Mądry Japończyk po szkodzie (cz. 2)

O tym jak niszczycielskie potrafią być siły natury na pewno nie trzeba przekonywać Japończyków. Tego narodu akurat nie oszczędzają. W 1995 r. doświadczyły go po raz kolejny.

Wielkie trzęsienie ziemi i pożary w Tokio z 1923 r. pochłonęły około 142 tys. ofiar i wyrządziły znaczne szkody materialne w kraju. Te wydarzenia wryły się w pamięć zbiorową Japończyków i stały się przyczyną traumy narodowej. Zaledwie 20 lat później naród japoński doświadczył koszmaru II wojny światowej i jej skutków, a okres powojenny był trudnym czasem odbudowy kraju. Bombardowania lotnicze objęły bowiem jedną trzecią jego terytorium.

Zmiana priorytetów pozwoliła na szybki rozwój społeczno-gospodarczy. Zdewastowany kraj, pozbawiony surowców naturalnych (bez złóż ropy naftowej, węgla czy rud metali), stał się światowym mocarstwem, przodującym w wielu dziedzinach nauki i techniki. Wiele energii kosztowało opracowanie sposobów radzenia sobie z klęskami żywiołowymi. Kolejna próba nadeszła wraz z trzęsieniem ziemi 17 stycznia 1995 r.

Zmiany w przepisach budowlanych przed 1995 r.

Pierwsze regulacje promujące wznoszenie budynków gwarantujących bezpieczeństwo na wypadek trzęsień ziemi zawarto w Prawie standardów budowlanych Japonii (Building Standard Law of Japan), uchwalonym w 1950 r.

Zmiany w przepisach wprowadzone w 1981 r. uwzględniały już badania i doświadczenia sejsmologiczne dotyczące wpływu wstrząsów na konstrukcję budynków. Wprowadzono wymagania dla budynków na wypadek wystąpienia trzęsienia ziemi o intensywności sejsmicznej o stopniu „górnym 6”, w siedmiostopniowej skali. Głównym założeniem nowelizacji było zapobieganie upadkom budynków i zminimalizowanie strat spowodowanych naruszeniem ich konstrukcji. Budynki wzniesione przed 1981 r. zostały sklasyfikowane jako „istniejące niezgodne budynki”. To ich zniszczenia stanowiły większość szkód po trzęsieniu ziemi w Kobe.

Japoński Instytut Meteorologii trzęsienia ziemi mierzy w skali sejsmicznej JMA - skrót ten oznacza „stopień intensywności wstrząsów”. Określa się ją terminem shindo. Intensywność wstrząsów nie jest całkowicie uwarunkowana magnitudą i zależy od lokalizacji. Na jednym obszarze może wystąpić trzęsienie ziemi o intensywności shindo 3 (odczuwalne przez większość ludzi), podczas gdy na innym obszarze to samo trzęsienie - ze względu właśnie na nasilenie drgań - zostanie odnotowane jako shindo 4 [1].

O trzęsieniu ziemi w Kobe

17 stycznia 1995 r. o godzinie 5.46 lokalnego czasu w rejonie miast Kobe i Osaka w południowo-centralnej Japonii odnotowano wstrząsy o sile 7,2 stopnia w skali Richtera. To drugi w kraju region, zaraz po Tokio, pod względem skali zaludnienia i uprzemysłowienia. Jego populacja wynosiła około 10 mln, a w samym mieście Kobe mieszkało około 1,5 mln ludzi. Epicentrum wstrząsu znajdowało się około 16 km pod powierzchnią ziemi w północnej części wyspy Awaji, 20 km od portu w Kobe. Wstrząsy trwały około 20 s i spowodowały ogromne szkody na dużym obszarze. Po katastrofie potwierdzonych zostało ponad 6000 zgonów, a liczba rannych sięgała 35 tys. Prawie 180 tys. budynków zostało poważnie uszkodzonych lub całkowicie zniszczonych, a z szacunków urzędników wynikało, że ponad 300 tys. osób straciło dach nad głową [2]. Było to największe od 1923 r. trzęsienie ziemi pod względem liczby ofiar. Obecnie zaliczane jest do najpoważniejszych w historii Japonii klęsk żywiołowych, biorąc pod uwagę straty ekonomiczne (a ówcześnie było najgorszym w skutkach na świecie). Bezpośrednie szkody szacuje się na ponad 147 mld dolarów. Nie dotyczy to pośrednich skutków ekonomicznych związanych z przerwą w działalności zakładów przemysłowych i stratami produkcyjnymi. Zniszczenia nastąpiły w promieniu ponad 100 km od epicentrum trzęsienia ziemi, najbardziej ucierpiało Kobe [3].

Ówczesna sytuacja pożarowa

W ciągu kilku minut po odczuwalnych wstrząsach powstało około 100 pożarów, przede wszystkim w obszarze gęstej, niskiej tradycyjnej zabudowy w centrum miasta. Były to głównie budynki mieszkalno-handlowe, o drewnianej konstrukcji. Pierwsze dwie godziny przyniosły rozwój kilku bardzo dużych pożarów, każdy odpowiadał wielkością kilku kwartałom zabudowy. W sumie w samym tylko Kobe odnotowano 148 pożarów [4]. Straż pożarna w tym mieście była wówczas niezwykle nowoczesną jednostką, dobrze wyposażoną w sprzęt do walki z pożarami (m.in. dwa śmigłowce, dwie łodzie i 196 pojazdów gaśniczych oraz inny sprzęt, w tym 72 pompy przenośne). Zatrudniała 1298 dobrze wyszkolonych strażaków. Prowadzenie działań gaśniczych było jednak bardzo trudne. Dojazd do pożarów utrudniały zawalone budynki i gruz na ulicach. Wiele obszarów pozostało niedostępnych dla pojazdów gaśniczych.

Woda do celów przeciwpożarowych pochodziła głównie z 30 rezerwowych zbiorników sieci wodociągowej miasta. Zakładano, i jak się okazało - słusznie, że w sytuacji trzęsienia ziemi sieć wodociągowa będzie nieprzydatna. Dwadzieścia dwa zbiorniki były podwójne, każdy z jednym zbiornikiem wyposażonym w zawór odcinający. Gwarantował on, że zgromadzona woda nie będzie używana do innych celów niż gaśnicze. Zawartość wydzielonej części zbiornika była przeznaczona do działań straży pożarnej, a sam zbiornik można było nazwać przeciwpożarowym zbiornikiem wodnym. W tym przypadku 22 zawory odcinające zadziałały prawidłowo, zachowując 30 tys. m3 wody. Niestety, ze względu na około 2 tys. przerw w podziemnym systemie sieci wodociągowej nie było szansy na wykorzystanie 23 500 hydrantów, a woda nie mogła zostać dostarczona w miejsca pożarów.

Miasto zapewniło również zaopatrzenie w wodę do zewnętrznego gaszenia pożaru w postaci 968 podziemnych cystern, zazwyczaj o pojemności 40 m3. Miały wystarczyć do zasilania pomp pożarniczych przez około 10 min. Wody wystarczyło zaledwie na 2-3 godziny. Było to zdecydowanie za mało, biorąc pod uwagę skalę pożarów [5].

Zniszczenia

Jednym ze skutków trzęsienia ziemi były liczne uszkodzenia podwyższonych autostrad i mostów. Polegały na ścięciu i zgnieceniu betonowych kolumn, wyboczeniach stalowych słupów, a także przesunięciu fundamentów. Konstrukcję mostów i autostrad niszczył nacisk o ogromnej sile. Masywne, żelbetowe okrągłe słupy nie były odporne na wstrząsy sejsmiczne. Zniszczeniu uległ około 600 m odcinek Hanshin Expressway, autostrady łączącej drogi okrążające Kobe, Osakę i Kioto, będącej przykładem zaawansowanej, nowoczesnej na ówczesne czasy technologii w inżynierii budowlanej [6]. Most Fukae, stanowiący część tej autostrady, oparty był na grupach 17 okrągłych kolumn o średnicy 3,1 m i wysokości 12 ± 1 m, monolitycznie połączonych betonowym podkładem [7]. I choć trudno to sobie wyobrazić, po prostu się przewrócił na jedną stronę.

Kataklizm nie oszczędził także infrastruktury kolejowej. Trzy główne linie prowadzone nasypami zostały zniszczone, wiadukty przewrócone, a szyny uległy zniekształceniu. Poważnie uszkodzony został m.in. podniesiony wiadukt, którym poruszał się Bullet Train (japońska sieć linii kolejowych z superszybkimi pociągami) [8].

Budownictwo

Drewniane domy pod wpływem wstrząsów sejsmicznych przewracały się jak domki z kart. Nie bez znaczenia pozostawał fakt, że do budowy tradycyjnego japońskiego domu używano drewna. Konstrukcja była zatem stosunkowo lekka, ale dach pokrywano ciężką dachówką ceramiczną, która miała chronić przed tajfunami [9]. Budynki waliły się pod jej ciężarem, stając się pułapkami dla ludzi. W 1995 r. w Kobe straciło życie 6000 osób, a 80% tej liczby poniosło śmierć w domach zawalonych pod ciężarem dachów [10].

Zmiany w zakresie ochrony przeciwpożarowej

Przepisy dotyczące japońskiego budownictwa sprzed 1998 r. były w dużej mierze zbiorem szczegółowych norm. Określały, jak budynek musi być zbudowany, a w tym - jakie materiały mogą zostać użyte. Jeśli ktoś zamierzał wykorzystać materiały, sprzęt, projekt lub metody budowlane, które nie odpowiadały przepisom szczegółowym, musiał uzyskać specjalną zgodę ministra. Sytuacja zmieniła się w 1998 r. Pod wpływem tragicznych wydarzeń w Kobe zostało zaktualizowane Prawo standardy budowlane Japonii (BSLJ). Ostatecznie ustanowiono je na nowo w 2000 r. [11] Znowelizowano także inne przepisy, tak by włączyć w zakres ich regulacji wymagania funkcjonalne dla budynków, zamiast szczegółowych specyfikacji technicznych odnoszących się do materiałów i konstrukcji. W Prawie została dodana metoda weryfikacji, zwana Kenshoho, dzięki której można szybko sprawdzić odporność ogniową elementów konstrukcyjnych [12]. Celem zmian wprowadzonych w 2000 r. było zapobieganie upadkom budynków osłabionych pożarem oraz rozprzestrzenianiu pożarów na sąsiednie obiekty. Stworzono więc funkcjonalne wymagania:

• nośne części konstrukcyjne budynku powinny wytrzymać obciążenie podczas pożaru,
• określono, że „rama” budynku (czyli ściany zewnętrzne i dach) nie może pozwolić na powstanie luki, przez którą ogień przeniknie od wewnątrz i na zewnątrz - w polskich przepisach oznacza to nośność ogniową (R),
• przeciwpożarowe podłogi i ściany wewnętrzne nie mogą tworzyć luki pozwalającej wnikać płomieniom ani przekazywać w obu kierunkach ciepła, które mogłoby zapalić materiały łatwopalne znajdujące się w sąsiedniej strefie pożarowej - u nas to szczelność ogniowa (E),
• ściany zewnętrzne nie mogą przekazywać takiej ilości ciepła, by była zdolna zapalić materiały łatwopalne w budynku - w Polsce mówimy o izolacyjności ogniowej (I) [12].

W Prawie zostały zdefiniowane m.in. materiały niepalne, trudno zapalne, budynki ognioodporne oraz strefy pożarowe, tworzone przez zastosowanie odpowiednich odległości między budynkami oraz pełnych ścian. Strefy przewidywano już w planach zagospodarowania przestrzennego miast, aby zapobiegać rozprzestrzenianiu się pożaru z budynku do budynku. Kategorie odporności pożarowej nie są uzależnione wyłącznie od wysokości i wielkości budynków, lecz także od gęstości zabudowy. W dużych miastach Japonii na znacznych obszarach wyznaczone zostały podwyższone standardy bezpieczeństwa pożarowego. W centrum miasta, będącym strefą pożarową, wymagany jest najwyższy poziom bezpieczeństwa pożarowego budynku, który ma trzy lub więcej kondygnacji oraz budynków, których łączna powierzchnia przekracza 100 m2. W obu przypadkach spełnione muszą być kryteria budynku ognioodpornego [13].

Przepisy zdefiniowały także budynki specjalne, czyli przeznaczone do użytku publicznego (teatry, domy towarowe, hale widowiskowe) i budynki, w których śpią ludzie (m.in. bloki mieszkalne, hotele, szpitale).

W ich przypadku znaczenie ma: finalne przeznaczenie budynku, liczba kondygnacji, powierzchnia budynku oraz jego usytuowanie, co przekłada się na wymogi stawiane elementom konstrukcyjnym. W Prawie zostały również określone standardowe odległości pomiędzy budynkami.

Ewakuacja

Do ewakuacji z budynku wykorzystuje się m.in.: schody ewakuacyjne, sprzęt oddymiający, oświetlenie ewakuacyjne i wejście do budynku dla służb ratowniczych (np. okno ratownicze).

Schody ewakuacyjne dzielimy na:

• klatki schodowe do szybkiej ewakuacji z wyższych pięter lub z piwnicy na piętro, z którego jest możliwe wyjście z budynku. Budynki wysokie lub określone „budynki specjalne” muszą mieć dwie lub więcej klatek schodowych dla służb, na wypadek gdyby nie można było z którejś skorzystać;
• schody ewakuacyjne i specjalne schody ewakuacyjne - wymagane w budynkach: wysokich, podpiwniczonych, użytkowanych przez wiele osób, np. domach handlowych. Stosowane, gdy klatki schodowe są niewystarczające, aby zapewnić bezpieczną ewakuację. Budynki ze schodami ewakuacyjnymi i specjalnymi schodami ewakuacyjnymi gwarantują lepszą ochronę przed skutkami pożarów niż budynki wyposażone wyłącznie w wewnętrzne klatki schodowe, wykorzystywane do ogólnych celów komunikacji.

Budynki o wysokości przekraczającej 31 m muszą być wyposażone w dźwigi dla ekip ratowniczych, a także zapewniać wejścia ratownicze (okna do celów ratowniczych) z zewnątrz na każdej kondygnacji, poczynając od trzeciego piętra, aż do 31 m. Dodatkowym wymogiem dla budynków specjalnych jest konieczność wyposażenia ich w urządzenia oddymiające.

Ochrona sejsmiczna

Po wielkim trzęsieniu ziemi w 1995 r. władze Japonii podchodzą do budowy obiektów bardzo rygorystycznie. Ustanowiono około 20 aktów prawnych, w tym ustawy o promocji modernizacji sejsmicznej istniejących budynków (Act for Promoting Seismic Retrofitting of Existing Buildings). Japoński rząd i samorządy gwarantują dotacje na ocenę stanu budynku i jego modernizację, obniżenie podatku dochodowego i podatku od nieruchomości oraz niskoprocentowe pożyczki na pokrycie kosztów modernizacji. [14]. Koszty budowy domu na terenie aktywnym sejsmicznie stają się o wiele większe, ale takie rozwiązania są niezbędne ze względów bezpieczeństwa.

Jednym z elementów systemu ochrony sejsmicznej budynków jest system izolacji fundamentów (budynki wznoszone są na elastycznych lub przesuwających się wspornikach) oraz system amortyzacji (instalowane w wewnętrznej ramie budynku amortyzatory pochłaniają energię wstrząsów i tym samym redukują zniszczenia, np. poprzez odbiór energii wstrząsów przez ruchome, ciężkie podwieszane elementy - wahadła) [15]. Systemy te zostały również wykorzystane w istniejących już budynkach i z powodzeniem funkcjonują w czasie wstrząsów.

System wciąż doskonalony

Japończycy, niejednokrotnie doświadczani przez bardzo silne trzęsienia ziemi, ciągle doskonalą metody zabezpieczeń i minimalizacji ich skutków. W tym obszarze szczególnie rozwijają trzy dziedziny: prewencję, organizację i interwencję.

W Japonii od lat pracuje się nad zapobieganiem tego rodzaju katastrofom na różne sposoby, począwszy od badań sejsmologicznych, po wprowadzanie aktów prawnych dotyczących zabezpieczeń budynków. Organizacja o której mowa, to w skrócie wskazówki, zalecenia i ćwiczenia, które uczą właściwych zachowań na wypadek wystąpienia wstrząsów.

Wstrząsy skorupy ziemskiej to dla Japończyków w pewnym sensie codzienność. Dzięki systematycznym ćwiczeniom są doskonale przygotowani na wypadek ich wystąpienia. Silne trzęsienie ziemi powoduje błyskawiczną interwencję rządu i służb ratowniczych. Niemal natychmiast zostają zatrzymane pociągi, odcina się dopływ prądu i gazu, powołuje się sztab zarządzania kryzysowego, a japońskie media starają się przekazywać obywatelom rzetelne informacje 24 godz. na dobę. Japończycy pamiętają jednak, że ostatecznie nie da się przewidzieć scenariusza takiego zdarzenia.