Cum a reușit cel mai înalt zgârie-nori din Taiwan să reziste la ultimul cutremur din insulă: un glob suspendat de 660 de tone

Cutremurul mortal cu magnitudinea de 7,4 grade care a lovit miercuri Taiwanul și care s-a soldat cu cel puțin 9 morți, a avariat și 770 de clădiri, potrivit ultimelor estimări ale Agenției Naționale de Pompieri (NFA) din insulă.

În capitala Taipei, aflată la doar 130 de kilometri de epicentru, clădirile s-au zguduit de asemenea violent în timpul celui care a fost cel mai puternic cutremur din ultimii 25 de ani din Taiwan. Dar, într-un triumf al ingineriei moderne, înălțimea impunătoare a clădirii Taipei 101, cândva cel mai înalt zgârie-nori din lume, a ieșit nevătămată din cel mai recent eveniment seismic de pe insulă, relatează CNN.

Imagini de la cutremur par să arate cum turnul înalt de 1.667 de metri se clatină ușor, flexibilitatea sa structurală ajutând la contracararea mișcării puternice a seismului. Această mișcare a demonstrat perfect modul în care cea mai importantă apărare a zgârie-norilor împotriva cutremurelor este chiar materialul din care este construit: betonul armat.

Combinând rezistența la compresiune a betonului cu rezistența la tracțiune a oțelului, materialul face ca clădirea să fie suficient de flexibilă pentru a se balansa, dar suficient de rigidă pentru a rezista vânturilor puternice și taifunurilor care lovesc frecvent Taiwanul. (Principiul conform căruia clădirile pot rezista forțelor seismice mișcându-se cu ele, mai degrabă decât împotriva lor, a stat la baza arhitecturii tradiționale din țările din Asia de Est predispuse la cutremure timp de secole, de la pagodele japoneze la palatele chinezești).

Totuși, la înălțimea turnului, o altă inovație tehnologică ajută la protejarea zgârie-norilor de 101 etaje – un dispozitiv uriaș, asemănător unui glob, cunoscut sub numele de amortizor de masă reglat.

Contragreutate uriașă

Suspendată de 92 de cabluri groase între etajele 87 și 92, sfera din oțel auriu se poate deplasa aproximativ 1,5 metri în orice direcție. Ca urmare, acționează ca un pendul care contracarează (sau „amortizează”) mișcările de balansare.

„Este, în esență, o contragreutate foarte mare”, a explicat Stefan Al, autorul cărții „Supertall: How the World’s Tallest Buildings Are Reshaping Our Cities and Our Lives”, într-un interviu telefonic. „În cazul lui Taipei 101, este de 660 de tone. Pare foarte greu, dar dacă îl compari cu greutatea totală a clădirii, este doar o fracțiune.

„Când o clădire începe să se clatine, (amortizorul de masă reglată) se va deplasa în direcția opusă. În cazul Taipei 101, acesta este suspendat… așa că va rămâne în urmă pe măsură ce turnul se balansează și va absorbi energia cinetică mișcându-se în direcția opusă”, a spus Al, explicând că cilindrii hidraulici dintre bilă și clădire convertesc această energie în căldură, care este apoi dispersată.

Amortizoarele cu masă reglată sunt folosite în zgârie-nori din întreaga lume, inclusiv în Turnul Steinway „super-subțire” din New York și în Burj al-Arab din Dubai, în formă de pânze, care are 11 de acest fel. Dispozitivul protejează în mod crucial împotriva mișcărilor violente cauzate de „vibrațiile armonice”, care pot provoca defecțiuni structurale în timpul unui cutremur, a declarat Al.

„(Este) momentul în care clădirile încep să vibreze la propria rezonanță”, a spus el, comparând fenomenul cu un diapazon. „Acest lucru poate duce la o prăbușire, (deoarece clădirea) va începe să se scuture din ce în ce mai repede și mai repede și mai repede”.

Aceste amortizoare, care sunt cunoscute și sub numele de amortizoare armonice, sunt „acordate” pentru a rezona la aceeași frecvență ca și clădirea – dar cu lungimi de undă care încep mai devreme sau mai târziu, ajutând la disiparea energiei potențial catastrofale.

Stabilitatea pe care o oferă poate reduce, de asemenea, efectul inconfortabil – sau chiar dezgustător – pe care oscilațiile îl pot avea asupra ocupanților unei clădiri în caz de vânt puternic.

Sprijin structural

Proiectată de firma taiwaneză C.Y. Lee & Partners, Taipei 101 a fost cea mai înaltă clădire din lume din 2004 până în 2007, când a fost întrecută de Burj Khalifa din Dubai. O punte de observare cu vedere la amortizorul său inovator este acum o atracție populară pentru vizitatori, mai ales când se mișcă în timpul vânturilor puternice.

Sfera gigantică nu este, însă, singura caracteristică de proiectare care ajută la stabilizarea turnului, care se află în apropierea unei falii majore.

În primul rând, zgârie-norii se află pe fundații excepțional de adânci – și anume 380 de piloni din beton armat și oțel forați în roca de dedesubt. Deasupra acestora, nucleul clădirii este conectat la o serie de „mega-punți”, amplasate în jurul perimetrului său, prin intermediul unor ferme uriașe de oțel.

Clădirea înaltă respectă codurile stricte de construcție antiseismică, care sunt la fel de stricte cum ne-am putea aștepta pe o insulă situată de-a lungul „Cercului de foc al Pacificului”, care se întinde în jurul marginii Oceanului Pacific și provoacă o activitate seismică și vulcanică masivă din Indonezia până în Chile.

Dar, deși proiectul a fost supus, de asemenea, unei modelări digitale extinse și testelor „shake table” (în care modelele sunt testate pe un dispozitiv care reproduce mișcarea unui cutremur), modul în care o clădire precum Taipei 101 ar reacționa la un eveniment seismic mai puternic sau mai apropiat rămâne, într-o anumită măsură, teoretic.

„Chiar dacă dispunem de simulări pe calculator, există încă ceva despre răspunsul fizic pe care nu îl putem obține cu adevărat din simulările digitale”, a declarat Al, adăugând: „În ciuda progreselor noastre tehnologice, încă testăm (proiectele) în tuneluri de vânt și teste de vibrații”.