Thành phố thông minh sau thảm họa động đất - Cải thiện khả năng phục hồi và sức chống chọi

Trên thực tế, đó là những thành phố dễ bị ảnh hưởng nhất của trận động đất, đặc biệt là những thành phố đổi mới nhất. Hậu quả của các trận động đất ở thành phố cho thấy hầu hết các thương vong xảy ra do nhiều tòa nhà bị sập chứ không phải do sức ảnh hưởng của thảm họa tự nhiên.

Do đó, năm 2015, Đại hội đồng Liên Hợp Quốc đã phê duyệt một thỏa thuận tự nguyện 15 năm để giảm xác suất và tác động của những thảm họa như vậy trên toàn thế giới. Được biết đến với tên gọi “Sendai Framework for Disaster Risk Reduction 2015-2030” (Khuôn khổ Sendai để giảm thiểu rủi ro thiên tai giai đoạn 2015 – 2030), thỏa thuận này nhằm hạn chế những hậu quả về kinh tế và con người do thiên tai gây ra và tăng cường sự hợp tác toàn cầu. Khuôn khổ tập trung vào việc đầu tư xây dựng tốt ngay từ đầu, bằng cách áp dụng các chiến lược thiết kế và xây dựng phù hợp, đồng thời trang bị thêm và khôi phục các cấu trúc hiện có. Gần 100 quốc gia trên toàn thế giới đã và đang được khuôn khổ hỗ trợ.

Rất ít thành phố thông minh (như cách con người hiện nay vẫn gọi) đã cố gắng trở nên kiên cường hơn để có thể chống chọi với động đất, điều đó còn tàn khốc hơn lũ lụt. Những giải pháp chiến lực để tăng cường khả năng phục hồi sau động đất và tăng khả năng chống chọi đã và đang được thực hiện.

Xây dựng các tòa nhà chống động đất

Thành phố Christchurch

Sau trận động đất thảm khốc vào tháng 2 năm 2011 khiến 185 người chết và gây thiệt hại đáng kể ở Christchurch, thành phố đã có những phản ứng mạnh mẽ. Người ta nhận thấy rằng các cấu trúc thép nhiều tầng bao gồm các khung giằng lệch tâm (EBF), khung giằng đồng tâm (CBF) và khung chống chọi (MRF) đã được mở lại ngay sau trận động đất. Trên thực tế, những ngôi nhà có khung thép nhẹ hiện đại từ 1 đến 3 tầng không bị thiệt hại hoặc bị thiệt hại rất ít ngay cả ở những vùng bị rung lắc mạnh.

Các nghiên cứu chi tiết được tiến hành ở New Zealand và Hoa Kỳ cho thấy thiệt hại được giảm đáng kể trong các kết cấu thép này là do tỷ lệ cường độ/độ cứng cao của thép, hiệu ứng kết cấu đất và các tòa nhà có sức chống chọi/cường độ cao hơn một cách rõ ràng. Sức chống chọi của tòa nhà được tăng cường là kết quả của hiệu ứng tấm bê tông và sự hiện diện của các yếu tố phi cấu trúc như tường nội thất và tấm ốp.

Lợi thế của kết cấu thép đi kèm với thực tế là chúng gia cố các tòa nhà và không cần phải tháo gỡ các bức tường để đánh giá bất kỳ thiệt hại nào. Tháp Thái Bình Dương, tòa nhà 23 tầng, cao nhất trong thành phố vẫn đứng vững sau trận động đất và chỉ có một liên kết thép bị rơi xuống. Rõ ràng là các cấu trúc thép vượt trội hơn các tòa nhà bê tông.

Thành phố Mexico

Một trường hợp tương tự đã được nhìn thấy trong trận động đất ở Mexico City vào ngày 19/9/2017. Các tòa nhà bị sập đã sử dụng bê tông tấm phẳng giá rẻ (hiện đã bị cấm bởi nhiều quốc gia) để xây dựng. Torre Mayor, tòa nhà văn phòng 57 tầng trong cùng thành phố được xây dựng bằng vật liệu và công nghệ thích hợp. Tòa nhà nằm trên một nền móng được hỗ trợ bởi 252 cọc khoan sâu, giúp siết chặt cấu trúc thượng tầng của cột thép và bê tông cốt thép, không chịu bất kỳ thiệt hại rõ ràng nào trong thảm họa động đất. 98 bộ giảm chấn địa chấn kết hợp trong tòa nhà đã hấp thụ và vô hiệu hóa các rung động của trận động đất.

Istanbul

Istanbul là một thành phố thường hay xảy ra động đất. Vì vậy, khi việc xây dựng một sân bay quốc tế thứ hai được phê duyệt, kháng địa chấn là một trong những ưu tiên hàng đầu. Ngày nay, sân bay quốc tế Sabiha Gökçen sử dụng phương thức “cách ly cơ sở” của người Hồi giáo để giảm tác động của động đất. Cách ly cơ sở là một kỹ thuật trong đó một tòa nhà đứng trên các miếng đệm hoặc vòng bi ngăn cách cấu trúc với trái đất bao quanh. Điều này có nghĩa là nó sẽ rung ít hơn trong trận động đất và duy trì thiệt hại tối thiểu.

Arup, nhà thiết kế kỹ thuật sân bay, đã kết hợp 300 bộ cách ly giúp giảm 80% tải trọng bên của trận động đất. Về mặt lý thuyết, điều này chỉ ra rằng cấu trúc có thể đứng vững sau trận động đất mạnh 7,5 đến 8 trên thang độ Richter. Sân bay là một trong những công trình kháng địa chấn lớn nhất trên thế giới.

Công nghệ cảm biến để cải thiện khả năng phục hồi

Nam California sẽ có một cảm biến quang học mới, giúp tăng tốc việc mở lại các tòa nhà quan trọng sau một trận động đất lớn. Sau hai lần thành phố bị rung chuyển gần đây, các nhà địa chấn đã cảnh báo về những sự việc tương tự như vậy sẽ xảy ra trong tương lai.

Công nghệ mới nhằm cải thiện khả năng phục hồi được phát triển tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley. Công nghệ tự động thu thập và truyền dữ liệu liên quan. Theo các nhà nghiên cứu, nó sẽ cung cấp thông tin đáng tin cậy về bất kỳ thiệt hại nào của tòa nhà để tăng tốc nỗ lực sửa chữa và mở lại các tòa nhà sau trận động đất. Điều này đặc biệt quan trọng, nhất là các bệnh viện cần được mở cửa tái khám càng sớm càng tốt.

Công nghệ sẽ giúp các thanh tra xây dựng hiểu được cấu hình của tòa nhà, cho phép họ kiểm tra các tòa nhà có nguy cơ cao nhất trước tiên. Kết quả là, công nghệ này sẽ tiết kiệm một lượng thời gian đáng kể so với việc kiểm tra thủ công mất nhiều ngày.

Công nghệ mới bắt đầu được nghiên cứu vào năm 2015 và một thử nghiệm mô phỏng đã được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Động đất của Đại học Nevada. Và bây giờ, Bộ cảm biến vị trí Diode rời rạc (DDPS) sẽ được lắp đặt lần đầu tiên trong năm nay trong một tòa nhà nhiều tầng tại Berkeley Lab, nằm gần Hayward Fault, được cho là một trong những địa điểm nguy hiểm nhất ở Hoa Kỳ.

Cho đến nay, giới hạn tần số của cảm biến và việc không thể nhận dữ liệu một cách nhanh chóng để tăng tốc quá trình ra quyết định là một thách thức. Tuy nhiên, DDPS là một giải pháp đầy hy vọng khi kết hợp chùm tia laser với cảm biến quang học. Việc sử dụng 5G sẽ hỗ trợ thêm tốc độ truyền dữ liệu cần thiết.

Trận động đất tháng 9/2017 làm rung chuyển Mexico đã dẫn đến việc một trường học đầu tiên trong thành phố được trang bị hệ thống cảm biến giá rẻ để theo dõi động đất và đánh giá mọi thiệt hại nếu xảy ra.

Những học sinh của Trường tiểu học Mariano Matamoros vẫn còn sợ hãi vì một tiếng ồn mà cảm giác như một trận động đất đã đến.

Pulse, công nghệ cảm biến do công ty Grillo cung cấp, không phải là mới. Các kỹ sư động đất đã sử dụng những công nghệ này trong các tòa nhà chọc trời và nhiều cây cầu để tìm kiếm những thiệt hại tiềm ẩn có thể gây chết người. Chẳng hạn, 50 phút sau khi cơn rung chuyển dừng lại ở Mexico, một số người đã quay lại làm việc trong một tòa nhà 4 tầng mà tòa nhà này sau đó đã sụp đổ.

Theo các nhà nghiên cứu tại Grillo, các cảm biến Pulse được lắp đặt ở mỗi tầng của tòa nhà giúp đo lường xem có bao nhiêu tầng đã bị dịch chuyển khỏi vị trí thẳng hàng trong trận động đất.

Mặc dù Pulse không thể thay thế việc kiểm tra của chuyên gia, nhưng nó hoạt động như một công cụ mà các chuyên gia có thể sử dụng để tăng cường hoạt động của họ sau khi các trận động đất.

Phản ứng nhanh chóng của người dân thành phố Anchorage, thành phố lớn nhất ở Alaska cho thấy chúng ta có thể làm nhiều hơn để phục hồi nhanh chóng sau một trận động đất. Khi gần đây vào năm 2018, một trận động đất mạnh 7 độ richter đã tấn công thành phố, một số con đường đã bị tàn phá nghiêm trọng. Nhưng chỉ một tuần sau, các con đường đã được mở của trở lại, do kết quả của các đội làm việc 24/7 để sửa chữa thiệt hại.

Khu vực này đã trải qua nhiều trận động đất hơn bất kỳ nơi nào khác ở Alaska và người dân cũng như chính quyền thành phố rất coi trọng vấn đề này. Cách khắc phục nhanh chóng mà thành phố đã thực hiện cho thấy thời gian và tiền bạc có thể được đầu tư vào những công cuộc phản ứng nhanh, ngay cả khi không có manh mối về trận động đất có thể xảy ra khi nào hoặc ở đâu.