Pământul se agită de milioane de ori în fiecare an. Adesea, aceste cutremure se lovesc de locuri cunoscute, cum ar fi cutremurele recente, mortale din Ecuador și Japonia. În alte momente, un cutremur ar putea lovi într-un loc mai puțin familiarizat cu temblors, cum ar fi cutremurul cu magnitudinea 5, 8, care a lovit Virginia în 2011 și a deteriorat Monumentul de la Washington.
Structurile istorice sunt adesea vulnerabile în timpul unui cutremur. Mai multe site-uri din Patrimoniul Mondial din Nepal au fost distruse sau deteriorate grav în 2015 în timpul unui cutremur cu magnitudinea de 7, 8 și după replici la fel de puternice ca magnitudinea 7.3. Practicile de construcție mai vechi și materialele de construcție îmbătrânite fac ca majoritatea structurilor istorice să fie mai puțin capabile să reziste vibrațiilor care apar în timpul unui cutremur sau al vânturilor mari. Tehnicile moderne de construcție pot fi utilizate pentru a actualiza aceste structuri pentru a atenua o parte din daunele potențiale, dar chiar și atunci sunt mai vulnerabile decât omologii lor moderni.
Acum, inginerii de la centrul Marshall Space Flight al NASA din Huntsville, Ala., Spun că pot ajuta structurile istorice să supraviețuiască acestor evenimente devastatoare. Ei au dezvoltat o modalitate de a schimba modul în care clădirile răspund la mișcarea cauzată de mișcări în scoarța terestră. Și totul a început cu o rachetă.
Tehnologia provine din lucrările pe racheta Ares, un vehicul de lansare conceput pentru programul Constellation care, înainte de a fi anulat în 2010, era de așteptat să înlocuiască naveta spațială pentru a duce astronauții în spațiu. Racheta a vibrat atât de rău încât ar fi rănit pe oricine la bord, așa că inginerii NASA au fost nevoiți să găsească o modalitate de a face vehiculul în siguranță. Cu toate acestea, modul obișnuit de a controla agitarea, adăugând mai multă greutate, nu a fost o opțiune, deoarece racheta ar fi fost prea grea pentru a se ridica din atmosfera Pământului.
Echipa și-a dat seama de o modalitate de a utiliza combustibilul rachetei pentru a rezolva problema. Și aceeași soluție poate funcționa și pentru clădirile vibrante, inclusiv pentru cele construite cu sute de ani în urmă, spune Rob Berry, manager de proiect NASA la Marshall.
Structurile istorice pot lipsi de tipurile de conexiuni, cum ar fi armătura din oțel, care transformă piesele individuale ale unei clădiri într-un sistem mai durabil, mai coerent. Inginerii, însă, pot retrofita acele clădiri cu legături externe care țin clădirea împreună. „Pe [unele] din aceste clădiri, veți vedea farfurii pe exterior cu un șurub care trece prin ele și o piuliță veche la capăt”, spune Michael Kreger, directorul Laboratorului de structuri pe scară largă de la Universitatea din Alabama . „De obicei vor picta aceste lucruri negru, astfel încât să pară că au fost acolo pentru totdeauna”.
O altă opțiune este să eliminați finisajele interioare, cum ar fi panourile și modelele de tundere, și să construiți pereți noi, armati din oțel, în jurul originalelor. Acești ziduri sunt apoi acoperiți, astfel încât modificările nu pot fi văzute.
Aceste eforturi sunt costisitoare și nu aduc întreaga structură la codurile de construcție actuale, spune Kreger. Și unele structuri istorice nu au spațiul necesar pentru a adăuga ziduri sau a ascunde grinzi de oțel pentru atenuarea cutremurului.
Clădirile noi încorporează multe dintre aceste tehnologii în timpul construcției. Cea mai comună metodă de reducere a mișcării unei clădiri a fost un dispozitiv numit amortizor de masă reglat (TMD). Un exemplu în acest sens ar fi un obiect foarte greu, masa, adăugată la o clădire deasupra arcurilor reglată la o frecvență specifică. Când se întâmplă un cutremur sau când bate vântul, masa este pusă în mișcare prin mișcarea clădirii. Această greutate adăugată se mișcă în direcția opusă și reduce mișcarea generală a clădirii. Un astfel de dispozitiv nu este perfect. Clădirea trebuie să se mute înainte ca TMD să funcționeze, iar primele câteva secunde ale unui cutremur pot fi incredibil de distructive.
Echipa lui Berry a găsit o nouă modalitate de a folosi clădirea în sine sau o cantitate mică de masă adăugată pentru a produce o scădere mai dramatică a mișcării. Majoritatea TMD folosesc un obiect egal cu aproximativ 1 până la 2 la sută din greutatea clădirii pentru a obține o reducere a mișcării de aproximativ 50 la sută. Într-un zgârie-nori, acel obiect poate cântări până la 2 milioane de lire sterline. Pentru a rezolva problema rachetei, inginerii NASA au folosit combustibilul rachetă pentru a atenua vibrațiile și au obținut o reducere de 95% a mișcării pentru racheta lor de 650.000 de lire. Acest lucru a fost posibil cu un dispozitiv simplu, asemănător unui balon, numit cuplaj cu structură fluidă, spune Berry.
„Gândește-te la un balon. Pune aer în interiorul balonului, devine mai mare; scoate aerul și devine mai mic ”, spune el. „Dacă aș pune [balonul] într-o piscină, apa va reacționa. Când acel balon se contractă, apa urmărește contracția balonului. Dacă se extinde, fluidul se îndepărtează de acesta. "
Deoarece apa răspunde la mișcarea balonului, este posibilă modificarea frecvenței naturale a lichidului prin reglarea presiunii din interiorul balonului. Cu o clădire, un inginer poate folosi acel concept pentru a ajusta modul în care structura se va muta.
Mai întâi, inginerii determină frecvența naturală a clădirii pentru a afla când va începe să se mute. Apoi au setat cuplajul (balonul) la o frecvență diferită. Prin plasarea cuplajului într-un corp de apă, cum ar fi într-o piscină sau adăugarea de conducte umplute cu apă atașată pe acoperiș, apa modifică vibrațiile naturale ale clădirii. Lichidul acționează ca o ancoră pentru un leagăn - leagănul se va mișca în continuare, dar va fi mult mai greu de apăsat. De asemenea, clădirea se mișcă mai puțin în timpul unui cutremur sau al vânturilor mari.
NASA a testat cu succes acest concept pe o structură istorică proprie, Dynamic Structural Test Facility în 2013. Dar Berry și echipa sa au recunoscut că nu toate proiectele de clădiri vor avea spațiul pentru a adăuga acest tip de sistem pe bază de fluide. Așa că au aplicat ceea ce au învățat pentru a dezvolta un dispozitiv mecanic care să ocupe mai puțin spațiu, dar care să ofere același tip de ancoră.
Acum, echipa a venit cu o nouă versiune a tehnologiei, numită masă de reglare perturbatoare (DTM), care folosește o bucată de metal, în loc de apă, pentru a atenua mișcarea unei clădiri. Este mult mai mic decât un TMD convențional și costă mult mai puțin pentru a produce, dar este la fel de eficient.
La începutul acestei luni, Kreger și colegii săi, care erau sceptici față de pretențiile NASA, au pus dispozitivul prin primul test într-un cutremur simulat de la Universitatea din Alabama, Centrul pentru Infrastructura Durabilă. A fost un succes.
„Testul a arătat în mod clar că amortizorul de masă deconectat a depășit masa și a demonstrat clar că este util pentru atenuarea cutremurului”, spune Berry. Această nouă abordare, spune el, „este un alt exemplu excelent în care tehnologia derivată pentru programul spațial poate oferi noi capacități industriei.”
Kreger este de acord și speră să colaboreze cu NASA la testarea și dezvoltarea sistemelor viitoare DTM.
Aceste tehnologii sunt prototipuri, dar NASA lucrează cu companii private pentru a dezvolta produse comerciale care pot fi utilizate pentru atenuarea cutremurului în clădiri publice și private, inclusiv structuri istorice.
Această nouă tehnologie poate ajuta chiar Monumentul de la Washington să reziste vibrațiilor cutremurelor și vântului, spune Berry. „Pun pariu că s-au uitat la diferitele moduri de atenuare”, spune el. „Dar dacă acel același cutremur ar fi trecut acolo, cu o masă de reglare perturbatoare instalată, răspunsul ar fi fost total diferit. Am fi putut dezactiva răspunsul. ”
El continuă: „Mi-ar plăcea să-i sun pe oamenii de la Washington Monument. Această tehnologie a fost dezvoltată cu banii contribuabilului, deci le aparține. ”
