Lendav füüsikatsirkus Lendav füüsikatsirkus : (Ehitiste ja kiirtee kokkuvarisemine)

Ehitiste ja kiirtee kokkuvarisemine

Lõik Nimitzi kiirteest. Ülemine korrus oli alumisele kaela varisenud.

Just siis, kui Californias Oaklandis algas 1989. aasta pesapalli maailma karika võistluste kolmas mäng, tabasid piirkonda 100 kilomeetri kaugusel Loma Prieta lähedal toimunud 7,1-magnituudise maavärina tõuked, põhjustades suuri kahjustusi ja tappes 67 inimest. Üle maailma levinud fotodel paljastus pikk lõik Nimitzi kiirteest, mille ülemine korrus oli alumisele kaela varisenud, vangistades palju autojuhte ja põhjustades tosinaid surmajuhtumeid. Ilmselgelt põhjustas kokkuvarisemise seismiliste lainete tekitatud jõhker rappumine. Kuid miks sai nii raskesti kannatada just see konkreetne kiirteelõik, kui ülejäänud praktiliselt identse konstruktsiooniga tee pääses kokkuvarisemisest?

1995. aasta 19. septembri maavärin Mehhiko läänerannikul.

1995. aasta 19. septembril toimus Mehhiko läänerannikul maavärin, mille seismilised lained põhjustasid umbes 400 kilomeetrit eemal Méxicos kohutavaid ja laiaulatuslikke purustusi. Miks põhjustasid seismilised lained nii intensiivseid purustusi just Méxicos, kuid suhteliselt vähe kahjusid teel sinna? Lisaks, miks lõhuti seismiliste lainete mõjul Méxicos keskmise kõrgusega hooned, samal ajal kui kõrgemad ja madalamad hooned jäid üldiselt vigastamata?

Vastus Nimitzi kiirtee puhul varises kokku ainult üks lõik. See oli ehitatud lõdva struktuuriga mudapinnase peale, mis raputamise käigus vedeldus. See tähendab, et kui mudapinnases olevaid osakesi raputati, liikusid nad üksteisest eemale ja pinnas muutus rohkem vedelikulaadseks (osakesed oli võimelised voolama). Kui mudapinnas oli vedelas olekus, oli seismiliste lainete mõju hoopis suurem kui ümbritsevates lõikudes, kus kiirtee toetus kivilademetele. Üks viis seismiliste lainete tugevuse mõõtmiseks on mõõta maksimaalset kiirust, mille nad osakestele nende võngutamisega annavad. Mudapinnase aladel oli maksimaalne kiirus vähemalt viis korda suurem kui kivilademete alal ja piltlikult öeldes kiirteed lihtsalt raputati nii kaua, kuni ülemine korrus alumisele kaela langes.

Mõnel juhul, kui on toimunud vedeldumine, on majad libisenud maa sisse just nagu vesiliiva sisse. Liiva ja vee maapinnast väljapaiskumisel võivad tekkida geisrid.

Mehhiko maavärin oli väga tugev (8,1 Richteri skaalal), kuid tekkinud seismilised lained pidanuksid Méxicosse jõudes olema liiga nõrgad, et tekitada ulatuslikke purustusi. Ent México on suures osas ehitatud iidsele järvepõhjale, kus pinnas on siiani veerohkusest pehme. Kuigi seismiliste lainete amplituud oli Méxiconi liikudes tihedamas pinnases liiga nõrk, kasvas amplituud linnaaluses pehmes pinnases märgatavalt. Lisaks peegeldusid seismilised lained pehmesse pinnasesse jõudes nii pinnase ülakihilt kui ka selle all olevalt tugevalt materjalilt (aluspinnalt) tagasi. Teatud lainepikkusega lained tugevdasid üksteist, suurendades ja pikendades nii omakorda maapinna liikumist. Lainetest põhjustatud kiirendus oli isegi kuni 0,2 · g (0,2-kordne gravitatsioonikiirendus) ja võnkesagedus koondus üllatavalt 0,5 hertsi ümber. Maapinda mitte ainult ei võngutatud tugevasti ja üllatavalt pikaajaliselt, vaid ka paljude keskmise kõrgusega hoonete omavõnkesagedus (resonantsisagedus) oli umbes 0,5 hertsi. Paljud neist keskmise kõrgusega ehitistest kukkusid kokku, samas kui madalamad ehitised (kõrgema resonantsisagedusega) ja kõrgemad ehitised (madalama resonantsisagedusega) jäid püsti.