Kako zaštititi bolnice i ljude u njima od dejstva zemljotresa
Nakon rušenja više zdravstvenih objekata u zemljotresu u Turskoj, postavlja se pitanje da li je moglo nešto da se uradi da se to spreči. Evo odgovora!
Zamislite objekat bolnice u kome se radi operacija na otvorenom srcu ili, na primer, porođaj carskim rezom. I u tom momentu se dogodi zemljotres ili krene poplava ili požar u bolnici.
Da li biste, da je neko vama drag na operacionom stolu, odluku da li da se nastavi sa operacijom ili da se izvrši evakuacija prepustili ljudskom faktoru, tj. nečijoj ličnoj sujeti, osećaju i temperamentu, ili bi obezbedili dovoljno pouzdan uređaj tj. sistem upravljanja zgradom koji bi doneo odluku umesto vas u skladu sa međunarodno prihvaćenim standardima?
Ovo je pitanje koje želimo da postavimo svim čitaocima na početku ovog teksta, iako se ono odnosi na mnogo širi kontekst upravljanja javnim objektima u Srbiji, pogotovo zdravstvenim objektima, ali ne smemo zaboraviti ni staračke domove i škole u kojima borave najosetljiviji delovi populacije (stariji i deca).
Pročitajte još na Gradnja.rs:
- Katastrofalan potres u Turskoj „Propisi kaskaju za zemljotresima“
- Most nad Omišom: Trenutno najzahtevniji građevinski projekat u Hrvatskoj
Objekti 1. kategorije sa aspekta seizmičke zaštite
Bolnice po mnogo kriterijuma nisu obični objekti. Ono što vidimo golim okom naizgled deluje isto kao kod bilo koje druge zgrade, međutim, kolege koji se bave projektovanjem znaju da sa aspekta seizmičke zaštite one spadaju u objekte 1. kategorije, tj. njihovi temelji, stubovi, zidovi, međuspratne tavanice i ostali konstruktivni i nekonstruktivni elementi se ne smeju projektovati kao kod “običnih” objekata.
Naime, ukoliko dođe do jačeg zemljotresta, veliki broj građana će potražiti pomoć u bolnicama. Pa šta ćemo ako one “ne izdrže”? Ili dožive tolika oštećenja da nije moguće odvijati proces pruženja zdravstvenih usluga u njima?
Temelji, stubovi, zidovi i tavanice bolnica ne smeju projektovati kao kod “običnih” objekata.
Nakon katastrofalnih zemljotresa u Turskoj u februaru 2023 godine, bili smo svedoci totalnog rušenja objekata i velikog gubitka ljudskih života. Nakon toga postavlja se pitanje da li je moglo nešto da se uradi da se to spreči. Pored poštovanja zakona i propisa, za projektovanje objekata pri dejstvu zemljotresa, moguće je primeniti i neke savremene tehnologije koje mogu značajno preduprediti oštećenja objekata.
To najbolje pokazuju primeri bazno izolovanih bolnica u Turskoj koje su ostale neoštećene u odnosu na bolnice koje nisu imale bazne izolatore (Slika 1 i Slika 2). Nekoliko bolničkih zgrada se potpuno srušilo zajedno sa pacijentima i medicinskim osobljem unutar objekata. Izveštaji Ministarstva zdravlja Turske pokazuju da je najmanje 15 bolnica teško oštećeno ili srušeno.
Obavezna ugradnja seizmičkih izolatora
Državna bolnica Elbistan u epicentru drugog velikog zemljotresa, državna bolnica Hatay Dörtyol, državna bolnica Malatya Battalgazi i porodilište i dečja bolnica u Malatiji nisu pretrpele ni najmanju štetu zahvaljujući uređajima za seizmičku izolaciju postavljenim u njihovim stubovima.
U poslednjih deset godina ugradnja seizmičkih izolatora je obavezna za bolnice u Turskoj. Nažalost to nije bio slučaj sa bolnicama izgrađenim pre toga. Na sledećem linku se može videti projekat bolnice u Malatiji, čiji je investitor ministarstvo zdravlja Turske.
Adana City Hospital (Slika 3) površine 545.000 m² je bolnički kompleks sa 1.550 kreveta. Zgrada je postavljena na 1.512 seizmičkih izolatora i samim tim je projektovana da ostane funkcionalna i odmah nakon zemljotresa. Sličan projekat je Dörtyol State Hospital (Slika 4) koja je bazno izolovana sa 340 izolatora.
Što manja osetljivost na kretanje tla
Sistemi seizmičke izolacije se oslanjaju na jednu jednostavnu ideju – što više odvojiti (izolovati) konstrukciju od kretanja tla (pobude) tokom zemljotresa. Potpuno odvajanje bi značilo da konstrukcija lebdi iznad tla u toku kretanja tla koje je pobuđeno zemljotresom. Logično je da se takvoj konstrukciji ne može desiti ništa loše zbog kretanja tla u toku zemljotresa.
Naravno, ovo je teorijski slučaj i naveden je kao ilustrativni primer. Ideja da se konstrukcija, ili neki njen deo, učini što manje osetljivom na kretanja tla realizuje se njenim oslanjanjem (odvajanjem od tla) na skup posebno konstruisanih ležišta, odnosno izolatora, koji će svojim mehaničkim karakteristikama menjati ponašanje konstrukcije pri seizmičkim opterećenjima.
Seizmička izolacija je pasivni kontrolni sistem koji je danas najpopularniji i najčešće upotrebljavan pristup kontrole ponašanja konstrukcija.
Ležišta se obično ugrađuju u jednoj ravni koja se naziva ravan izolacije kojom se celokupna konstrukcija deli na: potkonstrukciju, sistem izolacije i nadkonstrukciju. U zgradarstvu, najčešći primer je da se ravan izolacije nalazi u nivou tla (iznad temelja ako nema podzemnih etaža), odnosno na bazi konstrukcije, pa zbog ovoga, seizmička izolacija se često naziva i baznom izolacijom.
Seizmička izolacija
Seizmička izolacija je pasivni kontrolni sistem koji je danas najpopularniji i najčešće upotrebljivan pristup kontrole ponašanja konstrukcija. Ona je postala efikasno rešenje za ublažavanje seizmičkog dejstva na konstrukciju. Šta više, upotrebom ovih sistema teži se tome da konstrukcija prihvati seizmička opterećenja bez pojave oštećenja, odnosno da pruži elastičan odgovor tokom jakih zemljotresa.
Kroz više od trideset godina u praksi, jasne promene su se desile od najranijih primena. Uzevši u obzir pozitivne povratne informacije u ublažavanju efekata zemljotresa tokom jakih događaja, kao što su zemljotresi u Turskoj, Japanu i Americi, seizmička izolacija se čini najefikasnijim rešenjem za odvajanje gornje strukture od zemlje.
U ovom videu je jednostavno objašnjen sistem funkcionisanja bazne izolacije i njeni benefiti pri dejstvu zemljotresa.
Lokalizovanje potrebne fleksibilnosti
Oslanjanje konstrukcije na baznu izolaciju ima za cilj simultanu redukciju i međuspratnih pomeranja i ubrzanja tavanica. U ravni izolacije formira se zona male poprečne krutosti i na ovaj način se lokalizuje potrebna fleksibilnost zahvaljujući kojoj se realizuje produženje perioda prvog tona oscilovanja.
Kruto oslonjena konstrukcija trpi deformacije unutar svakog sprata po celoj visini uz istovremenu amplifikaciju ubrzanja tla koja raste po spratovima. Nasuprot ovog, kod fleksibilno oslonjene konstrukcije deformacije se dešavaju najvećim delom na izolatorima. Zahvaljujući tome nadkonstrukcija trpi značajno umanjena međuspratna pomeranja koja su približno jednaka po visini što je slučaj i sa ubrzanjima tavanica.
Zbog malih deformacija unutar nadkonstrukcije njeno kretanje u toku zemljotresa može biti opisano kao kretanje beskonačno krute konstrukcije na izolatorima, što bi odgovaralo sistemu sa jednim stepenom slobode, poprečne krutosti koja odgovara krutosti izolatora i mase jednake masi nadkonstrukcije.
Elastomerna ležišta konstruisana su od elastomera niskog prigušenja i od jednog ili više cilindričnih olovnih jezgara.
Prvi ton oscilovanja ovako postaje dominantniji u odnosu na kruto oslonjenu konstrukciju i naziva se izolatorski oblik oscilovanja, dok se viši tonovi nazivaju konstrukcijski tonovi. Dominantnost prvog tona u odgovoru je izraženija što je veća razlika osnovnog tona kruto i fleksibilno oslonjene konstrukcije.
Produženje perioda sistema ima za posledicu povećanje relativnih pomeranja krajeva ležišta. Sistemu se mogu dodati i prigušivači kako bi dodatno povećali nivo prigušenja i smanjili nivo pomeranja. Oni se mogu dodati u nivou izolatora, ali i na višim spratovima.
Prva elastomerna ležišta sa olovnim jezgrom konstruisao je Bil Robinson 1977. godine na Novom Zelandu. Ona su danas u praksi najprimenjivanija vrsta ležišta. Konstruisana od elastomera niskog prigušenja i od jednog ili više cilindričnih olovnih jezgara (Slika 5).
Recentriranje postignuto težinom konstrukcije
Kao i elastomerna, i klizna ležišta su se koristila u mostogradnji za odvajanje stubova i gornjeg stroja mosta, pre njihove upotrebe u seizmičkoj izolaciji. U kliznoj površini se nadkonstrukcija preko pogodno oblikovanih klizača oslanja na potkonstrukciju.
Najzastupljenija kombinacija materijala za izradu ležišta je PTFE (poli-tetra-floro-etilen) i nerđajući čelik. Najpoznatiji iz grupe PTFE materijala je teflon. Prikaz konstrukcije sfernog kliznog ležišta dat je na Slici 6. Sferna klizna površina može biti konkavna na dole ili gore.
Pri dejstvu seizmičkog opterećenja klizač se kreće sfernom površinom i na taj način odiže konstrukciju. Na taj način je recentriranje postignuto sopstvenom težinom konstrukcije. Konstrukcija sa ovakvim ležištima se ponaša kao klatno u toku kretanja zbog čega se ležišta nazivaju klizno klatno.
Sferna klizna ležišta u svim pravcima (Sliding Isolation Pendulum Bearings – SIP) kombinuju četiri glavna zahteva seizmičke izolacije: vertikalno prenošenje opterećenja, omogućavaju horizontalno pomeranje, potrošnju energije i recentriranje.
Ulaganja gotovo zanemarljiva
Kada se ova tehnologija pojavila pre 40-50 godina, cena je bila nepristupačna. Ali napretkom tehnologije i proizvodnje, danas su izolatori ekonomski isplativi. Pogotovo kada se uzme u obzir i ušteda na konstrukciji jer su uticaji usled seizmičkih sila drastično smanjeni, skoro eliminisani. Izolacija razdvaja zgradu od tla i značajno umanjuje dejstvo zemljotresa na konstrukciju te samim tim omogućava da bude manja potrošnja materijala za izgradnju konstrukcije.
Gledajući na kompletnu cenu investicije u poređenju sa ostalim troškovima izgradnje (fasada, enterijer itd.) ulaganja u baznu seizmičku izolaciju su gotovo pa zanemarljiva. Ono što mi nemamo je know-how tj. naši inženjeri (projektanti, izvođači, nadzori) nisu “navikli” niti ih je iko primorao da se na ozbiljan način uhvate sa ovim problemom.
Kada pričamo o ljudskim životima i bezbednosti objekta pri dejstvu zemljotresa benefit seizmičke izolacije je neupitan. Bazna izolacija se najčešće primenjuje za zaštitu objekata od vitalnog značaja (bolnica i oprema u bolnicama, muzeji, pozorišta, stadioni itd.).
Prednost je što se bazna izolacija može ugraditi i na postojeće objekte, tako da postoji dosta primera u svetu gde su objekti od istorijskog značaja zaštićeni postavljanjem sistema izolatora. Bitno je napomenuti da pored zaštite objekta, bazna izolacija štiti i njegov sadržaj (osetljiva skupa oprema, instalacije, laboratorije, muzejski eksponati itd.).
Upravo jedan od ovih razloga (izgradnja naučne laboratorije za nanotehnologiju) je neposredan razlog za pionirsku primenu ove tehnologije u Srbiji.
Nismo dovoljno bogati da gradimo nesigurne bolnice
Sa aspekta prakse i praktične primene najsavremenijh inženjerskih znanja na ovim prostorima, kada god se zapodenu neki razgovori, nažalost, ogroman broj ljudi, a pototovo inženjera, zauzima defetistički stav da je kod nas mnogo nelegalne gradnje, da se struka ne poštuje, kako projektanti nisu ono što su nekad bili i uvek ono glavno – da mi nismo dovoljno bogato društvo koje može sebi da priušti “luksuz” da štiti svoje bolnice savremenim inženjerskim metodama. Upravno suprotno, mi nismo dovoljno bogato društvo da bi smo gradili “nesigurne“ bolnice.
Sigurnost javnih objekata, pototovo bolnica , predstavlja civilizacijsku tekovinu. Sigurno je da u Srbiji ima veliki broj objekata čija je seizmička zaštita preskupa ili tehnički nemoguća. Međutim, govoreći o bolnicama govorimo o manjem broju objekata i svako društvo mora naći znanje i novac da se uhvati u koštac sa ovim problemom.
Ulaganja u seizmički retrofit i baznu izolaciju javnih objekata su saglediva i mogu se realizovati u relativno kratkom investicionom ciklusu, po ugledu na kampanje za energetsku efikasnost, koje su, na nesreću nas koji se bavimo seizmikom, odnele primat kako u medijima tako i u inženjerskim krugovima.
Ulaganje u domaću nauku i inovacije u ovoj oblasti bi podiglo domaće građevinarstvo i otvorilo neka nova tržišta za naše kompanije.
Sa naučne strane, često čitamo o dostignućima naših naučnika, inovatora, lekara, novim metodama lečenja, preventivi itd. Upravo bi seizmička zaštita, govoreći lekarskim rečnikom, bila najbolja moguća preventiva. Ulaganje u domaću nauku i inovacije u ovoj oblasti bi podiglo domaće građevinarstvo i otvorilo neka nova tržišta za naše kompanije.
Imamo primer Hrvatske u kojoj su nakon dva velika zemljotresa odobreni svi naučni projekti koji su ste ticali rizika i aseizmičke gradnje, koji će u znatnoj meri unaprediti stanje tamošnjeg građevinarstva. U Turskoj je potegnuta odgovornost investitora koji su brojne atraktivne nekretnine prodavali kao “najsavremenije” moguće u svim segmentima osim sa aspekta seizmičke zaštite.
Sa nadom da ćemo sva buduća stečena znanja i iskustva u ovoj oblasti koristiti “samo” za naučne svrhe, čitaocima koji se više zanimaju za ovu i slične teme preporučujemo sledeća predavanja.
