0:00:07.000,0:00:10.576
Trzęsienia ziemi zawsze były[br]przerażającym zjawiskiem,

0:00:10.576,0:00:13.931
a wraz z rozwojem miast[br]stały się jeszcze groźniejsze

0:00:13.931,0:00:15.457
z powodu zawaleń budynków,

0:00:15.457,0:00:17.723
jednego z najgroźniejszych[br]efektów trzęsienia.

0:00:17.723,0:00:20.209
Dlaczego podczas trzęsienia[br]budynki się zawalają

0:00:20.209,0:00:22.736
i jak można temu zapobiec?

0:00:22.736,0:00:24.994
Jeśli oglądaliście dużo[br]filmów katastroficznych,

0:00:24.994,0:00:26.101
to możecie sądzić,

0:00:26.101,0:00:29.573
że bezpośrednią przyczyną zawalenia się[br]budynku jest ruch jego podłoża,

0:00:29.573,0:00:32.977
które gwałtownie się trzęsie,[br]a nawet pęka.

0:00:32.977,0:00:35.298
W rzeczywistości jest inaczej.

0:00:35.298,0:00:39.374
Większość budynków nie znajduje się[br]dokładnie nad uskokiem,

0:00:39.374,0:00:41.958
a ruszające się płyty tektoniczne[br]leżą dużo głębiej

0:00:41.958,0:00:43.932
niż fundamenty budynków.

0:00:43.932,0:00:46.316
Co więc tak naprawdę się dzieje?

0:00:46.316,0:00:50.077
W rzeczywistości kwestia trzęsień ziemi[br]i ich wpływu na budynki

0:00:50.077,0:00:52.065
jest trochę bardziej skomplikowana.

0:00:52.065,0:00:55.282
Aby to zrozumieć, architekci[br]i inżynierowie korzystają z modeli,

0:00:55.282,0:00:59.778
takich jak dwuwymiarowa matryca[br]odzwierciedlająca słupy i belki budynku

0:00:59.778,0:01:05.432
lub pojedynczy lizak z ciężarem[br]reprezentującym masę budynku.

0:01:05.432,0:01:09.280
Nawet tak uproszczone modele[br]mogą być całkiem użyteczne,

0:01:09.280,0:01:12.009
jako że przewidywanie reakcji[br]budynku na trzęsienie ziemi

0:01:12.009,0:01:14.618
jest kwestią należącą[br]przede wszystkim do fizyki.

0:01:14.618,0:01:16.868
Większość zawaleń występujących[br]podczas trzęsień

0:01:16.868,0:01:20.332
nie jest spowodowana samymi wstrząsami.

0:01:20.332,0:01:23.259
W rzeczywistości ruch ziemi pod budynkiem

0:01:23.259,0:01:26.284
powoduje przemieszczanie się[br]fundamentu i niższych pięter,

0:01:26.284,0:01:29.545
generując fale uderzeniowe rozchodzące się[br]przez konstrukcję budynku

0:01:29.545,0:01:32.274
i wywołując jego drgania.

0:01:32.274,0:01:36.126
Amplituda tych drgań zależy[br]od dwóch głównych czynników:

0:01:36.136,0:01:39.196
masy budynku, która jest skupiona[br]przy jego podstawie,

0:01:39.196,0:01:40.568
oraz jego sztywności,

0:01:40.568,0:01:44.585
to znaczy siły potrzebnej do wywołania[br]danego odkształcenia.

0:01:44.585,0:01:48.159
Poza rodzajem materiału budynku[br]oraz typem i kształtem jego słupów,

0:01:48.159,0:01:51.207
na sztywność główny[br]wpływ ma jego wysokość.

0:01:51.207,0:01:54.105
Niższe budynki są sztywniejsze[br]i oscylują słabiej,

0:01:54.105,0:01:57.337
podczas gdy wyższe budynki[br]są podatniejsze.

0:01:57.347,0:02:00.557
Można by pomyśleć, że wyjściem[br]jest budowanie niższych budynków,

0:02:00.557,0:02:02.843
tak żeby drgały one możliwie najsłabiej.

0:02:02.843,0:02:05.166
Ale trzęsienie ziemi w Meksyku w 1985 roku

0:02:05.166,0:02:08.689
jest dobrym przykładem[br]przeczącym temu rozwiązaniu.

0:02:08.699,0:02:09.812
Podczas trzęsienia

0:02:09.812,0:02:14.022
zawaliło się wiele budynków[br]mających od sześciu do piętnastu pięter.

0:02:14.022,0:02:17.999
O dziwo, podczas gdy[br]niższe budynki w okolicy dalej stały,

0:02:17.999,0:02:22.405
ponad 15-piętrowe budynki[br]również ucierpiały mniej,

0:02:22.405,0:02:24.555
a średnio wysokie budynki,[br]które się zawaliły,

0:02:24.555,0:02:28.730
drgały znacznie silniej niż samo podłoże.

0:02:28.730,0:02:30.590
Jak to możliwe?

0:02:30.590,0:02:34.322
Odpowiedź jest związana tak zwaną[br]częstotliwością drgań własnych.

0:02:34.322,0:02:35.988
W układzie drgającym

0:02:35.988,0:02:41.581
częstotliwość oznacza ilość drgań[br]występujących w czasie jednej sekundy.

0:02:41.581,0:02:43.731
Jest ona odwrotnością okresu drgań,

0:02:43.731,0:02:47.520
który mówi, ile sekund potrzebnych jest[br]na wykonanie jednego cyklu drgań.

0:02:47.520,0:02:51.763
A częstotliwość drgań własnych budynku,[br]określona przez jego masę i sztywność,

0:02:51.763,0:02:55.330
jest częstotliwością, do której[br]naturalnie zmierzają drgania budynku.

0:02:55.330,0:02:58.165
Zwiększanie masy budynku[br]obniża częstotliwość,

0:02:58.165,0:03:00.280
z którą drga on swobodnie,

0:03:00.280,0:03:03.835
natomiast zwiększanie[br]sztywności ją podnosi.

0:03:03.835,0:03:06.192
Zatem w równaniu[br]opisującym ich współzależność

0:03:06.192,0:03:09.911
sztywność i częstotliwość drgań własnych[br]są do siebie proporcjonalne,

0:03:09.911,0:03:14.184
za to masa i częstotliwość drgań[br]własnych są odwrotnie proporcjonalne.

0:03:14.184,0:03:17.658
W Meksyku wystąpił[br]efekt nazywany rezonansem,

0:03:17.658,0:03:20.198
podczas którego częstotliwość[br]fal sejsmicznych

0:03:20.198,0:03:24.535
pokrywa się z częstotliwością drgań[br]własnych średnio wysokich budynków.

0:03:24.535,0:03:27.456
Niczym dobrze wymierzone[br]popchnięcie huśtawki,

0:03:27.456,0:03:31.211
każda fala sejsmiczna[br]wzmacniała drgania budynku

0:03:31.211,0:03:33.052
w ich ówczesnym kierunku,

0:03:33.052,0:03:36.616
powodując, że budynek kołysał się[br]coraz mocniej i mocniej,

0:03:36.616,0:03:41.303
osiągając w końcu znacznie większe[br]wychylenie niż początkowe przemieszczenie.

0:03:41.303,0:03:44.685
Obecnie inżynierowie pracują[br]z geologami oraz sejsmologami,

0:03:44.685,0:03:48.702
aby przewidzieć częstotliwość ruchów ziemi[br]na terenach budowlanych

0:03:48.702,0:03:51.626
i zapobiec zawaleniom[br]wywołanym rezonansem,

0:03:51.626,0:03:55.023
biorąc pod uwagę na przykład rodzaj gruntu[br]i typ uskoku tektonicznego,

0:03:55.023,0:03:57.947
a także dane z poprzednich trzęsień.

0:03:57.947,0:04:00.997
Niskie częstotliwości ruchu[br]wywołają uszkodzenia wyższych

0:04:00.997,0:04:02.865
i podatniejszych budynków,

0:04:02.865,0:04:05.789
a wysokie częstotliwości ruchu[br]tworzą więcej zagrożenia

0:04:05.789,0:04:08.553
dla niższych i sztywniejszych konstrukcji.

0:04:08.553,0:04:11.416
Inżynierowie opracowali także[br]sposoby pochłaniania wstrząsów

0:04:11.416,0:04:14.947
i ograniczania odkształceń[br]przy użyciu innowacyjnych systemów.

0:04:14.947,0:04:17.423
Izolacja podstawy budynku[br]elementami elastycznymi

0:04:17.423,0:04:21.346
odcina ruchy fundamentu od reszty budynku,

0:04:21.346,0:04:25.225
a masowe tłumiki drgań niwelują rezonans

0:04:25.225,0:04:28.536
przez ruch przesunięty w fazie[br]względem częstotliwości drgań własnych

0:04:28.536,0:04:30.303
w celu zmniejszenia drgań.

0:04:30.303,0:04:33.835
To nie najmocniejsze budynki przetrwają,

0:04:33.835,0:04:35.477
lecz te najmądrzejsze.