6 февруари 2023 г., понеделник. Още в ранна утрин вече бях получил притеснителни съобщения от приятели и колеги във връзка със земетресение с магнитуд 7,8 по скалата на Рихтер, регистрирано на територията на съседна Турция и в някои райони на Сирия. Веднага си спомних за земетресението в Измит през 1999 г. и катастрофалните последици от него. Повече от 17 хил. жертви и материални загуби за над 3 млрд. долара и в този момент дъхът ми спря. Надявах се, че мерките за подобряване, които правителството и инженерната общност в южната ни съседка са взели след 1999  г., са оказали достатъчно сериозно влияние върху сеизмичната устойчивост на сградите и инфраструктурата в Турция към днешна дата. В последващите часове, дни и седмици обаче черната статистика започна да се засилва и човешката трагедия стана факт – към настоящия момент броят на жертвите от природното бедствие надхвърля 50 хил., а предварителният поглед върху материалните щети ги оценява на над 100 млрд. долара.

Защо се стигна дотук?

Академичната общност в Турция вече запретна ръкави и започна работа по детайлен анализ на причините за разрушенията от тазгодишното земетресение. Мащабът на бедствието е твърде голям, за да бъдат направени еднозначни изводи на този етап, но въпреки това за някои заключения има постигнато единодушие: регистрираното сеизмично въздействие е нетипично голямо и неочаквано по вид за региона, влиянието на локалните геоложки условия са изиграли неблагоприятна роля за част от сградите поради втечняване на почвите и засилване на ефекта от земетръс, а постройките, изградени след 2000 г., са демонстрирали качествено по-добро поведение спрямо по-старите конструкции – лъч светлина в мрачната ситуация. Въпреки констатациите тежката загуба, свързана с невинни човешки животи, остава. Уроците, които трябва да бъдат научени, за да бъде намален рискът от неблагоприятни последствия от подобни природни феномени в бъдеще, са твърде много.

Подадената японска ръка

Броени дни след турско-сирийското земетресение с мен се свърза Такаши Кийота, професор в Токийския университет, мой приятел и научен партньор през последните години. Понастоящем проф. Кийота един от световните пионери в областта на геотехническото сеизмично инженерство. В своето писмо той ме информира, че сформират техническа група към Архитектурния институт на Япония, включваща специалисти от различни области – строителни и геотехнически инженери, геолози и сеизмолози, която да посети засегнатите райони в Турция и да съдейства на местната общност с детайлен анализ на ситуацията. За мен беше чест да бъда поканен в научната експедиция, която се състоя в края на месец март, и да видя от първо лице подхода на колегите от Далечния изток – непосредствено след опустошително земетресение. Директните впечатления, които имам натрупани още от дете до ден днешен по време на няколко мои дълги престоя в Япония, бяха затвърдени. По време на сеизмичното картографиране, полевите проучвания и заснемането японският екип държеше да постави на първо място човечността и съпричастността си към бедстващия турски народ, като същевременно извлече ценен опит и поуки, които да послужат за база на допълнителна дискусия в родината им. Участието на Япония и пряката ангажираност в проучванията непосредствено след земетресението в Турция от тази година е една малка демонстрация, показваща защо тази държава е перла в световната корона на противоземетръсното инженерство.

Японският опит

Впечатляващите резултати на Япония в противоземетръсното инженерство е доказателство за непреклонността и отдадеността на нацията в посока справяне с природните бедствия. Въпреки че Страната на изгряващото слънце често е подлагана на сеизмични въздействия, с течение на времето негативните последствия от земетресенията са сведени до минимум чрез иновативни инженерни подходи и многопластови стратегии за справяне с природните стихии.

География, традиции и история

Местоположението на Япония в Тихоокеанския огнен пръстен я прави силно уязвима от гледна точка на сеизмичност и вулканична дейност. Страната е разположена в пресечна точка на четири тектонски плочи – Северноамериканска, Евразийска, Тихоокеанска и Филипинска. В резултат на това годишният брой на земетресенията в Япония надхвърля 1500. Те са се превърнали в част от битието на всеки японец, като същевременно са и неразделна част от културното наследство на Страната на изгряващото слънце – служат за база на множество легенди и поверия. Един от най-известните герои в японската митология е гигантският сом Намазу, който живее дълбоко под земята и причинява земетресения, докато буйства. Според някои легенди Намазу е контролиран от бог на име Кашима, а според други – магически камък го държи затиснат.

Историята на Япония помни множество опустошителни земетресения, някои от които са довели до значителни загуби на живот и материални щети. Голямото земетресение в Канто от 1923 г., регистрирано с магнитуд 7,9 по скалата на Рихтер, убива повече от 100 хил. души и разрушава над 570 хил. сгради, а това в Кобе от 1995 г. с магнитуд 6,9 по скалата на Рихтер отнема живота на над 6 хил. души и причинява финансови щети от 200 млрд. долара. Най-пресният пример е голямото земетресение в Тохоку от 2011 г. с магнитуд 9,1 по скалата на Рихтер, което носи освен трагични последици за над 18 хил. души, така и колосални инфраструктурни разрушения и ядрена катастрофа във Фукушима. Въпреки това с оглед на изключителната си мощ (то е едно от най-силните регистрирани земетресения в човешката история) щетите са в относително разумни граници.

Именно трагедиите през годините подтикват японското правителство и инженерната общност да работят неуморно върху иновативни противоземетръсни технологии, които да служат в полза на хората, като намалят бъдещия риск.

Нормативна база

Не е изненада, че Япония има едни от най-безкомпромисните и задълбочени норми за сеизмично проектиране в света (първите документи датират от 1898 г.), а за пръв път през 1950 г. стандартът изисква всички сгради да бъдат осигурени против земетръс. Нещо повече, тогавашните изисквания налагат всички конструкции, които са по-високи от три етажа, да бъдат оценени от сеизмична гледна точка и усилени, ако е необходимо. През годините (1981 г., 1995 г., 2000 г. и 2011 г.) следват редица модификации и усъвършенствания – в някои случаи базирани на горчив местен опит (Кобе – 1995 г., и Тохоку – 2011 г.).

Нормите и стандартите за проектиране в Япония са базирани на най-модерните научни изследвания в областта на сеизмичното инженерство – те са плод на непрестанното инвестиране на японското правителство в подобен тип разработки. Специалистите от академичните среди, инженерите в практиката и държавните служители работят в завиден синхрон. Съвместните усилия са ключът към успеха.

Сеизмична изолация в основите

Концепцията, базирана на сеизмичната изолация в основите на сградата, е едно от най-авангардните и иновативни постижения в противоземетръсното инженерство – тя е разработена от Йошиказу Такада през 60-те години на миналия век и се базира на изграждане на връхната конструкция върху система от пружини, демпфери и лагери, които на практика я отделят от земната основа. Крайната цел е сеизмичната изолация да позволи хоризонтално преместване на сградата по време на земетресение, като същевременно в контактната зона се поглъща енергия, а предаваното към връхната конструкция динамично въздействие бива филтрирано. Този ефективен метод се използва в Япония от 80-те години, устоял е на времето и доказано води до минимизиране на щетите от земетресения. Съществена част от стратегическата инфраструктура на страната (атомни електроцентрали, болници, центрове за спешно реагиране и др.) е изградена върху сеизмична изолация.

Системи за ранно предупреждение

Япония разполага с усъвършенствани системи за ранно предупреждение при земетресения – чрез приложения в телевизия, радио и смартфони те дават индикация на хората в засегнатите райони преди сеизмичното въздействие да настъпи. Този тип системи използват мрежа от датчици за идентифициране на сеизмичните вълни и мигновено изчисляват очаквания интензитет и времетраене на земетресението. Това дава възможност на населението да използва ценни секунди, за да се подготви – понякога именно това време е с решаваща роля за предотвратяване на нараняване или дори смърт. Тази японска иновация е изключително ефективна, а статистиката показва, че през годините е спасила хиляди човешки животи.

Проучване, развитие и международни партньорства

През последните десетилетия японското правителство активно инвестира средства в изследване на земетресенията и в мерки за намаляване на щетите от тях. Редица университети, лаборатории и изследователски институти в страната са посветени на изучаването на сеизмичната активност и разработването на иновативни концепции. Резултатът от тези усилия е видим дори за обикновените граждани и те живеят с убеждението, че се намират в безопасна урбанистична среда.

Друг аспект, на който се основава успехът на държавата от Далечния изток в противоземетръсното инженерство, е фокусът върху взаимодействието на академията с индустрията. Университетите и частните фирми работят в синхрон, като се допълват взаимно – съществена част от финансовите средства на академичните звена се осигуряват във връзка с реални инвестиционни проекти, а в замяна компаниите получават авангардни и научно обосновани решения с практическа приложимост. По време на професионалната ми кариера имах възможност да специализирам два пъти в Токийския университет и нагледно да ми бъде демонстриран този подход. Последният ми престой в Лабораторията за намаляване на геотехническите бедствия към Института за индустриална наука приключи наскоро. Той беше свързан с изследване на възможността за вграждане на дървени елементи в земната основа. Това води до уплътняване и съответно до намаляване на риска от втечняване на почвите при земетръс. Изводите, които успяхме да направим на база на експерименти с екипа на проф. Такаши Кийота, бяха плод и на съвместна работа с местна компания, която беше заинтересована от прилагане на методиката при изграждане на еднофамилни къщи върху уязвими от сеизмична гледна точка строителни площадки.

Усилията на японските специалисти не се ограничават единствено до проекти на местно ниво, а напротив – те се разгръщат още по-дълбоко, в посока международно сътрудничество. Японските фирми често си партнират с компании от други държави при проектиране и изграждане на устойчиви на сеизмични въздействия конструкции. През годините Япония си е изградила репутация на страна носител на впечатляваща експертиза в земетръсното инженерство. Пример за позитивната настройка за колаборация от страна на държавата от Далечния изток е сегашното ми партньорство с Токийския университет. Целта му е да идентифицираме геотехническите причини за разрушенията от турско-сирийското земетресение от 2023 г., както и общия ни проект за оценка на сеизмичния риск на съществуващи хвостохранилища.

Успехът на Япония в противоземетръсното инженерство може да бъде отдаден на изкусна комбинация от фактори, включващи дълга история на сеизмична активност и културните особености, свързани с нея, стремежа на нацията към непрестанна иновация и усъвършенстване на нормативната база и не на последно място – поддържане на международни сътрудничества и партньорства. Въпреки че земетресенията ще продължат да представляват заплаха за държави от всички краища на света, опитът на Страната на изгряващото слънце в сферата на сеизмичното инженерство ще продължи да дава ценни уроци и на други страни, които целят да подобрят своята инфраструктура.