ยังยืนอยู่: หอนาฬิกาโบราณรอดชีวิตจากเหตุแผ่นดินไหวในอิตาลีได้อย่างไร

จากภาพการทำลายล้างจำนวนมากที่ออกมาจากภาคกลางของอิตาลีหลังจากเกิดแผ่นดินไหวครั้งร้ายแรงเมื่อสัปดาห์ที่แล้วหอนาฬิกาแห่งอมาตริซที่ตั้งตระหง่านอย่างท้าทายท่ามกลางซากปรักหักพังของเมืองได้กลายเป็นภาพสัญลักษณ์ มีรายงานว่าหอนาฬิกาสร้างขึ้นในศตวรรษที่ 13 และท่าทางที่มั่นคงของมันทำให้เราเข้าใจว่าโครงสร้างที่น่าทึ่งนี้รอดพ้นจากการถูกทำลายอย่างน้อยสองครั้งในรอบ 800 ปีที่ผ่านมาได้อย่างไร

แต่บางทีก็น่าแปลกใจที่สิ่งก่อสร้างโบราณสูงๆ จะอยู่รอดจากแผ่นดิน

ไหวได้ก็ไม่ใช่เรื่องแปลก หอคอยที่คล้ายกันนี้ค่อนข้างพบได้ทั่วไปในอิตาลีและเป็นส่วนหนึ่งของเสน่ห์ของประเทศ เมือง San Gimignano ซึ่งอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว Amatrice ประมาณ 200 กม. มีหอคอย 14 แห่งที่มีอายุย้อนไปถึงศตวรรษที่ 12 และเป็นผลให้รอดพ้นจากแผ่นดินไหวใหญ่และเล็กหลายครั้ง หอคอยอื่นๆ สามารถมองเห็นได้ในAlba ทางตอนเหนือของอิตาลี

ไกลออกไป ภาพที่น่าจดจำของแผ่นดินไหวอิซมิตในตุรกีในปี 2542 คือหอคอยของมัสยิด Golcukที่ยืนอย่างโดดเดี่ยวท่ามกลางซากปรักหักพัง

ภาพถ่ายจากแผ่นดินไหวที่ซานฟรานซิสโกในปี 1906 แสดงให้เห็นหอคอยทรงเรียวและปล่องไฟที่เรียงรายอยู่ในซากปรักหักพังของเมือง

อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี หอคอยพังลงมา เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับ หอคอย ดาราฮารา ระหว่าง แผ่นดินไหวที่เนปาลขนาด 7.8 ในเดือนเมษายน 2558

เหตุใดไอคอนเรียวบางเหล่านี้จึงรอดจากแผ่นดินไหวซ้ำๆ และอีกอันตกลงมาได้ บทความในThe Economistเสนอว่าหอนาฬิกานั้นสร้างได้ดีกว่าอาคารรอบๆ โดยชี้ให้เห็นว่ามันอยู่รอดได้ดีกว่าโรงเรียนสมัยใหม่และโรงพยาบาลด้วยซ้ำ ประสบการณ์ของ L’Aquilaชี้ให้เห็นว่านี่อาจเป็นส่วนหนึ่งของเรื่องราว

อย่างไรก็ตาม ความจริงนั้นซับซ้อนกว่านั้น ปัจจัยอื่นๆ สามารถและมีส่วนทำให้อาคารมีความทนทาน

เป็นไปได้มากว่าการอยู่รอดของหอนาฬิกาได้รับอิทธิพลจากความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของคลื่นแผ่นดินไหวและเสียงสะท้อนตามธรรมชาติของอาคาร เพื่อให้เข้าใจว่าทำไม เราต้องพิจารณาว่าแผ่นดินไหวมีปฏิสัมพันธ์กับอาคารอย่างไร

แผ่นดินไหวสร้างคลื่นไหวสะเทือนที่ผ่านพื้นดิน เหมือนคลื่นทะเล 

มียอดและท้องคลื่น ความถี่ของคลื่นมีความสัมพันธ์กับ “คาบ” ของมัน – เวลาที่รูปคลื่นสมบูรณ์หนึ่งรูป (รวมทั้งจุดสูงสุดและรางน้ำ) ผ่านไป

อาคารมีช่วงเวลาตามธรรมชาติที่ทำให้อาคารสั่นสะเทือนไปมา ลองนึกถึงเด็กที่อยู่บนชิงช้า ชิงช้าที่มีเชือกสั้นจะทำให้ครบวงได้เร็วกว่าการแกว่งแบบยาว

เช่นเดียวกับอาคารที่มีความสูงต่างกัน อาคารจะเป็นลูกตุ้มกลับหัว ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และอาคารที่สูงกว่าจะมีช่วงการแกว่งตามธรรมชาตินานกว่า (แกว่งไปมา)

พื้นยังมีช่วงเวลาที่ชอบที่จะสั่น ตะกอนที่อ่อนนุ่มในหุบเขาแม่น้ำจะแกว่งไปมาเป็นระยะเวลานาน และหินแข็งจะแกว่งไปมาในหุบเขาที่สั้นกว่า

คลื่นแผ่นดินไหวความถี่สูง (ช่วงสั้น) จึงถูกขยายในชั้นหิน เช่น ที่ตั้งของอามาตริซ และเป็นคลื่นความถี่หลักที่แผ่จากแผ่นดินไหวขนาดเล็กถึงปานกลางและตื้น เช่น เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว

คลื่นแผ่นดินไหวความถี่ต่ำ (ระยะเวลานาน) ถูกขยายมากขึ้นในตะกอนและก่อตัวเป็นส่วนใหญ่ของพลังงานแผ่นดินไหวที่แผ่ออกมาจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ เช่น แผ่นดินไหวโทโฮกุในญี่ปุ่นและแผ่นดินไหวในเนปาลที่ทำให้หอคอยดาราฮาราโค่นล้ม

เมื่อความถี่เรโซแนนซ์ของพื้นดินตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ของอาคาร โครงสร้างจะเกิดการสั่นไหวมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และได้รับความเสียหายมากที่สุด ความแข็งแกร่งและการกระจายตัวของมวลตามความสูงของอาคารยังมีผลกระทบอย่างมากต่อความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากแผ่นดินไหว เนื่องจากสิ่งนี้ควบคุมวิธีการกระจายแรงเหนี่ยวนำ

คุณสามารถลองด้วยตัวคุณเองโดยทดลองใช้ด้ามไม้กวาดและไม้บรรทัดขนาด 30 ซม. ถือไม้กวาดในแนวตั้ง ส่วนบนสุดของด้ามไม้กวาดจะไม่ได้ผลหากคุณเขย่าฐานอย่างแรงด้วยการเคลื่อนไหวเล็กน้อย ในขณะที่ไม้บรรทัดจะสั่นเมื่อเขย่าแบบเดียวกัน

เขย่าให้ช้าลง แล้วด้ามจับจะเริ่มตีไปมาในขณะที่ไม้บรรทัดปักลง วางมวลขนาดใหญ่ที่ปลายไม้บรรทัดหรือด้ามไม้กวาด แล้วลักษณะจะเปลี่ยนไป

แนวคิดนี้แสดงให้เห็นอย่างสวยงามในวิดีโอโดย Robert Butler จาก University of Oregon

ปัญหาที่ก้องกังวาน

แน่นอนว่าโครงสร้างจริงและแผ่นดินไหวจริงนั้นซับซ้อนกว่ามาก โครงสร้างจริงมีความถี่ธรรมชาติมากมาย และแผ่นดินไหวสั่นสะเทือนไปทั่ว (หรือสเปกตรัม ) ของความถี่

การทำลายล้างเกิดขึ้นเมื่อความถี่ธรรมชาติของอาคารใด ๆ ตรงกับความถี่ที่เด่นชัดของแผ่นดินไหว ในบางสถานการณ์ อาจมีโครงสร้างเพียงไม่กี่แห่งที่หลีกเลี่ยงการผสมผสานที่เป็นอันตรายนี้ เช่น หอนาฬิกาที่อมาตริซ หรือปล่องไฟในซานฟรานซิสโก

ลักษณะของการสั่นที่ Amatrice ยังไม่ได้รับการเผยแพร่ แต่มีความเป็นไปได้สูงที่หอคอยจะยืนอยู่ไม่เพียงเพราะสร้างได้ดีในตัวอย่างแรก แต่ยังเป็นเพราะมีขนาดและรูปร่างที่เหมาะสมเพื่อให้รอดพ้นจากความถี่ของ แรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นระหว่างแผ่นดินไหวขนาดปานกลางในอิตาลี

กระบวนการนี้มีความสำคัญเท่าเทียมกันในภูมิภาคอื่นๆ แผ่นดินไหวในเมียนมาร์ เมื่อวันที่ 24 ส.ค. แผ่นดินไหว ขนาด 6.8 แมกนิจูด สร้างความเสียหายแก่วัดเก่าแก่หลายแห่งในหุบเขาอิรวดี แต่ปรากฏว่าไม่มีทีท่าว่าจะพังทลายลง โครงสร้างสูงแต่หมอบเหล่านี้ไวต่อการสั่นสะเทือนความถี่สูง ในขณะที่การผ่านของคลื่นแผ่นดินไหวผ่าน alluvium มีแนวโน้มที่จะขยายคลื่นแผ่นดินไหวที่มีความถี่ต่ำเป็นส่วนใหญ่

วัดที่เป็นสัญลักษณ์ของเมียนมาร์หลายแห่งได้รับความเสียหายระหว่างแผ่นดินไหวครั้งล่าสุด แต่ไม่ถูกทำลาย EPA/ไฮน์ เฮตเตต

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความเสียหายส่วนใหญ่ของวัดดูเหมือนจะเกิดขึ้นจากการพังทลายของ“การบูรณะ” ราคาถูกเมื่อเร็วๆนี้

แนวทางปฏิบัติในอาคารมีความสำคัญอย่างยิ่งในการบรรเทาผลกระทบจากแรงสั่นสะเทือนต่ออาคาร อาคารสมัยใหม่มักจะติดตั้งอุปกรณ์เพื่อลดผลกระทบจากเสียงสะท้อน โซลูชันทางวิศวกรรมมีไว้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพย้อนหลังของอาคารก่ออิฐฉาบปูนที่ไม่มีการเสริมแรง โดยมีผลกระทบต่อความสวยงามเพียงเล็กน้อย

ในอิตาลี การติดตั้งเพิ่มเติมนี้จำเป็นต้องดำเนินการโดยเร็วที่สุดก่อนที่จะเกิดแผ่นดินไหวครั้งต่อไป นี่จะเป็นการออกกำลังกายที่มีค่าใช้จ่ายสูง แม้แต่หอคอยยุคกลางที่ดูเหมือนคืนสภาพได้ก็อาจต้องได้รับการดัดแปลง เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วหอคอยเหล่านี้ได้สะสมความเสียหายในระดับหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม อิตาลีเป็นศูนย์กลางทางวัฒนธรรมและการท่องเที่ยวที่สำคัญระดับโลก และอาคารที่เกิดแผ่นดินไหวได้ง่ายเช่นเดียวกับในเมียนมาร์ เป็นส่วนหนึ่งของมรดกร่วมของเรา อิตาลีไม่ควรถูกปล่อยให้ต้องดิ้นรนเพียงลำพังกับการจัดการอันตรายจากอาคารที่เกิดแผ่นดินไหว

Credit : สล็อต