Het beste van tsunami-resistent bouwen

Architecten en ingenieurs kunnen gebouwen ontwerpen die zelfs tijdens de meest gewelddadige aardbevingen hoog blijven staan. Echter, een tsunami (uitgesproken soo-NAH-mee), een reeks golvingen in een watermassa die vaak wordt veroorzaakt door een aardbeving, heeft de kracht om hele dorpen weg te spoelen. Hoewel geen enkel gebouw tsunami-bestendig is, kunnen sommige gebouwen worden ontworpen om krachtige golven te weerstaan. De uitdaging van de architect is om te ontwerpen voor het evenement EN te ontwerpen voor schoonheid - dezelfde uitdaging waarmee wordt geconfronteerd veilige kamerinrichting.

Tsunami's worden meestal veroorzaakt door krachtige aardbevingen onder grote watermassa's. De seismische gebeurtenis creëert een ondergrondse golf die complexer is dan wanneer de wind simpelweg het wateroppervlak blaast. De golf kan honderden mijlen per uur reizen totdat hij ondiep water en een kustlijn bereikt. Het Japanse woord voor haven is tsu en nami betekent golf. Omdat Japan dichtbevolkt is, omgeven door water en in een gebied met grote seismische activiteit, worden tsunami's vaak geassocieerd met dit Aziatische land. Ze komen echter over de hele wereld voor. Historisch gezien komen tsunami's in de Verenigde Staten het meest voor aan de westkust, waaronder Californië, Oregon, Washington, Alaska en natuurlijk Hawaï.

Een tsunami-golf zal zich anders gedragen, afhankelijk van het onderwaterterrein rond de kustlijn (d.w.z. hoe diep of ondiep het water vanaf de kustlijn is). Soms is de golf als een "getijboring" of golfslag, en sommige tsunami's vallen helemaal niet op de kustlijn als een meer bekende, door de wind aangedreven golf. In plaats daarvan kan het waterpeil heel, heel snel stijgen in wat een 'golfoploop' wordt genoemd, alsof het tij ineens is binnengekomen - als een vloedgolf van 30 meter hoog. Overstromingen door tsunami's kunnen meer dan 1000 voet landinwaarts reizen, en het "verval" veroorzaakt voortdurende schade als het water zich snel terugtrekt in zee.

Structuren worden door tsunami's vaak vernietigd vanwege vijf algemene oorzaken. Ten eerste is er de kracht van het water en de waterstroom met hoge snelheid. Stationaire objecten (zoals huizen) in het pad van de golf zullen de kracht weerstaan ​​en, afhankelijk van hoe de constructie is geconstrueerd, zal het water er door of omheen gaan.

Ten tweede zal de vloedgolf vuil zijn en kan de impact van puin dat door het krachtige water wordt meegevoerd een muur, dak of palen vernietigen. Ten derde kan dit drijvende puin in brand staan, dat vervolgens wordt verspreid over brandbare materialen.

Ten vierde veroorzaakt de tsunami die op het land komt en zich vervolgens terugtrekt in de zee, onverwachte erosie en schuren van funderingen. Terwijl erosie het algemene wegslijten van het grondoppervlak is, is de schurft meer gelokaliseerd - het soort wegslijten dat je ziet rond pieren en palen terwijl water rond stilstaande objecten stroomt. Zowel erosie als schuren brengen de fundering van een structuur in gevaar.

De vijfde oorzaak van schade is de windkracht van de golven.

Over het algemeen kunnen overstromingsbelastingen worden berekend zoals voor elk ander gebouw, maar de omvang van de intensiteit van een tsunami maakt het bouwen gecompliceerder. De overstromingssnelheden van de tsunami zouden 'zeer complex en locatiespecifiek' zijn. Vanwege het unieke karakter van het bouwen van een tsunami-resistente structuur, de Amerikaanse Federal Emergency Management Agency (FEMA) heeft een special publicatie genoemd Richtlijnen voor het ontwerpen van constructies voor verticale evacuatie van Tsunami's.

Systemen voor vroegtijdige waarschuwing en horizontale evacuatie zijn al jaren de belangrijkste strategie. De huidige gedachte is echter om gebouwen mee te ontwerpen verticale evacuatiegebieden: in plaats van te proberen een gebied te ontvluchten, klimmen de bewoners omhoog naar veilige niveaus.

'... een gebouw of aarden heuvel die voldoende hoog is om evacués boven het niveau van de tsunami te verheffen overstroming, en is ontworpen en gebouwd met de kracht en veerkracht die nodig zijn om de effecten van de tsunami te weerstaan golven..."

Individuele huiseigenaren en gemeenschappen kunnen deze aanpak volgen. Verticale evacuatiegebieden kunnen deel uitmaken van het ontwerp van een gebouw met meerdere verdiepingen, of het kan een meer bescheiden, op zichzelf staande structuur zijn voor één doel. Bestaande constructies zoals goed gebouwde parkeergarages kunnen worden aangemerkt als verticale evacuatiegebieden.

Slimme techniek gecombineerd met een snel en efficiënt waarschuwingssysteem kan duizenden levens redden. Ingenieurs en andere experts suggereren deze strategieën voor tsunami-resistente constructie:

1. Bouw constructies met gewapend beton in plaats van hout, ook al is houtconstructie beter bestand tegen aardbevingen. Structuren van gewapend beton of stalen frames worden aanbevolen voor verticale evacuatiestructuren.
2. Verzacht weerstand. Ontwerp structuren om het water door te laten stromen. Bouw structuren met meerdere verdiepingen, waarbij de eerste verdieping open (of op palen) of afgescheiden is, zodat de grote kracht van water er doorheen kan stromen. Stijgend water zal minder schade aanrichten als het onder de constructie kan stromen. Architect Daniel A. Nelson en Designs Northwest Architects gebruik deze aanpak vaak in de woningen die ze aan de kust van Washington bouwen. Nogmaals, dit ontwerp is in strijd met seismische praktijken, wat deze aanbeveling ingewikkeld en locatiespecifiek maakt.
3. Bouw diepe fundamenten, verstevigd aan de voet. De kracht van een tsunami kan een verder solide, betonnen gebouw volledig op zijn kant zetten, substantiële diepe fundamenten kunnen dat overwinnen.
4. Ontwerp met redundantie, zodat de constructie gedeeltelijk kan falen (bijvoorbeeld een vernietigde paal) zonder progressieve instorting.
5. Laat vegetatie en riffen zoveel mogelijk intact. Ze zullen tsunami-golven niet stoppen, maar ze kunnen als een natuurlijke buffer fungeren en ze vertragen.
6. Oriënteer het gebouw schuin op de kustlijn. Muren die direct op de oceaan gericht zijn, zullen meer schade oplopen.
7. Gebruik een doorlopende stalen constructie die sterk genoeg is om windstoten van de orkaan te weerstaan.
8. Ontwerp structurele connectoren die stress kunnen absorberen.

FEMA schat dat "een tsunami-resistente structuur, inclusief seismisch resistente en progressieve instortingsbestendige ontwerpkenmerken, zou een toename van de totale bouwkosten van ongeveer 10 tot 20% in de totale bouwkosten ervaren ten opzichte van die vereist voor normaal gebruik gebouwen."

Dit artikel beschrijft in het kort ontwerptactieken die worden gebruikt voor gebouwen in tsunami-gevoelige kusten. Voor details over deze en andere constructietechnieken, verken de primaire bronnen.

• Tsunami-waarschuwingssysteem in de Verenigde Staten, NOAA / National Weather Service, http://www.tsunami.gov/
• Erosion, Scour, and Foundation Design, FEMA, januari 2009, PDF op https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1644-20490-8177/757_apd_5_erosionscour.pdf
• Handleiding Kustconstructie, Deel II FEMA, 4e editie, augustus 2011, pp. 8-15, 8-47, PDF op https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1510-20490-1986/fema55_volii_combined_rev.pdf
• Richtlijnen voor het ontwerpen van constructies voor verticale evacuatie van Tsunami, 2e editie, FEMA P646, 1 april 2012, pp. 1, 16, 35, 55, 111, PDF op https://www.fema.gov/media-library-data/1426211456953-f02dffee4679d659f62f414639afa806/FEMAP-646_508.pdf
• Tsunami-proof gebouw door Danbee Kim, http://web.mit.edu/12.000/www/m2009/teams/2/danbee.htm, 2009 [geraadpleegd op 13 augustus 2016]
• De technologie om gebouwen aardbeving- en tsunami-bestendig te maken door Andrew Moseman, Populaire mechanica, 11 maart 2011
• Hoe gebouwen veiliger te maken in Tsunamis door Rollo Reid, Reid Steel