Μερικές αλήθειες για τον σεισμό και τις κατασκευές που πρέπει να ξέρουμε.
Υπάρχουν πολλοί αστάθμητοι παράγοντες που μπορούν να καταστρέψουν μία πολύ ισχυρή κατασκευή.
Πολλές φορές το πρώτο που ρωτάμε όταν γίνει ένας σεισμός είναι το μέγεθός του δηλαδή πόσα Ρίχτερ είναι για να καταλάβουμε αν αυτός ο σεισμός είναι μεγάλος και ικανός για να καταστρέψει τα σπίτια μας.
Η αλήθεια όμως είναι ότι το μέγεθος του σεισμού στην κλίμακα Ρίχτερ από μόνη της δεν λέει την αλήθεια δηλαδή δεν φανερώνει την ένταση που δέχεται η κατασκευή γιατί απλά τα Ρίχτερ φανερώνουν απλά το μέγεθος του σεισμού στο μέρος που είναι το επίκεντρο.
Π.χ Ένας σεισμός μεγέθους 6 Ρίχτερ μπορεί να καταστρέψει μία κατασκευή και ένας άλλος 8 Ρίχτερ να μην την πειράξει καθόλου.
Γιατί γίνεται αυτό? … γιατί απλά όταν ο σεισμός των 8 Ρίχτερ έχει μεγάλη απόσταση από την κατασκευή η ενέργεια που φτάνει κάτω από την κατασκευή είναι μικρή ενώ αν το επίκεντρο του σεισμού των 6 Ρίχτερ είναι κοντά στην κατασκευή η ενέργεια δηλαδή η ένταση του σεισμού θα πάει όλη πάνω στην κατασκευή.
Την ένταση του σεισμού που φτάνει κάτω από την βάση της κατασκευής την μετράμε με την επιτάχυνση ( g ) που εμπεριέχεται στην κλίμακα Μερκάλι.
Η κλίμακα Ρίχτερ δεν θα πρέπει να συγχέεται με την κλίμακα Μερκάλι, που προσδιορίζει όχι το μέγεθος, αλλά την ένταση του σεισμικού φαινομένου σε ορισμένη τοποθεσία.
Το μέγεθος της έντασης των Ρίχτερ εξαρτάται από την απόσταση από το επίκεντρο του σεισμού, το υπέδαφος και από παράγοντες που επηρεάζουν την διάδοση των σεισμικών κυμάτων.
Επίσης, αφού η κλίμακα Μερκάλι προσμετρά τις επιπτώσεις ενός σεισμικού φαινομένου, δεν ενδείκνυται για μετρήσεις σε ακατοίκητες ή αραιοκατοικημένες περιοχές.
Η κλίμακα Μερκάλι δεν μετρά την ενέργεια που απελευθερώνεται από έναν σεισμό, όπως η κλίμακα Ρίχτερ. Αντίθετα, ασχολείται με τις επιπτώσεις ενός σεισμού σε μια δεδομένη περιοχή καθώς και με την επιτάχυνση που φθάνει στην περιοχή αυτή δηλαδή μετράει την επιτάχυνση της μετατόπισης του εδάφους. Την επιτάχυνση την μετράει σε ( g )
1 g είναι η επιτάχυνση που αποκτάει ένα σώμα όταν βρεθεί μέσα στο βαρυτικό πεδίο της Γης. Συμβολίζεται διεθνώς με το γράμμα g. Είναι μέγεθος διανυσματικό όπως ακριβώς και η επιτάχυνση. Η τιμή της δεν εξαρτάται από το βάρος του σώματος και έχει τιμή περίπου 9,8 m/sec2 στην επιφάνεια της Γης.
Συμπέρασμα
Αυτή που καθορίζει την ένταση του σεισμού που δεν είναι άλλη από την επιτάχυνση του εδάφους που φθάνει κάτω από την κατασκευή είναι η κλίμακα Μερκάλι και όχι τα Ρίχτερ.
Για τον λόγο αυτό την άλλη φορά που θα ακούσετε στα μμε ότι οι κατασκευές άντεξαν 8 Ρίχτερ χωρίς να πάθουν τίποτα αυτό να ξέρετε ότι δεν φανερώνει την αλήθεια της έντασης του σεισμού πάνω στις κατασκευές και βασικά είναι μία ψευδή είδηση.
Άλλοι αστάθμητοι παράγοντες που μπορεί να επιδράσουν στην ένταση που αναπτύσσεται πάνω στην κατασκευή είναι.
Άγνωστη η διεύθυνση του σεισμού, άγνωστο το ακριβές περιεχόμενο των συχνοτήτων της σεισμικής διέγερσης, άγνωστη η διάρκειά της.
Ακόμα οι μέγιστες πιθανές επιταχύνσεις που δίδουν οι σεισμολόγοι, και καθορίζουν τον συντελεστή αντισεισμικού σχεδιασμού έχουν πιθανότητα υπέρβασης, μεγαλύτερης του 10%.
Ο συσχετισμός των ποσοτήτων όπως είναι οι “αδρανειακές εντάσεις – δυνάμεις απόσβεσης – ελαστικές δυνάμεις- δυναμικά χαρακτηριστικά κατασκευής – αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής – επιβαλλόμενη κίνηση εδάφους” είναι μη γραμμικής κατεύθυνσης.
Η ποιότητα των κατασκευών και η ασφάλειά τους, είναι και συνάρτηση της οικονομικής κατάστασης των χωρών, μεταξύ των άλλων παραγόντων. Είναι ευνόητο ότι φτωχές χώρες δεν μπορούν να συγκριθούν με χώρες όπου έχουν ακριβούς σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς.
Ο σεισμός μεταδίδεται μέσο των κυμάτων ακριβώς όπως μεταδίδονται τα κύματα όταν πετάξουμε μία πέτρα μέσα σε μία λίμνη.
Όταν πετάξουμε την πέτρα στην λίμνη δημιουργούνται κύματα τα οποία έχουν το χαρακτηριστικό να είναι μικρά και γρήγορα κοντά στο σημείο που έπεσε η πέτρα και καθώς απομακρύνονται από αυτό μικραίνει η ταχύτητά τους και αυξάνει το μέγεθός τους.
Ακριβώς το ίδιο συμβαίνει με τον σεισμό.
Τα μικρά και γρήγορα κύματα που ευρίσκονται κοντά στο επίκεντρο του σεισμού έχουν καταστροφικά αποτελέσματα στις κατασκευές χαμηλού ύψους ( συνήθως αυτών που είναι ενός, δύο και τριών ορόφων ) τα μεσαία κύματα καταστρέφουν τις κατασκευές τεσσάρων μέχρι έξη ορόφων και τα μεγάλα απομακρυσμένα από το επίκεντρο κύματα καταστρέφουν τις πολυώροφες κατασκευές πάνω από εφτά ορόφους μέχρι και δέκα ορόφους.
Για τον λόγο αυτόν οι σεισμοί με μεγάλο εστιακό βάθος και με επίκεντρο απομακρυσμένο από τις πόλεις καταστρέφουν τις πολυκατοικίες ενώ οι σεισμοί με μικρό εστιακό βάθος και με το επίκεντρό τους να βρίσκεται πλησίον των πόλεων καταστρέφουν τις μονοκατοικίες.
Χαρακτηριστικό είναι το πείραμα αυτού του βίντεο.
Συντονισμός στη φυσική καλείται το φαινόμενο κατά το οποίο σε μια εξαναγκασμένη ταλάντωση η συχνότητα του διεγέρτη είναι ίση με την ιδιοσυχνότητα του ταλαντωτή, με αποτέλεσμα τη μεγιστοποίηση του πλάτους.
Κάθε ταλαντωτής μπορεί να ταλαντώνεται σε μία περιοχή συχνοτήτων. Η στιγμιαία διέγερση ενός ταλαντωτή ισοδυναμεί με την απόδοση στην ταλάντωση ενός συγκεκριμένου ποσού ενέργειας. Αυτή είναι η ελεύθερη ταλάντωση η οποία συμβαίνει με συχνότητα που ταυτίζεται με την ιδιοσυχνότητα του ταλαντωτή.
Όταν η ταλάντωση είναι εξαναγκασμένη, η συχνότητα της είναι η συχνότητα του διεγέρτη. Όταν η συχνότητα του διεγέρτη ταυτίζεται με την ιδιοσυχνότητα του ταλαντωτή έχουμε συντονισμό.
Κατά το συντονισμό το σύστημα έχει το μέγιστο δυνατό πλάτος και τη μέγιστη δυνατή ενέργεια. Αν δεν υπάρχουν αποσβεστικές δυνάμεις, τότε το πλάτος της ταλάντωσης γίνεται θεωρητικά άπειρο. Έτσι, η ταλάντωση μπορεί να γίνει τόσο έντονη, ώστε να καταστραφεί ο ταλαντωτής. Αν η προσφορά ενέργειας είναι μεγαλύτερη, τότε υπάρχει κίνδυνος καταστροφής του ταλαντωτή.
Μέτρηση σεισμικών δυνάμεων
Για να χαρακτηρίσουν ή να μετρήσουν την επίδραση ενός σεισμού στο έδαφος (γνωστή και ως «κίνηση εδάφους»), χρησιμοποιούνται συνήθως οι ακόλουθοι ορισμοί:
Η επιτάχυνση είναι ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας, μετρημένος σε “g” s στα 980 cm / sec² ή 1,00 g.
Για παράδειγμα,
0,001 g ή 1 cm / sec 2 είναι αντιληπτή από τους ανθρώπους
0,02 g ή 20 cm / sec 2 προκαλεί την απώλεια της ισορροπίας των ανθρώπων
Το 0.50g είναι πολύ υψηλό, αλλά τα κτίρια μπορούν να επιβιώσουν αν η διάρκεια είναι μικρή και εάν η μάζα και η διαμόρφωση έχουν αρκετή απόσβεση
Η ταχύτητα είναι ο ρυθμός αλλαγής θέσης, ο οποίος μετράται σε εκατοστά ανά δευτερόλεπτο.
Η μετατόπιση είναι η απόσταση από το σημείο ανάπαυσης, μετρημένη σε εκατοστά.
Διάρκεια είναι το χρονικό διάστημα που οι κύκλοι κλονισμού παραμένουν.
Το μέγεθος είναι το “μέγεθος” του σεισμού, που μετράται από την κλίμακα Ρίχτερ, το οποίο κυμαίνεται από 1-10.
Η κλίμακα Richter βασίζεται στο μέγιστο εύρος ορισμένων σεισμικών κυμάτων και οι σεισμολόγοι εκτιμούν ότι κάθε μονάδα της κλίμακας Ρίχτερ είναι 31 φορές η αύξηση της ενέργειας. Η κλίμακα μεγέθους στιγμιότυπων είναι ένα πρόσφατο μέτρο που χρησιμοποιείται συχνότερα.
Εάν το επίπεδο επιτάχυνσης συνδυάζεται με την διάρκεια, προσδιορίζεται η ισχύς καταστροφής. Συνήθως, όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια, τόσο λιγότερη επιτάχυνση μπορεί να αντέξει το κτίριο. Ένα κτίριο μπορεί να αντέξει πολύ μεγάλη επιτάχυνση για πολύ μικρό χρονικό διάστημα σε αναλογία με τα μέτρα απόσβεσης που ενσωματώνονται στη δομή.
Η ένταση είναι η ποσότητα ζημιών που προκαλεί τοπικά ο σεισμός, ο οποίο μπορεί να χαρακτηριστεί από την τροποποιημένη κλίμακα Mercalli (MM) 12 επιπέδων όπου κάθε επίπεδο υποδηλώνει μια ορισμένη καταστροφή που σχετίζεται με την επιτάχυνση της γης.
Η καταστροφή του σεισμού ποικίλλει ανάλογα με την απόσταση από την προέλευση (ή το επίκεντρο), τις τοπικές συνθήκες εδάφους και τον τύπο της κατασκευής.
Το έδαφος έχει επίσης μια περίοδο που κυμαίνεται μεταξύ 0,4 και 1,5 δευτερόλεπτα, στο πολύ μαλακό έδαφος κυμαίνεται στα 2,0 δευτερόλεπτα. Τα μαλακά εδάφη γενικά έχουν την τάση να αυξάνουν την ανάδευση κατά 2 έως 6 φορές σε σύγκριση με το βράχο.
Επίσης, η περίοδος του εδάφους που συμπίπτει με τη φυσική περίοδο του κτηρίου μπορεί να ενισχύσει σε μεγάλο βαθμό την επιτάχυνση του κτιρίου και ως εκ τούτου αποτελεί σχεδιαστικό κριτήριο.
Το ύψος είναι ο κύριος καθοριστικός παράγοντας της βασικής περιόδου – κάθε αντικείμενο έχει τη δική του βασική περίοδο στην οποία θα δονείται. Η περίοδος είναι ανάλογη με το ύψος του κτιρίου.
ΔΙΑΣΩΣΤΕΣ ΡΟΔΟΥ
