Почему старинные башни выдерживают землетрясения?
Из многих фотографий Центральной Италии после смертоносного землетрясения на прошлой неделе выделяется снимок, на котором часовая башня в Аматриче дерзко возвышается среди разрушенного города. Она была построена в XIII веке и пережила не одно землетрясение за последние 800 лет.
Что удивительно, такие случаи - не редкость. Высокие и хрупкие на вид древние сооружения выживают в
[Spoiler (click to open)]
землетрясениях, тогда как современные и устойчивые на вид здания становятся руинами.
В городе Сан-Джиминьяно, в 200 км от центра землетрясения в Аматриче, 14 башен XII века пережили множество больших и маленьких землетрясений.
Подобные башни можно увидеть в Альбе в Северной Италии.
Легендарное фото Измитского землетрясения, которое произошло в Турции в 1999 году, - одинокая мечеть Гельджюк среди развалин.
Фотографии землетрясения 1906 года в Сан-Франциско демонстрируют ряд дымоходов на фоне того, что осталось от города.
Землетрясение магнитудой 6,8, которое сотрясло Мьянму 24 августа, повредило много исторических храмов в долине Иравади, но ни один из них не разрушился.
Почему башни не рушатся?
Секрет уцелевших зданий не только в мастерстве древних строителей. Давайте разберемся, как волны землетрясения взаимодействуют со зданиями.
Землетрясения генерируют сейсмические волны, которые проходят через землю. Как и океанские волны, они имеют гребни и впадины. Частота волны связана с ее периодом, временем, необходимым для прохождения одной волны.
Здания имеют различную резонансную частоту и разный естественный период колебаний. Представьте ребенка на качелях - качели с короткими веревками завершат один цикл гораздо быстрее, чем с длинными. То же верно зданий различной высоты. Здание - это перевернутый маятник и более высокие имеют более длинные периоды колебаний. Кроме того, на период влияет также грунт, на котором построено здание: более короткий - на мягком грунте и длинный - на каменном.
Высокочастотные (с коротким периодом) волны землетрясения, следовательно, усиливаются в каменных породах, таких как в городе Аматриче, и вызываются умеренными и слабыми землетрясениями - такими, как на прошлой неделе.
Низкочастотные (с большим периодом) волны усиливаются в осадочных породах и образуются во время крупных землетрясений, таких как печально известное землетрясение 2011 года в Японии и землетрясение в Непале, повалившее башню Дхарахара в 2015 году.
Когда резонансная частота грунта совпадает с резонансной частотой здания, оно претерпевает наибольшие возможные колебания и получает наибольший ущерб. Жесткость и распределение массы по высоте здания также имеют большое влияние на вероятность разрушения.
На видеозаписи представлен наглядный пример взаимодействия зданий и сейсмических волн:
Click to viewЦенные древние здания необходимо модернизировать и делать более устойчивыми к землетрясениям. Нельзя забывать и про накопительный эффект - пережившие многие подземные толчки башни и храмы могут копить в себе напряжение и рухнуть после слабого сейсмособытия.