Νέα στοιχεία για τη ρευστοποίηση του εδάφους κατά τη διάρκεια σεισμών

Οι συνέπειες της ρευστοποίησης μετά τον σεισμό στο Christchurch (Νέα Ζηλανδία), 2011.

Η ρευστοποίηση του εδάφους είναι ένας φυσικός κίνδυνος που εμφανίζεται συνήθως κατά τη διάρκεια σεισμών. Eίναι ένα από τα πιο καταστροφικά φαινόμενα που σχετίζονται με τους σεισμούς. Κατά τη διάρκεια και μετά την ρευστοποίηση, τα κτίρια και οι υποδομές βυθίζονται, επιπλέουν και γέρνουν, το έδαφος μπορεί να εξαπλωθεί και να ραγίσει, να καθιζάνει ή να προκαλέσει κατολίσθηση. 

Η ζημιά από αυτή οδηγεί συχνά σε εκτεταμένες ανθρώπινες απώλειες, καταστροφή  και οικονομικές απώλειες που μπορεί να οδηγήσουν στην πλήρη εγκατάλειψη πρώην κατοικημένων περιοχών, θέτοντας μια σημαντική πρόκληση για την ανθεκτικότητα της κοινότητας.

Παραδοσιακά, η ρευστοποίηση έχει γίνει κατανοητή ως μια κατά κύριο λόγο μη στραγγισμένη διαδικασία που λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες υψηλής πυκνότητας ενέργειας. Αυτή η συμβατική άποψη άφησε πολλά συμβάντα ρευστοποίησης σεισμών ανεξήγητα, ιδιαίτερα εκείνα που συμβαίνουν μακριά από το επίκεντρο του σεισμού, όπου η ενεργειακή πυκνότητα είναι σημαντικά χαμηλότερη.

Ο Δρ. Shahar Ben-Zeev, καθοδηγούμενος από τον καθηγητή Einat Aharonov από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ, τον καθηγητή Renaud Toussaint από το Πανεπιστήμιο του Στρασβούργου και τον καθηγητή Liran Goren από το Πανεπιστήμιο Ben Gurion, διεξήγαγαν αυτήν την έρευνα, αμφισβητώντας τη συμβατική άποψη.

Τα ευρήματά τους καταδεικνύουν ότι η ρευστοποίηση μπορεί πράγματι να συμβεί σε συνθήκες αποστράγγισης, ακόμη και σε χαμηλά επίπεδα σεισμικής πυκνότητας. 

Η σεισμική δόνηση, υπό συνθήκες αποστράγγισης, διευκολύνει τη ροή του ενδιάμεσου ρευστού μέσα στο  έδαφος, οδηγώντας στην ανάπτυξη υπερβολικών κλίσεων πίεσης πόρων και επακόλουθη απώλεια αντοχής του εδάφους. Συμβαίνει γρήγορα και επηρεάζεται από το ρυθμό έγχυσης σεισμικής ενέργειας.

Αυτά τα ευρήματα έχουν σημαντικές επιπτώσεις για την κατανόησή μας για την ρευστοποίηση του εδάφους. Εξετάζοντας τη ρευστοποίηση του εδάφους υπό ένα φάσμα συνθηκών αποστράγγισης, μπορούμε τώρα να εκτιμήσουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια τις πιθανές επιπτώσεις και τους σχετικούς κινδύνους. Αυτή η έρευνα ανοίγει νέες πόρτες για αντισεισμική μηχανική και ετοιμότητα, βοηθώντας στον μετριασμό των κινδύνων που σχετίζονται με το φαινόμενο σε περιοχές ευάλωτες στη σεισμική δραστηριότητα.

Αυτό που ξεχωρίζει αυτή τη μελέτη είναι ο μοναδικός συνδυασμός θεωρητικής εργασίας, αριθμητικών προσομοιώσεων και πειραματικής επικύρωσης.

Επιπλέον, σε μια εποχή που χαρακτηρίζεται από μια συνεχή αύξηση της κατασκευής ανακτημένης γης και τεχνητών νησιών, και τα δύο πολύ ευαίσθητα στη ρευστοποίηση του εδάφους, αυτή η έρευνα γίνεται ακόμη πιο επίκαιρη.

Καθώς οι περισσότεροι από τους προηγούμενους σεισμούς συνέβησαν πριν από τη σύγχρονη εποχή των οργάνων, οι σεισμολόγοι βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην ερμηνεία των γεωλογικών χαρακτηριστικών για να συντάξουν πλήρεις καταλόγους σεισμών. Αυτή η πρωτοποριακή μελέτη αλλάζει θεμελιωδώς την κατανόησή μας για τις συνθήκες που μπορεί να έχουν προκαλέσει γεωλογικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τη ρευστοποίηση, ζητώντας επομένως την αναθεώρηση του εκτιμώμενου μεγέθους του σεισμού που υπολογίζεται με τυπικές μεθόδους.

Το έργο του Δρ. Shahar Ben-Zeev συμβάλλει σημαντικά στην κατανόηση της ρευστοποίησης του εδάφους που προκαλείται από σεισμό και τονίζει την ανάγκη επανεκτίμησης των εκτιμήσεων του δυναμικού ρευστοποίησης. Αυτή η έρευνα προσφέρει ανεκτίμητες γνώσεις για την αντιμετώπιση μιας από τις πιο καταστροφικές συνέπειες των σεισμών, παρέχοντας ελπίδα για ενισχυμένη ανθεκτικότητα στις σεισμογενείς περιοχές.

Συνοπτικά, η κατανόηση της ρευστοποίησης του εδάφους είναι ζωτικής σημασίας καθώς επηρεάζει άμεσα τη δημόσια ασφάλεια, την ανθεκτικότητα των υποδομών, τους υδάτινους πόρους και την ικανότητα διαχείρισης και μετριασμού των συνεπειών του σεισμού σε ευαίσθητες περιοχές. Αυτή η έρευνα προάγει ουσιαστικά την κατανόησή μας, προσφέροντας ζωτικής σημασίας γνώσεις για την ασφάλεια έναντι των σεισμών και την ετοιμότητα για καταστροφές.

Γεωδίφης

Περισσότερες πληροφορίες:   Drainage explains soil liquefaction beyond the earthquake near-field, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41405-4. www.nature.com/articles/s41467-023-41405-4