Zemlja se vsako leto trese na milijone krat. Ti potresi pogosto udarijo na znanih krajih, kot so nedavni smrtonosni potresi v Ekvadorju in na Japonskem. V drugih časih lahko potres prizadene mesto, ki je manj dobro poznano temblorsom, na primer potres z magnitudo 5, 8, ki je leta 2011 prizadel Virginijo in poškodoval Washingtonski spomenik.
Med potresom so zgodovinske strukture pogosto ranljive. V Nepalu je bilo leta 2015 uničenih ali močno poškodovanih več krajev svetovne dediščine med potresom magnitude 7, 8 in potresi, ki je bil močan kot 7, 3. Starejše gradbene prakse in staranje gradbenih materialov večino zgodovinskih struktur manj vzdržijo vibracij, ki se pojavijo med potresom ali močnim vetrom. Sodobne gradbene tehnike se lahko uporabijo za posodobitev teh struktur, da se ublažijo nekatere potencialne škode, vendar so tudi takrat bolj ranljive kot njihovi sodobni kolegi.
Zdaj inženirji v Nasinem vesoljskem letalskem centru Marshall v Huntsvilleu, Ala, pravijo, da lahko pomagajo zgodovinskim strukturam preživeti te uničujoče dogodke. Razvili so način, kako spremeniti, kako se stavbe odzivajo na gibanje, ki ga povzročajo premiki v zemeljski skorji. In vse se je začelo z raketo.
Tehnologija izhaja iz dela na rakiji Ares, izstrelitvenem vozilu, zasnovanem za program Constellation, ki naj bi, preden je bil odpovedan leta 2010, nadomestil Space Shuttle za sprejem astronavtov v vesolje. Raketa je tako močno vibrirala, da bi poškodovala vsakogar na krovu, zato so morali NASA-in inženirji najti način za varno vozilo. Vendar običajni način nadzora tresenja z dodajanjem večje teže ni bil možnost, ker bi bila raketa pretežka, da bi se dvignila iz Zemljine atmosfere.
Ekipa je našla način, kako raketno gorivo uporabiti za rešitev težave. In ista rešitev lahko deluje tudi pri vibriranju stavb, vključno s tistimi, ki so bile zgrajene pred stotimi leti, pravi Rob Berry, vodja Nasinega projekta v Marshallu.
Zgodovinske konstrukcije lahko nimajo vrst povezav, kot je jeklena ojačitev, ki posamezne dele stavbe spremenijo v bolj trpežen, koheziven sistem. Inženirji pa lahko naknadno opremijo tiste stavbe z zunanjimi vezmi, ki zgradbo držijo skupaj. "Na [nekaterih] teh stavbah boste na zunanjosti opazili plošče z vijakom, ki prihaja skozi njih, in veliko staro matico na koncu, " pravi Michael Kreger, direktor laboratorija velikih struktur na Univerzi v Alabami. . "Običajno bodo te stvari pobarvali črno, da bi bili videti, kot da so bili tam že od nekdaj."
Druga možnost je, da odstranite notranje zaključke, kot so obloge in okrasne letve, ter zgradite nove, z jeklom ojačane stene okoli originalov. Te stene so nato prekrite, zato sprememb ni mogoče videti.
Kljub temu so ta prizadevanja draga in celotne strukture ne privedejo do trenutnih gradbenih pravil, pravi Kreger. Nekatere zgodovinske strukture nimajo dovolj prostora, da bi dodale stene ali skrile jeklene tramove za ublažitev potresa.
Nove stavbe vključujejo veliko teh tehnologij med gradnjo. Najpogostejša metoda za zmanjšanje gibanja stavbe je bila naprava, imenovana uglašeni masni dušilec (TMD). Primer tega bi bil zelo težak predmet, masa, dodana zgradbi na vrhu vzmeti, nastavljene na določeno frekvenco. Ko se zgodi potres ali pa piha veter, se masa premika po stavbi. Ta dodana teža se premika v nasprotni smeri in zmanjšuje celotno gibanje stavbe. Takšna naprava sicer ni popolna. Stavba se mora preseliti, preden bo TMD delovala, in prvih nekaj sekund potresa je lahko zelo uničujoče.
Berryjeva ekipa je našla nov način, kako zgradbo uporabiti sama ali majhno količino dodane mase, da doseže bolj dramatičen padec gibanja. Večina TMD uporablja predmet, ki je enak približno 1 do 2 odstotka teže stavbe, da doseže zmanjšanje gibanja za približno 50 odstotkov. V nebotičniku lahko ta predmet tehta kar dva milijona funtov. Za reševanje problema raket so NASA-in inženirji raketno gorivo uporabili za ublažitev vibracij in dosegli 95-odstotno zmanjšanje gibanja za svojo 650.000-kilogramsko raketo. Berry pravi, da je bilo to mogoče s preprosto napravo, podobno balonu, imenovano Fluid Structure Coupler.
"Pomislite na balon. Vstavite zrak v balon, ta se poveča; vzemite zrak in postane manj, "pravi. "Če bom balon spustil v bazen, bo voda reagirala. Ko se ta balon stisne, voda sledi krčenju balona. Če se razširi, se tekočina odmakne od nje. "
Ker se voda odziva na gibanje balona, je mogoče s spreminjanjem tlaka znotraj balona spremeniti naravno frekvenco tekočine. V stavbi lahko inženir s tem konceptom prilagodi, kako se bo struktura premikala.
Najprej inženirji določijo naravno frekvenco stavbe, da se naučijo, kdaj se bo začela premikati. Nato so spenjač (balon) postavili na drugačno frekvenco. Z vstavitvijo spenjače v vodno telo, na primer v bazen ali dodajanjem cevi, napolnjenih z vodo, pritrjenih na streho, voda spremeni naravne vibracije stavbe. Tekočina deluje kot sidro za gugalnico - gugalnica se bo še vedno premikala, vendar jo bo veliko težje potiskati. Tudi stavba se med potresom ali močnim vetrom manj giblje.
NASA je ta koncept uspešno preizkusila na svoji zgodovinski strukturi, dinamičnem strukturnem preskusnem centru leta 2013. Toda Berry in njegova ekipa sta priznala, da ne bodo imeli vsi zasnovi stavb dovolj prostora, da bi dodali tovrstni sistem na osnovi tekočin. Tako so uporabili tisto, kar so se naučili, da razvijejo mehansko napravo, ki bi zavzela manj prostora, a nudila isto vrsto sidra.
Zdaj je ekipa pripravila novo različico tehnologije, imenovano moteča uglašena masa (DTM), ki namesto vode uporablja kovinski košč namesto vode, da ublaži gibanje stavbe. Je veliko manjši od običajnega TMD in stane veliko manj, vendar je prav tako učinkovit.
V začetku tega meseca so Kreger in njegovi sodelavci, ki so bili skeptični do trditev Nasine, napravo prestavili s prvim testom v simuliranem potresu na Univerzi v Alabami Center za trajnostno infrastrukturo. Uspeh je bil.
"Test je jasno pokazal, da je moteča uglašena masa presegla uglašeni blažilnik mase in jasno pokazala, da je uporabna za blaženje potresa, " pravi Berry. Ta nov pristop, pravi, "je še en odličen primer, kjer tehnologija, pridobljena za vesoljski program, lahko industriji nudi nove zmogljivosti."
Kreger se strinja in upa, da bo sodeloval z Naso pri testiranju in razvoju prihodnjih sistemov DTM.
Te tehnologije so prototipi, toda NASA sodeluje z zasebnimi podjetji pri razvoju komercialnih izdelkov, ki jih je mogoče uporabiti za blaženje potresa v javnih in zasebnih stavbah, vključno z zgodovinskimi strukturami.
Berry pravi, da bi ta nova tehnologija lahko celo pomagala Washingtonskemu spomeniku, da zdrži vibracije potresa in vetra. "Stavim, da so si ogledali različne načine za ublažitev, " pravi. "A če bi šel tam isti potres z nameščeno motečo uglašeno maso, bi bil odziv popolnoma drugačen. Odziva bi lahko utišali. "
Nadaljuje: "Rad bi poklical Washington Monument. Ta tehnologija je bila razvita z denarjem davkoplačevalcev, zato jim pripada. "
