I februari 2010 orsakade en jordbävning med en magnitud på 8,8 - en så kraftig att den förändrade jordens axel och förkortade längden på en enda dag - mer än 700 människors död i Chile [källa:Than].
Hur tragiskt detta än var, en knapp månad tidigare drabbade en jordbävning med magnituden 7,0 Haiti och dödade mer än 200 000. Hur kunde en mindre kraftig jordbävning döda fler människor?
Byggnader.
Chile har strängare byggregler än Haiti, liksom de ekonomiska möjligheterna att följa dem. Resultatet? Chile har ett större antal jordbävningsbeständiga byggnader, varav färre sannolikt kommer att kollapsa på sina invånare [källa:Sutter].
Det är dock stor skillnad mellan en jordbävningsbeständig byggnad byggd för att stå kvar, även om den är skadad och jordbävningssäker byggnad konstruerad för att klara markskakande händelser oskadd. En jordbävningsbeständig byggnad är förstärkt så att den inte faller sönder (vilket gör att människor kan fly); en jordbävningssäker struktur har ytterligare funktioner som är utformade för att skydda den vid sidoförskjutning. Denna förskjutning är en vanlig företeelse under jordbävningar eftersom seismiska vågor och vibrationer får byggnader att svaja till ökande vinklar tills de misslyckas. Ju högre byggnaden är, desto mer rörelse kommer dess översta våningar att uppvisa under en jordbävning. Om byggnaden börjar svaja i en så extrem rörelse att den böjer sig bortom sin elasticitet, kommer den att knäppa [källor:Reid Steel, Structural Engineers Association of Northern California].
Principen bakom jordbävningssäkra byggnader liknar den för pilträdet, en sort som är känd för sin motståndskraft. Starka vindar kan stöta trädet och få det att böjas, men det går sällan sönder. Byggnader designade och byggda för att vara jordbävningssäkra följer naturens exempel.
Framgången för jordbävningssäkra byggnader ligger i deras motståndskraft. Däri ligger också utmaningen. Även om vi kan ta våra ledtrådar från naturen, beter sig konstgjorda byggmaterial annorlunda. Träd böjer sig, inte tegelstenar.
Så vad, exakt, skulle göra en byggnad jordbävningssäker? Från råmaterial genomsyrade av förmågan att expandera och dra ihop sig, till vibrationsdämpande fundament och rymdålderns spindelnät, har det funnits ett tillflöde av idéer utformade för att förhindra byggnader från att kollapsa under jordbävningar.
Men att implementera dem handlar ofta om pengar.
Innehåll
Många av de befintliga strukturerna som ligger längs jordbävningsbenägna förkastningslinjer är inte utformade för att motstå betydande markskakningar. Medan ett fåtal har stöttats upp med förstärkta skal eller förstärkta inre ramar, har de flesta inte gjorts bara på grund av kostnaden.
Det kan dock ändras. I San Francisco, till exempel, kräver en lag från 2013 att fastighetsägare ska renovera byggnader med träram av mjuka våningar på minst tre våningar höga som byggdes före 1978. Staden uppskattar att det kan kosta mellan 60 000 och 130 000 dollar att bygga om en byggnad. Byggnadsägare klagar på priset, liksom vissa hyresrättsgrupper som fruktar att hyrorna kommer att öka när kostnaderna förs vidare [källor:Lin, City and County of San Francisco].
Traditionella metoder för att förstärka en byggnad förlitade sig på att stärka balkarna och pelarna och bygga väggarna med stagna ramar. Men nyare metoder fokuserar på grunderna. Ta till exempel världens största jordbävningssäkra byggnad. På Istanbuls flygplats Sabiha Gökçen fungerar en terminal på 2 miljoner kvadratfot (185 806 kvadratmeter) ungefär som en gigantisk rullskridsko. Istället för att vara bunden till jorden med en traditionell grund, sitter terminalen ovanpå mer än 300 lager, kända som isolatorer , på vilken den kommer att rulla under en jordbävning. Detta gör att den massiva byggnaden kan röra sig som en helhet under en markskakande händelse, snarare än att bölja på ett ojämnt – och destruktivt – sätt. I grund och botten fungerar isolatorerna som stötdämpare medan strukturen sakta rullar fram och tillbaka, vilket leder till skador under jordbävningar upp till en uppskattad magnitud på 8,0 [källa:Madrigal].
Att isolera en byggnads bas och sedan skingra energin från en jordbävning när den färdas under byggnaden är nyckeln till att skapa jordbävningssäkra byggnader. Förutom lager, som de som används under flygplatsen i Istanbul, finns det andra isolatorsystem. Ett sådant system förlitar sig på bara ett fåtal lager som färdas längs böjda gummikuddar mellan en struktur och dess fundament, vilket gör att basen kan röra sig under en jordbävning samtidigt som rörelsen av själva strukturen minimeras. Andra enheter fokuserar på att skingra energin som orsakas av markrörelser och fungerar som gigantiska stötdämpare mellan grunden och byggnaden [källa:MC EER].
Även om denna teknik blir allt vanligare, bidrar den fortfarande avsevärt till byggnadens resultat. En arkitektonisk webbplats uppskattade att det skulle kosta 781 000 $ att bygga om en gymnasieskola och 17 000 $ för ett hus på 2 300 kvadratmeter (213 kvadratmeter) [källa:Kuang]. Om byggnadsägare och entreprenörer i USA tycker att kostnaden för jordbävningssäkra en byggnad är hög, föreställ dig vad detta måste betyda i utvecklingsländer.
Det finns dock sätt att tillämpa dessa principer på ett billigt sätt. Säkrare strukturer kan byggas med återvunna material som däck fyllda med stenar och placerade mellan golv och fundament. Väggar kan förstärkas med naturliga, flexibla material som bambu eller eukalyptus. Och tunga betongtak kan ersättas med flexibel plåt på trästolpar [källa:National Geographic].
Även om du inte kan garantera att någon byggnad tål alla jordbävningar – det skulle bero på katastrofens omfattning – finns det säkert byggmetoder som ökar chanserna att en byggnad kommer att överleva intakt. Vi har redan nämnt några av dem men det finns andra.
På grund av sin höjd är världens högsta byggnader några av de mest utsatta för haveri under jordbävningar. Lyckligtvis har de också några av de mest innovativa jordbävningssäkra teknologierna.
Taipei 101, en 101 våningar hög struktur i Taiwan, byggdes nära en massiv förkastningslinje. Den är utformad för att motstå inte bara jordbävningar, utan också landets frekventa tyfonvindar. Lösningen? En enorm inre pendel. Inuti Taipei 101 börjar en upphängd stålkula på 730 ton (662 ton) att svänga när byggnaden svajar, vilket neutraliserar dess rörelse [källa:Tech News].
Eller överväg en anmärkningsvärt enkel idé som utvecklas för att skydda bostadshus mot jordbävningsförstöring. Air Danshin, ett japanskt företag, testar fördelarna med ett hem som sitter ovanpå en tömd krockkudde. När krockkuddens sensorer upptäcker markrörelser fyller en luftkompressor väskan och lyfter hemmet från grunden inom några sekunder. Medan konceptet fungerade bra under simulerade tester och anses vara effektivt under en mindre jordbävning som skakar i sidled, tvivlar kritiker på att den kostsamma krockkudden skulle skydda en struktur under en större jordbävning [källa:Abrams].
Allt oftare tror forskare att planen för hållbara byggnader kan komma från en blandning av natur och vetenskap. Superstarka naturligt förekommande ämnen, som spindelnät eller musselfibrer, kan inspirera nästa generation av jordbävningssäkra byggnader.
Spindelnät är pund för pund robustare än stål; plus, de kan böjas och sträckas utan att knäppa. De kabelliknande fibrerna i blåmusslorna som finns längs New Englands kust förankrar till exempel varelserna till undervattensstenar trots ibland våldsamma vågor.
Kombinationen av styrka och flexibilitet i spindelnät och musselfibrer är vad ingenjörer behöver för motståndskraftiga byggnader också. Tillkomsten av 3D-utskrift , en metod som sprutar ett material på en yta i lager för att skapa ett tredimensionellt föremål, kan leda till tillverkning av byggmaterial som är fasta, men ändå flexibla - och perfekta för att motstå jordbävningar [källor:Chandler, Subbaraman].
Vi får inte många jordbävningar i Mellanvästern, men jag har känt åtminstone en. En sommar vid 21-tiden. när jag gick genom sovrummet började sängramen i trä att skumma. Jag var precis på väg att skylla på hunden för att ha hoppat in på förbjudet territorium och fått sängen att skaka, när jag märkte att han fortfarande låg på mattan. Och såg lika förvånad ut som jag. Ungefär när det gick upp för mig att det verkligen var en mycket mindre jordbävning var det över. Även om min erfarenhet var kort, gjorde den intryck. Och gav mig en smak av förstörelsen som lätt kunde inträffa.
