Bij een aardbeving wordt het ene huis compleet weggevaagd terwijl het andere probleemloos blijft staan. Als we slimmer bouwen, kan dat slachtoffers voorkomen. Welke bouwtechnieken zorgen ervoor dat gebouwen aardschokken beter kunnen weerstaan? Eerst kijken we naar de trillingen zelf, dan naar bouwkundige oplossingen.
Ook in 2010 trof een grote aardbeving het eiland Sumatra in Indonesië.
YTBijna tien minuten schudt de aarde. Dan houdt het op. De aardbeving van 26 december 2004 bij het Indonesische Sumatra, die ook de dodelijke tsunami veroorzaakte, duurde lang. Zo lang en krachtig dat huizen tot ver in het binnenland het begaven. De beving werd in grote delen van Zuidoost-Azië gevoeld.
Toch overleefden sommige huizen en gebouwen op het eiland zelf de trillingen, terwijl huizen ernaast – soms met mensen er nog in – compleet in waren gestort. Hoe kan dit? Wat zorgt ervoor dat sommige gebouwen trillingen beter kunnen weerstaan? Welke technieken zorgen voor veiligere gebouwen en dus minder slachtoffers?
Hoe trilt de aarde?
Eerst willen we weten hoe de aarde beweegt. Dé oorzaak van de schade bij aardbevingen zijn uiteraard de trillingen van de aarde zelf ter plaatse. De eerste trillingen zijn een stukje minder heftig dan de trillingen die erna volgen. Hoe dat kan? Dat komt omdat er verschillende aardbevingengolven zijn. Sommige golven (P- en S-golven) reizen in de aarde om vervolgens weer aan het aardoppervlak te komen. Andere golven reizen uitsluitend langs het aardoppervlak (Love- en Rayleigh-golven).
Bij P-golven wordt de aarde vele malen in elkaar gedrukt en uit elkaar getrokken, terwijl het bij S-golven lijkt alsof er letterlijk golven voorbij komen op kleine schaal: de bodem gaat op en neer. Love-golven bewegen net als een slang: de aarde gaat naar links en dan weer naar rechts. Bij Rayleigh-golven beweegt de aarde op en neer. Zo wordt de bodem dus flink door elkaar geschud door diverse golven.
SMS-Tsunami-Warning.comDe P-golven reizen het snelst, gevolgd door de S-golven. Daarna volgen de twee typen oppervlaktegolven. De oppervlaktegolven veroorzaken de meeste schade, omdat de aarde hierbij het hevigst schudt. Deze trillingen veroorzaken het instorten van veel gebouwen.
Tuned mass damper bovenin het kantoor Taipei (Taiwan) vangt de grootste schok op.
Wikimedia Commons, guillom, CC BY-SA 3.0Dempende slinger
Extreem hoog bouwen maakt een gebouw kwetsbaar voor trillingen en wind. Conventionele bouwtechnieken vangen alledaagse lichte trillingen op met stijve constructies van beton en staal. Bij hoogbouw kun je een conventionele bouwconstructie aanvullen met een tuned mass damper.
Dat is een slinger die met een zwaar gewicht bovenin een gebouw hangt. Bij een windstoot of aardschok verplaatst de slinger zich (vertraagd) in dezelfde richting als het gebouw. Als het gebouw terugveert, vertraagt de slinger de terugkeer van het gebouw.
Aardbevingsbestendige muren
Leren van instabiele constructies is zonder meer één van de redenen waarom gebouwen steeds aardbevingsbestendiger worden. Een voorbeeld komt uit China. De provincie Sichuan werd op 12 mei 2008 getroffen door een aardbeving met een kracht van 7,9 op de schaal van Richter. Er vielen 87.000 doden en 374.000 gewonden. Opvallend was de instorting van duizend handgemetselde schoolgebouwen. Zelfs simpel alledaags metselwerk kan met wat extra maatregelen honderden jaren mee.
In China wordt 80% van de nieuwbouw uitgevoerd in metselwerk. De redenen voor die populariteit zijn de ruime beschikbaarheid van de grondstoffen, de lage kosten en de eenvoudige verwerkbaarheid. De aardbevingen hebben de Chinezen gealarmeerd over de kwetsbaarheid van hun metselwerk. Het gebruik van metselwerk is OK, mits het gebouw in zijn geheel beschikt over voldoende constructieve samenhang, zeggen een aantal Chinese experts na bestudering van de verwoeste schoolgebouwen. De stenen moeten worden opgesloten in een frame en plastische vervormingscapaciteit hebben. Dan kunnen ze licht meebewegen zonder te kunnen ontsnappen.
Slecht metselwerk is bij een beving kansloos.
WikiHet licht flexibele metselwerk moet in een raamwerk dat de kracht van de beving verdeelt over een muurdeel. Bij grootschalige hoogbouw, zware constructies en het gebruik van meerdere soorten bouwmateriaal wordt het ingewikkelder. Dan moet er eerst grondig geanalyseerd en gerekend worden voor er een schets op papier komt.
Complexe hoogbouw
Seismic Analysis is slechts één onderdeel van al het Structural Design dat nodig is om solide te kunnen bouwen op een wispelturige aarde. Grote gebouwen in schokgebieden als Japan en Californië worden tegenwoordig vaak seismisch geïsoleerd (base isolation). Bij het huis in dit filmpje worden componenten van elkaar gescheiden door platen met een coating van teflon. Verende ankers zorgen er voor dat de woonelementen niet te ver uit elkaar kunnen schuiven.
Door het aanbrengen van de seismische snede wordt het directe contact tussen het gebouw en de bodem verbroken. Het bovenste deel van het gebouw rust op soepele koppelingen (veren, rubber, staal-rubber combinaties) die de bevingen opvangen.
Turkije wil veilig bouwen
Ook de politiek bemoeit zich met de veiligheid van de mensen in het land, met als voorbeeld het bevingrijke Turkije. Premier Erdogan kondigde radicale maatregelen aan om illegale en onveilige huizen te kunnen slopen, desnoods zonder toestemming van de bewoners. De maatregel volgt op een zware aardbeving in het zuidoosten van Turkije eind 2011. Erdogan nam geen blad voor de mond. Hij noemde rommelende aannemers met slechte bouwconstructies moordenaars.
Door corruptie en vriendjespolitiek kwam er tot op heden weinig terecht van bouwcontroles in Turkije. Er is 450 miljard euro nodig voor de onteigeningsplannen van premier Erdogan. Nieuwe wetgeving bepaalt of een gebouw gesloopt, onteigend of gerenoveerd moet worden. Wat de eigenaar vindt is niet meer van belang.
Seismische bouwcodes
Overheden stellen bouwcodes op die ontwerpers en eigenaren bouwkundig houvast geven. In Europa is dat Eurocode 8, de V.S. werken met de Uniform Building Code en Japan formuleerde een Building Standard Law. Eurocode 8 is de Europese norm voor het bouwen van aardbevingsbestendige constructies. Code Acht geeft Europese ontwerpers specificaties waaraan bouwwerken seismisch gezien moeten voldoen. De code is geschreven voor het ontwerp van constructies op middelgrote tot zware aardbevingen: zwaardere aardbevingen met een langere tijdsduur, meerdere cycli en relatief lage frequenties. De norm is te bestellen bij het instituut NEN.
Zware aardbevingen dreigen echter elders. Zo hanteert Noord-Amerika zware bouwvoorschriften. Japan spant de kroon met de zwaarste bouwcodes. De Canadese overheid volstaat met bouwtips en preventieve maatregelen om schade bij bevingen te voorkomen.
De aardbeving van San Fransisco 1989 verpulverde de constructie. Een tikje en..
Flickr, CIR Online, CC BY 2.0Zo wordt er op veel (rijkere) plaatsen ter wereld gelukkig rekening gehouden met aardbevingen bij de bouw van huizen, gebouwen en constructies. Ondanks dit alles zullen nog steeds gebouwen instorten en het gevaar zal nooit helemaal geweken zijn, afhankelijk van de sterkte van de aardbeving. Maar één ding is zeker: duizenden zo niet tienduizenden mensen leven nog omdat de bouw van de constructie de beving succesvol weerstond door de toepassing van bouwcodes.