Земята се разклаща милиони пъти всяка година. Често тези земетресения се удрят на познати места, като последните, смъртоносни земетресения в Еквадор и Япония. В други случаи земетресение може да се удари на място, по-малко познато на таблорите, като земетресението с магнитуд-5, 8, което удари Вирджиния през 2011 г. и повреди паметника на Вашингтон.
Историческите структури често са уязвими по време на трус. Няколко обекта на световното наследство в Непал бяха унищожени или силно повредени през 2015 г. по време на земетресение с магнитуд-7, 8 и последващи шокове с магнитуд 7, 3. По-старите строителни практики и остаряващите строителни материали правят повечето исторически конструкции по-малко способни да издържат на вибрациите, възникващи по време на земетресение или от силни ветрове. Модерните строителни техники могат да бъдат използвани за актуализиране на тези структури, за да се смекчат някои от потенциалните щети, но дори и тогава те са по-уязвими от техните съвременни колеги.
Сега инженери от центъра за космически полети на Маршал на НАСА в Хънтсвил, щата Алания, казват, че могат да помогнат на историческите структури да преживеят тези опустошителни събития. Те са разработили начин да променят начина, по който сградите реагират на движение, причинено от движения в земната кора. И всичко започна с ракета.
Технологията идва от работата върху ракетата "Арес", ракети-носители, проектирани за програмата "Съзвездие", която преди да бъде отменена през 2010 г. се очакваше да замени космическия совал за извеждане на космонавти в космоса. Ракетата вибрираше толкова силно, че щеше да нарани всеки на борда, така че инженерите на НАСА трябваше да намерят начин да направят превозното средство безопасно. Въпреки това, обичайният начин за контрол на клатенето, като добавя повече тегло, не беше вариант, тъй като ракетата щеше да е твърде тежка, за да се издигне от земната атмосфера.
Екипът измисли начин да използва горивото на ракетата, за да реши проблема. И същото решение може да работи за вибриращи сгради, включително тези, построени преди стотици години, казва Роб Бери, ръководител на проекта на НАСА в Маршал.
В историческите конструкции може да липсват видовете връзки, като стоманена армировка, които превръщат отделните парчета на сградата в по-трайна, сплотена система. Инженерите обаче могат да модернизират онези сгради с външни връзки, които държат сградата заедно. „На [някои] от тези сгради ще видите плочи от външната страна с болт, минаващ през тях, и голяма стара гайка в края“, казва Майкъл Крегер, директор на лабораторията за големи структури в Университета в Алабама, "Обикновено ще нарисуват тези неща в черно, така че да изглеждат така, сякаш са били там завинаги."
Друг вариант е да премахнете интериорните облицовки, като ламперия и облицовки, и да изградите нови, подсилени със стомана стени около оригиналите. След това тези стени са покрити, така че промените не могат да се видят.
Тези усилия обаче са скъпи и не привеждат цялата структура до сегашните строителни норми, казва Крегер. А някои исторически структури нямат необходимото пространство за добавяне на стени или скриване на стоманени греди за смекчаване на земетресението.
Новите сгради включват много от тези технологии по време на строителството. Най-често срещаният метод за намаляване на движението на сградата е устройство, наречено настроен амортисьор (TMD). Пример за това би бил много тежък предмет, масата, прибавена към сграда върху пружини, зададена на определена честота. Когато се случи земетресение или духа вятър, масата се придвижва чрез движение на сградата. Това допълнително тегло се движи в обратна посока и намалява цялостното движение на сградата. Такова устройство обаче не е перфектно. Сградата трябва да се премести преди TMD да заработи и тези първи секунди от земетресение могат да бъдат невероятно разрушителни.
Екипът на Бери намери нов начин да използва самата сграда или малко количество добавена маса, за да доведе до по-драматичен спад в движението. Повечето TMD използват обект, равен на около 1 до 2 процента от теглото на сградата, за да постигнат намаляване на движението с около 50 процента. В небостъргач този обект може да тежи до 2 милиона паунда. За да решат проблема с ракетата, инженерите от НАСА използваха ракетното гориво, за да смекчат вибрациите и постигнаха 95-процентно намаление на движението за ракетата си с 650 000 лири. Това беше възможно с обикновено устройство, подобно на балон, наречено муфта на флуидна структура, казва Бери.
- Помислете за балон. Поставете въздух вътре в балона, той става по-голям; извадете въздуха и той става по-малък “, казва той. „Ако пусна [балона] в басейн, водата ще реагира. Когато този балон се свие, водата следва свиването на балона. Ако се разшири, течността се отдалечава от нея. "
Тъй като водата реагира на движението на балона, е възможно да се промени естествената честота на течността чрез регулиране на налягането вътре в балона. Със сграда инженер може да използва тази концепция, за да коригира как ще се движи структурата.
Първо инженерите определят естествената честота на сградата, за да научат кога тя ще започне да се движи. Тогава те настройват разклонителя (балона) на различна честота. Поставяйки разклонителя във водно тяло, например в басейн или добавяйки тръби, пълни с вода, прикрепени към покрива, водата променя естествената вибрация на сградата. Течността действа като котва за люлка - люлката все още ще се движи, но ще бъде много по-трудно да се натисне. По същия начин сградата се движи по-малко по време на трус или силни ветрове.
НАСА успешно изпробва тази концепция върху собствена историческа структура - Динамичното структурно изпитателно съоръжение през 2013 г. Но Бери и неговият екип признаха, че не всички проекти на сгради ще имат място да добавят този вид система, базирана на течности. Така те приложиха наученото, за да разработят механично устройство, което да заема по-малко място, но да осигурява същия вид котва.
Сега екипът излезе с нова версия на технологията, наречена разрушаваща настроена маса (DTM), която използва лодка метал, вместо вода, за да смекчи движението на сградата. Той е много по-малък от конвенционалния TMD и струва много по-малко, но е също толкова ефективен.
По-рано този месец Крегер и неговите колеги, които бяха скептични към твърденията на НАСА, поставиха устройството чрез първия си тест в симулирано земетресение в Центъра за устойчива инфраструктура на университета в Алабама. Беше успех.
"Тестът ясно показа, че разрушителната настроена маса превъзхожда настроената амортисьорна маса и ясно показва, че е полезна за смекчаване на земетресението", казва Бери. Този нов подход, според него, "е друг чудесен пример за това, когато технологията, получена за космическата програма, може да предостави нови възможности на индустрията."
Крегер се съгласява и се надява да си партнира с НАСА за тестване и разработване на бъдещи DTM системи.
Тези технологии са прототипи, но НАСА работи с частни компании за разработване на търговски продукти, които могат да бъдат използвани за смекчаване на земетресенията в обществени и частни сгради, включително исторически структури.
Тази нова технология може дори да помогне на паметника на Вашингтон да издържи на вибрациите на земетресения и вятър, казва Бери. „Обзалагам се, че са разгледали различните начини за смекчаване“, казва той. „Но ако същото това земетресение премина там с инсталирана разрушителна настроена маса, отговорът щеше да е напълно различен. Можехме да заглушим отговора. "
Той продължава: „Бих искал хората да викат паметника на Вашингтон. Тази технология е разработена с пари на данъкоплатците, така че тя принадлежи на тях. “
