Как жить всейсмоопасной местности?
Последние пара лет планету очевидно лихорадило. То в том месте, то тут землетрясения вели к ущербу грандиозного масштаба. В 2005 году в Пакистане от землетрясения погибло 86 000 человек, в 2008 году в Китае — 87 000, в 2010 году на Гаити число жертв приблизилось к 100 000 человек.
Наряду с этим мы не будем говорить о двух сильнейших землетрясениях за последние 10 лет — землетрясении 2004 года на катастрофе и Суматре Тохоку в 2011 году в Японии, потому, что в том месте львиная часть жертв была следствием цунами, достаточно редкого геологического явления, которое в глазах большей части американцев выглядит такой же экзотикой, таким же исключением из правил, как, скажем, падение астероида. Тот факт, что из 13 самых губительных трагедий людской истории, которые связаны с землетрясениями, четыре случились лишь по окончании 2004 года, говорит не столько об трансформациях в геофизике, сколько в переменах, коснувшихся людских обычаев. Растущая плотность населения, все более густая застройка центральных муниципальных кварталов — все это делает привычные стихийные бедствия более важной угрозой для муниципальных жителей. (Для человека в чистом поле кроме того самое сильное землетрясение не воображает таковой уж громадной опасности. Но скученное население громадного города с его плотной застройкой легко может стать жертвой аналогичной трагедии.)
Территории особенного риска
На картах сейсмической угрозы территория на протяжении всего тихоокеанского побережья залита красным цветом. Это и не необычно, потому, что именно там пролегают линии главных разломов и стыкуются тектонические плиты. Имеется 82-процентная возможность, что в течение ближайших 30 лет где-то под Южной Калифорнией случится землетрясение силой не меньше 7 баллов.
Этот штат обречен понести три четверти ущерба, запрогнозированного на все национальные утраты от землетрясений.
Но американцам направляться не забывать, что землетрясения угрожают не только Калифорнии. В августе 2011 года толчок силой 5,8 балла постиг город Ричмонд, штат Виргиния. Землетрясение, которое люди почувствовали на всем пространстве от Джорджии до Квебека, было в этих краях самым сильным за все последнее столетие.
На базе новых палеосейсмических данных и более сложной методики компьютерного прогнозирования Геологическая работа США (USGS) формирует новые, более правильные карты сейсмического риска, где красная заливка ограничивается не столь широкими территориями и концентрируется в таких участках, как, к примеру, территория субдукции Каскадия рядом от северо-западного тихоокеанского побережья, разлом Уасатч рядом с Солт-Лейк-Сити и сейсмическая территория Нью-Мадрид, простирающаяся от южного Иллинойса в глубь Арканзаса (как раз тут в 1811—1812 годах были отмечены землетрясения с магнитудой 7). Последним землетрясением в регионе Лос-Анджелеса, повлекшим важные последствия, можно считать толчок в Нортридже магнитудой 6,7. Тогда, в первой половине 90-ых годов двадцатого века, погибло 57 человек, а материальный ущерб составил $20 млрд.
Расплывчатые цифры
Прослужив более тридцати лет в Калифорнийском технологическом университете, сейсмолог Том Хитон стяжал себе репутацию научного диссидента, талантливого одерживать верх в дискуссиях как по геофизическим, так и по техническим вопросам. Я обратилась к нему в надежде, что он вооружит меня нужным арсеналом неоспоримых веских аргументов и фактов, благодаря которым возможно было бы реально оценить возможность угрожающих всем нам землетрясений. Но, вместо того дабы дать прямой ответ, Хитон откинулся в кресле и поглядел на меня радостными глазами, в которых читалось, что данный вопрос он слышал уже тысячу раз. «Лучше спросите меня, в то время, когда начнется война либо какова возможность происхождения эпидемий, — сообщил он. — Глядя на статистическое распределение сейсмических трагедий, мы видим, что это очень редкие события, но каждое из них может купить необыкновенное значение».
Как говорит Хитон, статистика сейсмических событий на территории США не дает нам фактического материала, что разрешил бы предвещать будущие землетрясения. «В течение всего последнего столетия людские утраты от землетрясений измерялись в сотнях человек. Но отыщем в памяти трагедию 1906 года, в то время, когда наибольший город в западной части США был, по сути дела, стёрт в пух и прах. А ведь на данный момент мы кроме того не имели возможность себе представить, это что может значить — утратить целый город из отечественной первой десятки.
Кто-то может заявлять, что подобные вещи в принципе не смогут происходить. А вот на мой взор, никто по большому счету не вправе делать на эту тему какие конкретно бы то ни было окончательные заявления».
Затем я задала вопрос Хитона, что он думает о страховании недвижимости на случай землетрясения. В ответ он лишь улыбнулся. «Все прогнозы землетрясений принято формулировать на временной промежуток в 30 лет, — сообщил он, — совершенно верно такой же, какой общепринят для закладных на недвижимость». Хитон по собственной работе всю жизнь был тесно связан со сложнейшими расчетами, лежащими в базе аналогичных статистических вычислений.
Да, само собой разумеется, все эти численные показатели оказывают помощь гражданам оценивать приемлемый для них риск, а строителям — устанавливать нормативы безопасности. Но иначе, кто как не он в праве с полной серьезностью сказать о том, как расплывчаты все эти цифры и сделанные на их основании выводы. «какое количество раз мне доводилось засыпать, положив голову на все графики и эти таблицы, — говорит он. — Мы, эксперты, бодаемся между собой до последнего, и все равно все эти выводы имеют под собой тысячи произвольных допущений».
Да и землетрясение силой в 7 баллов в одних случаях будет воображать собой трагедию, уничтожающую целые города, а в других — забавное происшествие, о котором приятно поведать в кругу друзей. Все зависит от времени, места и многих вторых событий.
Думая о землетрясениях, мы больше всего переживаем за отечественную недвижимость — а напрасно, потому, что она оказывается наименее уязвима. Это, по крайней мере, относится к домашним домам на древесном каркасе — таким, в каком живу я либо Хитон. «Древесные дома только стойки к действию землетрясений», — говорит Хитон.
Значительно более страшными нужно считать кирпичные дома, в которых не предусмотрено каких-либо особых мер противосейсмического усиления, и постройки из материала, что инженеры именуют непластичным бетоном. Если бы землетрясение в Нортридже случилось не в 4:30 утра, а на протяжении рабочего дня, жертв, как показывают особые изучения, было бы в 20−30 раза больше. Тот же принцип останется в силе, в то время, когда к нам придет неотвратимый «час Х», другими словами в то время, когда страну сотрясет трагедия мирового масштаба.
Как мне поведала Мэри Комерио, доктор архитектуры в Университете штата Калифорния в Беркли,
количество строений, воображающих потенциальную угрозу, в Лос-Анджелесе значительно меньше, чем во многих вторых городах. «В Лос-Анджелесе действует весьма агрессивная программа обновления публичных сооружений. В соответствии с данной программе, фактически все публичные сооружения города должны или провалиться сквозь землю, или подвергнуться очень значительной реконструкции». Наряду с этим правила застройки подразумевают, что во всякую подобную реконструкцию должно быть заложено увеличение сейсмозащиты.
Благодаря всем этим мерам Лос-Анджелес, бурно растущий город, нацеленный в будущее, стал очень надёжным местом для жизни.
«На данный момент, — растолковал мне инженер-сейсмолог Аарон Рейнольдс, компания которого занимается проектированием школ и больниц, и реконструирует ветхие строения с целью увеличения их сейсмобезопасности, — источником главных неприятностей уже являются не сами несущие конструкции, а различного типа кабели и трубопроводы. Современные строения в собственной массе превосходно подготовлены к тому, дабы встретить сейсмическую трагедию». Посматривая то на блистающие железные паруса Фрэнка Гери, то на глыбы небоскребов муниципального бизнес-центра, Рейнольдс додаёт: «Я не допускаю мысли, что хоть одно из них может упасть».
Мы прошли пара кварталов до Темпл-стрит и похожего на крепость муниципального собора. Рейнольдс останавливается в паре метров от наружной стенки и показывает на глубокую щель, разрезающую тротуар. Это граница бетонированной траншеи шириной пара метров, окружающей фундамент ветхого строения.
Прямо на своем айпэде он вчерне набрасывает эскизик конструкции. Целый цементный монолит покоится на резиновых цилиндрах — «фундаментных изоляторах»; они, подобно автомобильной подвеске, защищают всю конструкцию от толчков и сдвигов. На протяжении землетрясения эти изоляторы должны поглотить главную часть разрушительной энергии.
Цементная конструкция, окруженная траншеей, способна сдвигаться в любую сторону более чем на метр, а вместе с ней будет сдвигаться и все строение. «Очень популярны шутки, что в произвольных трагедиях пьяные пребывают под покровительством высших сил, — говорит Рейнольдс. — За этим стоят в полной мере материалистические наблюдения. Трезвый человек скорее возьмёт травму, поскольку в момент возникновения угрозы он склонен напрягать все собственные мускулы, тогда как пьяный встречает опасность в полном расслаблении.
Тут трудится та же аналогия. Значительная часть сейсмической энергии, попадая в через чур твёрдое строение, разряжается в узлах его конструкции. А вот вставляя в его фундамент эластичные элементы, мы создаем каналы для отвода страшных напряжений».
Предотвращён — значит вооружен
В дни, последовавшие за японской трагедией, я большое количество слышала о том, что у японцев имелась самая продвинутая в мире совокупность раннего оповещения о сейсмической опасности. Огромная сеть сейсмодатчиков машинально формировала сигналы на торможение скоростных поездов, отключение электростанций, рассылку по телефонным и компьютерным сетям сообщений о начинающейся трагедии.
В большинстве случаев время опережения для таких аварийных экстренных мер образовывает всего лишь десятки секунд — столько, сколько проходит между началом сдвига в зоне разлома и моментом, в то время, когда сейсмические волны достигнут больших населенных пунктов. Это мало, но возможно достаточно, дабы спасти многие человеческие судьбы.
Ученые уже много лет обсуждают возможность установки таковой сети раннего оповещения в штате Калифорния, но для реализации этого проекта не достаточно политической воли. Быть может, общество не готово к таким мерам, поскольку сохраняет веру в то, что когда-нибудь будут созданы методы полностью правильных и точных предсказаний.
В случае если вынести за скобки газетные россказни о домашних животных, наделенных бесплатно предвидения, никто, не считая этих мифических существ, так и не сумел точно угадать ни одно важное землетрясение. Адекватная совокупность раннего оповещения — отечественная единственная надежда, но и тут у нас мало оснований для оптимизма.
Эксперты уверены в том, что выделенные на такую программу средства материализуются в трудящуюся совокупность не раньше, чем нас без предупреждения посетит еще одно катастрофическое землетрясение. «взглянуть на историю внедрения таких совокупностей в других государствах, — говорит сейсмолог из USGS (Геологической работы США) Дуг Дживен. — Все они организованы в качестве экстренного ответа на какую-нибудь трагедию. В Мексике- по окончании того как в 1985 году землетрясение унесло 9500людских судеб. В Японии — по окончании землетрясения в Кобе, в то время, когда в 1995 году погибло 6400 человек».
Офис Элизабет Кочран расположен на кампусе Калтеха на растоянии пятиминутной прогулки офиса Хитона. Кочран есть создателем сети Quake-Catcher Network, проекта в духе «науки на публичных началах». В соответствии с данной идее тысячи добровольцев закрепляют на корпусах собственных стационарных настольных компьютеров особенные сейсмодатчики — любой размером со спичечный коробок.
Сигналы от всех датчиков, действующих, в то время, когда включен ваш компьютер, выведены в интернет и поступают в единую диспетчерскую. Сейчас, в случае если большое количество таких датчиков, расположенных в границах одного района, в один момент фиксируют колебания либо толчки похожего характера, у вас будут основания высказать предположение, что это не случайные сотрясения того либо иного системного блока, а регистрация настоящего землетрясения.
Практически за сутки до моего визита к северу от Сан-Франциско имело место землетрясение магнитудой 4,0. С запозданием всего в восемь секунд совокупность Quake-Catcher выдала собственный итог — 3,7. Согласитесь, точность совпадения не такая уж и нехорошая. «Отечественные расчеты строятся на том, что когда-нибудь все наконец признают, что эта совокупность выдает в полной мере точную данные, и тогда эти Quake-Catcher будут направлены конкретно в совокупность раннего оповещения», — говорит Кочран.
По окончании каждого землетрясения сейсмологи составляют его карту, на которой должны быть отмечены амплитуды смещения земной поверхности в различных точках. «на данный момент такие карты строятся на базе очень храбрых интерполяций, — говорит Кочран. — В случае если одна сейсмостанция отстоит от второй на 50 км, все показатели смещений для промежуточных точек выясняются выдуманы ». Достаточно густая сеть из датчиков Quake-Catcher, выведенных конкретно в интернет, может радикально повысить разрешение аналогичных карт, выдавая конкретные указания, куда направляться в первую очередь отправить отряды спасателей.
«В отечественном мире полно вещей, которых мы так до конца и не понимаем, — говорит Хитон, — но это не означает, что необходимо опустить руки и заявить, что поражение неизбежно и все равно мы когда-нибудь погибнем». Вовсе нет. Это всего лишь значит, что мы будем строить более качественные дома.
Мы будем готовить отечественные наши семьи и жилища к подобным напастям и будем удовлетворяться надеждой, что, подготавливаясь к нехорошему, мы при беды окажемся в числе тех, кто оказывает помощь, а не в числе тех, кто ожидает эту помощь от вторых.
Механика землетрясения
«Утратить в следствии землетрясения целый город из первой десятки — на данный момент это тяжело кроме того представить. Найдутся люди, готовые с уверенностью заявить, что для того чтобы не может быть ни при каких обстоятельствах. Не смотря на то, что я считаю, что никто не имеет права на подобные окончательные суждения».
Том Хитон, сейсмолог из Калифорнийского технологического университета
Стыки тектонических плит
Давление соседних плит ведет к их разрушению и сдвигу лежащих над ними слоев породы. Из этого гипоцентра расходится цепочка сейсмических волн (не нужно его путать с центром — точкой, лежащей конкретно над ним на земной поверхности).
P-волны
Первыми на сейсмостанции приходят продольные волны сжатия (Р-волны), имеющие высокую скорость распространения. Именно поэтому эффекту мы можем взять драгоценные секунды, разрешающие принять какие-то меры до прихода настоящего землетрясения.
S-волны
Поперечные сдвиговые волны (S-волны) приводят к смещению пород в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны, и до поверхности почвы доходят значительно позднее. Подобно волнам, бегущим по океану, они возбуждают волнообразные перемещения земной коры и приводят к основным разрушениям строений.
Сейсмологический ликбез
Строительные нормы не всегда были такими строгими, как на данный момент. Особенно это относится территорий с повышенной сейсмической опасностью. Возможно ли оценить степень надежности тех либо иных конструкций?
Глядя с тротуара на какой-нибудь небоскреб, мы не можем у него запросить целый пакет строительных документов, но кое-какие выводы возможно сделать и по внешнему виду. Металлический каркас более надежен, чем цементный либо тем более кирпичная кладка, а самые современные небоскребы строились с учетом более твёрдых требований по сейсмостойкости. «При постройке нового строения не нужно тупо получать все большей и большей прочности, — говорит инженер-архитектор Аарон Рейнольдс. — Вам легко необходимо держать под контролем те самые места, где в первую очередь должны выявиться разрушения».
Для этого в конструкцию обычно включают балки, которые содержат ослабленные места, именуемые за собственную форму «собачьими костями». Эти территории поглощают колебания, отводя напряжения от сварных швов. В случае если в момент землетрясения вы были в небоскреба, оставайтесь на месте.
Выбравшись на улицу, вы подвергаете себя большей опасности, поскольку вас может ранить падающими сверху осколками.
Одно из самых надёжных мест, где возможно было бы переждать землетрясение, — это добротно выстроенный малоэтажный дом с древесным каркасом. В новых зданиях стенки и полы бывают сочленены посредством особых железных коннекторов, в зданиях более ранней постройки довольно часто возможно заметить следы профессионально сделанной реконструкции — в частности, болтовые соединения. Именно поэтому на протяжении землетрясения целый каркас строения двигается как единое целое.
Добавочные металлические элементы должны соединять фундамент с вертикальными опорами.
Под действием сильных толчков кирпичная кладка растрескивается, крошится и может обрушиться. Кирпичные строения возможно усилить, воспользовавшись для этого цементными и металлическими накладными рамами, каковые укладывают по фасаду. Со стороны улицы часто возможно заметить штифты, соединяющие стенки с межэтажными перекрытиями.
Строительные нормы категорически требуют исполнения этих дополнительных работ, но все равно направляться не забывать, что это ветхие кирпичные строения, каковые фактически беспомощны перед землетрясениями.
В случае если цементные конструкции не содержат достаточного количества металлической арматуры (как это требуется по строительным нормам по окончании 1970 года), они при землетрясении способны сложиться, как карточный домик. Опасность делается еще больше, в случае если в строении имеется «мягкий» первый этаж с большим количеством и высоким потолком широких проемов. Арматура в цементных колонн невидима, но другие виды усиления остаются у вас на виду.
В большинстве случаев при реконструкции столбы и бетонные стены принято усиливать углеволокном. «Снаружи это выглядит так, словно бы столбы легко обклеены мешковиной», — говорит Рейнольдс. Другой раз видно, что «мягкий» первый этаж усилен особыми накладными рамами.
Строение с сейсмической изоляцией фундамента покоится на нескольких эластичных резиновых цилиндрах. Они действуют как автомобильные амортизаторы, превращая резкие толчки в легкую вибрацию. Такое ответ можно считать совершенным для строений так называемой высокой ответственности — школ, поликлиник, других сооружений и электростанций энергетической либо коммуникационной инфраструктуры. В большинстве случаев такие строения по периметру бывают окружены особой бетонированной траншеей на уровне почвы.
Эту траншею возможно подметить по узкой щели, которая проходит по тротуару в паре метров от наружных стен строения.
Сейсмоопасное место
Для некоторых регионов России строительство сейсмоизолированных и сейсмоустойчивых строений очень актуально. К таким регионам относится, например, Камчатка. «Против землетрясения силой в 9 баллов не устоят не то что небоскребы, а кроме того простые двухэтажные дома, если не предпринимать особых мер, — растолковывает «ПМ» основной конструктор проектного университета «Камчатскгражданпроект» Валерий Дроздюк. — Исходя из этого в Петропавловске-Камчатском большая часть многоэтажных домов крупнопанельные, усиленные наружными пилонами-контрфорсами — внешним каркасом, принимающим на себя часть нагрузок на протяжении толчков.
Для расчета строений, максимально устойчивых к землетрясением, необходимо учитывать не только нагрузки (средние ускорения при 10-балльном землетрясении составляют около 0,8g), но и личные частоты строений — твёрдые имеют период колебаний 0,2−0,5 с, мягкие — 1−2 с, и длину строений (при длине более тридцати метров начинают сказываться еще и крутильные колебания). Исходя из этого максимально устойчивое к землетрясению сооружение выглядит так: более-менее симметричное в плане, разрезанное деформационными швами на маленькие секции, крупнопанельное, с идущими снизу доверху несущими конструкциями, которые связаны с межэтажными перекрытиями.
Жесткость для того чтобы строения обязана уменьшаться по высоте. Достаточно перспективным выглядят сейсмоизолированные строения, «отрезанные» от фундамента. Мы экспериментировали с несколькими типами аналогичных строений в середине 1980-х, и они продемонстрировали себя отлично».
Дом на сейсмоизолирующем поясе
Таковой дом опирается на монолитный цементный фундамент монолитным бетонным поясом, которым заканчиваются стеновые цементные панели. Между фундаментом и поясом расположены тефлоновые прокладки, так что при толчках строение «проскальзывает» относительно фундамента, края которого снабжены резиновыми амортизаторами и трудятся как «ограничители хода» скользящего пояса. Дом центрируется нежестким креплением — посредством закладных подробностей между цокольной плитой и фундаментом.
Дом на кинематическом фундаменте
Строение стоит на толстых опорах, внизу к ним прикреплены бетонные катки, каковые не имеют твёрдой связи с фундаментом, а опираются на бетонные подушки с углублением. По принципу действия такая совокупность напоминает игрушку-неваляшку — при толчках строение отклоняется от положения равновесия, а после этого возвращается обратно. Это самая несложная из совокупностей сейсмоизоляции, но очень действенная: дом по собственной частоте получается длиннопериодическим, и короткопериодические толчки легко «не подмечает».
Дом с выключающимися связями
В отличие от других систем, где жесткость фиксирована, таковой дом может изменять данный параметр. В его конструкции употребляются диафрагмы жесткости — бетонные панели, связывающие стеновые панели, колонны и межэтажные перекрытия.
Соединения подробностей выполнены посредством сварных заклепок, каковые при определенном уровне сейсмических нагрузок (это и именуется выключением связей), уменьшая жесткость строения и увеличивая период собственных колебаний. По окончании окончания землетрясений заклепки необходимо ставить заново.
Домашняя аптечка автора статьи на случай землетрясения
Через пара месяцев по окончании того, как мы переехали в отечественный новый дом, у нас появился сын. В первый раз в жизни я не поленилась и укомплектовала комплект предметов первой необходимости, что должен быть у домовладельцев на случай землетрясения.
Неприкосновенный запас
К запасу питьевой воды, фонариков, батареек и другой мелочевки я добавила пара пачек подгузников, салфеток и коробку детского питания. Высвободив место в багажнике отечественного хетчбэка, я разместила в том месте отечественный НЗ, пополнив его огнетушителем, упаковкой сникерсов и двумя 10-литровыми канистрами питьевой воды.
Береженого всевышний бережет
Я пристально прочла все инструкции, как при опасности возможно отключить в доме нагревательный котёл и газовую магистраль. В то время, когда в марте 2011 года на Японию обрушилось 9-балльное землетрясение, за которым последовали цунами и ядерная трагедия, мы с мужем полушутя обсуждали, стоит ли пополнить отечественные запасы рулоном полиэтилена и несколькими катушками скотча.
В пособиях по самозащите на случай ядерной трагедии описывались самодельные полиэтиленовые убежища, защищающие от радиоактивных осадков. Но, у нас вряд ли оказалось бы что-нибудь действенное, потому, что в отечественном доме не было ни настоящего подвала, ни какой-нибудь изолированной помещения без раскрывающихся окон.
Обучаться, обучаться и обучаться
Позже мне на глаза попалась листовка, оповещающая, что в местной библиотеке будут просматривать лекции о мерах безопасности на случай стихийных бедствий. семь дней я сидела вечерами в компании старой японской пары и нескольких хиппарей неизвестного возраста и слушала, как пожарный из Лос-Анджелеса говорил о сценариях, по которым в большинстве случаев развертываются трагедии.
Нас обучали первичной диагностике и определению, какая медпомощь может потребоваться пострадавшим. Кровавые видео с разбивающимися машинами и падающими строениями употреблялись как учебные пособия к курсу, нас учили оказывать первую помощь больным с черепно-мозговыми травмами (как раз такие травмы самый возможны при землетрясениях).
Мой дом — моя крепость
Отечественный дом укреплен болтами, другими словами его древесный каркас намертво притянут к каменному фундаменту набором подкосов и болтов. Я пригласила двух экспертов по сейсмозащите строений, дабы они независимо оценили надежность данной конструкции. Замена болтовых соединений обойдется нам в $6000, и эти работы у нас включены в перечень первостепенных дел.
Но в любом случае мы сейчас в этом вопросе стали намного более компетентны, чем большинство обитателей Калифорнии.
Статья «Жизнь в центре» размещена в издании «Популярная механика» (№119, сентябрь 2012).
<
h4>