A föld évente több milliószor remeg. Gyakran ezek a földrengések ismerős helyeken sztrájkolnak, mint például a közelmúltban halálos földrengések Ecuadorban és Japánban. Más esetekben egy földrengés sújthat egy olyan helyszínen is, amely kevésbé ismeri a földrengéseket, például az 5, 8-as erősségű földrengés, amely 2011-ben sújtotta Virginiát, és megsértette a Washington-emlékművet.
A történelmi struktúrák gyakran sérülékenyek egy földrengés során. Számos Nepál világörökségi helyet elpusztítottak vagy súlyosan megsérültek 2015-ben a 7, 8-as földrengés és a 7, 3-es erősségű utórengések során. A régebbi építési gyakorlatok és az öregedő építőanyagok miatt a legtöbb történelmi szerkezet kevésbé képes ellenállni a földrengés vagy a nagy szél okozta vibrációknak. A modern építési technikák felhasználhatók ezen szerkezetek korszerűsítésére a lehetséges károk csökkentése érdekében, ám ezek akkor is érzékenyebbek, mint a modern társaik.
A NASA Marshall űrrepülési központjának mérnökei, az alaszti állambeli Huntsville, azt mondják, hogy segíthetnek a történelmi struktúráknak a pusztító események túlélésében. Kidolgozták azt a módot, hogy megváltoztassák az épületek reagálásának mozgását, amelyet a földkéreg mozgása okoz. És az egész egy rakéttal kezdődött.
A technológia az Ares rakéta munkájából származik, amely a Constellation programhoz készült hordozórakéta, amelyet még a 2010-es visszavonás előtt felváltottak az űrrepülőgép helyére az űrhajósok űrbe szállítása céljából. A rakéta annyira rezeg, hogy bárkit megsérülhet a fedélzeten, ezért a NASA mérnökeinek kellett megtalálniuk a módját, hogy a jármű biztonságossá váljon. A rázás ellenőrzésének szokásos módja, még nagyobb súly hozzáadásával, nem volt választható, mert a rakéta túl nehéz lett volna ahhoz, hogy kilépjen a Föld légköréből.
A csapat kitalált egy módszert a rakéta üzemanyagának felhasználására a probléma megoldására. Ugyanez a megoldás működik a rezgő épületeknél is, ideértve a több évvel ezelőtt épített épületeket is - mondta Rob Berry, a NASA Marshall munkatársa.
A történelmi struktúrákban nem lehetnek olyan kapcsolatok, mint például az acél megerősítése, amelyek az épület egyes darabjait tartósabb, összetartóbb rendszerré alakítják át. A mérnökök azonban utólag felszerelhetik azokat az épületeket, amelyek külső összeköttetései tartják az épületet együtt. "Ezen épületek [némelyikén] látni fogják a tányérokat, a bejövő csavarokkal és a végén egy nagy öreg anyával" - mondta Michael Kreger, az alabamai egyetem nagy méretű szerkezetek laboratóriumának igazgatója. . "Ezek a dolgok általában feketék lesznek, így néznek ki, mintha örökké ott lennének."
Egy másik lehetőség a belső felületek, például a burkolatok és a díszlécek eltávolítása, és új, acéllal megerősített falak építése az eredeti példányok körül. Ezeket a falakat ezután lefedik, így a módosítások nem láthatók.
Ezek az erőfeszítések azonban költségesek, és nem vezetik a teljes szerkezetet a jelenlegi építési előírásokhoz - mondja Kreger. És néhány történelmi szerkezetben nincs elegendő hely a falak hozzáadásához vagy az acélgerendák elrejtéséhez a földrengés enyhítéséhez.
Az új épületek sok ilyen technológiát beépítenek az építkezés során. Az épület mozgásának csökkentésére a leggyakoribb módszer a hangolt tömegcsillapítónak (TMD) nevezett eszköz volt. Erre példa lehet egy nagyon nehéz tárgy, a tömeg, amelyet egy adott frekvenciára beállított rugók tetején lévő épülethez adnak. Ha földrengés történik, vagy ha szél fúj, akkor a tömeget az épület mozgása mozgatja. Ez a hozzáadott súly az ellenkező irányba mozog, és csökkenti az épület általános mozgását. Egy ilyen eszköz azonban nem tökéletes. Az épületnek el kell szállnia, mielőtt a TMD működni fog, és a földrengés első néhány másodperce hihetetlenül romboló lehet.
Berry csapata új módszert talált magának az épületnek vagy kis mennyiségű hozzáadott tömegének a felhasználására, hogy drámaibb mozgást eredményezjen. A legtöbb TMD az épület tömegének körülbelül 1-2% -ával megegyező tárgyat használ, hogy kb. 50% -kal csökkenjen a mozgás. Egy felhőkarcolóban ez az objektum akár 2 millió fontot is elérhet. A rakétaprobléma megoldására a NASA mérnökei a rakétaüzemanyagot használták a rezgések enyhítésére, és 650 000 font rakéta mozgásának 95% -kal csökkentek. Ez egy egyszerű, léggömbszerű eszköznek, úgynevezett Folyadékszerkezet-csatolónak volt lehetséges, mondja Berry.
- Gondolj egy léggömbre. Helyezzen levegőt a ballonba, ez nagyobb lesz; vegye ki a levegőt, és ez kisebb lesz ”- mondja. - Ha leteszem a léggömböt egy medencébe, a víz reagálni fog. Amikor ez a ballon összehúzódik, a víz követi a ballon összehúzódását. Ha tágul, akkor a folyadék elmozdul tőle. ”
Mivel a víz reagál a ballon mozgására, megváltoztathatja a folyadék természetes frekvenciáját a ballon belüli nyomás beállításával. Egy épületnél a mérnök ezt a koncepciót alkalmazhatja a szerkezet mozgásának beállítására.
A mérnökök először meghatározzák az épület természetes frekvenciáját, hogy megtanulják, mikor kezd elmozdulni. Ezután beállítják a csatolót (ballont) más frekvenciára. Ha a csatlakozót víztestbe helyezi, például egy uszodába, vagy a tetőhöz csatolt, vízzel töltött csöveket helyezkedik el, a víz megváltoztatja az épület természetes rezgését. A folyadék úgy viselkedik, mint egy horgony a hintához - a hinta továbbra is mozog, de sokkal nehezebb nyomja. Az épület hasonlóképpen kevésbé mozog földrengés vagy erős szél esetén.
A NASA 2013-ban sikeresen kipróbálta ezt a koncepciót egy saját történelmi struktúrán, a dinamikus szerkezeti tesztelő eszközön. De Berry és csapata elismerte, hogy nem minden épülettervnek lesz lehetősége az ilyen típusú folyadék alapú rendszer hozzáadására. Tehát azt alkalmazták, amit megtanultak egy mechanikus eszköz kifejlesztésére, amely kevesebb helyet foglalna el, de ugyanolyan típusú horgonyt biztosít.
A csapat most kifejlesztett egy új technológiát, amelyet zavaró hangolt tömegnek (DTM) hívnak, amely víz helyett fém darabot használ az épület mozgásának enyhítésére. Sokkal kisebb, mint a hagyományos TMD-k, és sokkal kevesebb költséget jelent a gyártás, de ugyanolyan hatékony.
A hónap elején Kreger és kollégái, akik szkeptikusak voltak a NASA állításaival szemben, az első teszt során tesztelték a készüléket egy szimulált földrengés során az alabami egyetemi fenntartható infrastruktúra központjában. Sikeres volt.
"A teszt egyértelműen megmutatta, hogy a zavaró hangolt tömeg felülmúlja a hangolt tömegcsillapítót, és egyértelműen kimutatta, hogy hasznos a földrengés enyhítésében" - mondja Berry. Ez az új megközelítés - mondja - „újabb nagyszerű példa arra, hogy az űrprogram számára létrehozott technológia új képességeket tud nyújtani az ipar számára”.
Kreger egyetért és reméli, hogy partnerként fog működni a NASA-val a jövőbeli DTM rendszerek tesztelésében és fejlesztésében.
Ezek a technológiák prototípusok, de a NASA magánvállalatokkal dolgozik olyan kereskedelmi termékek kifejlesztésén, amelyek felhasználhatók köz- és magánépületek földrengés enyhítésére, ideértve a történelmi építményeket is.
Ez az új technológia akár a Washington-emlékműnek is segíthet ellenállni a földrengések és a szél rezgéseinek - mondja Berry. "Fogadok, hogy megvizsgálták a mérséklés különféle módjait" - mondja. „De ha ugyanaz a földrengés ott zajlik egy zavaró hangolással ellátott tömeggel, a válasz teljesen más lett volna. Lehet, hogy elnémítottuk a választ.
Folytatja: „Szeretném, ha felhívnák a Washington Monument embereket. Ezt a technológiát adófizetők pénzével fejlesztették ki, tehát nekik tartozik. ”
