Over de architectuur van tsunami-resistente gebouwen

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 wassen. 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 design voor schoonheid - dezelfde uitdaging als bij het ontwerpen van veilige ruimtes.

Tsunami's begrijpen

Tsunami's worden meestal gegenereerd door krachtige aardbevingen onder grote watermassa's. De seismische gebeurtenis creëert een ondergrondse golf die complexer is dan wanneer de wind eenvoudig het wateroppervlak blaast. De golf kan honderden kilometers per uur reizen tot 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 komen tsunami's in de Verenigde Staten het meest voor aan de westkust, waaronder Californië, Oregon, Washington, Alaska en natuurlijk Hawaii.

Een tsunami-golf zal zich anders gedragen, afhankelijk van het onderwaterterrein rondom de kustlijn (d.w.z. hoe diep of ondiep het water is vanaf de kustlijn). Soms zal de golf zijn als een "getijdegat" 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 waterniveau heel, heel snel stijgen in wat een "golfoploop" wordt genoemd, alsof het tij ineens is binnengekomen, zoals een golfstijging van 100 voet hoogwater. Tsunami-overstromingen kunnen meer dan 1000 voet landinwaarts reizen, en de "vervelling" creëert voortdurende schade als het water zich snel terugtrekt in zee. 

Wat veroorzaakt de schade?

Structuren worden meestal vernietigd door tsunami's vanwege vijf algemene oorzaken. Ten eerste is 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 structuur is geconstrueerd, zal het water er door of omheen gaan.

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

Ten vierde creëert de tsunami het land op en trekt zich vervolgens terug naar de zee voor onverwachte erosie en schuren van funderingen. Terwijl erosie het algemene wegslijten van het grondoppervlak is, is de schuurlaag meer gelokaliseerd - het soort slijtage dat je ziet rond pieren en palen terwijl water rond stilstaande objecten stroomt. Zowel erosie als schuren tasten de fundering van een structuur aan.

De vijfde oorzaak van schade is te wijten aan de windkrachten van de golven.

Richtlijnen voor ontwerp

Over het algemeen kunnen overstromingsbelastingen worden berekend zoals voor elk ander gebouw, maar de schaal van de intensiteit van een tsunami maakt het bouwen ingewikkelder. De overstromingssnelheden van Tsunami zouden "zeer complex en site-specifiek" zijn. Vanwege het unieke karakter van het bouwen van een tsunami-resistente structuur, heeft het Amerikaanse Federal Emergency Management Agency (FEMA) een speciale publicatie genaamd Richtlijnen voor het ontwerp van structuren voor verticale evacuatie van Tsunamis.

Vroege waarschuwingssystemen 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 hoogte heeft om evacués boven het niveau van tsunami-overstroming te brengen, en is ontworpen en gebouwd met de sterkte en veerkracht die nodig zijn om de effecten van tsunami-golven te weerstaan ​​..."

Zowel individuele huiseigenaren als gemeenschappen kunnen deze aanpak volgen. Verticale evacuatiegebieden kunnen onderdeel zijn van het ontwerp van een gebouw met meerdere verdiepingen, of het kan een meer bescheiden, op zichzelf staande structuur zijn voor een enkel doel. Bestaande structuren zoals goed geconstrueerde parkeergarages kunnen worden aangewezen als verticale evacuatiegebieden.

8 strategieën voor tsunami-resistente constructie

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

1. Bouw structuren met gewapend beton in plaats van hout, hoewel de houtconstructie beter bestand is 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 erdoorheen kan bewegen. Stijgend water zal minder schade aanrichten als het onder de structuur kan stromen. Architect Daniel A. Nelson en Designs Northwest Architects gebruiken deze aanpak vaak in de woningen die ze aan de kust van Washington bouwen. Nogmaals, dit ontwerp is in strijd met seismische praktijken, waardoor deze aanbeveling gecompliceerd en site-specifiek is.
3. Bouw diepe fundamenten, schrap aan de voet. De kracht van een tsunami kan een anders solide, betonnen gebouw volledig op zijn kant zetten, substantiële diepe fundamenten kunnen dat overwinnen.
4. Ontwerp met redundantie, zodat de structuur gedeeltelijke mislukking (bijvoorbeeld een vernietigde post) kan ervaren zonder progressieve instorting.
5. Laat vegetatie en riffen zoveel mogelijk intact. Ze zullen tsunami-golven niet stoppen, maar ze kunnen fungeren als een natuurlijke buffer en ze vertragen.
6. Oriënteer het gebouw onder een hoek met de kustlijn. Muren die direct op de oceaan zijn gericht, zullen meer schade oplopen.
7. Gebruik een doorlopend stalen frame dat sterk genoeg is om winden met orkaan te weerstaan.
8. Ontwerp structurele connectoren die stress kunnen absorberen.

Wat kost het?

FEMA schat dat "een tsunami-resistente structuur, met inbegrip van seismisch resistente en progressieve instortingsbestendige ontwerpkenmerken, een toename van de orde van grootte van de totale bouwkosten met ongeveer 10 tot 20% zou ervaren ten opzichte van die welke nodig is voor gebouwen voor normaal gebruik."