– Ryzyko sejsmiczne istnieje zawsze. W Polsce jest bardzo małe, choć nie jest zerowe – podkreśla prof. Zbigniew Zembaty, dziekan Wydziału Budownictwa i Architektury Politechniki Opolskiej.
Anna Kułynycz: Panie Profesorze, na ile Turcja potrafiła wyciągnąć wnioski ze swoich wcześniejszych, katastrofalnych trzęsień ziemi?
Prof. dr hab. inż. Zbigniew Zembaty, dziekan Wydziału Budownictwa i Architektury Politechniki Opolskiej:
W 1999 roku byłem na terenach po trzęsieniu ziemi w Turcji, w okolicy Morza Marmara. To było trzęsienie ziemi zwane Kocaeli Izmit. Widziałem skalę zniszczeń, która była podobna do ostatnich. Zginęło wówczas kilkanaście tysięcy ludzi, to bardzo dużo jak na obszar trzęsienia ziemi, który był mniejszy. Na ile Turcja potrafiła wyciągnąć wnioski z 1999 roku? W świetle ostatnich aresztowań inżynierów projektujących i realizujących budynki tą kwestię analizować będą specjaliści zeznający w sądzie pod przysięgą. Jedno jest pewne: już w 1999 roku wielu tureckich kolegów narzekało na różnorodne nieprawidłowości w budowlanych praktykach tego kraju. Mówili np. o tym, że często akceptuje się obiekty zbudowane poza prawem, przymyka się oko na zagrażające bezpieczeństwu odstępstwa od projektów. To były ogólne, luźne rozmowy na temat tego, co się dzieje na Bliskim Wschodzie. Ideałem w tych kwestiach jest podejście niemieckie, gdzie działa tzw. „baupolizei”, czyli twarda służba kontrolująca budowy, projekty itp.
Jednak od 1999 roku coś powinno się zmienić w Turcji chociażby ze względu na wymagania tamtejszej normy sejsmicznej. Była ona później dwukrotnie zmieniana. Ostatnia zmiana została wprowadzona w 2018 roku, wcześniej w 2007 roku. Pytanie, czy projektanci dopełnili wszystkich procedur? Odpowiedź na to pytanie jest teraz z pewnością dokładnie sprawdzana przez tureckie władze. Po drugie, czy w trakcie realizacji nawet tych nawet najnowszych budów nie doszło do pogorszenia parametrów materiałowych, konstrukcyjnych, tak jak sugeruje to Eduardo Kausel, profesor inżynierii z Massachusetts Institute of Technology, z którym sporo dyskutujemy o tym trzęsieniu ziemi.
Kolejna sprawa, to czy ryzyko sejsmiczne miejsca, gdzie doszło do trzęsienia ziemi, było poprawnie określone, czy trzęsienie ziemi nie było większe niż przewiduje to norma turecka? Mam pewne sygnały, które świadczą o tym, że jego powierzchniowe skutki mogły być większe niż sugerowałaby to magnituda M7.8. Jak wiadomo niektóre trzęsienia ziemi w Chile miały magnitudy 8.8 przy znacznie mniejszych skutkach powierzchniowych. A przypomnijmy, że skala magnitudowa ma charakter logarytmiczny. Różnica magnitudy wynosząca 1 przekłada się na różnicę wydzielonej energię wstrząsów wynoszącej aż 32 razy.
Są obserwacje wskazujące na to, że intensywność ruchu gruntu mogła być podczas ostatniego trzęsienia dwukrotnie większa niż podczas chilijskiego trzęsień o magnitudzie 8.8. To są pierwsze dane ze stacji sejsmicznych, które otrzymałem analizują już sejsmolodzy.
Myślę, że to będzie bardzo gorący temat szczególnie dla tureckich projektantów, inżynierów. Pytanie, czy są tam budynki, które powstały po nowelizacji normy z 2018 roku? Zapewne sporo zabudowań powstało zgodnie z wymogami wprowadzonymi w 2007 roku, jednak są też także starsze budynki. Mam tutaj na myśli wieżowce, które są szczególnie podatne na drgania.
Pewnie dużo osób, które lubią letni wypoczynek w Turcji będzie się zastanawiać nad wyjazdem
Kurorty nie były przesadnie zagrożone. W tamtejszych lokalizacjach wyjazdów wakacyjnych bardziej można obawiać się tsunami, ale i tu ryzyko dla przygodnego turysty jest bardzo niskie. Natomiast historia, szczególnie starożytna opisuje róże sejsmiczne katastrofy występujące w rejonie basenu Morza Śródziemnego.
Panie Profesorze, wspomniany przez Pana prof. Eduardo Kausel w jednym z wywiadów przekonywał ostatnio, że w niedalekiej przyszłości potężny wstrząs czeka Stambuł
Ta kwestia nawiązuje do poprzedniego problemu. Takie gigantyczne trzęsienie ziemi obejmujące Stambuł mogło się zdarzyć w 1999 roku, jednak wtedy epicentrum znajdowało się po drugiej stronie morza Marmara a trzęsienie miało mniejszy zasięg. W Stambule znajduje się słynna świątynia „Hagia Sophia”. Od czasu jej zbudowania w VI wieku naszej ery podlegała ona słabym i średnim wstrząsom, ale nie gigantycznemu trzęsieniu ziemi, gdyż od tego czasu jednak nie zawaliła się. Trzęsienie ziemi które budzi zaniepokojenie Eduardo Kausela musiało by mieć okres powrotu zjawiska wynoszący blisko 2000 lat.
Na czym polega budowa obiektów odpornych na trzęsienia ziemi?
Po pierwsze, trzeba się zapoznać z ryzykiem sejsmicznym, czyli wziąć pod lupę ryzyko, jakiego można się spodziewać w ciągu 50 lat eksploatacji obiektu. Być może wystarczy tylko solidniej wykonać budynek, dopilnować pewnych rzeczy, dodać wzmocnienia w różnych miejscach. To jest najłagodniejsze podejście do problemu umiarkowanego ryzyka sejsmicznego.
Gdy mowa o krajach poważnie narażonych na katastrofalne trzęsienia ziemi jak np. Japonia, to należy także pomyśleć czy zwykłe wzmacnianie będzie wystarczające. Trzeba pamiętać o tym, że każde wzmacnianie dodaje masy budowli. Z kolei każde dodanie masy zwiększa siły sejsmiczne dlatego też niskie, drewniane budynki są lepsze od wielkich, żelbetowych konstrukcji.
Podczas pobytu w Japonii byłem na placu budowy budynku, który stawiano na wibroizolatorach. Osiem specjalnych, półtorej metrowych, ogromnych wibroizolatorów, czyli takich bębnowych konstrukcji złożonych naprzemiennie ze stali, gumy, stali, gumy – objętych patentem – podtrzymywało wielki dziesięciokondygnacyjny budynek.
Generalnie chodzi o to, że gdy porusza się grunt, budowla powinna odpowiedzieć z pewnym opóźnieniem. To jest zabezpieczenie na te naprawdę katastrofalne trzęsienia ziemi.
Trzęsienie ziemi w Japonii w 2011 roku spowodowało gigantyczne tsunami, ale nikt nie zginął w wyniku uszkodzeń budynków, nie było zawalonych obiektów. Japonia jest dobrze przygotowana, co jednak wiąże się z dużymi kosztami. Do tego trzeba dołożyć dopracowane do perfekcji systemy ostrzegawcze.
Na przykład?
Jest system ostrzegawczy, który przerywa program radiowy i telewizyjny, może ostrzec o groźnym zjawisku na kilka, kilkanaście sekund przed maksymalnym wstrząsem. Można wtedy np. odstawić czajnik z wrzątkiem i wyłączyć gaz. Stanąć w otwartych drzwiach lub schować się pod mocny stół. Tamtejsze szybkie pociągi natychmiast zwalniają swoją prędkość a nawet mogą zdążyć się zatrzymać przed dojściem pierwszych fal sejsmicznych.
Podczas pobyto w Tokio mieszkałem na 15 kondygnacji hotelu, gdy coś takiego się wydarzyło – ale wstrząs był stosunkowo – jak na Japonię – słaby (magnituda 5) i skończyło się na drganiach budynku oraz dziwnych efektach akustycznych związanych z przeciążaniem się konstrukcji hotelu w którym mieszkałem.
Czasami ostrzeżenie może przyjść na kilka minut przed trzęsieniem ziemi. Tak jest np. w Meksyku, gdzie często epicentra znajdują się na wybrzeżu Pacyfiku a miasto Meksyk kilkaset kilometrów w głębi lądu. Wtedy odpowiednio wyćwiczona grupa uczniów może nawet zdążyć opuścić budynek szkolny schodząc po specjalnych, zewnętrznie wybudowanych schodach ewakuacyjnych. Jest to jednak specyfika głównie Meksyku.
Napisał Pan obszerny artykuł naukowy o tym, czy Polsce jest potrzebna sejsmiczna norma budowlana
Ryzyko sejsmiczne istnieje zawsze, w Polsce jest bardzo małe, choć nie jest zerowe. Jan Długosz opisał zawalenie się w XV wieku sklepienia kościoła w Krakowie pod wpływem trzęsienia ziemi, którego epicentrum znajdowało się na terenie Słowacji. W 2004 roku odnotowano w Polsce dwa słabe trzęsienia ziemi które spowodowały drobne uszkodzenia budynków. Cała południowa granica Polski formalnie powinna być najsłabszą strefą budowlanej normy sejsmicznej. w Czechach i na Słowacji jest taka norma projektowania ze słabą strefa sejsmiczną.
Natomiast gdy mowa o budowie elektrowni jądrowych, wielkich tam, to wszędzie na całym świecie bierze się pod uwagę ryzyko sejsmiczne. O ile dla zwykłych norm sejsmicznych okres powrotu oczekiwanych zjawisk wynosi 475 lat, to jednak takie typowe okresy powrotu zjawisk sejsmicznych używanych przy projektowaniu elektrowni jądrowych wynoszą 10 000 lat. Jeżeli weźmiemy pod uwagę tak duży okres, to okazuje się, że na kuli ziemskiej nie ma miejsc wolnych od ewentualnych zjawisk sejsmicznych. Warto podkreślić, że nawet obszarze bardzo spokojnym sejsmicznie jakim jest Finlandia, zastosowano okres powrotu nawet 100 000 lat przy projektowaniu tamtejszej elektrowni jądrowej. Natomiast jak wielkie mogą być trzęsienia ziemi o okresie powrotu 10 000 lat na terenach mocno aktywnych sejsmicznie świadczy całkiem poważnie rozważana hipoteza, że biblijny potop mógł być echem prawdziwego zjawiska polegającego na otwarciu się cieśniny Bosfor w wyniku ogromnego trzęsienia ziemi i zalania ogromnej, zamieszkanej depresji znajdującej się na dnie dzisiejszego Morza Czarnego.
W perspektywie 10 000 lat epicentra trzęsień ziemi mogły nawet leżeć na terenie naszego kraju, głównie Karpat. Badania w tych obszarach są wykonywane w ramach tzw. paleosejsmologii i służą między innymi ustalaniu ryzyka sejsmicznego właśnie dla strategicznych budowli.
Badanie paleosejsmologiczne są bardzo ciekawe i obejmuje np. analizy stabilności sejsmicznej delikatnych struktur geologicznych jak smukłe, wysokie stalagmity. Służą one odpowiedziom na pytania typu: jakie mogły być największe trzęsienia ziemi na danym obszarze. Potwierdzeniu hipotezy, że w ciągu kilku tysięcy lat stalagmit o wysokości kilku metrów i średnicy 15-20cm nie uległ przełamaniu mimo upływu kilku tysięcy lat.
Takie badania wykonujemy w moim zespole na Politechnice Opolskiej we współpracy z Węgierską Akademią Nauk.
Zdjęcie wpisowe: AP. Reuters, zdjęcie po wystąpieniu tragicznego w skutkach trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.8.