Jordskælv i Indonesien - hvordan skrotdæk kunne stoppe bygninger med at kollapse

I skrivende stund, 436 mennesker er døde efter et jordskælv på den indonesiske ø Lombok. Yderligere 2, 500 mennesker er blevet indlagt med alvorlige kvæstelser og over 270, 000 mennesker er blevet fordrevet.

Jordskælv er en af ​​de mest dødelige naturkatastrofer, tegner sig for kun 7,5 % af sådanne hændelser mellem 1994 og 2013, men forårsager 37 % af dødsfaldene. Og, som med alle naturkatastrofer, det er ikke de lande, der lider af de fleste jordskælv, der oplever de største tab. I stedet, antallet af mennesker, der dør i et jordskælv, hænger sammen med, hvor udviklet landet er.

I Lombok, som i Nepal i 2015, mange dødsfald var forårsaget af det udbredte sammenbrud af lokale vakkelvorne huse, der ikke var i stand til at modstå de talrige efterskælv. Mere generelt, Bygninger af lav kvalitet og utilstrækkelig byplanlægning er de to hovedårsager til, at seismiske hændelser er mere ødelæggende i udviklingslandene.

Som svar på dette spørgsmål, mine kolleger og jeg arbejder på en måde at skabe billige bygningsfundamenter, der er bedre til at absorbere seismisk energi og så kan forhindre strukturer i at kollapse under et jordskælv. Og nøgleingrediensen i disse foundations er gummi fra skrotdæk, som ellers er meget vanskelige at bortskaffe sikkert og i vid udstrækning sendes til losseplads eller brændes, frigivelse af store mængder kuldioxid og giftige gasser indeholdende tungmetaller.

Gummi-jord blanding

Tidligere forsøg på at beskytte bygninger mod jordskælv ved at ændre deres fundamenter har vist lovende resultater. For eksempel, en nyligt udviklet underjordisk vibrerende barriere kan reducere mellem 40 % og 80 % af jordens overfladebevægelse. Men langt de fleste af disse sofistikerede isoleringsmetoder er dyre og meget svære at installere under eksisterende bygninger.

Vores alternativ er at skabe fundamenter lavet af lokal jord blandet med nogle af de 15 millioner tons skrot dæk, der produceres årligt. Denne gummi-jord-blanding kan reducere effekten af ​​seismiske vibrationer på bygningerne oven på dem. Det kunne nemt eftermonteres til eksisterende bygninger til lave omkostninger, hvilket gør det særligt velegnet til udviklingslande.

Flere undersøgelser har vist, at indføring af gummipartikler i jorden kan øge mængden af ​​energi, den spreder. Jordskælvet får gummiet til at deformeres, absorberer energien fra vibrationerne på samme måde som hvordan ydersiden af ​​en bil krøller sammen i et styrt for at beskytte personerne inde i den. Stivheden af ​​sandpartiklerne i jorden og friktionen mellem dem hjælper med at bevare blandingens konsistens.

Mine kolleger og jeg har vist, at introduktion af gummi-jord-blanding også kan ændre den naturlige frekvens af jordfundamentet, og hvordan det interagerer med strukturen over det. Dette kunne hjælpe med at undgå et velkendt resonansfænomen, der opstår, når den seismiske kraft har en frekvens svarende til bygningens naturlige vibrationer. Hvis vibrationerne matcher, vil de accentuere hinanden, dramatisk forstærker rysten fra jordskælvet og får strukturen til at kollapse, som det skete i det berømte tilfælde af Tacoma Narrows-broen i 1940. Indførelse af en gummi-jord-blanding kan udligne vibrationerne, så dette ikke sker.

En lovende fremtid

Nøglen til at få denne teknologi til at fungere er at finde den optimale procentdel af gummi at bruge. Vores foreløbige beregninger afspejler andre undersøgelser, hvilket indikerer, at et lag gummi-jordblanding mellem en og fem meter tykt under en bygning ville reducere den maksimale horisontale accelerationskraft af et jordskælv med mellem 50 % og 70 %. Dette er det mest ødelæggende element i et jordskælv for boligbyggerier.

Vi studerer nu, hvordan forskellige formede gummi-jordblandingsfundamenter kunne gøre systemet mere effektivt, og hvordan det påvirkes af forskellige typer jordskælv. En del af udfordringen med denne forskning er at teste systemet. Vi bygger bordmodeller i lille skala for at prøve at forstå, hvordan systemet fungerer, og vurdere nøjagtigheden af ​​computersimuleringer. Men at teste det i den virkelige verden kræver et egentligt jordskælv, og det er næsten umuligt at vide præcis, hvornår og hvor man vil slå til.

Der er måder at teste det på gennem store eksperimenter, som involverer at skabe modelbygninger i fuld størrelse og ryste dem for at simulere kraften fra registrerede rigtige jordskælv. Men dette kræver finansiering fra store institutioner eller virksomheder. Så er det bare et spørgsmål om at prøve løsningen på en rigtig bygning ved at overbevise ejendommens ejere om, at det kan betale sig.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.