WEBVTT

00:00:07.000 --> 00:00:10.576
Trzęsienia ziemi zawsze były
przerażającym zjawiskiem,

00:00:10.576 --> 00:00:13.931
a wraz z rozwojem miast
stały się jeszcze groźniejsze

00:00:13.931 --> 00:00:15.457
z powodu zawaleń budynków,

00:00:15.457 --> 00:00:17.723
jednego z najgroźniejszych
efektów trzęsienia.

00:00:17.723 --> 00:00:20.209
Dlaczego podczas trzęsienia
budynki się zawalają

00:00:20.209 --> 00:00:22.736
i jak można temu zapobiec?

00:00:22.736 --> 00:00:24.994
Jeśli oglądaliście dużo
filmów katastroficznych,

00:00:24.994 --> 00:00:26.101
to możecie sądzić,

00:00:26.101 --> 00:00:29.573
że bezpośrednią przyczyną zawalenia się
budynku jest ruch jego podłoża,

00:00:29.573 --> 00:00:32.977
które gwałtownie się trzęsie,
a nawet pęka.

00:00:32.977 --> 00:00:35.298
W rzeczywistości jest inaczej.

00:00:35.298 --> 00:00:39.374
Większość budynków nie znajduje się
dokładnie nad uskokiem,

00:00:39.374 --> 00:00:41.958
a ruszające się płyty tektoniczne
leżą dużo głębiej

00:00:41.958 --> 00:00:43.932
niż fundamenty budynków.

00:00:43.932 --> 00:00:46.316
Co więc tak naprawdę się dzieje?

00:00:46.316 --> 00:00:50.077
W rzeczywistości kwestia trzęsień ziemi
i ich wpływu na budynki

00:00:50.077 --> 00:00:52.065
jest trochę bardziej skomplikowana.

00:00:52.065 --> 00:00:55.282
Aby to zrozumieć, architekci
i inżynierowie korzystają z modeli,

00:00:55.282 --> 00:00:59.778
takich jak dwuwymiarowa matryca
odzwierciedlająca słupy i belki budynku

00:00:59.778 --> 00:01:05.432
lub pojedynczy lizak z ciężarem
reprezentującym masę budynku.

00:01:05.432 --> 00:01:09.280
Nawet tak uproszczone modele
mogą być całkiem użyteczne,

00:01:09.280 --> 00:01:12.009
jako że przewidywanie reakcji
budynku na trzęsienie ziemi

00:01:12.009 --> 00:01:14.618
jest kwestią należącą
przede wszystkim do fizyki.

00:01:14.618 --> 00:01:16.868
Większość zawaleń występujących
podczas trzęsień

00:01:16.868 --> 00:01:20.332
nie jest spowodowana samymi wstrząsami.

00:01:20.332 --> 00:01:23.259
W rzeczywistości ruch ziemi pod budynkiem

00:01:23.259 --> 00:01:26.284
powoduje przemieszczanie się
fundamentu i niższych pięter,

00:01:26.284 --> 00:01:29.545
generując fale uderzeniowe rozchodzące się
przez konstrukcję budynku

00:01:29.545 --> 00:01:32.274
i wywołując jego drgania.

00:01:32.274 --> 00:01:36.126
Amplituda tych drgań zależy
od dwóch głównych czynników:

00:01:36.136 --> 00:01:39.196
masy budynku, która jest skupiona
przy jego podstawie,

00:01:39.196 --> 00:01:40.568
oraz jego sztywności,

00:01:40.568 --> 00:01:44.585
to znaczy siły potrzebnej do wywołania
danego odkształcenia.

00:01:44.585 --> 00:01:48.159
Poza rodzajem materiału budynku
oraz typem i kształtem jego słupów,

00:01:48.159 --> 00:01:51.207
na sztywność główny
wpływ ma jego wysokość.

00:01:51.207 --> 00:01:54.105
Niższe budynki są sztywniejsze
i oscylują słabiej,

00:01:54.105 --> 00:01:57.337
podczas gdy wyższe budynki
są podatniejsze.

00:01:57.347 --> 00:02:00.557
Można by pomyśleć, że wyjściem
jest budowanie niższych budynków,

00:02:00.557 --> 00:02:02.843
tak żeby drgały one możliwie najsłabiej.

00:02:02.843 --> 00:02:05.166
Ale trzęsienie ziemi w Meksyku w 1985 roku

00:02:05.166 --> 00:02:08.689
jest dobrym przykładem
przeczącym temu rozwiązaniu.

00:02:08.699 --> 00:02:09.812
Podczas trzęsienia

00:02:09.812 --> 00:02:14.022
zawaliło się wiele budynków
mających od sześciu do piętnastu pięter.

00:02:14.022 --> 00:02:17.999
O dziwo, podczas gdy
niższe budynki w okolicy dalej stały,

00:02:17.999 --> 00:02:22.405
ponad 15-piętrowe budynki
również ucierpiały mniej,

00:02:22.405 --> 00:02:24.555
a średnio wysokie budynki,
które się zawaliły,

00:02:24.555 --> 00:02:28.730
drgały znacznie silniej niż samo podłoże.

00:02:28.730 --> 00:02:30.590
Jak to możliwe?

00:02:30.590 --> 00:02:34.322
Odpowiedź jest związana tak zwaną
częstotliwością drgań własnych.

00:02:34.322 --> 00:02:35.988
W układzie drgającym

00:02:35.988 --> 00:02:41.581
częstotliwość oznacza ilość drgań
występujących w czasie jednej sekundy.

00:02:41.581 --> 00:02:43.731
Jest ona odwrotnością okresu drgań,

00:02:43.731 --> 00:02:47.520
który mówi, ile sekund potrzebnych jest
na wykonanie jednego cyklu drgań.

00:02:47.520 --> 00:02:51.763
A częstotliwość drgań własnych budynku,
określona przez jego masę i sztywność,

00:02:51.763 --> 00:02:55.330
jest częstotliwością, do której
naturalnie zmierzają drgania budynku.

00:02:55.330 --> 00:02:58.165
Zwiększanie masy budynku
obniża częstotliwość,

00:02:58.165 --> 00:03:00.280
z którą drga on swobodnie,

00:03:00.280 --> 00:03:03.835
natomiast zwiększanie
sztywności ją podnosi.

00:03:03.835 --> 00:03:06.192
Zatem w równaniu
opisującym ich współzależność

00:03:06.192 --> 00:03:09.911
sztywność i częstotliwość drgań własnych
są do siebie proporcjonalne,

00:03:09.911 --> 00:03:14.184
za to masa i częstotliwość drgań
własnych są odwrotnie proporcjonalne.

00:03:14.184 --> 00:03:17.658
W Meksyku wystąpił
efekt nazywany rezonansem,

00:03:17.658 --> 00:03:20.198
podczas którego częstotliwość
fal sejsmicznych

00:03:20.198 --> 00:03:24.535
pokrywa się z częstotliwością drgań
własnych średnio wysokich budynków.

00:03:24.535 --> 00:03:27.456
Niczym dobrze wymierzone
popchnięcie huśtawki,

00:03:27.456 --> 00:03:31.211
każda fala sejsmiczna
wzmacniała drgania budynku

00:03:31.211 --> 00:03:33.052
w ich ówczesnym kierunku,

00:03:33.052 --> 00:03:36.616
powodując, że budynek kołysał się
coraz mocniej i mocniej,

00:03:36.616 --> 00:03:41.303
osiągając w końcu znacznie większe
wychylenie niż początkowe przemieszczenie.

00:03:41.303 --> 00:03:44.685
Obecnie inżynierowie pracują
z geologami oraz sejsmologami,

00:03:44.685 --> 00:03:48.702
aby przewidzieć częstotliwość ruchów ziemi
na terenach budowlanych

00:03:48.702 --> 00:03:51.626
i zapobiec zawaleniom
wywołanym rezonansem,

00:03:51.626 --> 00:03:55.023
biorąc pod uwagę na przykład rodzaj gruntu
i typ uskoku tektonicznego,

00:03:55.023 --> 00:03:57.947
a także dane z poprzednich trzęsień.

00:03:57.947 --> 00:04:00.997
Niskie częstotliwości ruchu
wywołają uszkodzenia wyższych

00:04:00.997 --> 00:04:02.865
i podatniejszych budynków,

00:04:02.865 --> 00:04:05.789
a wysokie częstotliwości ruchu
tworzą więcej zagrożenia

00:04:05.789 --> 00:04:08.553
dla niższych i sztywniejszych konstrukcji.

00:04:08.553 --> 00:04:11.416
Inżynierowie opracowali także
sposoby pochłaniania wstrząsów

00:04:11.416 --> 00:04:14.947
i ograniczania odkształceń
przy użyciu innowacyjnych systemów.

00:04:14.947 --> 00:04:17.423
Izolacja podstawy budynku
elementami elastycznymi

00:04:17.423 --> 00:04:21.346
odcina ruchy fundamentu od reszty budynku,

00:04:21.346 --> 00:04:25.225
a masowe tłumiki drgań niwelują rezonans

00:04:25.225 --> 00:04:28.536
przez ruch przesunięty w fazie
względem częstotliwości drgań własnych

00:04:28.536 --> 00:04:30.303
w celu zmniejszenia drgań.

00:04:30.303 --> 00:04:33.835
To nie najmocniejsze budynki przetrwają,

00:04:33.835 --> 00:04:35.477
lecz te najmądrzejsze.