Derfor kollapser noen bygninger under jordskjelv

Bakken kan forsterke rystelsene

Den viktigste mekanismen i grunnen som avgjør om et bygg står eller faller, er resonans.
– Caracas ligger i et dypt basseng fylt med myke sedimenter. Når seismiske bølger går fra fast fjell og inn i de myke løsmassene, kan grunnen forsterke rystelsene, enkelte steder flere ganger, forklarer Carlton.

Både grunnen og en bygning har en egenperiode, den rytmen de naturlig vil svinge i:
– En høy bygning har lengre egenperiode enn en lav bygning. Når grunnens egenperiode sammenfaller med bygningens, forsterker de hverandre, og rystelsene blir kraftigere, sier Carlton.

Johansson sammenligner det med en huske på lekeplassen: 
– Tenk deg at du gir fart til et barn på en huske. Treffer du huskens egen rytme, bygger hvert lille dytt videre på det forrige, og barnet svinger stadig høyere. Dytter du i utakt, skjer det ikke stort, sier han.

Dette er en del av forklaringen på hvorfor skadene ofte konsentrerer seg der løsmassene er dypest og mykest. Der svinger grunnen sakte nok til å treffe rytmen til høye bygninger, mens lavere bygg og bygninger på fastere grunn stort sett slipper unna.

Carlton trekker fram to godt dokumenterte eksempler.
– I Caracas i 1967 så man at bygninger med en bestemt høyde sviktet langt oftere enn andre der de myke jordlagene hadde en bestemt tykkelse, forklarer han. 

Det samme skjedde i Mexico by i 1985. Ifølge Carlton er det viktigste mottiltaket å kjenne grunnforholdene.

– En grunnundersøkelse avdekker tykkelsen på løsmassene og grunnens egenperiode. Da kan ingeniørene bevisst gi et nytt bygg en annen egenperiode enn grunnen under, eller forsterke grunnen slik at massene blir stivere og sterkere. Hvis resonans ikke kan unngås, må bygningen gjøres sterk nok til å tåle de kraftigere rystelsene, sier Johansson. 

Hvordan bygget skal dimensjoneres for dette, er fastsatt i standarder som de europeiske Eurokodene.

Når fast grunn blir flytende

En annen viktig mekanisme som kan få bygninger til å kollapse, er likvifaksjon.

– I løs, vannmettet sand får kraftige rystelser vanntrykket mellom sandkornene til å stige, helt til sanden mister styrken. Da oppfører den seg som en svært tett væske. Bygninger kan synke, velte eller kollapse. I skrånende terreng eller ved vann kan det flytende laget gli sideveis, rive i stykker fundamenter og nedgravde rør og presse kummer opp av bakken, forklarer Carlton.

En tredje fare oppstår når bruddet i forkastningen når helt opp til jordoverflaten og forskyver bakken flere meter. Ingen bygning er laget for å tåle det. Carlton trekker fram et stadion i California som eksempel på hvordan ingeniører likevel kan ta høyde for faren.

– California Memorial Stadium i Berkeley ble bygget rett over en kjent forkastning, før man forsto hvor stor jordskjelvfaren var. Da stadionet senere ble oppgradert, ble det delt opp i seksjoner som kan gli forbi hverandre uten å bli revet i stykker, sier Carlton.

Kollaps skyldes ofte menneskelige feil

Moderne ingeniørkunst gjør det mulig å dimensjonere bygninger for svært kraftige jordskjelv. Carlton viser til Japan: Skyskraperne i Tokyo kom gjennom Tōhoku-jordskjelvet i 2011, som hadde styrke 9,0, med minimale skader. De var bygget for å tåle et så kraftig skjelv. Rystelsene i Tokyo var ikke spesielt sterke, men de lå nær egenperioden til de høye bygningene, som derfor svaiet i flere minutter.

Når bygninger likevel raser sammen, skyldes det oftere mennesker enn naturen.

– Nesten alle land har tilfredsstillende byggeforskrifter. Problemet er at de ofte ikke blir fulgt, verken under prosjekteringen eller byggingen, sier Carlton.

Det kan være flere grunner til at regelverket ikke alltid følges: Det koster å oppfylle kravene, kontrollen svikter, og eldre bygninger kan være reist før dagens regler kom. Om noe av dette spilte inn i Caracas, kan bare undersøkelser av de enkelte byggene og grunnforholdene gi svar på. Da jordskjelvet på Haiti i 2010 rammet like ved hovedstaden, ble ødeleggelsene enorme fordi bygningene ikke holdt samme standard som i land som Japan og USA.

Hus kan tåle de største skjelvene

Et bygg som er riktig prosjektert og oppført, kan altså tåle svært kraftige rystelser.

– Det kan være en skremmende opplevelse for dem som er inne, for bygningen vil riste eller svaie kraftig. Men den faller i hvert fall ikke sammen over dem, sier Johansson. Et annet viktig sikkerhetstiltak er å feste møbler til vegger og gulv, slik at de ikke kan falle over folk.

For å forstå hvorfor bygninger ikke alltid blir skadet, må man ifølge Johansson se skjelvets styrke i riktig perspektiv.

– Styrken kan sammenlignes med sprengkraften i en bombe. Men bomben kan gå av én kilometer unna, eller tusen kilometer unna, sier han.

For en bygning er det rystelsene den faktisk utsettes for, som teller. De avhenger like mye av avstanden til kilden som av skjelvets styrke. Dybden spiller også inn. Et grunt skjelv rett under en by kan ryste langt kraftigere enn et dypere skjelv med samme styrke, fordi energien har kortere vei til overflaten. 

Peru opplevde begge ytterpunktene i løpet av noen få uker: Et skjelv med styrke 5,5 nær Huancayo i juli i år fikk flere hundre boliger til å kollapse, mens et skjelv med styrke 6,7 rundt 100 kilometer under Sør-Peru i august bare førte til spredte skader.

Dette er ikke ny kunnskap. Mekanismene som får bygninger til å kollapse i jordskjelv, har vært kjent i flere tiår. Selve innsikten, at grunnen under bygget betyr like mye som hvordan bygget er konstruert, er enda eldre. Dobbeltskjelvet i Venezuela i 2026 viser nok en gang hvor avgjørende grunnen kan være. Likevel vet ingeniørene ikke alt. Også i Japan ble bygninger skadet i 2011, og forskningen fortsetter.

– På 1800-tallet var det et jordskjelv i India der husene på fjellgrunn sto, mens de som var bygget på myk grunn, raste sammen. Allerede for 200 år siden forsto folk hvor viktig grunnen under oss er, slår Brian Carlton fast.