הצעה לבניית מבנים עמידים בפני רעידת אדמה - על גבי יסודות דינמיים וממבראנה אקוסטית

הקדמה

מבנים בנויים בצורה מקובלת מתוכננים כך שיוכלו לשאת עומסים אנכיים הכוללים את משקל המבנה ואת משקל תכולתו וכן לשאת את הכוחות הדינמיים הנובעים מתנועה המתרחשת בתוך המבנה כגון תנועת אנשים כלי רכב או מכונות, כוחות רוח ורעידות אדמה. אולם בעוד שיסודות נייחים נחשבים חיוניים הוכח כי ברוב המקרים הם אינם מתאמים / מספיקים לשמירת שלימות המבנה במהלך ובעקבות זעזועים סיסמיים. הנזק הרב שנגרם לאחוז גדול של מבנים בלוס אנג`לוס ארה"ב , ובקואובה ביפאן, כתוצאה מרעידות אדמה שאירעו במקומות אלה בשנת 1995 מעידים על אי התאמה זו.

באופן כללי, הכוחות הפועלים על המבנה כתוצאה מזעזוע סיסמי גורמים לטלטול המבנה המביא להטעייתו וכך שלפחות חלק מהיסודות יעקרו / יזוזו מהקרקע. אי היציבות המתקבלת היינה תגובה בלתי הפיכה לזעזועים אלה, המובילה בסופו של דבר להתמוטטות חלקית או מלאה של המבנה. גם תופעת של התכת הקרקע המאפיינת רעידות אדמה, וגורמת אף היא לנזק רב ליסודות של הקרקע. 

 

הפתרונות הקיימים
עד כה נעשו ניסיונות רבים לשפר עמידתם של מבנים בפני רעידות אדמה, כמו למשל, על ידי חיזוק המבנה עצמו בעזרת זיון הבטון עם תוספת פלדה מעבר לזיון מקובל. אולם חיזוק המבנה עצמו מספק רק תשובה חלקית לעמידות בפני רעידות אדמה, משום שהכוחות הסיסמים הפועלים חזקים מחוזק מבנה עצמו, שאינו מבנה גמיש, והם עלולים לגרום בסופו של דבר לנזק עצום למבנה לרבות במקרים רבים, להתמוטטותו המוחלטת.

ידועות גם שיטות אחרות להקניית עמידות בפני רעידת אדמה (seismic isolation) שבו המבנה מוצב על גבי משטחים של גומי ופלדה אשר מקטינים את תנודה היחסית בין ובין יסודותיו. המשטים הפועלים כבולמי זעזועים בין הקרקע ויסודות של המבנה אם זאת ולמרות שניתן לעצב את המבנה כך שיהיה יותר גמיש ויוכל לספוג חלק מהאנרגיה הנובעת מהזעזועים הסיסמיים על ידי תנודותיו, עדיין נשארת למבנה מידה של התנגדות, שבסופו של דבר, כאשר הזעזוע הסיסמי חזק מספיק, עלולה להוביל להרס משמעותי של המבנה. בנוסף לכך, אין הטכניקות האלה מעניקות הגנה מספקת כנגד הופעת כאין התכת הקרקע, בשל תנודות לא סימטריות של היסודות הללו, כאשר צד אחד של היסודות זז יותר מהשני, מה שגורם בסופו של דבר להרס היסודות והמשך להתמוטטות של המבנה.   

 
בתמונה: צילום פתיח לפטנט אמריקאי, אשר פתוח לציבור הרחב. ההצעה הנ"ל נרשמה בתאריך 07.09.1999 כפטנט אמריקאי מס` 5946865 הובאה לידיעת ועדת השרים להערכות לטיפול ברעידת אדמה החזויה בארץ ולוועדת התקינה של מכון התקנים הישראלי.

 

שיטה חדשה למיגון מבנים

 

 
   
 
מוצעת בזה שיטה חדשה לבניית מבנים על גבי יסודות דינמיים שיקנו להם הגנה בפני רעידות אדמה עליה נרשמו פטנטים הן בארה"ב והן בישראל. מקור הפילוסופיה של השיטה החדשה נמצא במחשבתו של קונפוציוס: "אם אינך יכול לגבור על יריבך חבור אליו" ובעוד מחשבה: בעוד אינך רוצה לחוש נחת זרועה של " תנועה הסיסמית" התרחק ממנה, או צמצם מגע עימה.המסקנה הנובעת מחשיבה זו היא, שיש צורך לבודד יסודות המבנה עד כמה שניתן מן הקרע ולהושיב אותם על גבי פלטפורמה, אשר ביחד עם המבנה שרוכב עליהם יתנהלו בעת בזעזועים הנגרמים ברעידת אדמה כפי שמתנהג צעצוע הילדים המוכר לכל "נחום תקום".

בעת רעידת אדמה יתנהל מבנה כזה כמכניזם.המבנים על יסודותיהם הנעים המתוארים כאן מאופיינים בשינוי הגישה לפתרון מיגון מבנים ברעידות אדמה. במקום לפתח את השיטות המקובלות עד היום, על פיהם המבנים הניצבים על יסודות נייחים, המקובעים בתוך קרקע, הרי שעל פי הגישה המוצעת, עליה מבוססת השיטה, יש לפתח יסודות תת/על קרקעיים דינמיים אשר יאפרו למבנה לקבל מצד אחד את התמיכה הרצויה, ומצד שני להישאר בלתי מקבע בקרקע ועל ידי כך לאפשר תנודה יחסית בין המבנה וקרקע, כתוצאה מכך המבנה התומך - כזה המוצב על גבי היסודות החדשים המתוארים כאן - לא מתנגד עוד לזעזוע הסיסמי אלא שט  על גבי התנודות. באופן עקרוני התנע והאנרגיה הנוצרים עקב זעזועי רעידת אדמה גורמים למבנה ויסודותיו לנוע על פני הקרקע ככל שהזעזוע גדול יותר כך שמתעצמת עוצמת תנודת המבנה. תנודה זו, הנושאת את המבנה עימה, הינה בעלת אופי של גלגול, אם כי היא יכולה לבוא לידי ביטוי גם באופנים נוספים, כמו מידה מסוימת של החלקה ורוטציה. במבנה המוצע, האנרגיה הנובעת מזעזוע סיסמי מפוזרת באופן מבוקר אשר מונע נזק למבנה באופן משמעותי בהשוואה לפתרונות קונבנציונליים. ברגע שהזעזוע סיסמי נחלש, היסודות הדינמיים מאפשרים למבנה להתגלגל לתנוחת המוצא ולאוריינטציה שלו כפי שהיו לפני רעידת האדמה, ממש כפי שקורה ל"נחום תקום". השיטה מקטינה גם את השפעת תופעת הנזילות הקרקע  על המבנים הבנויים בשיטה זו.


תיאור מבנה הבנוי על יסודות דינמיים

צורת הפלטפורמה המוצעת, שתשמש בסיס למבנים המוגנים מפני רעשי אדמה, היא צורת (Shell structure) כיפה הפוכה בעלת שני מישורים אופקיים / שטוחים / עגולים, כאשר קוטרו של המישור התחתון קטן מקוטרו של המישור העליון. שני המישורים מחוברים באמצעות קירות מעוגלים. עומס המבנה ותכולתו מועברים לקרקע דרך שטח המגע השטוח של הפלטפורמה. גם הקירות המעוגלים של הפלטפורמה מעבירים את עומס המבנה (בעת הצורך) אל הקרקע כל עוד הכיפה מתנדנדת על הקרקע (עקב זעזועים סיסמיים, כמצוין לעיל) וכך גם חלק מהקירות המעוגלים נושאים את עומסי המבנה כאשר הם באים במגע עם הקרקע.

מרכז הכובד של הגוף המשולב הזה - מבנה פלוס פלטפורמה - מתוכנן כך שמיד עם עצירת גלי הרעש של זעזועי הקרקע יחזירו כוחות הכובד את המבנה ליציבותו ההתחלתית. במילים אחרות: ניתן לומר כי השילוב של הפלטפורמה עם המבנה מעוצב כך שהמומנט הכולל הנוצר יהא בעל כיוון הפוך לכיוון גלגול (Reverse rolling motion) המבנה, ועל ידי כך יספק תנועה של "גלגל הפוך" אשר תאפשר למבנה להתגלגל ולחזור למצבו לפני רעידת האדמה. ניתן לפנות פלטפורמה מייצבת כזאת, עשויה בטון ופלדה, למבנה בודד, פלטפורמה משותפת אחת לקבוצת מבנים, או פלטפורמה אחד עבור שכונה שלימה, ורק השמיים הם הגבול.דפנות הפלטפורמה, רצפה ותקרה יהיו עשוית בטון מזוין עם מילוי חול או חומרים אחרים. אפשרי גם שהפלטפורמה כולה תהיה יצוקה בטון מזוין. הפלטפורמה יכולה להיות על קרקעית או תת - קרקעית. קיימת גם אופציה לבנות מבנה שלם שצורה הגיאומטרית תהיה זהה לצורתה של פלטפורמה (איור מס` 2) כמאין אוניה על הקרקע.


סכנה זעזוע סיסמי בישראל
לאחרונה גוברים החשש והתרעות על סכנת רעידת אדמה בישראל. מדינת ישראל החלה כבר להיערך לקרת סכנה כזו. אבל באמצעים הסברתיים בלבד. כפי שפורסם מתוכנן להפיץ בקרב כל האוכלוסייה דפי הסברה כיצד יש לנהוג בעת רעידת אדמה כדי לחסוך חיי אדם. אולם מבחינה מעשית - חיזוק מבנים ישנים שאינם עומדים בפני רעידת אדמה - לא נעשה עד כה דבר.

בגבולה המזרחי של ישראל, מאילת ועד קריית שמונה, קיים בקע באדמה שבו עלול להתהוות מוקד של זעזוע סיסמי חזק שהשפעתו בכל שטחנה של מדינת ישראל. כ- 700,000 מבנים במדינה אינם ערוכים להתמודד עם רעש אדמה כזה. המדינה ותושביה ממתינים חסרי אונים לרעידת אדמה שתבוא. כל המומחים יודעים שרעידות אדמה מעין אלה שהתרחשו בארץ ישראל בעבר בוא תבוא, השאלה היא רק מתי. את זה אף אחד לא יכול לנבא. הטכנולוגיה המוצעת עד כה על ידי הממסד בישראל מתייחסת רק לבניית חדרים מוגנים במבני קומות ו/או חיזוק קומות קרקע בבניינים ישנים שנבנו על גבי עמודים.

בשיטה המוצעת כאן ניתן להכין באופן מזורז את אוכלוסיית הארץ להתגוננות בפני רעידות אדמה בשני אופנים, בלי לפגוע במרקם הפונקציונאלי והפיסי של המבנים הקיימים:


1. בניית מעטפת תת קרקעית בשיטת הפלטפורמה האליפטית למבנים על ידי קיר עשיו כלונסאות אלכסוניים ורשת קורות בטון, דהיינו יצירת כאין פלטפורמה תת קרקעית, השיטה המוצעת פשוטה וזולה מהשיטות הקיימות, מאחר והיא מאפשרת חיזוק / מיגון מבנים מבחוץ בלבד, על ידי קידוחים אלכסוניים מתחת למבנים ויציקת מעטפות / חגורות שיעטפו את היסודות הקיימים. זאת, לעומת השיטות הנבדקות כיום העוסקות בהתערבות פולשנית בתוך דירות / בניינים באמצעות בניית קירות חיזוק ו/או בניית חדרים מוגנים. עליות  גבוהות ומורכבות יכשילו טיפול מסיבי במבנים חלשים.

2. ייצור טרומי המוני יחידות משולבות חד - קומתיות קטנות על כל המערכות בהן הקירות הפנימיים יהיו מצופים פלטות גומי סינטטי וריהוט מקובע לקירות ורצפות. אפשר יהיה להציב יחידות כאלה בחצרות או בשטחים צבורים עד חלוף הרעש ו"אפטר שוק".
 
      

בתמונה: דגם של המדגל בפיזה להדגמת באמצעות מערכת בוכנות פנאומטיות.

 

UAP 
Underground Acoustic Protector

 
Dig one or more trench/s into the ground around the existing building /structure.
Fill it/them with foamy polyurethane or other soft material.  It will absorb the earthquake energy

.

 
בתמונה: שרטוט סכמתי של ממבראנה אקוסטית תת- קרקעית,עשויה חומר מוקצף, עובי שכבת הממבראנה יקבע לפי עוצמת הרעידה החזויה.
 
דגם של מפעל אמוניה מוגן בפני הפצצות ורעידת אדמה במפרץ חיפה. הדגם הוצג בפני הנהלת המפעל לפני כשנה. יישום שיטת מיגון מערכתי. הכוונה להגנה על הקרקע ועל המבנה. להערכתנו זו השיטה הבלעדית למיגון מבני תעשייה ברעידות אדמה 
 

בתמונה: דגם מיכל אמניה עם מערך כלונסאות מהצד.
 
 
   

בשרטוט: דגם מבנה אמוניה במפרץ חיפה - הוצג בפני עמותה לבריאות הציבור והנהלת מיכל אמוניה. טרם נעשה דבר לגונן על המיכל.

מערך כלונסאות התוחמים מבנה קרקע גם יחד. קורות רוחב המחברות את הממבראנה אקוסטית אשר נוצרה על ידי קידוח כלונסאות והזרמת חומר מוקצף לתוכם.
 

בתמונה: כפר ישראלי עשוי מבנים עמידים ברעידות אדמה באזור "אפטר שוק".  
 
   

בתמונה: פירוט מבנה קל תואם רעידת אדמה ואפטר שייק.

 

נספח א`
מכתב לשגרירות יפאן. הצעה לסיוע לאחר האסון. טיוטת מכתב לשגרירות יפאן. המקור לפי ניסוח דומה הועבר לשגרירות.
הערה: לצערי פניות דומות לארצות אחרות נותרו ללא מענה כי אנו אינם מייצגים ממסד. אוסיף כי לא המצאנו טכנולוגיה חדשה אלא יישמנו אחרת את הקיימת !
.
The
Embassy of Japan
Tel Aviv
Israel
Dear Sirs

The new quake protection of nuclear plants and other facilities
 
Following the news in Israel we have been exposed to earthquake shaking Japan. It damaged heavily a nuclear power plant. Since Japan is counted as place with high awareness of quake protection and it known of its openness to new ideas and technologies, we decided to mail to you this letter which informs  you about our new technology to protect industrial plants from seismic damages. We shall be grateful to you for delivering this letter to a relevant Japanese person or organization and receive professional response to it because it deals with life and property saving. Due to our knowledge it was not yet applied in Japan?
 
In general terms our proposal describes the way to increase the quake safety to existing and new nuclear plants which were or are exposed to earthquakes.
  
Description in general !

Our technology consists of creation an underground profile layer of   seismic isolation. It stands in between the plant and the source of the earth shake. It will absorb most of the seismic energy.

The isolation serves to purposes:

1. Most of the energy is absorbed by the special profiled isolator

2. The rest will turn around from the isolator and disappear 

The method (in brief)
The method relays on existing products used in a different way.
In matter to apply it dig drills in the ground surrounding the building and fill it with polymer waste chips .The fillet is provided in purpose to avoid water to get into it. It suppose to be less expensive then any existing systems.
  
If you find our proposal astrictive please do send us your requirements and specification for nuclear plants seismic protection and we will provide to you design and model simulation!

Thank you for your kind and soon expected response, since our proposal , means life saving !

נספח ב`
התנגדנו לתמ"א 38 ו ת"י 2413, ראה דו"ח ישיבה מהכנסת משנת 2008 רצ"ב.
המתכננים התבססו על תקן ניו זילנדי אשר כשל לאחרונה בקריסט צ`ירצ` טאון. קישור לפרוטוקול מס` 11 מישיבת הועדה המיוחדת לבדיקת היערכות ומוכנות לרעידת אדמהיום שני, כ"ד באדר ב` התשס"ח (31 במרץ 2008) כאן
הוסף תגובה
צור קשר