Почему старинные башни выдерживают землетрясения?

Что удивительно, такие случаи — не редкость. Высокие и хрупкие на вид древние сооружения выживают в землетрясениях, тогда как современные и устойчивые на вид здания становятся руинами. Похожая ситуация сложилась и во время землетярсения 19 сентября 2016 года в Мексике — рушились в основном низкие здания.

В городе Сан-Джиминьяно, в 200 км от центра землетрясения в Аматриче, 14 башен XII века пережили множество больших и маленьких землетрясений.

Подобные башни можно увидеть в Альбе в Северной Италии.

Легендарное фото Измитского землетрясения, которое произошло в Турции в 1999 году, — одинокая мечеть Гельджюк среди развалин.

Фотографии землетрясения 1906 года в Сан-Франциско демонстрируют ряд дымоходов на фоне того, что осталось от города.

Землетрясение магнитудой 6,8, которое сотрясло Мьянму в 2016 году, повредило много исторических храмов в долине Иравади, но ни один из них не разрушился.

Почему башни не рушатся?

Секрет уцелевших зданий не только в мастерстве древних строителей. Давайте разберемся, как волны землетрясения взаимодействуют со зданиями.

Землетрясения генерируют сейсмические волны, которые проходят через землю. Как и океанские волны, они имеют гребни и впадины. Частота волны связана с ее периодом, временем, необходимым для прохождения одной волны.

Здания имеют различную резонансную частоту и разный естественный период колебаний. Представьте ребенка на качелях — качели с короткими веревками завершат один цикл гораздо быстрее, чем с длинными. То же верно зданий различной высоты. Здание — это перевернутый маятник и более высокие имеют более длинные периоды колебаний. Кроме того, на период влияет также грунт, на котором построено здание: более короткий — на мягком грунте и длинный — на каменном.

Высокочастотные (с коротким периодом) волны землетрясения, следовательно, усиливаются в каменных породах и вызываются умеренными и слабыми землетрясениями.

Низкочастотные (с большим периодом) волны усиливаются в осадочных породах и образуются во время крупных землетрясений, таких как печально известное землетрясение 2011 года в Японии и землетрясение в Непале, повалившее башню Дхарахара в 2015 году.

Когда резонансная частота грунта совпадает с резонансной частотой здания, оно претерпевает наибольшие возможные колебания и получает наибольший ущерб. Жесткость и распределение массы по высоте здания также имеют большое влияние на вероятность разрушения.

На видеозаписи представлен наглядный пример взаимодействия зданий и сейсмических волн:

Ценные древние здания необходимо модернизировать и делать более устойчивыми к землетрясениям. Нельзя забывать и про накопительный эффект — пережившие многие подземные толчки башни и храмы могут копить в себе напряжение и рухнуть после слабого сейсмособытия.