Vplyv zemetrasenia na stavebné konštrukcie

Dňa 12. januára 2010 o 16.53 miestneho času postihlo karibský ostrovný štát Haiti zemetrasenie s magnitúdom 7,0. Jeho následky pre krajinu, najmä hlavné mesto Port-au-Prince, boli mimoriadne tragické. Jedným z dôvodov vysokého počtu obetí bolo materiálovo-konštrukčné hľadisko realizovaných stavieb.

Haitská republika sa spolu s Dominikánskou republikou nachádzajú na karibskom ostrove Hispaniola, čo je druhý najväčší ostrov súostrovia Veľké Antily. Rozlohou 27 750 km2 zaberá Haiti približne tretinu ostrova (36 %), rozdiel v počte obyvateľov je menší. Na Haiti žije 9 miliónov obyvateľov (47 %), v Dominikánskej republike 10 miliónov. Vo výkonnosti ekonomík oboch krajín existuje výrazný rozdiel. Kým hrubý domáci produkt v parite kúpnej sily na obyvateľa v Dominikánskej republike je 8 900 US$, na Haiti je to iba 1 340 US$ (na porovnanie: Slovensko 21 250 US$). Haiti je s nominálnym HDP 2 US$ na obyvateľa na deň najchudobnejšou krajinou na západnej pologuli. Osemdesiat percent obyvateľov žije pod hranicou chudoby, pričom ich gramotnosť prekračuje len tesne 50 %.

Hlavným a zároveň najväčším mestom Haiti je Port-au-Prince rozprestierajúce sa na brehu zálivu v západnej časti krajiny. Pred zemetrasením v ňom žilo jeden a štvrť milióna obyvateľov. Súčasťou mesta sú aj najchudobnejšie štvrte (slumy), kde žijú ľudia v provizórnych príbytkoch s veľmi nízkym životným štandardom. Po započítaní ľudí žijúcich v slumoch dosahoval počet obyvateľov mesta podľa odhadov až 2 milióny.

Obr. 1 Epicentrum zemetrasenia a doteraz známe zlomové línie

Príčiny zemetrasenia
Ostrov Hispaniola lemujú v smere rovnobežiek dva potenciálne seizmické zlomy. Severne od ostrova prebieha zlom Septentrional fault a v južnej časti ostrova Enriquillo-Plaintain Garden fault. Tento prechádza v tesnej blízkosti Port-au-Prince, preto sa zemetrasenie spočiatku prisudzovalo posunu zemskej kôry v tomto zlome (obr. 1). Tomu však nezodpovedajú posuny terénu vyhodnotené na základe satelitných záberov. Objavila sa teória, že zemetrasenie spôsobil posun zemskej kôry v inom, dosiaľ nezmapovanom zlome. Situáciu komplikuje aj fakt, že išlo o podzemný posun, ktorý sa končil približne 2 km pod povrchom a nepremietol sa do terénu (krytý posun).

Základné údaje o zemetrasení Magnitúdo:  7,0 Hĺbka hypocentra:  13 km (relatívne plytké hypocentrum) Vzdialenosť od Port-au-Prince:  25 km západo-juhozápadným smerom Dotrasy:  v priebehu 11 dní po hlavnom zemetrasení bolo zaznamenaných 59 dotrasov s intenzitou  presahujúcou hodnotu 4,5; 16 dotrasov malo  magnitúdo väčšie ako 5,0 Dva najsilnejšie dotrasy:  M 6.0, 7 minút po hlavnom zemetrasení M 5.9, 8 dní po hlavnom zemetrasení Podľa historických záznamov postihlo Haiti zemetrasenie porovnateľnej intenzity naposledy v roku 1770.

Nešťastím pre hlavné mesto Port-au-Prince bolo aj to, že časť mesta leží na vrstve sedimentov, ktoré zosilnili účinky otrasov. V južnej časti mesta rozprestierajúcej sa na kamennom kopci boli na porovnateľných budovách zaznamenané menšie škody.

Doteraz uvádzané hodnoty – magnitúda – vychádzajú z množstva energie uvoľnenej pri zemetrasení. Pri hodnotení vplyvu na obyvateľstvo sa častejšie používa Modifikovaná Mercalliho stupnica intenzity (MMIS – Modified Mercalli Intensity Scale), ktorá vychádza z účinkov zemetrasenia na ľudí, konštrukcie zhotovené človekom a na samotnú krajinu a prírodu (obr. 2). Stupnica obsahuje hodnoty od I do XII. Odhad počtu osôb vystavených jednotlivým intenzitám zemetrasenia podľa MMIS je uvedený v tab. 1.

Tab. 1 Odhad počtu osôb vystavených jednotlivým intenzitám zemetrasenia podľa MMIS

Počet obetí zemetrasenia na Haiti po prvých odhadoch dosahoval hodnotu 200-tisíc, postupne sa zvyšoval a v súčasnosti sa zastavil na čísle 230-tisíc. O príbytok prišlo odhadom asi 1,3 milióna ľudí. Tieto čísla sú nezvyčajne vysoké, o čom svedčí aj porovnanie s počtom obetí zemetrasenia, ktoré o niekoľko týždňov (27. februára 2010) zasiahlo Chile. Zemetrasenie malo podstatne vyššie magnitúdo 8,8 (ide o logaritmickú stupnicu – zemetrasenie bolo až 500-krát silnejšie ako na Haiti). Epicentrum zemetrasenia bolo v Tichom oceáne, vyše 200 km od pobrežia Chile, a nezasiahlo husto obývané časti krajiny, napriek tomu však zasiahlo porovnateľný počet ľudí ako zemetrasenie na Haiti.

Na Haiti bolo intenzite IX (podľa MMIS) vystavených 2,387 milióna obyvateľov, kým v Chile nebola tejto intenzite vystavená žiadna časť krajiny. Intenzite VIII však bolo v Chile vystavených takmer 7-krát viac obyvateľstva ako na Haiti (3,548, respektíve 0,626 milióna). Otrasy tejto intenzity sú pritom definované ako zhubné, potenciálne poruchy odolných, respektíve neodolných konštrukcií sú silné a ťažké. Počet obetí zemetrasenia v Chile je 521 a 56 ľudí je nezvestných. Porovnávanie následkov dvoch rôznych zemetrasení je vždy problematické, ale rozdiel medzi účinkami oboch zemetrasení na obyvateľstvo a krajinu je naozaj výrazný.

Dôvody sú zrejmé. Chile je nepomerne bohatšia krajina ako Haiti s neporovnateľne vyššou kvalitou stavieb – od projektovej prípravy až po realizáciu. Navyše, v roku 1960 zasiahlo Chile zemetrasenie s doteraz najvyšším magnitúdom 9,5. V dôsledku tohto zemetrasenia došlo v Chile k sprísneniu dimenzačných predpisov zohľadňujúcich seizmické zaťaženie stavieb.
–>–>
Príčiny vysokého počtu obetí – nosné konštrukcie
Prevažný počet obetí pochádzal z najviac zasiahnutého hlavného mesta. Dôvod vysokých strát na životoch možno hľadať v charaktere stavebných konštrukcií objektov v Port-au-Prince. Kvalita stavieb, projektová príprava, ako aj postupy zhotovenia stavieb sú na veľmi nízkej úrovni.

Projektová príprava
Na Haiti neexistuje národná norma pre navrhovanie nosných konštrukcií. Projektanti používajú najčastejšie normy americké (ASCE), francúzske, kanadské, respektíve medzinárodný International Building Code (IBC). Podstatná časť bežných, najmä jednopodlažných budov (ktorých je väčšina) však nemá žiadny projekt a stavia sa na základe skúseností. O stavebnom dozore ťažko hovoriť, keďže takéto stavby neprejdú nijakým stavebným konaním. Úcta k predpisom je na Haiti všeobecne nízka, čo súvisí aj s veľmi slabým výkonom štátnej správy v krajine, často stíhanej politickou nestabilitou.

Realizácia stavieb
Až 70 % obytných budov na Haiti je jednopodlažných. Viac ako tri podlažia má iba 10 % budov, a to najmä v mestách. Používané stavebné materiály sú limitované celkovou chudobou v krajine.

Obr. 3 Oceľová forma a hotové betónové murovacie bloky

Zvislé nosné konštrukcie pozostávajú najčastejšie z kusových stavív. Murovacie prvky predstavujú zvyčajne betónové bloky vyrábané svojpomocne odlievaním v betónových formách (obr. 3), ďalej kamene a nepálené tehly. Vzhľadom na materiálovú základňu i tradíciu je použitie pálených tehál zriedkavé. Na vidieku sa okrem toho stavajú chatrče z drevených pletených mreží pokrytých hlinou.

Vodorovné nosné konštrukcie vyšších a bohatších budov tvoria železobetónové stropné dosky, do úvahy prichádzajú aj trámové stropy s drevenými či oceľovými trámami.

Konštrukcia striech jednopodlažných budov je prevažne plechová, pri viacpodlažných železobetónová alebo tiež plechová.

V okrajových mestských slumoch sa vyskytujú provizórne príbytky z dostupných materiálov – plech, drevo, papier.

Kvalita spomenutých betónových blokov je veľmi nízka. Pri výrobe sa používa málo cementu, plnivo je často znečistené hlinou, v prípade piesku navyše aj soľou. Ošetrovanie vybetónovaných blokov v podstate neexistuje.

Stavby z takýchto blokov majú zvyčajne v rohoch umiestnené železobetónové stĺpiky, medzi ktoré sa murujú samotné steny. Stĺpiky sú veľmi subtílne, prispôsobené hrúbke blokov, ktorá málokedy presiahne 15 cm. Výstuž stĺpikov sa navrhuje odhadom a väčšinou je nedostatočná. V prípade železobetónových stropov nedochádza k previazaniu výstuže stĺpov a stropných dosiek.

Na obr. 4 je ukážka typickej stavby z betónových blokov so železobetónovými stĺpikmi v rohoch. Vedľa hotovej budovy vidieť pripravenú výstuž stĺpikov susediaceho objektu.

Väčšinu z mála stavieb, ktoré odolali účinkom zemetrasenia bez výrazných porúch, realizovali zahraničné firmy, kde sa predpokladá vyššia úroveň návrhu i realizácie. Pomerne dobre obstáli nákupné centrá medzinárodných obchodných reťazcov, hoci najväčší supermarket v strede mesta sa zrútil. Uprostred zničených obytných budov ostal stáť vysoký železobetónový vodojem.

Záver
Hneď po zemetrasení veľmi intenzívne prebiehalo odstraňovanie ruín zrútených stavieb v snahe zachrániť čo najviac ľudí. Postupne došlo k utlmeniu tejto činnosti, keď už nebola žiadna šanca na záchranu žijúcich obetí. Odchodom zahraničnej pomoci sa odstraňovanie sutín výrazne spomalilo. Ide pritom o obrovské množstvo hmoty – podľa odhadov o 20 až 30 miliónov m³, z ktorých je v súčasnosti odstránených menej ako 5 %. Problémom je nedostatok potrebných mechanizmov a výber lokality na uskladnenie sutín, ktoré môžu stále obsahovať ľudské pozostatky.

V snahe minimalizovať škody v budúcnosti zástupcovia University at Buffalo z USA realizovali cyklus seminárov pre projektantov venovaný navrhovaniu stavieb pri zohľadnení účinkov zemetrasenia. Semináre sa konali v Port-au-Prince a zúčastnilo sa ich približne 200 domácich projektantov.

TEXT: Ing. Andrej Bartók, PhD.
FOTO: autor

Ing. Andrej Bartók, PhD., pracuje na Katedre betónových konštrukcií a mostov Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.