Liên bang Nga
Trên toàn lãnh thổ Liên bang Nga, có rất nhiều khu vực nguy cơ địa chấn rất cao như vùng Bắc Kavkaz, Altai, Sayans, Kurils, Kamchatka, Amur, Baikal...Ở những nơi này, những vấn đề liên quan tới động đất luôn dễ nhận biết, ngay từ thời kỳ xây dựng thấp tầng phát triển. Trong thế kỷ XX, với sự phát triển xây dựng, nhà cao tầng xuất hiện ngày càng nhiều, theo đó, vấn đề về khả năng kháng động đất của các công trình cao tầng nảy sinh. Cần nhớ rằng cho tới thời điểm hiện nay, gần 80% các tòa nhà / công trình của Nga không được trang bị tính năng kháng động đất. Ngay cả ở Chechnya - nơi có nhiều cơn địa chấn và rất nhiều công trình đã phải xây mới trong thời gian qua - mức dự trữ kháng chấn cũng chưa đạt được 2-3 điểm trên thang độ Richter.
Đối với nhà ở, nguy cơ cao nhất thuộc về các tòa nhà nhiều tầng xây bằng gạch, bởi vì với những chấn động ngầm, các bức tường sẽ bị vỡ vụn và vùi lấp người dân. Đâu là giải pháp cho những tình huống này?
Tại Ust-Labinsk, các nhà khoa học đã tiến hành các thử nghiệm gia cố móng, đưa vào một dự trữ cường độ cho các tòa nhà 4-5 tầng, và một số tòa nhà 9 tầng. Trong các thử nghiệm này, các loại bê tông “dẻo” (bê tông có tính đàn hồi) bắt đầu được áp dụng.
Nhiều tòa tháp chọc trời đã được xây dựng tại Ekaterinburg thời gian qua như Isetch, Vysotski …Về đặc điểm địa lý, thành phố nằm trên các đường nứt kiến tạo, trong một khu vực có nguy cơ động đất rất cao. Khi xây dựng các tòa nhà cao tầng, bê tông cường độ cao và cốt có đường kính lớn được sử dụng, cộng với việc gia tăng mật độ đặt cốt trong tường. Tất cả các tòa nhà xây khung đều được áp dụng bê tông cốt thép, với móng tấm bê tông.
Theo nguyên tắc tương tự, tòa tháp “Liên bang” đã được xây dựng tại Moskva. Nhiều người cho rằng Moskva không có động đất.Tuy nhiên, trên thực tế, rung chấn từ các trận động đất ở những khu vực lân cận, thậm chí rất xa Moskva (như các trận động đất xảy ra tại Carpathians) lan tới tận Thủ đô; người dân Moskva có thể cảm nhận những rung lắc đạt đến 2 độ Richter. Tại những khu vực xa tâm chấn như Moskva, không chỉ những chấn động rất rõ ở mặt đất, mà mức gia tăng rung lắc cũng được cảm nhận, tức là nếu tòa nhà được xây trên nền đất đá xốp thì sự rung lắc tăng lên, và cứ lên cao thêm mỗi 5 tầng, mức độ rung lắc lại có thể được nâng lên một bậc.
Các tòa tháp chọc trời thuộc tổ hợp Moskva City “được cứu” do được xây dựng trên nền đá vôi cứng - vốn được coi là một trong những loại đất có khả năng kháng chấn cao và bền vững nhất. Ngoài ra, phần lõi các tháp đều là các khung chữ nhật bằng bê tông cốt thép, giúp cả tòa tháp không bị nghiêng lệch khi gió giật.
Các công nghệ không ngừng phát triển, và các kỹ sư, các nhà xây dựng Nga đã tiếp thu rất nhanh kinh nghiệm của các đồng nghiệp nước ngoài, đặc biệt từ Nhật Bản, nước láng giềng tiếp giáp qua khu vực Kirils phải đối mặt với nguy cơ động đất thường xuyên.
Châu Á
Nhật Bản và các nước láng giềng thường xuyên đối mặt với các trận động đất, sóng thần, bão. Tuy nhiên, ở Nhật Bản, Hồng Kông và Đài Loan, các tòa nhà chọc trời vẫn không ngừng vươn lên, với các công nghệ xây dựng tiên tiến nhất, kèm theo các tiêu chuẩn – quy chuẩn mới. Nhật Bản đã nghiên cứu bộ quy tắc đơn giản nhất để xây dựng các công trình có tính năng kháng chấn phù hợp với mọi quốc gia.
Quan trọng nhất là nguyên tắc phân bố đồng đều độ cứng và khối lượng các kết cấu. Tính đồng nhất được bảo đảm bằng các yếu tố lắp ghép gia cường và các đường nứt kháng chấn, trong phạm vi các đường nứt này, các tấm tường có thể dịch chuyển mà tòa nhà không có nguy cơ bị phá vỡ. Việc xếp gạch thủ công để xây chỉ có thể thực hiện đối với các công trình cao tối đa 5 tầng, với các hình dáng đơn giản và đối xứng - hình vuông, hình chữ nhật, hình tròn và hình lục lăng. Người Nhật không ngăn cản óc sáng tạo, nhưng trong trường hợp này, công trình cần bao gồm một số khối kết cấu theo quy định.
Nhật Bản là một trong những quốc gia đi đầu về phát triển các công nghệ xây dựng kháng động đất. Hiện nay, các công nghệ của Nhật đang được nhiều nước áp dụng. Một số công nghệ mới nhất như:
- “móng nổi”: giữa nền và công trình có một lớp gối đệm bằng cao su chì, cho phép móng “đi” xuống dưới tòa nhà khi có chấn động mạnh xảy ra, mà không kéo theo công trình chính. Thời gian gần đây, các nhà xây dựng đã nghiên cứu bổ sung một đệm không khí có gắn các cảm ứng. Khi có những dấu hiệu đầu tiên của hoạt động địa chấn, thiết bị nén sẽ nâng cả tòa nhà lên vài cm, nhờ đó, công trình được cô lập khỏi các chấn động;
- lớp thiết bị cách chấn bằng hợp kim có hiệu ứng nhớ, có thể thay đổi hình dáng khi rung lắc, và sau đó trở về trạng thái ban đầu. Do chấn động lan truyền trong đất nền nên biện pháp hữu hiệu nhất để hạn chế tác động từ sóng ngầm là tách rời hoàn toàn công trình khỏi đất nền. Tuy nhiên, điều này là không thể, các kỹ sư chỉ có thể đưa vào một lớp thiết bị đặc biệt “đệm” giữa công trình và đất nền, gọi là thiết bị cách chấn. Thiết bị bằng hợp kim có độ cứng thấp nên khi nền đất rung chuyển, thiết bị có biến dạng lớn, kết cấu phía trên nhờ có quán tính lớn nên chỉ chịu một dao động nhỏ. Hư hại về kết cấu và thiết bị bên trong công trình nhờ đó được giảm thiểu;
- bộ giảm xóc dưới dạng con lắc ở trên đỉnh tòa nhà (hay còn gọi là van điều tiết khối lượng –TMD) có thể giữ tòa nhà, buộc nó phải chuyển động theo hướng ngược lại. Dựa theo nguyên tắc này, Đài Loan đã xây dựng thành công tòa tháp chọc trời “Taipei 101”. Quả cầu thép nặng 730 tấn cố định bởi các cáp thép gắn trên cao, phản ứng với chuyển động bằng cách dịch chuyển theo hướng ngược lại. Do đó, khi có động đất hay gió mạnh khiến tòa nhà xoay sang phải, hệ thống TMD sẽ phản ứng lại bằng cách xoay sang trái – giảm thiểu tối đa sự dịch chuyển. Tuy nhiên, chi phí cho công nghệ này cực kỳ lớn.
Mỹ Latin
Trong những năm gần đây, sự hợp tác về kinh tế và công nghệ được Chính phủ Liên bang Nga tăng cường không chỉ với phương Đông mà cả phương Tây, đặc biệt là với Nam Mỹ. Trong bối cảnh đó, các kỹ sư địa chấn và các nhà xây dựng Nga đã có nhiều cơ hội học hỏi kinh nghiệm từ các đồng nghiệp Mỹ Latinh.
Trung và Nam Mỹ từ thời xa xưa luôn hứng chịu quy luật đáng sợ này của tự nhiên. Các khu vực bị ảnh hưởng động đất nhiều nhất hiện nay là Mexico, El Salvador, Guatemala, Colombia và Chile, do các quốc gia nằm ngay vị trí liên kết của các mảng kiến tạo.
Kể từ trận động đất ở Manizales (Colombia) năm 1878, phong cách temblorero trở nên phổ biến – các công trình bằng tre pha trộn với bùn. Nhà ở có 2-3 tầng được xây dựng từ các vật liệu khác nhau. Tầng 1 thường là đất nện - một dạng vật liệu là hỗn hợp của đất nhão và cát. Hỗn hợp được đổ và “đúc khuôn” trong thùng gỗ. Tầng thứ hai thường là đất sét nện. Các tầng đầu tiên thực hiện chức năng chịu tải, đồng thời bảo đảm năng lực biến dạng dưới tác động ứng suất từ các tải trọng ngang (do hoạt động địa chấn và gió). Điều lý thú là kỹ thuật tương tự như vậy từ lâu cũng đã được áp dụng ở nửa bán cầu phía đông, trong đó có Tadzikistan.
Trong thế kỷ XX,việc xây dựng các tòa tháp chọc trời bắt đầu lan rộng khắp thế giới. Ở Mỹ Latinh, những tòa nhà cao tầng đầu tiên được xây dựng vào những năm 1970. Tòa tháp Torre Colpatria tại Bogota, Colombia (1978) được xây trên nền đất sét, có sử dụng công nghệ mới vào thời điểm đó - 24 giếng có độ sâu 50 m dành cho móng bê tông, sử dụng cốt thép gia cường cho tòa nhà tại những vị trí thang máy và các khu vực kỹ thuật.
Con số các tòa nhà chọc trời không ngừng tăng lên mỗi năm.Torre Mayor tại Mexico City được khánh thành vào năm 2003, được xây mới tại khu vực tâm chấn của trận động đất năm 1985. Tòa nhà mới bằng thép và bê tông với các cột thép trong vỏ bọc bê tông cốt thép tới tầng 30, phía trên nữa là các khung thép. Dọc theo tòa nhà, 98 bộ giảm chấn - giảm xóc được gắn chắc vào các giá thép. Công nghệ này học từ quân đội Mỹ. Các tiêu chuẩn xây dựng được thắt chặt, bởi Mexico hiện nay nằm ở đáy của một hồ nước lớn trước đây, do vậy đất ở đây chủ yếu là bùn. Torre Mayor được thiết kế để có thể chịu được những trận động đất mạnh tới 9 độ Richter, và là tòa nhà cao nhất Mỹ Latin cho tới năm 2010.
Torre Titanium La Portada tại Santiago, Chile (2010) có thể chịu được động đất tới 8,5 độ Richter. Tòa nhà đã trải qua một số trận động đất, trận động đất đầu tiên xảy ra ngay tại thời điểm nghiệm thu công trình. Các nguyên vật liệu sử dụng gồm bê tông cốt thép và thép trong kết cấu; mặt tiền bằng đá granit, kính và nhôm. Tòa nhà có 7 tầng ngầm và neo sâu dưới đất 50 m, với 65 cột trụ bằng bê tông và thép. Đây là công trình đầu tiên ở khu vực Nam Mỹ được cấp chứng nhận xanh trong hệ thống đánh giá LEED của Hội đồng Công trình xanh (Mỹ).
Thực tế hiện nay tại Nam Mỹ, bên cạnh các tòa nhà chọc trời đẹp mắt, nhà ở thấp tầng cũng rất phổ biến. Ưu điểm thấy rõ của nhà thấp tầng là: khi bị tàn phá, tổn hại cũng không quá lớn. Tuy nhiên, trên lục địa có rất nhiều công trình tự xây không có bản vẽ, và để được cấp phép xây dựng, thông thường chỉ cần chỉ định người quản lý dự án hoặc kiến trúc sư. Do đó, xây dựng tư nhân tại khu vực này - như trước kia - vẫn cần dựa trên temblorero và những bức tường đất sét - gỗ.
Bài viết đã khái quát ngắn gọn về các công nghệ kháng động đất trên thế giới, qua đó làm rõ: các nguyên tắc xây dựng cơ bản tại các khu vực khác nhau trên thế giới không có sự khác biệt đáng kể. Các bước chính là tiến hành khảo sát địa chấn và lựa chọn đúng địa điểm xây dựng; thiết kế một trung tâm (lõi) chịu lực của công trình; đơn giản hóa, làm nhẹ các kết cấu trên cao; thiết lập hệ thống giảm chấn – giảm xóc dưới các hình thức khác nhau - có thể là một quả cầu lớn lơ lửng ở các tầng phía trên cao, hoặc đơn giản là một bức tường đàn hồi bằng bùn./.
Nguồn: Tạp chí internet Berlogos (www.berlogos.com) tháng 11/2017
ND: Lệ Minh