ITHACA, N.Y. – Számos közelmúltbeli nagy földrengésben – például a kaliforniai Northridge-ben 1994-ben és a japán Kobe-ban 1995-ben – a legriasztóbb károk az eltemetett földgázvezetékekben történtek, ezek többsége sérülékeny könyökízületek segítségével az elsőbbség mentén görbül. A nagynyomású gázvezeték megrepedésének veszélye robbanás vagy akár tűzgolyó is lehet.
A földrengések gázvezetékekre gyakorolt hatásának tesztelésére a Cornell Egyetem és a Tokyo Gas Co. összefogott a valaha épített legnagyobb ilyen jellegű kísérleti létesítményben, hogy pontosan lássák, mi történik, ha a föld hevesen nekiütközik egy földalatti vezetéknek.
A következő hetekben a Cornell's Winter Laboratoryban a két szervezet tudósai, valamint Masanori Hamada földrengés-szakértő, a japán Waseda Egyetem professzora, földrengésterhelést szimulálnak négy 30 láb hosszú, L alakú acélon. gázvezetékek - Japánban gyártották, Tokió utcái alatti használatra - 60 tonna mozgó homokkal szembeállítva őket.
A kísérletek eredményeit a japán gázvezetékek földrengésállósági tervezési szabályzatának elkészítéséhez használjuk fel.
Azonban – mondja Thomas O'Rourke, a Cornell építő- és környezetmérnöki professzora és a kísérlet fő kutatója – „ez a teszt és szimuláció nagyon jelentős előrelépést jelent az összes földalatti csővezeték tervezése terén. Ha a csővezetékeket határhelyzetekre helyezzük át, mint például a gáz- vagy olajszállítás a tengerfenéken, hegyhágókon vagy földrengésveszélyes területeken, jobban meg kell értenünk e kritikus létesítmények szélsőséges deformációs viselkedését."
Hozzáteszi Koji Yoshizaki, a Tokyo Gas munkatársa, aki az elmúlt két évben a Cornell vendégtudósa volt, és aki a kísérlet tervezését vezette: "Mert még soha nem tudtunk ilyen tesztet végezni a földön., nem tudtuk kalibrálni számítógépes modellünket arra vonatkozóan, hogyan viselkedik az eltemetett csővezeték, amikor egy földcsuszamlás hatalmas erőinek van kitéve." A Tokyo Gas több mint 100 000 dollárral járult hozzá a kísérlet költségeihez.
A készülék valóban földrengés méretű. Egy masszív, L-alakú, acél erősítésű, 14 láb széles és 30 láb hosszú fadobozt homokkal töltöttek meg egy háromszintes garatból. A doboz két részből áll, az egyik fix, a másik - az L alakú rész - mozgatható. Az egy könyökcsuklóval rendelkező csővezeték derékszögben halad át a dobozszerkezeten, 3 láb homok alatt, és mindkét végén a padlóhoz van csavarozva.
Ezután mindössze 70 másodpercen belül az L-alakú dobozrész 4 lábbal a másikhoz kerül egy 10 tonnás daru segítségével, amely egy nyolctárcsás blokkot és felszerelést húz.
A 60 tonna nyíró homok 4 hüvelyk átmérőjű acélcsövekre gyakorolt ereje - amely szimulálja a föld mozgását egy tipikus 7-es vagy annál nagyobb erősségű földrengés esetén - várhatóan nem repeszti fel a fémet, hanem jelentősen deformálja.. Valójában a projekt mérnökei úgy becsülik, hogy a mozgó homok legfeljebb 50 font/négyzethüvelyk nyomást fog a csővezetékre felerősíteni. Ez nagyjából egyenlővé teszi a feszültséget egy 250 tonnás autóköteg vagy egy 40-50 emeletes épület alatti egyenletes nyomással.
"A kísérletet meglehetősen okosan tervezték meg, tekintettel a csővezetékek legrosszabb körülményeire" - mondja James Mason, a Cornell diplomás kutatási asszisztense - valamint egy engedélyezett építőmérnök - a projektről. "Célunk az állapot összehasonlítása és elemzése a valós körülményeknek megfelelő mértékben."
Az adatok rögzítése 120 nyúlásmérőn keresztül történik, amelyeket minden csőhöz csatlakoztattak.Ezenkívül más speciális érzékelők rögzítik az olyan információkat, mint a cső és a talaj közötti erő, valamint a cső elmozdulása a doboz méretéhez képest. Ezeket az adatokat továbbítják az angliai Cambridge-i Egyetem elemzőinek, akik a Tokyo Gas-szal dolgoznak a talajszerkezeti számítógépes modellek következő generációjának kifejlesztésén.
A négy teszt különböző körülményeket szimulál mozgó talajban – például közvetlen nyírást és oldalirányú terítést – a homok sűrűségének (tömörítés révén) és nedvességtartalmának megváltoztatásával. A szimulált talajszakadások, mondja O'Rourke, általánosak a hibaszakadásokra, a cseppfolyósodásra és a földcsuszamlásokra. A földkéreg lemezhatárainál hibaszakadások következnek be, amikor a hirtelen felszabaduló energia földrengést okoz. A cseppfolyósodás akkor következik be, amikor egy földrengés rezgései gyorsan mozgó, viszkózus részecskék tömegét hoznak létre a vízfelület alatt, amely magával rántja a szilárd talajt felette, hatalmas erőket hozva létre az eltemetett csővezetékeken.
Bár nagy is a laboratóriumi kísérlet, a Tokyo Gas Yoshizakija eredetileg a jelenlegi méretű homokozót javasolta.Tim Bond, a Winter Lab menedzsere azonban azt mondja, hogy 60 tonna homok mozgatása és szigorú szabványok szerinti elhelyezése önmagában "nagy gyakorlat az ipari folyamatok ellenőrzésében".
A kísérletet a Nemzeti Tudományos Alapítvány (National Science Foundation) programja is támogatja a városi földrengések katasztrófáinak mérséklésével foglalkozó amerikai-japán együttműködési kutatásra, valamint a buffaloi New York-i Állami Egyetem Földrengésmérnöki Kutatóközpontja Multi-Diszciplináris Központja.
Kapcsolódó világméretű webhely:
Tokyo Gas Co.:
