Gỗ khối có phải là vật liệu hoàn hảo cho các vùng địa chấn?

Chúng ta đang sống trên một quả cầu xoay quanh Mặt Trời, trong đó, lõi của quả cầu này có nhiệt độ lên tới 6.000°C. Mọi hoạt động của con người đang diễn ra trên lớp vỏ Trái Đất - lớp có độ dày nhỏ nhất, được gọi là mảng kiến tạo. Những mảng này di chuyển trên lớp phủ, cụ thể hơn là trong tầng mềm. Đôi khi các mảng kiến tạo này va chạm vào nhau và gây ra các trận động đất.

Theo số liệu thống kê, hiện nay, động đất xảy ra thường xuyên hơn với hàng chục vụ xảy ra mỗi ngày trên khắp thế giới. Tuy nhiên, một số trận động đất rất mạnh và khi chúng xảy ra gần các khu vực đô thị có thể trở thành một trong những lực tàn phá mạnh mẽ nhất, gây ra tổn thương và thiệt hại cho người và tài sản.

Với sự tiến bộ của khoa học – kỹ thuật, các quốc gia và khu vực thường xuyên có động đất đã nghiên cứu nhiều giải pháp giúp giảm thiểu nguy cơ tử vong và thiệt hại do những sự kiện này gây ra. Trong đó gỗ được cho là một trong những giải pháp, vật liệu hoạt động tốt trong trường hợp xảy ra động đất.

Một trận động đất phát ra sóng xung kích trong khoảng thời gian ngắn và nhanh, giống như một điện tích ngang cực kỳ nghiêm trọng, Trong khi các tòa nhà thường chỉ có thể chịu tải trọng thẳng đứng tốt. Vì vậy, trong trường hợp xảy ra động đất, các lực ngang được truyền bởi sóng động đất làm cho toàn bộ cấu trúc rung chuyển và gây ra sự tổn hại, hư hỏng của bề ngoài công trình đến sự sụp đổ hoàn toàn của cấu trúc.

Ở những khu vực có hoạt động địa chấn, hệ thống móng linh hoạt, đối trọng và thậm chí cả con lắc được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng để tránh hoặc đối trọng với cấu trúc khi nó lắc lư. Nhưng ngoài việc gia cố kết cấu, vật liệu tạo nên tòa nhà đóng một vai trò vô cùng quan trọng.

Gỗ là vật liệu hoạt động đặc biệt tốt trong trường hợp xảy ra động đất, vì hệ thống chịu lực ngang của gỗ có độ dẻo cao. Đây là vật liệu có khả năng chịu biến dạng rất lớn cho đến thời điểm bị gãy bởi gỗ có thể uốn cong trước khi gãy. Gỗ bao gồm các tế bào dài, mỏng, khỏe và hình dạng thon dài của thành tế bào giúp cho gỗ có độ bền cao song song với thớ gỗ. Sản phẩm gỗ có thể chịu được tải trọng rất cao, đặc biệt khi lực nén và lực căng tác dụng song song với thớ gỗ.

Một đặc điểm tuyệt vời khác của gỗ, sự lựa chọn hoàn hảo trong những tình huống xảy ra động đất bởi nó là vật liệu nhẹ. Vì vậy, nếu khối lượng của tòa nhà càng nhỏ thì lực quán tính do sóng địa chấn tạo ra càng ít.

Theo, Cristiano Loss, Trợ lý Giáo sư Kỹ thuật Gỗ tại Đại học British Columbia, chuyên gia về khả năng phục hồi của các hệ thống và cấu trúc làm từ gỗ hiệu suất cao trước động đất cho biết, một trong những điều làm cho gỗ bền hơn là trọng lượng nhẹ hơn. Bạn có thể nghĩ đây là một nhược điểm, nhưng thực ra nó lại là một lợi thế lớn, vì gỗ nhẹ hơn bê tông 5 lần, giúp giảm đáng kể lực địa chấn trong tòa nhà.

Có thể nói, một tòa nhà hoạt động tốt trong trận động đất là tòa nhà cân bằng được độ cứng và độ nhẹ. Một tòa nhà quá cứng sẽ trở nên mỏng manh vì cấu trúc của nó sẽ dễ dàng bị vỡ do rung động, trong khi một tòa nhà nhẹ hơn, kém cứng hơn có thể khiến người ở bên trong rung chuyển nhiều hơn và tạo ra những chuyển động lớn làm hư hỏng các bộ phận của tòa nhà. Bên cạnh đó, một số cuộc điều tra với các thử nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng, các tòa nhà làm bằng gỗ khối, với các đầu nối bằng kim loại, mang lại hiệu quả rất phù hợp với những hiện tượng tự nhiên như động đất.

Ở những nơi thường xuyên xảy ra địa chấn, việc tìm nơi an toàn để trú ẩn cho người dân trong trường hợp xảy ra động đất mạnh là rất quan trọng. Tòa nhà hoặc trung tâm sau thảm họa được xác định là cơ sở thiết yếu để cung cấp dịch vụ trong trường hợp xảy ra thảm họa. Do đó, công trình loại này sẽ được xây dựng để chịu tải trọng thiết kế địa chấn cao hơn đáng kể so với các tòa nhà dân cư thông thường. Và gỗ được xác định là vật liệu lý tưởng để xây dựng loại công trình này nhờ khả năng chống lại lực địa chấn và độ bền khi đối mặt với gió, thậm chí là lửa.

Kỹ sư Nick Bevilacqua, Hiệu trưởng tại Fast+Epp cho biết các trường học ở British Columbia, Canada được thiết kế để chịu được địa chấn cao hơn 30% so với các tòa nhà thông thường trong trận động đất. Ngoài việc bảo vệ học sinh, chúng còn được thiết kế để trở thành trung tâm cộng đồng thuận tiện cung cấp sự an toàn, nơi trú ẩn và khả năng tiếp cận các dịch vụ sau động đất hoặc các loại thảm họa khác.

Việc phát triển các giải pháp giảm thiểu rủi ro và thiệt hại cho các tòa nhà trong trận động đất đã thúc đẩy nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới. Có thể thấy các tòa nhà bằng gỗ vẫn nhẹ, có đủ độ cứng và việc sử dụng các hệ thống kết hợp có thể bao gồm thép góp phần hấp thụ và tiêu tán một phần năng lượng của trận động đất. Cuối cùng, các trận động đất cho thấy toàn bộ sức mạnh của thiên nhiên và con người thật mong manh như thế nào trước thiên nhiên. Gỗ khối có thể là một hệ thống xây dựng có khả năng phục hồi cao, ngoài ra còn là một phương pháp xây dựng có tính bền vững cao, cho phép tái sử dụng sau khi hết thời gian sử dụng và an toàn trước hỏa hoạn và thậm chí trong các vùng địa chấn.