Geopolitika keičia projektavimą: infrastruktūra turi atlaikyti ir sprogimus

Dr. Povilas Dabrila, VILNIUS TECH universiteto Statybos fakulteto Metalinių ir kompozitinių konstrukcijų katedros jaunesnysis mokslo darbuotojas, sako, kad sprogimai – reta, tačiau didelės žalos rizikos grėsmė, o tradicinis projektavimas tokius scenarijus ne visuomet įtraukia.

„Karas Ukrainoje privertė mus kitaip pažiūrėti į daugelį dalykų. Vienas jų – kaip projektuojame, prižiūrime ir saugome infrastruktūrą. Ilgą laiką daugiausia galvojome apie įprastus poveikius: sniegą, vėją, pastatų ar tiltų naudojimo apkrovas ir energinį efektyvumą. Tačiau šiandien aišku, kad infrastruktūrai gali tekti susidurti ir su gerokai pavojingesniais scenarijais – įvykus sprogimui ar atsitrenkus transporto priemonei“, – sako pašnekovas.

Anot jo, krizių metu infrastruktūros reikšmė tampa dar svarbesnė – nuo jos gali priklausyti žmogaus saugumas.

„Tiltai, keliai, pastatai, energetikos ir ryšių objektai svarbūs ne tik kasdieniam gyvenimui. Jei krizės metu sugriūva tiltas, neveikia ryšiai, pagalba gali tiesiog nespėti atvykti laiku. Tai jau nėra vien techninis nuostolis – tai gali kainuoti gyvybes. Todėl infrastruktūros atsparumas šiandien nėra vien inžinerinis klausimas, tai ir visuomenės saugumo, pasirengimo krizėms bei valstybės atsparumo prioritetas“, – akcentuoja P. Dabrila.

Kas vyksta sprogimo metu?

Mokslininkas pasakoja, kad sprogimo poveikis konstrukcijoms iš esmės skiriasi nuo įprastų apkrovų.

„Sprogimas pastatą paveikia labai staigiai. Susidaro smūginė banga, kuri per labai trumpą laiką perduoda didelį slėgį fasadui, langams, sienoms ir perdangoms. Nuo kitų sudėtingų sąlygų sprogimas skiriasi savo poveikio trukme. Pavyzdžiui, sniegas konstrukciją apkrauna per ilgą laiką ir gana tolygiai. Vėjas taip pat nėra toks staigus kaip sprogimas. O sprogimo atveju poveikis pajuntamas per itin trumpą laiką – praktiškai akimirksniu“, – pasakoja specialistas.

Dėl to, anot jo, konstrukcijos taip pat reaguoja kitaip.

„Čia svarbu ne tik tai, ar elementas atlaiko apkrovą. Svarbu ir kaip jis elgiasi dinaminio poveikio metu – kaip deformuojasi, ar išlaiko vientisumą“, – atkreipia dėmesį P. Dabrila.

Pasak tyrėjo, sprogimas dažnai pirmiausia pažeidžia silpnesnes vietas: langus, fasado elementus, nelaikančias sienas. Tačiau didžiausia rizika atsiranda tada, kai pažeidžiami laikantieji elementai ir atsiranda platesnių konstrukcijos pažeidimų. Tokiu atveju konstrukcija gali griūti.

„Retais atvejais, vietinis konstrukcijos pažeidimas gali sukelti daug didesnę griūtį. Pavyzdžiui, pažeidžiama viena kolona, tada įrąžos persiskirsto į kitus elementus, šie taip pat gali neatlaikyti, ir griūtis pradeda plisti toliau. Svarbu pabrėžti, kad įprastuose pastatuose tokia situacija yra reta. Pastatai projektuojami su tam tikra atsarga, o normos reikalauja vertinti konstrukcijų saugą ir patikimumą“, – teigia jis.

Būtina sumažinti poveikį

P. Dabrilos teigimu, atsparumas sprogimui yra kompleksinis sprendimas: svarbus ir pačios konstrukcijos atsparumas, ir priemonės, kurios nutolina sprogimą nuo pastato arba sumažina jo poveikį.

„Pastato atsparumas sprogimui nepriklauso vien nuo stipresnės sienos ar kolonos. Tai visos sistemos klausimas: kaip pastatas suprojektuotas, kaip jis elgiasi pažeidimo atveju ir kokios papildomos priemonės sumažina poveikį dar prieš jam pasiekiant konstrukciją. Kalbant apie konstrukciją, svarbiausia, kad pastatas turėtų pakankamą laikomąją galią. Jeigu pažeidžiama kolona, sija, perdanga ar mazgas, svarbu, kad įrąžos galėtų persiskirstyti į kitus konstrukcijos elementus. Tada vieno elemento pažeidimas nebūtinai virsta visos konstrukcijos griūtimi“, – pasakoja pašnekovas.

Taip pat svarbu, kaip staigaus poveikio metu elgiasi pati konstrukcija. Sprogimo apkrova veikia labai trumpai ir intensyviai, todėl reikia įvertinti ne tik tai, ar elementas atlaiko apkrovą, bet ir kaip jis deformuojasi, ar konstrukcija nepraranda vientisumo. Ne mažiau reikšmingi sprendiniai, kurie mažina patį poveikį.

„Tai gali būti apsauginiai atstumai, žemės pylimai, betoniniai blokai, papildomi konstrukciniai antstatai, apsauginiai ekranai ar tinklai. Jų tikslas – nutolinti grėsmę, sulaikyti tiesioginį poveikį arba sugerti dalį energijos, kad ji nepersiduotų pagrindinei konstrukcijai. Praktinių pavyzdžių matome Ukrainoje. Šalis naudoja įvairius apsauginius sprendinius – nuo papildomų konstrukcinių antstatų iki tinklų, kurie mažina dronų ar kitų priemonių tiesioginio pataikymo riziką“, – sako mokslininkas.

Kaip užtikrina atsparumą

P. Dabrilos teigimu, projektuojant sprogimams atsparesnes konstrukcijas taikomi kelių lygių sprendimai – nuo poveikio mažinimo iki pačios konstrukcijos stiprinimo.

„Pirmiausia siekiama sumažinti poveikį dar iki jam pasiekiant pastatą. Tam taikomi apsauginiai atstumai, betoniniai blokai, žemės pylimai, barjerai, atitvarai, tinklai nuo dronų ar papildomi konstrukciniai antstatai. Kartu stiprinamos svarbiausios konstrukcijos – kolonos, perdangos, sienos ir mazgai. Tam gali būti naudojamas plienas, gelžbetonis, kompozitinės medžiagos ar papildomi ryšiai“, – vardija jis.

Naudojamos ir energiją sugeriančios sistemos – apsauginės plokštės, daugiasluoksniai fasadai, kompozitiniai moduliai. Jų tikslas – priimti dalį smūgio energijos ir sumažinti pažeidimus pagrindinei konstrukcijai.

Iš anksto įvertinti galimus scenarijus, anot P. Dabrilos, leidžia skaitmeniniai sprendimai.

„Labai svarbus ir modeliavimas. Šiandien skaitiniais modeliais galime įvertinti, kaip pastatas ar atskiri jo elementai elgtųsi sprogimo, smūgio ar kito ekstremalaus poveikio metu. Tai leidžia sprendimus pagrįsti ne spėjimu, o skaičiavimais ir bandymais. O ateityje, manau, daugės lengvų, montuojamų apsauginių sistemų – pavyzdžiui, daugiasluoksnių kompozitinių modulių, kurie gali būti naudojami esamų pastatų ar infrastruktūros apsaugai“, – prognozuoja pašnekovas.

Mokslas ieško praktinių sprendimų

P. Dabrila pasakoja, kad tyrimai šioje srityje orientuoti ne tik į teoriją, bet ir į realų pritaikymą projektuojant infrastruktūrą. VILNIUS TECH Statybos fakultetas tiria, kaip elgiasi konstrukcijos ir medžiagos, kai jas veikia sudėtingos apkrovos.

„Mūsų tyrimų kryptis susijusi su konstrukcijų atsparumu ypatingiesiems poveikiams ir lengvų daugiasluoksnių kompozitinių sistemų kūrimu. Ieškome sprendimų, kurie galėtų papildomai apsaugoti pastatus, tiltus ar kitą infrastruktūrą nuo smūgio, sprogimo bangos, aukštos temperatūros ar panašių poveikių. Viena iš krypčių – apsauginiai kompozitiniai moduliai. Jie galėtų būti montuojami ant esamų konstrukcijų ir veikti kaip papildomas apsauginis sluoksnis“, – teigia pašnekovas.

Anot jo, tokiuose sprendimuose svarbi ne tik pati medžiaga, bet ir jos sandara: „Galima derinti kelis sluoksnius, skirtingas medžiagas, vidinio sluoksnio geometrijas, pavyzdžiui, energiją sugeriančias struktūras. Tikslas – kad apsauga būtų kuo lengvesnė, bet kartu gebėtų sugerti kuo daugiau energijos.“

Fakultete atliekami eksperimentiniai bandymai leidžia suprasti realų medžiagų elgesį, o skaitmeniniai modeliai – pritaikyti šias žinias platesniu mastu.

„Bandymų metu matome, kaip medžiagos realiai deformuojasi ir suyra. Modeliavimas leidžia tuos rezultatus perkelti į didesnį mastelį – pavyzdžiui, įvertinti ne tik mažą bandinį, bet ir konstrukcijos fragmentą ar realų objektą. Tokie tyrimai svarbūs, nes jie gali virsti praktinėmis rekomendacijomis: kokią medžiagą pasirinkti, kokią sluoksnių struktūrą naudoti, kaip tvirtinti apsauginį modulį ir kuriose vietose apsauga duotų didžiausią naudą“, – sako P. Dabrila.

Tikslas – suvaldyti žalą

Pašnekovas pabrėžia, kad visiškai apsaugoti pastatų nuo sprogimų neįmanoma – viskas priklauso nuo sprogimo dydžio, atstumo, pastato konstrukcijos, aplinkos ir to, kaip poveikis pasiekia pastatą.
„Pagrindinis tikslas dažniausiai yra ne padaryti pastatą „nesunaikinamu“, o suvaldyti žalą. Tai reiškia, kad privalu aiškiai sudėlioti prioritetus. Svarbiausia – apsaugoti žmones, neleisti pastatui sugriūti staiga, sumažinti pažeidimus ir, jei įmanoma, išlaikyti svarbiausias funkcijas“, – dalinasi jis.

P. Dabrilos vertinimu, infrastruktūros atsparumo ekstremaliems scenarijams vertinimas Lietuvoje dar nėra tapęs įprasta praktika. Sprogimai ar kiti ekstremalūs scenarijai dažniausiai vertinami tik specifiniuose objektuose, tačiau keičiantis aplinkybėms keičiasi ir požiūris į projektavimo prioritetus.

„Vis daugiau kalbama apie civilinę saugą, kritinės infrastruktūros apsaugą, objektų atsparumą krizinėmis sąlygomis. Todėl ši tema po truputį pereina iš siauros specializuotos srities į platesnį inžinerinį ir valstybės saugumo klausimą“, – sako pašnekovas.

Jis akcentuoja, kad kol kas daug kas priklauso nuo užsakovo požiūrio: „Tokie sprendimai dažnai kainuoja papildomai, o jų nauda išryškėja tik krizės metu. Dėl to kartais sunku pagrįsti investiciją, ypač jei žiūrima tik į mažiausią statybos kainą.“

Vis dėlto, pašnekovo nuomone, pastato atsparumą reikėtų vertinti ne kaip papildomą išlaidą, o kaip rizikos valdymo priemonę.

„Atsparumas nėra prabanga. Tai rizikos valdymas. Ne visur reikia brangiausių sprendimų, bet svarbiausiems objektams turi būti keliami aukštesni reikalavimai. Kartais ir paprasti sprendimai – geresnis teritorijos planavimas, apsauginiai barjerai, kritinių elementų stiprinimas – gali smarkiai sumažinti riziką“, – teigia P. Dabrila.

Jo nuomone, ateityje infrastruktūros saugumas vis dažniau bus suprantamas kaip valstybės atsparumo dalis.

„Ar tokie sprendimai taps įprasta projektavimo dalimi, priklausys nuo užsakovų požiūrio ir aiškių reikalavimų bei metodikų. Projektuotojams turi būti aišku, kada tokius scenarijus reikia vertinti ir kaip tai daryti. Manau, kad bent jau kritinės infrastruktūros objektuose tokie vertinimai turėtų tapti įprasta praktika. Ne kiekvienam pastatui reikia vienodo apsaugos lygio, bet svarbiausi objektai turi būti projektuojami galvojant ir apie ekstremalias situacijas“, – sako mokslininkas.

VILNIUS TECH informacija