku, siłę 7,6 stopnia w skali Richtera i trwało przez 37 sekund. Wówczas wprowadzono m.in. obowiązkowe ubezpieczenie od trzęsienia ziemi. 

Ustawa o klęskach żywiołowych wprowadza liczne zasady, których należy przestrzegać przed  postawieniem budynku. Kładzie nacisk m.in. na prowadzenie badań wytrzymałości budynków na wstrząsy i wibracje oraz odporność drzwi i okien. Od tego czasu turecki rząd podjął wiele starań, by nowe budynki były odporne na trzęsienia ziemi aż do 8 stopni w skali Richtera, a obiekty takie jak lotniska, mosty, stacje metra nawet do 9 stopni w skali Richtera. Wydano wiele zaleceń w celu wzmocnienia budynków, m.in. pomieszczenia w budynkach powinny być tak konstruowane, by ściany wraz ze stropami tworzyły wytrzymałą całość, która przetrwa wstrząsy.

Po trzęsieniu w 1999 roku wprowadzono również ochronę przed klęskami żywiołowymi powszechnie znaną jako DASK. To obowiązkowe ubezpieczenie, bez którego właścicieli mieszkań i domów czeka wiele utrudnień. Po raz pierwszy należy je opłacić przed rozpoczęciem budowy. Bez niego nie ma mowy o podłączeniu wody, prądu, gazu, internetu czy telefonu. Również kupując mieszkanie lub dom konieczne jest jego opłacenie, a później coroczne wnoszenie opłaty, której wysokość uzależniona jest od zakresu ochrony i powierzchni nieruchomości. Orientacyjnie, waha się w granicach 15-30 euro.

Prawo budowlane, jak każde prawo (np. lotnicze.), udoskonala się z czasem. W związku z tym większy problem stanowią starsze budynki, które budowano przed doprecyzowaniem przepisów oraz dzielnice biedy, gdzie stoją gecekondular. To tureckie określenie, które można przetłumaczyć jako slumsy, ale odnosi się nie do całej dzielnicy nędzy (jak np. fawele w Brazylii), lecz do pojedynczych domów.

Gecekondular (l.poj. - gecekondu) to schronienia wznoszone wbrew przepisom, zasadom budowlanym, często na gruntach, do których dane osoby w ogóle nie mają prawa, bez zgody właściciela. W związku z brakiem możliwości opłacenia wspomnianego ubezpieczenia DASK media nie mogą być tu podłączone. Choć często są, nielegalnie. To miejsca, w których klęski żywiołowe mogą przynieść ogromne straty.

Starsze budynki władze starają się z czasem i w miarę możliwości przystosowywać do trzęsień ziemi. Jest to jednak trudne i drogie.

Często budynki projektowane w strefach sejsmicznych z zewnątrz nie są spektakularne. Cała "magia" jest w środku. Co czyni je mocniejszymi?

Stworzenie elastycznego fundamentu może pomóc w przetrwaniu trzęsienia ziemi. Jedną z opcji jest budowa konstrukcji na podkładach oddzielających budynek od gruntu. W wyniku tego podczas wstrząsów klocki poruszają się, a budynek pozostaje nieruchomy. W 2019 roku opisano metodę wykonania solidnej płyty fundamentowej ze zbrojonego betonu i konstrukcji na piaskowej poduszce.

W latach 60. inżynierowie, współpracując z NASA, opracowali system amortyzatorów dla rakiet. Początkowe rozwiązania wykorzystujące gaz zamieniono na ciecze i do tej pory wykorzystywany jest podczas tworzenia budynków odpornych na trzęsienia ziemi. Takie amortyzatory można stosować na całej wysokości budynku, np. co dwa piętra, by dodatkowo poprawić odporność. Wysokie budynki mogą odchylać się nawet o 1,5 metra w jedną stronę, rozmieszczenie amortyzatorów zmniejsza kołysanie się konstrukcji.

Istotne jest także odpowiednie odwodnienie i przygotowanie gruntu. Woda zmniejsza stabilność, a zbyt sypki materiał w podłożu może spowodować zjawisko zwane upłynnieniem. Sprawia ono, że budynki toną lub przesuwają się na jedną stronę, a rury kanalizacyjne mogą wychodzić na powierzchnię. Kiedy gleba ponownie krzepnie po trzęsieniu ziemi, budynki pozostają w swoich zatopionych, przechylonych pozycjach. Niektóre budynki mogą mieć setki lub tysiące odwadniających drenów.

Inżynierowie mają różne sposoby wzmacniania konstrukcji budynku. Wiele z nich przenosi siły np. ściany usztywniające i ramy usztywniające przenoszą siły poprzeczne z podłóg i dachu na fundament. Co ciekawe, niższe budynki mają mniejszą elastyczność niż te wyższe. W związku z tym inżynierowie zazwyczaj zdają sobie sprawę, że muszą zapewnić więcej wzmocnień konstrukcyjnych w przypadku konstrukcji, które mają tylko kilka pięter w porównaniu z drapaczami chmur.

Skoro już mowa o elastyczności, to poza konstrukcją i wzmocnieniami ważny jest także materiał, z którego zostanie wykonana reszta budynku. Stal konstrukcyjna jest jednym z najbardziej ciągliwych materiałów, podczas gdy cegła i beton są materiałami o niskiej ciągliwości. Ale naukowcy stworzyli już beton zbrojony włokami, który w testach przetrwał trzęsienia o sile 9 stopni w skali Richtera.

Najczęściej mówiąc o trzęsieniach ziemi, jako przykład podajemy Japonię (w zasadzie już od szkoły, bo leżąc na Pacyficznym Pierścieniu Ognia, na jej przykładzie omawia się te katastrofy). To rzeczywiście specyficzny kraj pod względem geologii. Położony na wyspach w trefie subdukcji, narażony jest na silne wiatry, wybuchy wulkanów, trzęsienia ziemi i fale tsunami.

Dlatego w Japonii istnieją dwa poziomy odporności budynków. Pierwszy to wytrzymanie trzęsień ziemi, które w ciągu funkcjonowania każdy budynek będzie musiał statystycznie wytrzymać trzy-cztery razy. W tym przypadku absolutnie nie może dojść do żadnych uszkodzeń.

Drugi poziom to ekstremalne trzęsienia ziemi, które są znacznie rzadsze. Przykładem takiego silnego trzęsienia było zdarzenie z 1929 r., które zniszczyło Tokio i Jokohamę, zabijając ponad 140 000 ludzi. Tu dopuszczalne jest powstanie zniszczeń o stopniu niezagrażającym życiu człowieka.

Z ciekawych i znanych przykładów budynków przystosowanych do trzęsień ziemi warto wymienić choćby:

Taipei 101, Tajwan - położony 200 metrów od uskoku. Przed trzęsieniami budynek chroni konstrukcja. Słynna kula na 92 piętrze niweluje przede wszystkim podmuchy wiatru, jednak podczas trzęsienia ziemi również chroni budynek.

Vancouver House, Kanada - nie dość, że ma wyjątkowy kształt, to leży w pobliżu uskoku przesuwczego. W tym przypadku konstruktorzy zadbali o odpowiednią konstrukcję, która przenosi siły.

Przeczytaj także: 

Odkryli nową warstwę pod skorupą ziemską. Wpływa na trzęsienia ziemi?

Największe trzęsienia ziemi na świecie. Setki ofiar, miliony strat