Kopanie otworów i budowanie kolumn jako ochrona przed trzęsieniami ziemi
W dziedzinie inżynierii trzęsień ziemi wzmocnienie fal sejsmicznych (efektów lokalnych), może zwiększyć skutki trzęsienia ziemi na określonych obszarach. To zjawisko można było zauważyć podczas trzęsienia ziemi w mieści Meksyk w 1985 r. mającego szczególnie niszczące i tragiczne skutki ze względu na prastare dno jeziora, na którym zbudowane jest miasto. Kiedy fale sejsmiczne rozprzestrzeniają się przez miękkie powierzchniowe warstwy aluwialne, jak na przykład w przypadku miasta Meksyk, lub rozpraszają się na dużych nierównościach topograficznych, zjawisko refrakcji i rozpraszania może zwiększyć amplitudę drgań podłoża. Co więc można zrobić, aby skuteczniej chronić te obszary? Dla naukowców uczestniczących w finansowanym ze środków UE projekcie ANAMORPHISM odpowiedzią było wykonanie otworu. Otwory i filary Badacze pracujący w ramach projektu ANAMORPHISM opracowali i przetestowali metodę wykonywania odwiertów w dokładnie określonych odstępach w przedniej części obszaru podlegającego ochronie, tworząc w ten sposób wykonaną przez człowieka barierę umożliwiającą załamanie fali uderzeniowej powstałej w skutek trzęsienia ziemi. Testy w ramach projektu przeprowadzone zostały w Grenoble, we Francji, gdzie wykonano trzy rzędy 10 otworów o głębokości pięciu metrów. Po wygenerowaniu niewielkiego trzęsienia zmieni o częstotliwości 50 Hertzów system opracowany w projekcie ANAMORPHISM z powodzeniem załamał falę do tyłu. "Ten eksperyment wskazuje, że przy znacznie większych skalach układ naturalnych gleb skonstruowany zgodnie z zamysłem inżynierii wodno-lądowej w skali od decymetra do metra może wchodzić w interakcje z falami sejsmicznymi po zmodyfikowaniu globalnych właściwości nośnika", mówi koordynator projektu, Sébastien Guenneau. System można również dostosować, tak aby chronił obszary przybrzeżne przed falami tsunami poprzez przekierowanie ich biegu poza wioski. W projekcie, zamiast wykonywać odwierty, buduje się szereg filarów na pokładach wód podziemnych. Podobnie jak odwierty załamują fale sejsmiczne, filary załamują zbliżające się w ich kierunku fale. Sejsmiczna peleryna Według Guenneau, system opracowany w ramach projektu ANAMORPHISM stanowi adaptację koncepcji peleryny niewidki opracowanej przez brytyjskiego fizyka teoretycznego, Johna Pendry'ego. "Chociaż peleryny niewidki załamują fale świetlne wokół ukrytego obiektu, technologia ANAMORPHISM umożliwia załamanie fali uderzeniowej pochodzącej z trzęsienia ziemi lub tsunami", mówi. "Prawda jest taka, że stosujemy te same narzędzia ale do innej koncepcji". Guenneau zauważa jednak, że przed zastosowaniem peleryn sejsmicznych do ochrony budynków przed trzęsieniami ziemi należy przeprowadzić dogłębne analizy, tak aby określić wymagane rozmieszczenie odwiertów. Guenneau dodaje, że powiązane badania teoretyczne sugerują zastąpienie odwiertów metacylindrami z otworami bocznymi, które tłumią sejsmiczne fale powierzchniowe i ograniczą ilość energii sejsmicznej odbitej od metamateriału. "Stłumienie fal sejsmicznych oznacza, że pewna ilość przenoszonej przez nie energii zostanie przekształcona na energię innego typu, np. dźwięk lub ciepło", mówi Guenneau. Chociaż wymagane są dalsze badania i eksperymenty, Guenneau jest przekonany, że z czasem koncepcja opracowana w ramach projektu ANAMORPHISM zostanie wykorzystana na dużą skalę w celu ochrony nadbrzeży i miast. Co więcej, projekt stał się już podstawą dwóch patentów w zakresie konstrukcji antysejsmicznych oraz jednego patentu na wały nowej generacji chroniące linie brzegowe przed tsunami. "Po zwiększaniu skali ta technika może uratować setki tysięcy istnień", mówi Guenneau. "Wyobraźmy sobie miasto przyszłości chronione przed powierzchniowymi falami sejsmicznymi za pomocą łańcucha odwiertów lub betonowych kolumn.
Słowa kluczowe
ANAMORPHISM, trzęsienia ziemi, tsunami, fale sejsmiczne, peleryna niewidka