Саман и землетрясения
Наши жизни подчинены драматическим событиям, освещаемым в печати, поэтому наше внимание иногда сосредотачивается на редких бедствиях, а не на ежедневных проблемах. Разрушение землетрясением кирпичных зданий драматично и фотогенично. Мы все видели фотографии в газетах опустошенных зданий в зонах землетрясений, балок, направленных в небо из разрушенных стен, несчастных, оставшихся в живых, стоящих в тряпках перед руинами.
Наши опасения были преувеличены, особенно за прошлое десятилетие. Или таким образом защищают интересы тех, кто стремится увеличивать продажу строительных материалов, увеличивая общественные здания, и теперь предоставляют жилье, напичканное дополнительной сталью, бетоном и древесиной, все во имя безопасности от землетрясений. Гильдия инженеров имеет прибыль от сейсмических проблем, а инженеры имеют тенденцию искоса смотреть на неисчисляемые материалы типа земли. Но мы должны помнить, что те же автострады в Сан-Франциско, которые разрушились в 1989 году во время землетрясения Лома Приета, принадлежали к «утяжеленным» проектам, как многие высотные здания в Мехико Сити и Кобэ, которые упали во время недавних землетрясений. Глиняные здания не единственные, которые страдают от землетрясений, а иногда они успешно остаются целыми.
Какова эффективность земляных зданий в условиях землетрясений? К сожалению, ответить очень сложно. Землетрясения непредсказуемы, поскольку их действие на уровне земли это результат комплекса волн, толчков и колебаний, которые обычно рождаются глубоко-глубоко внизу. На улице из идентичных зданий одно может разрушиться полностью, в то время как другие останутся неповрежденными. Поэтому трудно сделать выводы из ограниченных данных. Тем не менее, ниже представлены некоторые истории, которые рассматривают вопрос с двух сторон.
В 1976 году Гватемала перенесла ряд землетрясений, которые оставили бездомными одну треть населения. Тридцать тысяч человек погибло, многие из них в разрушающихся зданиях самана. Янто присутствовал в Гватемала Сити в то время и был призван на службу правительством для изучения причин разрушения и предложения методов предотвращению будущих катастроф. Он, в частности, отметил, что саманные, кирпичные и бетонные здания рушились почти в равной мере и что саманные постройки пережили землетрясения лучше, а бетонные хуже.
Другое важное заключение состояло в том, что строения из самана были ослаблены слабым соединением известкового раствора. Стены из саманных кирпичей строят путем складывания высушенных солнцем кирпичей из грязи, обычно на сантиметр, помещая в 2х сантиметровый слой влажной грязи горизонтально между каждым слоем и вертикально между смежными кирпичами. Поскольку слой известкового раствора сохнет, он сокращается и немного отделяется от саманных кирпичей, оставляя много микроскопических трещин в стене. Когда происходит землетрясение, стены, разделенные по этим трещинам на отдельные саманные кирпичи или целые секции, освобождаются. Самой общей причиной смерти в разрушающихся структурах самана было удушье. Слои саманных блоков оседают друг против друга, превращая в пыль известковый раствор между ними и образуя облака глиняной пыли, которой большинство людей не смогло избежать. Другие люди были раздавлены падающими блоками самана или крышей.
Если действительно главной причиной разрушения самана от землетрясения было слабое соединение известковым раствором, монолитные саманные строения должны выдерживать землетрясения лучше. Янто и Линда в частности также для проверки этой гипотезы отправились в Новую Зеландию в 1995 году. Новая Зеландия, имеющая массу старых саманных зданий в сейсмически активных зонах, это превосходное место для оценки эффектов землетрясений на самане.
Новая Зеландия была колонизирована европейцами в ХIХ веке, по большей части бедными фермерами из деревенских районов Ирландии, Шотландии и Уэльса, где был местный саман. Когда они достигли противоположного конца земли, транспортные системы были развиты минимально. Везти строительные материалы с другого конца света были дорого, даже если они были доступны. В области, где древесины было недостаточно, поселенцы имели только землю на своем участке, также было доступно любое волокно, первоначально местная трава, названная тассок (в переводе «кочка»), а позднее зерновая солома. К 1867 году было зарегистрировано 7.470 саманных зданий на Южном острове, что составляло каждое пятое жилище.
В Англии большинство существующих саманных зданий построено хорошо с прочными стенами в 60-90 см толщиной на высоких каменных фундаментах. Наиболее видные из них — это удобные здания, в которых непрерывно жили и прогревали их с того момента, когда они были построены. В противоположность этому, новозеландские саманные здания были собраны главным образом наспех, со стенами обычно не больше 40 см толщиной, а некоторые только 27 см толщиной. Фундаменты минимальны, в некоторых случаях полностью отсутствуют, и большинство зданий находятся во влажном, ветреном климате.
Для многих новозеландских иммигрантов саманный дом из блоков был, должно быть, напоминанием о бедности, от которой они бежали, так как росло благосостояние, дети переселенцев заменяли саманные постройки зданиями из древесины или кирпича. К 1901 году лишь 1.500 из первоначальных саманных зданий были все еще жилыми. Остальные стали убежищем для животных, навесами для инструмента и мастерскими, постепенно распадаясь и разрушаясь. Теперь, спустя 150 лет после того, как они были построены, многие из этих зданий-пионеров разрушены. Но поразительное количество все еще существует, несколько сотен, по крайней мере, особенно большие и более сложные экземпляры.
Самыми очевидными причинами разрушения были: цементная штукатурка, обычно с средины ХХ столетия, разрушение крыши, и брызги, повреждающие основания стен. Янто и Линда не смогли обнаружить отдельных случаев разрушения по причине землетрясения, хотя это не обязательно является доказательством способности самана сопротивляться землетрясениям. Местные жители сказали, что после Второй мировой войны не было никаких серьезных землетрясений и что до недавнего времени интерес к саманным зданиям был небольшой, так что даже достаточно старые люди, которые помнят большие землетрясения в 1930-е годы, имеют более важные дела, чем забота о судьбе старых необитаемых глиняных надворных построек. Даже в этом случае разрушение, вызванное землетрясением, отличается в диагональном Х-образце и должно быть принято во внимание для рассмотрения причин существования зданий. Любопытно, что этого не произошло. В семнадцати зданиях, осмотренных нами весьма тщательно, мы были не в состоянии найти отдельную трещину, которую могли бы приписать землетрясению. С другой стороны, было несколько историй подобных следующему.
Броадгрин — это значительное по размерам, двухэтажное здание середины викторианской эпохи, построенное в 1855-56 годах полностью из структурного самана. Оно располагается около Нельсона, в северном конце Южного Острова. Область Нельсона перенесла два серьезных землетрясения, которые опустошили город, одно в 1870-х годах, другое в 1931. Много зданий разрушилось во время обоих землетрясениях, включая престижный Колледж для мальчиков, построенный из кирпича, в котором распалось несколько блоков. Так как теперь Броадгрин является общественным музеем, мы смогли проводить большую часть утра, тщательно его осматривая. Дом, в терминах сейсмической теории проектирования, является сложным комплексом почти всего, что строители могли сделать для гарантированного несчастья при землетрясении, все же он в превосходном состоянии.
Что делали строители, чтобы пригласить неудачу? Они выбрали участок на аллювиальной почве. Они строили из илистого, бедного материала, без большого количества глины или грубого песка. Они добавили в смесь много свободных камней, размером с кулак, ослабляющих монолитность самана. Фундамент был минимален, очевидно, из таких же камней размером с кулак, на месте их трудно было локализировать. Источником материала для самана служила яма непосредственно под домом, которая все еще служит как бы неровным основанием. Стены не сужаются, не изгибаются и не подпираются. Они поднимаются приблизительно до 7,5 м во фронтонах при постоянной толщине 50 и 40 см (для сравнения, нормы и правила для саманного строительства для Нью-Мексико определяют соотношение ширины к высоте 1 к 10, стены Броадгрина должны бы быть 75 см толщиной). Фасад перфорирован множеством открытых элементов, некоторые из них очень большие, и все они, конечно, ослабляют здание. Вместо того, чтобы быть ультра-легкого веса (по рекомендации для сейсмической зоны), крыша покрыта хорошим уэльсским сланцем. Вероятно, наиболее тяжелая крыша, которую могли выбрать. И Броадгрин стоит 140 лет, красивый как когда-то, без единой серьезной трещины. Интересный материал для размышления. Но, у нас нет твердых ответов, почему он сохранился.
В Новозеландских саманных зданиях мы наблюдали, что любые структурные трещины почти всегда концентрировались в углах здания и над окнами и дверями. Эти трещины были вызваны не землетрясениями, а усадкой, наклоном стен и влажным фундаментом. Ассоциация земляных строителей Новой Зеландии объявляет гордо: «Во всей Новой Зеландии и во всех сейсмических зонах этой страны земляные здания успешно противостояли землетрясениям. Известно, что Уэллингтон, Нельсон и Мальборо расположены в худшей сейсмической зоне нашей страны, и все же они имеют много экземпляров давнишних земляных зданий».