پیشرفت فناوری، راهکارهای متفاوتی را برای ایمن‌سازی ساختمان‌ها در مقابل زمین لرزه ایجاد کرده است. در این مطلب، به بخش دوم تکنولوژی‌هایی اشاره خواهیم کرد که باعث شده‌اند ساختمان‌ها در برابر زلزله، مقاوم‌تر از همیشه باشند.
در مطلبی جداگانه به چند مورد از فناوری‌هایی که به منظور ایمن‌سازی ساختمان‌ها در مقابل زمین لرزه استفاده می‌شوند اشاره کردیم. همان‌طور که گفته شد، این فناوری‌ها در برخی موارد به مرحله اجرا درآمده‌اند و حتی در ابعاد وسیعی به کار بسته شده‌اند و در سایر انواع آنها نیز در دست بررسی، تحقیق و آزمایش قرار دارند. در این مطلب، به موارد دیگری از این فناوری‌ها اشاره خواهیم کرد. فناوری‌هایی که به کارگیری هر یک از آنها میتواند به کاهش تلفاوت و آسیب‌های زلزله و البته نجات جان هزاران انسان کمک کند.
لوله‌های مقوایی
استفاده از بسیاری از راهکارهای مدرن، به دلایل مختلف نظیر هزینه بالا و محدودیت منابع و اعتبار، در کشورهای درحال توسعه ممکن نیست یا با سختی‌های فراوانی همراه است. سختی‌هایی که در نهایت باعث می‌شوند طرح، توجیه اقتصادی نداشته باشد. اما آیا این باعث خواهد شد شهروندان این کشورها محکوم به تحمل ضرر و زیان فراوان باشند؟ آیا در این کشورها با وقوع هر زمین لرزه، ده‌ها ساختمان یا منزل مسکونی باید ویران شود و خسارات عظیمی برای مالکان و ساکنان ایجاد شود؟ الزاماً نه. تیم‌های مختلفی از مهندسان در سراسر دنیا مشغول به تحقیق و بررسی هستند تا ساختارهایی مقاوم در برابر زلزله را با استفاده از متریالی که دسترسی به آنها در این کشورها آسان است یا هزینه‌های کم‌تری دارد ایجاد کنند. به عنوان مثال، در کشور پرو محققان موفق شده‌اند با استفاده از شبکه‌های پلاستیکی، خانه‌های خشتی را مقاوم‌تر از همیشه بسازند. در هند نیز مهندسان با موفقیت توانسته‌اند از بامبو برای مقاوم‌سازی هرچه بیشتر منازل مسکونی یا حتی ساختمان‌های تجاری استفاده کنند. مثال‌هایی از این دست بسیار فراوانند. به عنوان نمونه‌ای دیگر، در کشور اندونزی نیز حالا ساختمان‌هایی با استفاده از لاستیک‌های قدیمی خودروها که با ماسه و سنگ پر شده‌اند موفق به دریافت استانداردهای مقاومت در برابر زلزله شده‌اند.
شاید برای شما تعجب آور باشد که بدانید حتی مقوا هم میتواند به ماده‌ای مقاوم و با دوام برای ساخت و ساز تبدیل شود. در این راستا، یک معمار ژاپنی به نام Shigeru Ban موفق به توسعه چندین و چند سازه شده که از لوله‌های مقوایی با پوشش پلی‌اورتان به عنوان المان اصلی در ایجاد فریم‌ها بهره می‌برند. در سال ۲۰۱۳ میلادی Ban به طور رسمی از اولین طرح از مجموعه طراحی‌های خود در این زمینه رونمایی کرد که در کالبد کلیسایی در نیوزیلند به مرحله نمایش گذاشته شد. این کلیسا از ۹۸ لوله مقوایی عظیم‌الجثه که با ساختارهای چوبی مقاوم‌سازی شده است بهره می‌برد. از آنجایی که ترکیب مقوا و چوب، فوق‌العاده سبک و انعطاف‌پذیر است، در مقابل زمین لرزه عکس العمل به مراتب بهتری هم در مقایسه با ترکیب‌های بتوانی و سیمانی دارد. حتی در صورتی که سازه فرو بریزد، احتمال آسیب رسیدن به افرادی که در زیر آن قرار دارند بسیار کم‌تر خواهد بود.
مواد بیولوژیک
محققان در کنار توسعه راهکارهای نوین در زمینه ایمن‌سازی ساختمان‌ها در برابر زلزله، نیم‌نگاهی هم به الگوبرداری موثر از طبیعت، جانداران و به طور کلی ساختارهای بیولوژیکی دارند. به عنوان مثال، تحقیقاتی گسترده روی نوعی صدف انجام شده است که الیافی چسبنده را از خود ترشح می‌کند. این الیاف که رشته‌های باسیل نام گرفته‌اند در برخی موارد، محکم و با دوام بوده و در برخی موارد، خاصیت کشسانی جالب توجهی داشته و فوق‌العاده انعطاف‌پذیر هستند. وقتی موجی با بدنه این صدف برخورد می‌کند، این جاندار در جای خود ثابت باقی می‌ماند زیرا تارهای انعطاف‌پذیر، ضربه را جذب کرده و انرژی دریافتی را از بین می‌برند. محققان در بررسی‌های خود به این نکته رسیده‌اند که نسبت تارهای محکم به نمونه‌های انعطاف‌پذیر، ۸۰ به ۲۰ است. همین امر در نهایت باعث پایداری وضعیت این صدف در مقابل ارتعاشات و ضربه‌ها می‌شود. حالا محققان به این مرحله رسیده‌اند تا با تولید متریال ویژه ساخت و ساز ساختمان‌ها که بتواند وضعیت موجود در صدف های یادشده را شبیه‌سازی کند، ترکیبی کاملاً مقاوم را در برابر زلزله ایجاد کنند. البته این تحقیقات هنوز در فاز بررسی و آزمایش قرار دارد و محققان نتوانسته‌اند محصول نهایی را با کیفیت و استاندارد سطح بالا به منظور مقاومت حداکثری در برابر زلزله تولید کنند. با وجود این، آزمایش‌ها و تحقیقاتی اینچنینی حکایت از آن دارند که در زمینه توسعه راهکارهای مقاوم سازی ساختمان‌ها می‌توان به مواد بیولوزیکی تکیه کرد.
یکی دیگر از مواردی که نشان می‌دهد دانشمندان در ایجاد سازه‌های مقاوم از طبیعت الگوبرداری کرده‌اند طرح‌هایی است که با الهام گرفتن از تارهای عنکبوت به مرحله توسعه رسیده‌اند. همان‌طور که می‌دانید تار عنکبوت حتی از فولاد هم مقاوم‌تر است (اگر باور ندارید از مرد عنکبوتی بپرسید) اما محققان MIT معتقدند پاسخ دینامیکی این ماده طبیعی زیر کشش‌ها و فشارهای فراوان است که باعث شده این تارها، منحصر به فرد باشند. محققان با بررسی تارهای عنکبوت به این نتیجه رسیدند که ساختار آنها در ابتدا سخت و محکم بوده، پس از گذشت زمان انعطاف پذیر می شود و در نهایت امر، بار دیگر سخت و محکم و البته استوار خواهد شد. این پیچیدگی باعث خواهد شد پاسخ غیرخطی و منحصر به فردی ایجاد شده و تارهای عنکبوت از پایداری فراوانی در برابر لرزش‌ها برخوردار شوند. محققان امیدوارند بتوانند با الگوبرداری از این تارها، نسل جدید ماده‌های مقاوم در برابر زمین لرزه را تولید کنند.
پوشش فیبرکربنی
مطمئنا درنظر گرفتن سازوکارهایی مدرن برای ایجاد ساختمان‌های نوساز مقاوم در برابر زمین لرزه، ضروری است اما بازسازی ساختمان‌های قدیمی به منظور بهبود عملکرد آنها در مقابل زمین لرزه نیز موضوعی با اهمیت بالا به حساب می‌آید. مهندسان و محققان به این نتیجه رسیده‌اند که اضافه کردن سیستم‌هایی با ایزولاسیون فوندانسیون به ساختارهای قدیمی نیز میتواند گزینه‌ای جذاب و البته از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه باشد. از میان راهکارهای موجود به منظور مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی در برابر زمین لرزه که اتفاقاً روش اجرای ساده‌ای هم دارد می‌توان به روشی به نام پوشش پلاستیکی تقویت شده با الیاف یا FRP اشاره کرد. تولیدکنندگان، این ترکیب را با مخلوط کردن فیبرهای کربنی با پلیمرهایی نظیر اپوکسی، پلی‌استر، وینیل استر یا نایلون ایجاد می‌کنند تا ترکیبی سبک اما مقاوم و کامپوزیتی برای ساخت و ساز ایمن‌تر آماده بهره‌برداری شود.
در کاربردهای بازسازی و مرمت ساختمان‌ها، مهندسان پوششی از مواد یادشده را در دور ستون‌های ساختمان‌های قدیمی و نیازمند بازسازی قرار داده و سپس اپوکسی تحت فشار را در فاصله موجود بین ستون و مواد یادشده تزریق می‌کنند. بستگی به نیازهای موجود در بخش طراحی، این امکان وجود دارد تا مهندسان فرایند یادشده را شش یا هشت مرتبه تکرار کرده تا به ترکیبی کاملاً مقاوم برسند. نکته قابل توجه اینکه حتی ستون‌هایی که از زلزله آسیب دیده‌اند را نیز می‌توان با استفاده از پوشش‌های فیبرکربنی بازسازی و تا حد زیادی مرمت کرد. محققان در بررسی‌های خود به این نتیجه رسیده‌اند که ستون‌های تقویت شده با متریال فیبرکربنی می‌توانند استحکامی از ۲۴ تا ۳۸ درصد بیشتر در مقایسه با ستون‌های قبلی و نمونه‌های فرسوده یا آسیب دیده بدست آورند.
آلیاژهایی با حافظه شکلی
همان‌طور که پیش از این نیز عنوان کردیم، انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری مواد، چالش بزرگی را در خصوص ایجاد متریال مقاوم در نتیجه امر، ایمن‌سازی ساختمان‌ها در برابر زلزله، پیش روی مهندسان قرار داده است. همان‌طور که می‌دانید خصوصیات انعطاف‌پذیری یا پلاستیسیتی نشان‌دهنده میزان تغییر شکلی است که در صورت وارد آمدن نیروی شدید به یک ماده، پدیدار می‌شود. در صورتی که این نیروها به اندازه کافی قدرتمند باشند این امکان وجود دارد که شکل ماده یادشده به‌طور کامل و برای همیشه تغییر کند. این پدیده در نهایت باعث خواهد شد ماده یادشده امکان ارائه عملکرد بی‌عیب و نقص خود را از دست بدهد. فولاد از جمله متریالی است که ممکن است این تغییر شکل و فرم را در ابعاد گسترده تجربه کند. اما بد نیست بدانید این پدیده میتواند روی بتن هم تاثیرات نامطلوبی ایجاد کند. این در حالی است که هر دو ماده یادشده همچنان در ابعاد گسترده در پروژه‌های ساختمانی مسکونی یا تجاری استفاده می‌شوند.
اینجاست که محققان بهره‌برداری از آلیاژهایی با حافظه شکلی را در دستورکار قرارداده‌اند تا این ایراد تا حد زیادی مرتفع شود. این آلیاژها امکان تحمل فشارهای زیاد را داشته و همچنان می‌توانند در این شرایط نیز به شکل اولیه خود بازگردند. محققان و مهندسان زیادی در سراسر جهان در حال آزمایش و بررسی این مواد به اصطلاح هوشمند هستند تا از آنها به عنوان جایگزینی برای ترکیب‌ها و ساختارهای فولاد و بتون استفاده کنند. یکی از آلیاژهای جذاب در این زمینه، نیکل تیتانیوم یا نیتینول است که الاستیسیته‌ای از ۱۰ تا ۳۰ درصد بیشتر را در مقایسه با فولاد ارائه می‌دهد. در سال ۲۰۱۲ میلادی محققان دانشگاه نوادا عملکرد ستون‌های ساخته شده از ترکیب فولاد و بتوان را با عملکرد ستون‌های ساخته شده از نیتینول در مقابل لرزش‌های حاصل از زلزله مقایسه کردند. در این آزمایش‌ها، ساختارهای ایجاد شده با استفاده از آلیاژهای با حافظه شکلی تقریبا در تمامی موارد و تمامی سطوح موفق شدند عملکرد به مراتب بهتری را در مقایسه با ساختارهای سنتی ارائه دهند و آسیب‌پذیری کم‌تری هم داشتند.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت