Ze ditu Erdialdeakiko Erresistentzia-Digituak Egurrezko Eraikinetan?

Egurrezko Eraikinen Likhaztasuna eta Portaera Sismikoa

Egurrezko Egituren Likhaztasuna Ulertzea Lurrerako Zonaldetan

Altzairuzko egiturekin eraikitako eraikinek lurrikuretan askoz hobeto erreakzionatzen dute, altzairua hautsiz gabe asko bagoazteelako. Bestalde, hormigoia hirian daudenean puskatu eta hautsi egiten da. Altzairuak, izan ere, energia gelditu egiten du modu kontrolatuan makurtuz eta luzatuz. Zhangek eta bere lagunek azken aldian egindako ikerketak ere interesgarria erakutsi zuen. Ikerketak erakutsi du altzairuzko egiturako harkaitz eta zutabeen arteko loturen %85 inguru mantentzen dutela beraien karga-kapazitatea muga arruntak gainditu ondoren ere. Horrek eraikin hauek askoz hobeto jokatzea ahalbidetzen die lurrikurengatik sortutako mugimendu guztiei aurre egitean.

Nola ekidin hutsegite brittela lurrikuretan Duktilitatearen bidez

Presiopean altzairuak luzatzea eta makurtzea ahalbidetzen duen gaitasunak eraikinetan lurrikararen energia higidurara bihurtzea ahalbidetzen du, denbora berean erori ordez. Adibidez, Q690 altzairua hartu, aurten lehenagoko ikerketak erakutsi zuen material hauek azkenik hautsiko baino lehen %22 inguru luzatu daitezkeela. Honek esan nahi du lurra indarrez hasi ahala, altzairua modu jakin batean makurtzen dela, guretzat aurreikusgarria dena. Gero gertatzen dena ere oso adimentsua da: altzairuzko egiturak malgutasuna erabiliko dute eta tentsioa eraikinaren zati desberdinen arteko lotura puntu garrantzitsuenetatik urrunduko da. Horregatik ez dugu maiz hondamendirik ikusten altzairu duktilarekin, aldiz, material sendoagoekin, hauek geldiak apurtzen direnean.

Duktiltasuna erabiltzen duen Lurrikarako Diseinu Oinarritua

ASCE 7-22 bezalako kode modernoek nabarmendu lurrikarako diseinu oinarritua , non ingeniariak eraikin baten duktiltasuna bere lurrikara arrisku zehartzat moldatzen duten. Parametro nagusiak hauek dira:

• Duktiltasun erlazioak (µ ≥ 6 tarte arriskutsuetarako) deformazioaren gaitasuna neurtzeko
• Gainindarri faktoreak (Ω ≥ 3) eragiketaren ondoren indar hondarra bermatzeko
  Hurbilpen honek, diseinu arruntarekin alderatuta, lurrikararen ondoren egiten diren konpontze-kostuak %40 murrizten dituela erakutsi da (Fang et al., 2022).

Ikasketa kasua: Duktiltasun handiko altzairuzko egiturak Japoniako sismorako diseinu-kodeetan

2022ko Japoniako Eraikinen Arau-estandarrak eraikin altuak lurrikara arriskua handia duten eremuetan SN490B altzairua erabiltzea behartzen du. Altzairu berezi honek 325 MPa inguru izaten du tenperatura-erresistentzia, eta 490 MPa-ra arte iristen da trakzio-erresistentzian. 2011n gertatutako Tōhokuko lurrikara handia ondoren, ingeniariak zerbait interesgarria ohartu zuten altzairu berezi honen mailarekin eraikitako eraikinetan, eraikuntza-material arruntarekin alderatuta. Eraikin hauek 30 inguru nahiago gutxiago izan zutela hondakin-drift-a kolpeen ondoren. Zergatik gertatzen da hau? Hain zuzen ere, japoniar arkitektoek hibridoak deituriko marko gardendunak garatu dituzte. Sistemak bihurketaren aurka egonkorra diren osagaiak bateratzen ditu eraikin osoan zehar, momentu-erresistentzia eta makurduraren aurkako barra mugagabeak barne hartuz. Denak batera nola funtzionatzen duten xehetasunak JIS G 3136:2022 estandarreko dokumentuan azaltzen dira zehazki.

Momentu-Erresistente eta Barra Bidez Ertzatutako Marko Sistemak Altzairuzko Eraikinetan

Ertz-egiturako Momentu-Erresistentzia Duela Sistemaren Printzipioak

Ertzezko eraikinetan maiz erabiltzen dira momentuaren aurkako duluak edo MRFak, eta hauek dira eraikinen babes nagusia lurrikurekiko. Sistema honek funtzionatzen du ibiltze-loturak zutabe eta hagaien artean sendoki lotuta daudelako, eraikina hautsiz gabe makurtzeko aukera emanez indar horizontalekiko aurre egiteko. Lurrikura bat gertatzen denean, soldadura-lotura hauek eraikinari mugatutako malgutasuna baimentzen diote, eraikinaren altueraren %4 inguru artean, egitura guztia zutik mantenduz. Mugimendu kontrolatu honek kolpearen energia asko xurgatzen du, suntsipena edo, are gehiago, egituraren hondoratze osoa ekidinez.

Lotura Rigidoak eta Malgutasun Kontrolatua Karga Seismiko Horizontalekiko

MRFek hain ondo funtzionatzen dute beraien artean zuritasun eta malgutasun maila egokia lortzen dutelako. Eraikuntzaren xehetasunak aztertzen ditugunean, osagai guztiz sakonak eta indar handiko torloju horiek egonkortasun handia ematen diote eguneroko erabileran, baina egoera oso intentsiboetan modu kontrolatuan askatu egiten direla ikusten da. Kaliforniako Ingeniari Eguroen Elkarteak 2023an egindako simulazio batzuen arabera, sistema hauen bitartez eraikitako eraikinek gertaera larrietan betonuzko armadura arruntenak baino %25tik %40era arteko tentsio-gehien gutxiago jasaten dituzte. Denborarekin egurutasun egituralean diferentzia horren mailak eragin handia du.

Abeiluaren kontra babesleak (BRB) eta energia xurgatzea abeiluak dituzten armaduretan

BRBek ardatz beteak dituzten egurrezko egiturak hobetzen dituzte energia xurgatzeko altzairuzko gernu bat erabiliz eta hautsikortasuna ekiditen duen hormigoiz betetako babeskapa bat erabiliz. 2011ko Tōhokuko lurrikarak eragindakoak, BRBek dituzten eraikinetan jasotako geldiune azkena %60 gutxiago izan da truke tradizionalak erabiltzen zituzten eraikinetan baino. Haien gernu estandarizatuak eta ordeztaezinak ere konponketak errazten dituzte gertakizunen ondoren, kostu-eraginkortasuna eta sendotasuna hobetuz.

Ardatz Eksentrikoekin Bihurtuen Erresistentzia Duela Diseinu-abantailak

Ardatz eksentrikoekin indartutako egiturak (EBF) ardatzak aldean kokatzen dituzte 'fusible' gune bezala definitutako zonaldeetan sortzeko, zeinak deformazio plastikoa jasaten duten sismikoak direnean, egitura garrantzitsuen arteko elkarguneak babestuz. Teknologia Aplikatuko Kontseiluaren arabera (2023), EBF sistemek konponketa-kostuak %30tik %50era murrizten dituzte lurrikara ertainen ondoren MRF soilik erabiltzen dituzten diseinuarekin alderatuta, kalte-kontrol hobe eta abantaila ekonomikoak eskainiz.

Kasuen ikaskuntza: BRBen inplementazioa Taipei 101en

Taipei 101 dorre ikonikoak 508 metroko altuera du eta bere diseinuan zerbait berezia du. Eraikinak zortzi solairu ezberdinetan banatuta dauden barne-buruzki erresistentzia-sistema berezi 16 ditu, buckling restrained braces izenekoak. Hauek tifoi haizak indartsuak jasateko eta lurrikararen hedapena ekiditeko jarri ziren bereziki. Sendotze hauek gehitu ondoren, probek emaitza harrigarriak erakutsi zituzten. Haizeak sortutako mugimendua %35 inguru murriztu zen, eraikineko jendea kanpoan egon arte energia sismikoa erdia gutxiago iritsi zen. Taiwaneko Lurrikara Ingeniaritza Ikaskuntzen Zentroak 2022an argitaratutako ikerketek erakusten dute BRB sistema hauek zenbat diren onak eraikin altu osoak egonkortzeko egoera meteorologiko larrietan.

Energia xurgatzeko eta kalteak saihesteko teknologiak

Zertxada amortiguatzaileak, panel ebakitzaileak eta fusible egitura-erabilgarriak altzairuzko eraikinetan

Egungo egiturazko altzairuzko egiturek maiz energia xurgatzeko teknologia aurreratuak erabiltzen dituzte, zortzi amortiguadoreak, kortxete-panekaloak eta altzairu altuko deformagarritasuneko materialen bidez eraikitako fusible egituralez osatutakoak barne. Osagai hauek balio handikoa izatearen arrazoia kontrolpean eragiten dutenean lurrunketa-energia xurgatzea da, eraikinaren karga-egiturazko atal nagusiak babesten lagunduz. Ikerketek adierazten dute diseinu egokiarekin osatutako sistema batek lurrikararen indarraren %70 inguru hartu dezakeela indar horiek egitura garrantzitsuetara iristen aurretik. Errendimendu mota honek segurtasun-marginalak maximizatu beharreko azpiegitura-proiektuetan hainbat ingeniuri soluzio hauetara joatea eraman izan ditu.

Trukegarriak diren fusibleak eta lurrikara ondoren erreparazio-eraginkortasuna

Fusibleak kalteak aurrez diseinatutako osagaietara mugatzen dituzte, ordeztea erraza denak, eta berreskuratzea nabarmen azkartu. Kaliforniako azken proiektu berrituetan, ordezka daitezkeen fusibleek egiten zuten eraikinetan irekitzeko denbora 58% murriztu zuten. Diseinu modularrak ordu gutxitan unitate errotuak aldatzea baimentzen du, etenaldiak eta konponketa konplexutasuna gutxien mantenduz.

Ertzaren ondorengo jauzia murrizten duten sistema autogizentratzaileak egonkorreko egituretan

Zentroketa-sistemek post-tentsiozko kableak erabiliz eta forma-memoria duen aleazio bereziekin (SMA) funtzionatzen dute. Konfigurazio hauek eraikinei jatorrizko kokapenera itzultzea ahalbidetzen diote lurrikara bat izan ondoren. 2023an Nevadako Unibertsitateak argitaratutako ikerketaren arabera, sistemek eraikinen desbideratzea %0,5 baino gutxiagotan mantentzen dute, hau da, igogailuak behar bezala funtzionatzen jarraitzen dute eta eraikinen kanpoko aldeak osorik mantentzen dira, kalderik gabe. Zer da posible egiten duena? Kableetan sartutako tentsioa eta SMA-k berotzean edo hotzegitean forma aldatzeko modua da, eraikinetarako berrabiarazte-botoi mota bat sortuz, horrela funtzionalagoak izaten jarraitzeko denborarekin, tremorrek errepikatuta izan arren.

Datuak adierazten du: fusibleek erabiltzerakoan lurrikara osteko deformazioa %40 murrizten dela (NIST, 2022)

Nazioarteko Neurrien Institutuak egindako probek erakutsi zuten fusibleekin hornitutako altzairuzko egiturak deformazio iraunkor gutxiago (40 bat ehuneko gutxiago) izan zituztela diseinu tradizionalen aldean. Zergatik? Sistema hauek plastikoki tolestera datorren tentsioa ordezta daitekeen pieza zehatzetan biltzen dute, eraikin osoan zehar hedatu beharrean, eta horri esker egitura nagusia elastikoa mantentzen da tentsio handien ondoren ere. Ikertzaileek laborategiko baldintzetan magnitude 7.0ko lurrikara baten ondorioak simulatu zituztenean, emaitza harrigarri bat aurkitu zuten: eraikin hauek eredu estandarren aldean bi hirureko gutxiago behar izan zuten konpontzeko lanak. Aldaketa mota horrek eraikinak askoz iraungarriagoak bihurtzen ditu eta mantenu-kostuak murrizten ditu denborarekin.

Oinaren isolamendua eta material adimendunak altzairuzko eraikuntza modernoetan

Lurrikurentzat desegokitzeko oinaren isolamendu-sistemak altzairuzko eraikinetan

Base isolamendu sistemek eraikinaren goiko zatia lurrikarak sortutako bibraketatik banatuz funtzionatzen dute. Sistemek, oro har, kautxuzko geruzak edo irristatze-plakak erabiltzen dituzte, eta 2023ko Lurrikaren Ingeniaritza Ikaskuntza Institutuaren ikerketaren arabera, lurrikaren energiaren inguru-80% xurgatu dezakete. Adibide errealak aztertzeak perspektiba ematen digu. Ikerlariak lurrikanei ohiturik dauden eremuetan dauden eraikin industrialei begiratu zitzaizkienetik, interesgarria aurkitu zuten. Isolamendu-sistemak dituzten eraikinek egitura mailan gutxi gorabehera %68koa izan zuten kalte gutxiago haien egitura kalteztatzerakoan sistema hauek ez zituztenen eraikinetan bezala. Honek aldea handia egiten du segurtasun eta konponketa-kostuen ikuspegitik lurrikana jota denean.

Forma memoria duten aleazioak (NiTi SMA) urratsek erresistentea den altzairuaren diseinuan

Forma-memoria duten niquel-titano aleak, ohikoan NiTi SMA izenez ezagunak, altzairuzko piezek lurrikurak deformatu ondoren beraien jatorrizko itxura berreskuratzen laguntzen dute. Material hauek %6 arte luzatuta ere, %94 inguru forma-berreskurapena lortu dezakete. Ingenuariek material adimendun hauek hagin-zutabe arteko elkarloturan txertatzen hasi dira, eraikinak indarrez zutik mantentzen lagunduz eta osagarrien arteko kalte iraunkorrak gutxienesten dituzula. Lurrikuren eremuetako eraikuntza-kode nagusietako askok SMA sendoegailuak erabiltzea gomendatzen dute, eraikuntza-industrietan material adimendunen espezifikazioetan egindako azken aldaketek erakusten duten moduan ohiko praktika bihurtzen ari dena.

Sentsoreen eta egokitze-dampatze teknologien integrazioa

Zurezko eraikinek tentsio-sentsoreak erabiltzen dituzte denbora errealean zuritasuna doitzeko damper erdi-aktiboen parean. Sistemek 0,2 segundotan erantzuten diote lurrikararen higidurari, energia xurgatzea optimizatuz. Ikasketa automatikoaren algoritmoek sentsoreen datuak aztertzen dituzte tentsio-kontzentrazioak aurreikusteko eta kargak modu proaktiboan berriz banatzeko luzatutako kolpe-sekuentzietan, erresistentzia orokorra hobetuz.

Ohiko galderak

1. Zer da duktiltasuna eta zergatik da garrantzitsua zurezko egituren kasuan lurrikaretan?
Duktiltasunak material batek hondoratu aurretik deformazio handia jasateko duen gaitasunari egiten dio erreferentzia. Zurezko egituren kasuan, duktiltasunak lurrikara batean makurtzea eta luzatzea baimentzen du, horrela energia xurgatuz eta haustura brittlea ekidinez.

2. Nola baliatu momentu-erresistentziako markoek (MRFs) zurezko eraikinetan egoera sismikoetan?
MFRAk oihal eta zutabeen artean konexio sendoak eskaintzen ditu, lurrikuraren bitartean makurdura kontrolatua baimentzen dutena. Malgutasun honek kolpearen energia xurgatzen du eta kalteak murrizten ditu, eraikinen integritate egiturari eusten diona.

3. Zein dira buckling-restrained braces (BRB) eta eraikuntzan duten rola?
BRBek gatz odol bat eta kareharrizko estalki bat dituzte, makurdura saihesten dutenak. Xurgapen-egituren energiaren xurgapenean laguntzen dute, lurrikurren ondoren geldiunea murriztuz eta erreparketa post-ekintzak erraztuz.

4. Nola laguntzen ditu oinan beheratze-sistemek lurrikurra izan dezaketen eremuetan?
Oinan beheratze-sistemek eraikina jarduera sismikoetatik banatzen dute kautxuzko edo irristadura-geruzak erabiliz. Lurrikurren energia kantitate handia xurgatzen dute, egiturari eragin diezaiokion kaltea murriztuz.