Aardbevingen zijn van zichzelf niet zo gevaarlijk, de instortende gebouwen die erop volgen zijn dodelijk. Hoe zorg je ervoor dat ze overeind blijven?

Door de aardbevingen in Turkije en Syrië eerder deze week stortten veel gebouwen als een kaartenhuis in, waardoor duizenden mensen onder het puin terecht kwamen. Met meer aardbevingsbestendige gebouwen was de schade een stuk kleiner geweest. Maar hoe bouw je die eigenlijk?

Lees ook:

• Dit zijn de vijf zwaarste aardbevingen ooit gemeten
• Gaat ‘gewiebel’ vooraf aan grote aardbevingen?
• Kan een aardbeving een negatieve sterkte hebben?

Hoe lichter, hoe beter

Tijdens een aardbeving worden seismische trillingen doorgegeven aan gebouwen, want die zitten met hun funderingen verankerd in de grond. De meeste panden zijn ontworpen om verticale krachten, zoals zwaartekracht, te incasseren. Maar tegen horizontale krachten zijn ze meestal niet opgewassen. En laten ze die nou net (via de seismische trillingen) te verduren krijgen tijdens een aardbeving. Als ze te veel naar links en rechts schudden, storten ze daarom al gauw in. Maar er bestaan verschillende manieren om huizen aardbevingsbestendiger te maken.

Bijvoorbeeld door te bouwen met gewapend beton, een mix van beton en staal. Het materiaal is hierdoor iets flexibeler waardoor het minder snel barst. Het is ook belangrijk om lichte materialen te gebruiken. Want hoe lichter een pand, hoe minder energie vrijkomt bij een trilbeweging, en hoe kleiner de kans dat het instort. Extra driehoekige steunbalken verstevigen een constructie ook. Voor eenvoudige gebouwen zijn dat soort maatregelen vaak voldoende, maar voor complexere hoogbouw is meer nodig.

Los van de grond

Want hoe stevig een pand ook lijkt, onder voldoende druk kan het altijd een beetje buigen. Zoals de top van een boom heviger heen en weer beweegt dan onderaan de stam, zo zal ook de top van een hoog gebouw meer buigen dan de onderkant. Daardoor zijn de trilbewegingen bovenaan groter, komt er daar meer energie vrij en gaat de constructie sneller kapot. Over het algemeen geldt dan ook: hoe hoger een gebouw, hoe groter de kans dat het tijdens een aardbeving instort.

Alleen versterken is dus niet voldoende, is er nog een andere oplossing? Ja, het contact tussen het pand en de grond verbreken zodat de trillingen er niet in kunnen trekken. Op het eerste gezicht lijkt dat een onmogelijke opgave, maar met seismische isolatie kan het wel.

Dubbele fundering

Bij deze bouwtechniek wordt een fundering net als normaal in de grond aangebracht. Maar er komt nog een extra fundering bovenop en daartussen een soort schokdempers. Er bestaan verschillende soorten dempers, maar ze hebben allemaal hetzelfde doel: de onderste fundering laten meetrillen met de aarde en tegelijkertijd voorkomen dat die trillingen doortrekken in de bovenste fundering – en dus het gebouw.

Een veel voorkomende methode maakt daarvoor gebruik van een soort rubberen veringen die de twee funderingslagen met elkaar verbinden. Als de onderste fundering door een trilling opzij beweegt, zal de onderkant van de vering mee uitrekken. De trilenergie wordt gebruikt om de vering uit te rekken en wordt dus niet doorgeven aan de bovenste fundering. Het pand blijft daardoor nagenoeg stil staan terwijl de onderste fundering hevig beweegt. Sommige leveranciers beloven zo schokdempingen tot wel 80 procent.

“In gebieden met aardbevingen met hoge intensiteit is seismische isolatie de beste keuze om belangrijke gebouwen te beschermen”, vertelt Paul Korswagen, hij doet aan de TU Delft onderzoek naar het ontstaan van aardbevingsschade. “Maar het is ook erg duur, in Nederland en voor kleine gebouwen is het meestal overkill.”

In de video hieronder zie je één vorm (lood-rubber lager) van seismische isolatie.

Nooit aardbevingsbestendig

Wolkenkrabbers zijn zó hoog, dat zelfs seismische isolatie niet genoeg is. Ze hebben daarom vaak nog een extra maatregel in huis: een gestemde massademper. In de top hangt dan een grote zware bal aan stevige kabels. Dempende springveren verbinden die bal met de toren. Als de wolkenkrabber trilt door een aardbeving (of harde wind), zwaait die hangende bal ook van links naar rechts, maar dan in de tegenovergestelde richting. Via de dempende springveren wordt die bewegingsenergie overgedragen aan het gebouw, waardoor de trilenergie van de aardbeving wordt gecompenseerd en de toren stabiliseert.

Zelfs met al deze aanpassingen is een gebouw niet helemaal aardbevingsbestendig; bij een zware beving zal het nog steeds een beetje schade oplopen. Maar hiermee zal het in ieder geval niet meer als een kaartenhuis omvallen.

Chili wordt regelmatig getroffen door aardbevingen en veel panden (maar nog niet allemaal) zijn daar er ook op aangepast. Bij een enorm zware beving in 2010 met een magnitude van 8,8 vielen er daardoor ‘slechts’ vijfhonderd doden. De maatregelen bespaarde daar ongetwijfeld duizenden levens.

Bronnen: Science Learning Hub, The Constructor, CNN, TED-ed, NOS

Openingsbeeld: Luis Sandoval Mandujano/123RF

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!