Какие технологии защищают нас от катастроф

Теория эволюции, пока ее не переврала поп-культура, гласила, что выживает наиболее приспособленный. Один биологический вид развил свое искусство адаптации до уровня демиургов: человечество научилось подчинять себе стихии и минимизировать последствия катастроф, лишь бы только ничто не мешало ему и дальше безмятежно прокрастинировать. В проекте «Тонущие города» на Discovery Channel можно увидеть с помощью каких технологий некоторым городам удается не уйти под воду, а мы рассказываем о технологиях на страже нашего покоя.

Без колебаний

Наш бедный третий от Солнца шарик периодически лихорадит — особенно достается тем, кто живет на задворках тектонических плит. В списке самых неудачно выбранных локаций для поселения с точки зрения сейсмической активности — страны Тихоокеанского огненного кольца. На этот регион с названием, похожим на очередной голливудский боевик, пришлось 90% всех землетрясений в мире. Вулканическая цепь раскинулась от Камчатки до Антарктиды на западе и от островов Огненной Земли до Алеутских островов. Печальнее всего дела обстоят на Филиппинах, где расположены восемь из десяти городов планеты, наиболее подверженных природным бедствиям. В отличники же огненного кольца смело можно записывать японцев: как и во многих других сферах, они оказались впереди планеты всей по части разработки годных систем минимизации ущерба от землетрясений.

Считается, что Токио — наиболее подготовленный к подземным толчкам город. Здесь не только идет постоянный мониторинг ситуации, строятся динамические модели и систематически проверяют здания на устойчивость, но и без конца проводят учения для детсадовцев, школьников, студентов и взрослых, причем к ложной тревоге все относятся не в пример серьезно. Поэтому в момент опасности практически никто не впадает в панику и ступор — все подхватывают тревожный чемоданчик и организованной гурьбой высыпают на улицу. Отдельной строкой — одна из самых крутых в мире систем раннего оповещения о сейсмической угрозе. Это масштабная сеть объединяет сейсмодатчики по всей стране и автоматом формирует сигналы, которые принимают экстренные меры: тормозят скоростные поезда, отрубают электростанции, запускают рассылку оповещений по СМС и через интернет. Они позволяют выиграть не больше минуты, однако этого хватает, чтобы спасти сотни жизней. Разработкой этой системы занялись сразу после разрушительного землетрясения в Кобе 1995 года, когда погибло почти 6500 человек.

Дозор несут и продвинутые архитектурные, инженерные и технологические решения, которые делают город ударопрочным и стойким перед лицом стихии. Так, небоскребы строятся по системе сейсмоизоляции: подвижные опоры под зданием гасят колебания. Один из самых популярных и эффективных алгоритмов — «плавающий фундамент»: между основанием и самим зданием закладывается свинцово-резиновая подушка. Эта прослойка позволяет фундаменту «ходить» под зданием при сильных толчках, а сам дом или небоскреб остается как бы изолированным от этой вакханалии, его не утягивает вслед за основанием. Последний писк инженерной моды — воздушная подушка с сенсорами. При первых намеках на сейсмическую агрессию компрессор поднимает здание на несколько сантиметров, а после возвращает статус-кво.

Еще один распространенный прием заземления высотных зданий — маятник внутри небоскреба.

Чем выше небоскреб, тем больше становится амплитуда его колебаний от порывов ураганного ветра или при подземных толчках — верхние этажи сильнее смещаются от своей оси. Чтобы нивелировать это отклонение и создать противовес, инженеры устанавливают под куполом здания гигантские настроенные амортизаторы масс (tuned mass dampers, TMD). Чаще всего TMD выглядит как огромный бетонный или стальной шар весом 300 — 800 тонн. Он подвешивается на специальной системе пружин и поршней в верхней части здания и сохраняет центр массы небоскреба за счет того, что при изменении угла наклона здания шар начинает двигаться с той же частотой, только в противоположном направлении. Самый наглядный пример — тоже в Азии (чего далеко ходить), в тайванском небоскребе «Тайбэй 101»: 509-метровая башня оборудована маятником в 728 тонн. Шар способен гасить колебания небоскреба при скорости ветра до 250 км/ч, а диаметр его достигает 5,5 метров.

Не отстает и Латинская Америка, которой тоже приходится непросто на этой неустойчивой земле — особенно Мексика. В столице страны, городе Мехико, в 2004 году была возведена башня Майор. 55-этажный небоскреб построили неподалеку от эпицентра землетрясения 1985 года: тогда толчки магнитудой в 8,1 унесли жизни 10 тысяч горожан. Поэтому Майор строили с расчетом на мощные подземные беснования — башня выдерживает натиск до 8,5-9 баллов по шкале Рихтера. Для этого в нее загнали почти 21,5 тонн железобетонных колонн, которые тянутся до 30-го этажа, а верхнюю часть здания удерживают стальные рамы. Конструкция также включает в себя 98 сейсмических демпферов, которые «гасят» смещение здания и рассеивают часть энергии во время тряски. Эту технологию мексиканцы подрезали у американских военных, которые использовали ее для защиты места запуска реактивных снарядов от воздействия ядерных ударов.

Еще один пример из Латинской Америки — небоскреб Torre Titanium La Portada, второе по высоте здание Чили, возведенное в 2010 году. Поскольку Сантьяго частенько потряхивает, конструкция здания выполнена из железобетона и стали, фасад — из гранита, стекла и алюминия, а на глубине 50 метров под землей небоскреб удерживает специальный «якорь» — сваи из бетона и стали. Все это помогает Torre Titanium La Portada оставаться стойким солдатиком при 9,0 баллах по шкале Рихтера, причем первое же испытание ждало инженеров и архитекторов в момент сдачи работы, когда в феврале 2010 года Чили встряхнуло очередное землетрясение (8,8 баллов).

Спасение утопающих

Венеция тонет, Мальдивы тонут, Амстердам вообще непонятно, как на плаву держится — в мире много регионов, с которыми мы мысленно не то чтобы уже попрощались, но в целом мало удивимся, если однажды утром СМИ объявят об их окончательном погружении в пучину невозвращения. Но от некоторых солидных урбан-господ такой подставы не ожидаешь: многомилионные мегаполисы, деловые, промышленные, финансовые, культурные агломерации не похожи на тех, кто может затонуть, однако с цифрами не поспоришь. По словам экспертов проекта «Тонущие города» на Discovery Channel, глобальное потепление постепенно приводит к увеличению осадков: так, в Токио за последние полвека их количество выросло на 30%, а в Лондоне — на 20% за одно только последнее десятилетие.

В Майами, который находится на высоте всего двух метров над уровнем моря, вообще все не очень хорошо: по оценкам исследователей, этот город занимает незавидную лидирующую позицию среди тех, кто сталкивается с самой мощной угрозой штормов и наводнений на Земле. Яркое ар-деко фасадов, кубинские ресторанчики и бирюзовые воды курорта Майами-бич кричат «полундра!»: каждый год, с июня по октябрь, сезоны ураганов закручивают его в пляске святого Вита, нанося колоссальный урон, а всего за последние 2 года подземные воды поднялись на рекордные 400%. Пять лет назад волна грядущего водного апокалипсиса вынесла Филиппа Левайна в кресло мэра — свою предвыборную программу он умело построил как раз на угрозе глобального потопления Майами-Бич, а рекламные ролики, в которых он возвращается домой на байдарке вместе со своей собакой, вспоминают до сих пор.

Как уже действующий мэр Левайн установил электронасосы на Элтон-роуд и других улицах, наиболее уязвимых к наводнениям. В дождь и в прилив насосы врубают и откачивают воду в залив Бискейн. Чтобы установить нужное количество насосов, будет мало даже продать крыло от «Боинга» — программа требует 400 с лишним миллионов долларов на реализацию, что сравнимо с годовым бюджетом города. В планах еще амбициозные проекты подъема улиц Майами-Бич, восстановление защитной дюны со стороны океана, укрепление дамб и открытие новых городских парков, чтобы они поглощали воду и углекислый газ (внося свою скромную лепту в приостановление темпов глобального потепления). Пока же эффективной мерой себя зарекомендовало строительство на сваях: фундамент новых построек должен быть не менее 6 метров над уровнем моря. Поднимаются и первые этажи, а высокие потолки вестибюлей и холлов обеспечивают в случае затопления беспрепятственный отток воды, который не размывает фундамент.

На другом конце света именем Посейдона заклинает водную стихию Лондон: здесь пытаются совладать с Темзой, которая иногда вообще не видит берегов. После катастрофических наводнений 1928 и 1953 годов англичане наконец решили — хватит это терпеть. Столетиями до этого им приходилось как-то приспосабливаться к наводнениям, которые пригоняли штормы со стороны Северного моря. Приливная волна, шедшая по морю, достигала апогея в Английском канале, а в устье Темзы совсем распоясывалась — особенно когда это все совпадало с сезонным половодьем. Рассудив, что королеву нужно не только хранить, но и охранять от большой беды и большой воды, Совет Большого Лондона в 60-е годы приступил к разработке мощной защитной системы города: строительство барьера растянулось на 8 лет (с 1974 по 1982 годы), а на торжественном открытии присутствовала сама Елизавета II.

Барьер Темзы — это 520-метровая защитная плотина поперек реки, которая выглядит как футуристическая флотилия, случайно пришвартовавшаяся в чопорном Лондоне. 

Она состоит из 9 бетонных сооружений, каждое высотой с пятиэтажный дом, и делят поток на четыре отрезка по 61 метру. В Барьер входят также стальные ворота (по 3700 тонн), которые во время водяного перемирия спокойно лежат на дне реки, не мешая проходу судов. Но при необходимости они синхронно поворачиваются на 90 градусов, образуя сплошную стену и надёжно блокируя течение. Время реагирования — закрытия ворот — по отдельности составляет 10—15 минут, а весь барьер приходит в состояние ГТО за 1,5 часа. Барьер Темзы выдерживает 7-метровые волны. С 1983 по 2017 год барьер был задействован 179 раз для защиты от наводнений. Чаще всего он закрывается в сезон наводнений — с сентября по апрель, а 9 ноября 2007 года его закрывали дважды — с Северного моря вновь шла штормовая нагонная волна, сравнимая с той, что затопила город в 1953 году.

Поделиться с друзьями