Чому будівлі в Туреччині рухнули: інженерний аналіз катастрофи і уроки для майбутнього

6 лютого 2023 року два землетруси магнітудою 7,8 і 7,5 балів вдарили по південно-східній Туреччині протягом дев’яти годин. Загинуло понад 52 000 людей, близько 15 мільйонів постраждало. Але найбільш болюче питання прозвучало в один голос від інженерів по всьому світу: чому так багато будівель просто впали — і чи обов’язково це мало статися?

Що відомо коротко

• Два землетруси: M 7,8 о 04:17 і M 7,5 о 13:24 за місцевим часом на Східно-Анатолійському розломі
• Понад 164 000 будівель пошкоджено або зруйновано; 61 000 — повністю знесено або в аварійному стані
• ~97% зруйнованих будівель у Кахраманмараші побудовані до 1997 р. — до значного оновлення сейсмічного кодексу Туреччини
• Головні інженерні причини: крихкий бетон без достатнього армування, «м’який перший поверх», ліквефакція ґрунту, будівельні амністії
• Виняток: лікарні зі сейсмоізоляційними системами пережили катастрофу практично без пошкоджень — зниження вібрацій на 75%
• Навіть деякі будівлі, зведені після 2000 р., обвалились — через порушення будівельних норм та неякісний нагляд

Дві будівлі поруч — різна доля

Відеозаписи з місця подій показали один і той самий разючий контраст: дві будівлі, що виглядають майже ідентично, стоять поруч. Один струс — і одна залишається стояти. Інша складається, як картковий будиночок. Як таке можливо?

«Землетруси не вбивають людей — вбивають будівлі», — кажуть інженери. Фраза стара, але після 2023 р. вона набула гіркого нового виміру. Різниця між двома сусідніми будинками полягала не в силі поштовху — вона була однаковою. Різниця — у пластичності конструкції.

Ключові причини катастрофи

1. Крихкий бетон: коли арматура вирішує все

Сучасна сейсмостійка будівля — це не та, що «стоїть» при землетрусі. Це та, що прогинається, але не ламається. Щоб будівля гнулась (пластична деформація), необхідно багато арматурних стрижнів у потрібних місцях: у вузлах між колонами і балками, в підстаканниках, у фундаменті.

Більшість зруйнованих будівель у Туреччині — нееластичні залізобетонні конструкції, зведені до 1999 р. Їхній бетон кришився при перевищенні навантаження — замість того, щоб деформуватись і амортизувати енергію удару. «Будь-яка людина, яка будувала після 2000 р. та дотримувалась норм, мала хороші результати — проблема у дотриманні», — зазначають дослідники з Кембриджського університету.

2. «М’який перший поверх»: архітектурна пастка

Поширена практика у Туреччині та багатьох інших країнах — відводити перший поверх під комерційні приміщення: магазини, паркінги, офіси. Такі поверхи мають менше несучих стін і колон, бо потрібні відкриті простори. У результаті перший поверх стає «м’яким» — набагато слабшим, ніж верхні поверхи.

При землетрусі саме «м’який поверх» першим здається під боковим навантаженням — і будівля буквально «всідається» на першому поверсі, накриваючи всіх, хто знаходився вище. Цей тип руйнування у США називають «pancake collapse» — «млинцевий обвал».

3. Ліквефакція ґрунту

У провінції Хатай (одна з найбільш постраждалих) руйнування посилилось через ліквефакцію — процес, при якому насичений водою пісок чи мул під впливом вібрацій раптово поводиться як рідина. Будівлі починають нахилятися або занурюватись у ґрунт. Багато будинків у цьому районі просто нахилилися набік — не через руйнування самої конструкції, а через провал фундаменту.

4. Будівельні амністії: легалізована небезпека

Один з найтривожніших аспектів турецької будівельної катастрофи — зонінгові амністії. Протягом десятиліть уряд Туреччини кілька разів надавав платні амністії власникам незаконно збудованих будівель: заплати збір — і твоя будівля без сертифіката безпеки отримує юридичний статус.

За підрахунками, у зоні ураженого сейсмом регіону близько 75 000 будівель мали такі амністії. По суті, держава легалізувала потенційно смертоносні конструкції, не вимагаючи їхнього приведення до актуальних норм.

«Легалізувати незахищені, прогнилі та незаконні будівлі у країні, де стільки активних сейсмічних зон — це злочин», — заявив геолог Джелял Сенгор.

5. Два послідовних удари

Ще один чинник, який погіршив статистику: два землетруси сталися з інтервалом дев’ять годин. Багато будівель отримали частковий удар від першого поштовху — колони надтріснули, арматура ослабла — але ще стояли. Другий удар на вже ослаблені конструкції виявився фатальним.

Що вистояло і чому

На тлі загальних руйнувань виділились кілька об’єктів, що практично не постраждали. Лікарня Адана Сіті, побудована з сейсмоізоляційною системою, зафіксувала зниження вібрацій на 75% порівняно з навколишніми будівлями — і продовжила роботу одразу після землетрусів.

Сейсмоізоляція — дорога, але ефективна технологія: між фундаментом і несучою конструкцією встановлюються спеціальні гумово-сталеві ізолятори або ковзні системи. Під час землетрусу ізолятори «поглинають» більшу частину горизонтального руху — будівля мало рухається, хоча земля хитається. Система практично обов’язкова в Японії для важливих об’єктів і поступово поширюється в Туреччині, США, Новій Зеландії.

Також вистояли будівлі зі сталевими несучими конструкціями: сталь за своєю природою пластична, тобто гнеться перед тим, як ламається, — саме та властивість, якої бракувало старому армованому бетону.

Уроки для всього світу

Катастрофа в Туреччині — не унікальна. Схожі проблеми: невиконання кодексів, корупція в будівництві, старий застарілий житловий фонд — існують у сейсмонебезпечних регіонах від Неаполя до Сеулу. І наступний великий землетрус де-небудь неминучий.

Три уроки, які інженери формулюють однозначно:

Ретрофіт існуючих будівель — дорого, але дешевше за відновлення після катастрофи. Каліфорнія роками проводить програми посилення шкіл, лікарень і мостів. Японія зобов’язала власників старих будівель пройти оцінку після землетрусу 1995 р. у Кобе.

Незалежний нагляд за будівництвом — ключова різниця між системами. У США будівельний нагляд часто здійснюється незалежними інспекторами, а не пов’язаними з забудовником особами. Там, де таке розмежування відсутнє, навіть гарні кодекси часто не виконуються.

Заборона амністій — будь-яке вибачення за недотримання сейсмічних норм у сейсмоактивних зонах є неприйнятним компромісом між короткостроковими фінансовими інтересами і людськими життями.

Особливо гостро ці уроки відчуваються в контексті Стамбула: наукового консенсусу, що наступний землетрус магнітудою принаймні 7 балів на Північно-Анатолійському розломі вдарить по місту неминуче, достатньо. За оцінками, від одного до п’яти мільйонів стамбульських будівель не відповідають сучасним нормам безпеки. Факти про будівництво давно свідчать про те, що споруди, зведені з урахуванням ґрунтових умов і силових навантажень — вистоюють: ще стародавні інки будували сейсмостійкими.

Цікаві факти

• Японія витрачає понад 1% свого ВВП щороку на сейсмостійке будівництво та ретрофіт — і при землетрусах порівнянної магнітуди жертвує значно менше
• Найсильніший за 21-е сторіччя землетрус, Тохоку 2011 р. в Японії (магнітуда 9,0), прямо не знищив жодної сучасно зведеної будівлі в Токіо — попри руйнівне цунамі, будівлі стояли
• «Ефект м’якого поверху» настільки добре вивчений, що будівельні кодекси в Каліфорнії ще у 1970-х роках ввели жорсткі вимоги до першого поверху будівель, призначених для комерційного використання
• Адана Сіті Хоспітал — перша в Туреччині лікарня з повноцінною сейсмоізоляцією — обійшлась у 10% дорожче звичайного будівництва. Після землетрусу вона продовжила приймати поранених без жодної перерви

FAQ

Чому будівлі, зведені після 2000 р. та за новими кодексами, також руйнувались? Хороший кодекс — необхідна, але недостатня умова. Навіть після 2000 р. у Туреччині відзначались порушення: непрофесійне виготовлення бетону на будівельному майданчику (неправильні пропорції цементу, піску і води), недотримання вимог до арматури у вузлових з’єднаннях, відсутність незалежного нагляду. Кодекс існує на папері — реальна безпека залежить від дотримання під час будівництва.

Чи є сейсмоізоляція доступною для звичайного житла? Повна сейсмоізоляція (ізолятори під фундаментом) залишається дорогою і застосовується переважно для лікарень, урядових будівель, шкіл. Але є менш витратні рішення: демпфери (поглиначі коливань), прив’язки між поверхами, правильне армування і навіть просте дотримання норм — вже радикально знижують ризик «панкейк-обвалу».

Чи можна передбачити, які саме будівлі впадуть при наступному землетрусі? Часткова оцінка ризиків можлива. У Стамбулі розроблена система добровільної оцінки ризику будівлі за 2018-м сейсмічним кодексом — процес точний, але дорогий і тривалий. Завдання «перевірити мільйони будівель до наступного великого землетрусу» поки що технічно і фінансово нерозв’язане жодною країною. Проте пріоритизація критичних об’єктів (школи, лікарні, мости) — реальна і виконувана.

Землетрус 2023 у Туреччині розкрив фатальні помилки будівельної інженерії з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com