Po záchranářích nastoupí v Turecku statici. A demolicí nebude málo, říká expert

Zemětřesení, které v pondělí zasáhlo Turecko a Sýrii, si vyžádalo již přes 19 tisíc obětí, mezi nimi byla i jedna Češka. Zatímco na místě zasahují záchranářské týmy z mnoha zemí, důležitou roli hrají i statici, kteří posuzují stabilitu zasažených budov.

„Mě vždycky fascinuje, že když se mluví o zemětřeseních, která měla například magnitudo 6 nebo 6,5 stupně Richterovy škály, tak to vypadá, že je to skoro jedno. Ale změna třeba o jeden stupeň, například 5 versus 6, je z hlediska energie 32krát větší,“ říká Jiří Máca, profesor a vedoucí Katedry mechaniky na ČVUT.

„Když u dvou následných zemětřesení v Turecku mluvíme o 7,5 a 7,8 stupně Richterovy škály, je to z hlediska energie podstatné,“ dodává.

Jiří Máca pro Seznam Zprávy popisuje, co o stabilitě budov při zemětřesení rozhoduje i jaké konstrukční prvky pomáhají otřesům odolat.

Na začátek se zeptám obecně: Jaké faktory hrají roli, když budovu zasáhne zemětřesení, zejména takhle silné?

Nejdůležitější u jakékoliv stavby je velikost zatížení. Síly zemětřesení jsou nebezpečné díky své velikosti. Ta závisí na hmotnosti konstrukce, která se rozkmitává, a na zrychlení, které do té konstrukce vchází přes základy.

Od hypocentra zemětřesení se šíří vlny, které rozkmitají podloží, přichází k základům konstrukce a vnáší do ní určité zrychlení. Součinem tohoto zrychlení a hmotnosti konstrukce jsou síly, které tu konstrukci zatěžují. A když jsou příliš veliké, dochází k poškození, případně až ke kolapsu.

Problém je ten, že tyto síly působí zejména ve vodorovném směru a na vodorovné zatížení jsou konstrukce méně dimenzované než na svislé zatížení. Samozřejmě ve vodorovném směru působí běžně třeba zatížení větrem, ale v takové extrémní situaci, jaké jsme teď byli svědky, byly seismické síly mnohonásobně větší.

Znamená to tedy, že čím těžší budova je, tím víc je zemětřesením ohrožena?

Dá se to tak říct. Rozhodující jsou ale také velikosti zrychlení půdy pod základy budovy, které rovněž ovlivní tu nadměrnou velikost zatížení.

Mě vždycky fascinuje, že když se mluví o zemětřeseních, která měla například magnitudo 6 nebo 6,5 stupně Richterovy škály, tak to vypadá, že je to skoro jedno. Ale změna třeba o jeden stupeň, například 5 versus 6, je z hlediska energie 32krát větší. To je obrovský rozdíl. Znamená to, že když u dvou následných zemětřesení v Turecku mluvíme o 7,5 a 7,8 stupně Richterovy škály, je to z hlediska energie podstatné.

A Richterova škála odpovídá zrychlení půdy pod budovou?

Ne, při prvním otřesu o síle 7,8 byla určitá úroveň zrychlení. To následné zemětřesení, mělo sice jen 7,5 stupně, ale hodnoty zrychlení byly nejspíš ještě větší než u prvního. Nyní je důležité říct, že následná zemětřesení jsou mnohdy nebezpečnější, i když jsou třeba menší, právě proto, že už působí na poškozené konstrukce. Takže jestliže je pravda, že tam bylo větší zrychlení a navíc tam byly poškozené konstrukce, tak to druhé zemětřesení mohlo být ještě ničivější než to první. Je to sice hypotéza, ale může to tak být.

Jedna strana problému je určitě samotná síla zemětřesení, druhá strana je ale stabilita zasažených budov. Mohly být budovy v Turecku odolnější? Respektive lze budovy na podobné zemětřesení vůbec připravit?

Našel jsem záznam zrychlení v čase, které bylo zaznamenáno na jedné z tamních stanic. Tam bylo konstatováno, že špičkové zrychlení půdy mělo velikost dvojnásobku tíhového zrychlení (zrychlení volně padajícího tělesa, přibližně 9,8 m/s2 - pozn. red.). To jsou hodnoty kolem 20 metrů za sekundu na druhou. Což je obrovská hodnota, kterou ty stavby samozřejmě nemohou vydržet.

Musíme ale zmínit, že i na takhle velká zemětřesení v zásadě existují nějaké stavební předpisy. V Evropě je jednotný předpis, Eurokód č. 8, který se zabývá navrhováním seismicky odolných konstrukcí pro běžné stavby typu obytných budov, mostů a podobně. Další konstrukce jsou pak různé strategické stavby, jako třeba jaderné elektrárny, pro které samozřejmě platí mnohem přísnější předpisy. A Turecko v roce 2000 přijalo normu, která je relativně podobná zmiňovanému eurokódu.

A co tyto předpisy pro běžné budovy vyžadují? Jaké zásady musí splňovat stavby, které stojí v oblastech ohrožených zemětřesením?

V první řadě samozřejmě nesmí při zemětřesení dojít ke ztrátě na lidských životech, to je jasná zásada. Dále ty poruchy musí být tak malé, aby šly po té seismické události opravit. A ještě je tam ustanovení, že důležité stavby, třeba nemocnice nebo elektrárny, musí zůstat provozuschopné i po dané seismické události. Myšlenka je taková, že se připouští určité omezené poškození, nicméně chceme, aby se to poškození vyskytovalo v místech, kde to půjde snadno opravit.

Jistě si dokážete představit, že nosná konstrukce ocelové budovy je tvořena svislými sloupy a vodorovnými nosníky. Ty sloupy se ze statického hlediska chovají jako jeden prvek, který vlastně probíhá od základu až po vrchol budovy, byť samozřejmě konstrukčně se to dělá z jednotlivých dílů. A jistě je celkem pochopitelné, že opravit nebo vyměnit ten sloup je mnohem obtížnější než vyměnit nebo opravit vodorovný nosník.

Z toho vyplývá další ze zásad, která se zdůrazňuje i v eurokódu - říká se tomu „strong column, weak beam“, tedy zásada silných sloupů a slabých nosníků.

Zatím jste uvedl opatření, která počítají s nějakou mírou poškození budovy. Jsou ale technologie, díky kterým by se dalo poškození úplně předejít?

Jeden z nejznámějších vyspělých systémů jsou takzvané pohlcovače vibrací. Ty si můžete představit tak, že v budově, která je vysoká třeba několik stovek metrů, je někde ve vyšších patrech něco, co bychom mohli jednoduše nazvat kyvadlem. A cílem je, aby v okamžiku, kdy do základů budovy vchází impulz zemětřesení, se nerozkmitala budova, ale kyvadlo.

Při zemětřesení prostě přichází nějaká energie, a my tu energii musíme nějakým způsobem zlikvidovat nebo převést na jinou energii. Nejznámější budova s tímto systémem je v Tchaj-wanu a jmenuje se to Tchaj-pej č. 101. Je to mrakodrap z roku 2004, má 101 podlaží a právě mezi 87. a 91. podlažím je umístěn tento pohlcovač - je to kyvadlo o váze 660 tun.

Další sofistikovaná možnost je takzvaná seismická izolace budov, což spočívá v tom, že mezi základovou konstrukci a horní stavbu vložíme izolaci. Tu si představte jako veliká pryžová ložiska třeba o průměru několik desítek centimetrů. Ta budova je vlastně pořád odizolována a odpružena od základové konstrukce. Kinetická energie, která tam při zemětřesení vchází, se pak realizuje v rámci těchto ložisek a případných tlumičů. Ty mají za úkol jaksi rozptýlit a převést energii, aby nepřecházela dále do budovy a ta se následně nerozkmitávala.

Taková technologická řešení ale určitě nejsou levná. Mohou si je dovolit i chudší země?

Všechno to je podmíněné ekonomickou silou jednotlivých zemí. To znamená, že to, co si mohou dovolit Spojené státy, to, co si může dovolit Japonsko, tak si těžko může dovolit třeba Indie nebo Turecko.

Proto tam zřejmě tolik těchto sofistikovaných staveb nebylo vybudováno, a proto také vidíme, jak to dopadlo. Teď samozřejmě můžeme diskutovat o kvalitě stavebních prací, kvalitě materiálu a dodržování postupů, o tom ale nechci spekulovat, nechci dělat nějakou negativní protitureckou vlnu, ale také to je určitý faktor.

Zemětřesení podobného magnituda někde ve vyspělejších zemích jsou oproti těm méně vyspělým ve ztrátách na lidských životech samozřejmě mnohem menší.

Až skončí záchranné operace, co se bude dít s budovami, které nespadly, ale jsou poškozené?

Až skončí ta prvotní fáze, kdy se zachraňují lidé a odklízí trosky, tak tam musí statici prohlédnout všechny budovy, které byly nějakým způsobem zasaženy. Obávám se, že množství těch budov, které se budou muset skutečně zdemolovat, nebude zas tak malé.

Budou tedy po záchranářích potřeba v Turecku a Sýrii ve velkém také statici?

Role statiků je nezastupitelná. Teď prostě nastoupí a budou muset rozhodovat. Stejně jako když u nás byly jevy jako povodně nebo třeba velké zatížení větrem.

Do zasažených zemí pravidelně vyjíždí odborníci z různých částí světa, třeba i ze zemí, které nebývají zemětřeseními postiženy, jako je třeba Velká Británie. Velká Británie je totiž taková zvláštnost, protože své kolonie měla v minulosti právě v zemích, kde je seismicita veliká. Mnohdy tak vyjíždí její odborné týmy.