Στις 22 Φεβρουαρίου 2011 ο σεισμός μεγέθους 6,3 Ρίχτερ που έπληξε το Κράιστσερτς (Christchurch) της Νέας Ζηλανδίας, με επίκεντρο μόλις 10 χιλιόμετρα νοτιοανατολικά από το κέντρο της πόλης, άφησε πίσω του 185 νεκρούς, εκτεταμένες βλάβες στον αστικό ιστό και ένα δυσανάλογα μεγάλο οικονομικό τραύμα για μια ανεπτυγμένη χώρα. Το κόστος ανοικοδόμησης της πόλης και της ευρύτερης περιφέρειας αποτιμήθηκε σε 45-50 δισ. δολάρια Νέας Ζηλανδίας, ποσό που αντιστοιχούσε περίπου στο 20% του ΑΕΠ της χώρας. Ενα από τα πιο διδακτικά στοιχεία εκείνης της καταστροφής ήταν ο μεγάλος αριθμός κτιρίων – κατοικιών και υποδομών – που ενώ έμειναν όρθια, κρίθηκαν τελικά μη κατοικήσιμα ή μη επισκευάσιμα. Το αποτέλεσμα ήταν μια πόλη που σε μεγάλο βαθμό ξαναχτίστηκε και μια τοπική οικονομία που διαταράχθηκε σε βάθος.
Η αξία της σεισμικής μόνωσης
Η εμπειρία του Κράιστσερτς έκανε ευρύτερα ορατό κάτι που οι σεισμολόγοι και οι πολιτικοί μηχανικοί γνωρίζουν εδώ και χρόνια. Στον μεγάλο σεισμό δεν αρκεί ένα κτίριο να μη σωριαστεί, αλλά πρέπει και να περιοριστεί η βλάβη που το καθιστά μη λειτουργικό. Αυτό ισχύει κατ’ εξοχήν για νοσοκομεία και άλλες κρίσιμες υποδομές, ακριβώς τη στιγμή που τις χρειάζεται κανείς περισσότερο. Η Τουρκία, παραδείγματος χάριν, είχε ήδη από το 2013 εισαγάγει την υποχρεωτική εφαρμογή της σεισμικής μόνωσης σε όλα τα νέα νοσοκομεία άνω των 80 κλινών σε σεισμογενείς περιοχές. Στους καταστροφικούς σεισμούς του 2023, σεισμικά μονωμένα νοσοκομεία σε πόλεις όπως η Μαλάτεια, η Χατάι, η Μερσίνη και τα Αδανα ανταποκρίθηκαν εξαιρετικά, δεχόμενα μεγάλο αριθμό τραυματιών από τις πληγείσες περιοχές. Εκεί βρίσκεται και η βαθύτερη υπόσχεση της σεισμικής μόνωσης: όχι μόνο να αποφευχθεί η κατάρρευση, αλλά να διασωθεί και η λειτουργία του κτιρίου.
Η σεισμική μόνωση θεωρείται σήμερα ώριμη τεχνολογία, με δεκαετίες εφαρμογών κυρίως σε γέφυρες, αλλά και σε κτίρια ειδικού σκοπού. Η λογική της είναι απλή. Aντί το κτίριο να δέχεται σχεδόν αδιαμεσολάβητα τους κραδασμούς του εδάφους, παρεμβάλλονται ειδικά εφέδρανα (συσκευές αποτελούμενες από δύο ειδικά σχεδιασμένες για τον σκοπό αυτόν πλάκες) που αποσυμπλέκουν, έως έναν βαθμό, την κίνηση του εδάφους από την κίνηση της ανωδομής. Στην Ελλάδα, παραδείγματα σεισμικά μονωμένων κτιρίων είναι το Μουσείο της Ακρόπολης, η Στέγη Γραμμάτων και Τεχνών και δύο κτίρια στο Κέντρο Πολιτισμού Ιδρυμα Σταύρος Νιάρχος.
Αρχιτεκτονική αναπαράσταση σεισμικά μονωμένου μονώροφου κτιρίου. Στο κάτω μέρος διακρίνεται η τσιμεντένια πλάκα με τους σφαιρικούς σεισμικούς μονωτήρες (σε πράσινο χρώμα) τοποθετημένους περιμετρικά
Γιατί όμως δεν τη συναντούμε παντού τη σεισμική μόνωση; Η απάντηση σχετίζεται με το κόστος. Ενα συμβατικό εφέδρανο μπορεί να κοστίζει από 4.000 έως 10.000 ευρώ, ενώ για μία μόνο κατασκευή χρειάζονται πολλά. Επιπλέον, τα πιο διαδεδομένα συστήματα βασίζονται σε χαλύβδινα στοιχεία, ειδικές επιφάνειες ολίσθησης και αυστηρές δοκιμές πιστοποίησης, όλα όσα κρατούν ψηλά την τελική τιμή. Ετσι, η μέθοδος βρίσκει ευκολότερα θέση σε μεγάλα δημόσια έργα και σε κτίρια κρίσιμης σημασίας παρά σε χαμηλές, ελαφριές κατασκευές, όπως μονώροφα ή διώροφα σπίτια.
Εδώ ακριβώς τοποθετείται η έρευνα του επίκουρου καθηγητή στη Σχολή Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ), Μιχάλη Βασιλείου, για την οποία ο έλληνας επιστήμονας έλαβε χρηματοδότηση από τα ανταγωνιστικά προγράμματα του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Ερευνας (European Research Council, ERC) και ειδικότερα αυτά της κατηγορίας «Proof of Concept». Το ζητούμενο, όπως αναφέρει ο ίδιος στο ΒΗΜΑ-Science, είναι να φέρει τη σεισμική μόνωση πιο κοντά σε εκείνα τα κτίρια και σε εκείνες τις κοινωνίες που τη χρειάζονται περισσότερο, αλλά δυσκολεύονται να την πληρώσουν. Η καινοτομία της ομάδας του δεν βρίσκεται σε κάποιο εξωτικό υλικό ή σε έναν δυσνόητο αλγόριθμο, αλλά σε μια διαφορετική λογική. Αντί για ακριβά εφέδρανα ολίσθησης, εξετάζει εφέδρανα κύλισης, δηλαδή μπάλες από πολυμερικά υλικά ή φυσικό καουτσούκ που κινούνται πάνω σε κατάλληλα διαμορφωμένες καμπύλες επιφάνειες από σκυρόδεμα. Η ιδέα υπάρχει εδώ και χρόνια, αλλά έλειπαν οι μέθοδοι σχεδιασμού, οι αξιόπιστες προσομοιώσεις και η συστηματική κατανόηση της συμπεριφοράς των κατασκευών.
Γέμιση τσιμεντοκονίας υψηλής αντοχής σε μπάλα του τένις διαμέτρου 65 χιλιοστών. Δεκάδες τέτοιες μπάλες χρησιμοποιήθηκαν σε πειράματα που πραγματοποίησε η ομάδα του κ. Βασιλείου στο ΕΜΠ
Πειραματικές αποδείξεις
Σύμφωνα με τα ερευνητικά αποτελέσματα του κ. Βασιλείου και των συνεργατών του τα οποία δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Earthquake Engineering & Structural Dynamics, η έλλειψη αυτή φαίνεται πως μπορεί να καλυφθεί. Η έρευνα είχε στόχο να εξετάσει πώς μπάλες από ελαστομερή υλικά παραμορφώνονται όταν για μέρες ή μήνες σηκώνουν το βάρος ενός κτιρίου και, ακόμη πιο κρίσιμα, πώς συμπεριφέρονται υπό προσομοιωμένες σεισμικές δονήσεις. «Οταν μια μπάλα μένει για μέρες φορτισμένη από το βάρος του κτιρίου, παύει να είναι τέλεια σφαίρα, παραμορφώνεται, αποκτά πιο οβάλ μορφή και επίπεδες ζώνες επαφής. Ετσι, στον σεισμό κυλά μια μπάλα που έχει ήδη αρχίσει να μοιάζει περισσότερο με… μπιφτέκι» εξηγεί ο κ. Βασιλείου.
Η ουσία της συμβολής είναι ότι για πρώτη φορά κατασκευάζεται με ρεαλιστική ακρίβεια ένα αριθμητικό μοντέλο που περιγράφει ταυτόχρονα τον ερπυσμό (αύξηση παραμόρφωσης του υλικού με την πάροδο του χρόνου) και τη συμπεριφορά του υλικού σε διαδοχικές φορτίσεις. Το βασικό εύρημα είναι πολύτιμο: για την αλλαγή σχήματος ευθύνεται κυρίως το εσωτερικό τμήμα της μπάλας, ενώ το εξωτερικό στρώμα συνεισφέρει περισσότερο στην απόσβεση της ενέργειας. Ετσι, ένας εσωτερικός χαλύβδινος πυρήνας μπορεί να περιορίσει τη μακροχρόνια παραμόρφωση χωρίς να υπονομεύει τη λειτουργία της μόνωσης. Πάντως, σε μια προσπάθεια περαιτέρω μείωσης του κόστους, η ομάδα του κ. Βασιλείου δοκίμασε ακόμη και μπάλες του τένις γεμισμένες με τσιμεντοκονία οι οποίες «δούλεψαν καλύτερα από το αναμενόμενο» όπως μας είπε.
Από τη θεωρία στην πράξη
Η ιστορία γίνεται ακόμη πιο ενδιαφέρουσα όταν βγαίνει από το εργαστήριο. Η έρευνα δεν σχεδιάστηκε εξαρχής για μια εύρωστη ευρωπαϊκή αγορά, αλλά για χώρες με μικρότερη οικονομική δυνατότητα και πολύ διαφορετικές υλικές συνθήκες δόμησης. Ο κ. Βασιλείου αναφέρει συχνά την Κούβα, όπου η έλλειψη χάλυβα, λόγω εμπάργκο, καθιστά την τοιχοποιία σχεδόν αναγκαστική λύση, παρότι είναι πολύ πιο ευάλωτη στον σεισμό. Σε αυτό το πλαίσιο, η φθηνή σεισμική μόνωση για ελαφριές κατασκευές παύει να είναι μια πειραματική τεχνική καινοτομία και καθίσταται αναγκαιότητα.
Εξίσου ενδιαφέρουσα είναι και η σύνθεση της ερευνητικής ομάδας. Το εγχείρημα φέρνει κοντά ερευνητές από το Πολυτεχνείο της Ζυρίχης, το ΕΜΠ, το Μπέρκλεϊ, το Ποντιφικό Καθολικό Πανεπιστήμιο του Περού, το αντίστοιχο της Χιλής και το Εθνικό Κέντρο Σεισμολογικών Ερευνών της Κούβας. Η συνεργατική αυτή φύση συνιστά οργανικό μέρος της φιλοσοφίας του έργου αφού πρόκειται για έρευνα που θέλει να απαντήσει σε ένα υπαρκτό πρόβλημα, σε πραγματικές γεωγραφίες σεισμικού κινδύνου και υλικής στέρησης.
Σήμερα η μέθοδος βρίσκεται σε μια κρίσιμη ενδιάμεση φάση: αρκετά ώριμη ώστε να μιλά κανείς για μια σοβαρή απόδειξη δυνατότητας εφαρμογής, αλλά όχι ακόμη τόσο ώριμη ώστε να έχει περάσει στην αγορά ή στους κανονισμούς. Ο επόμενος στόχος είναι σαφής. Δοκιμές γήρανσης, ανθεκτικότητας και μακροχρόνιας συμπεριφοράς. «Αν αποδειχθεί αυτό, οι κουβανοί φίλοι μας μάς έχουν διαβεβαιώσει ότι έχουν εξασφαλίσει χρηματοδότηση για την κατασκευή ενός διώροφου σχολείου» λέει ο κ. Βασιλείου. Κάπου εκεί συνοψίζεται και το ευρύτερο όραμά του. Μια προσιτή σεισμική μόνωση όχι για τα λίγα εμβληματικά κτίρια που αντέχουν να την πληρώσουν, αλλά και για εκείνους που τη χρειάζονται περισσότερο.
