Một loại vải nhựa sợi thủy tinh bốn chiều sẽ bảo vệ những tòa nhà trong cơn động đất.
Động đất và những bức tường cũ
Trong một trận động đất, người dân được khuyến cáo tuyệt đối tránh xa các tòa nhà cao tầng và công trình lớn, bởi mối nguy hiểm lớn nhất ít khi đến từ sự rung chuyển của mặt đất mà xuất phát từ chính các bức tường. Nghiên cứu cho thấy, hầu hết thương vong trong động đất là do tường đổ và mảnh vỡ rơi vào người. Khi đó, mỗi giây tòa nhà còn trụ vững là thêm một cơ hội tìm đường thoát cho rất nhiều người. Các cao ốc hiện đại thường được tính toán xây dựng để chịu động đất với cường độ rung lắc vừa phải. Tại Việt Nam, từ năm 2006, nhà cao tầng ở các khu vực có nguy cơ phải tuân theo tiêu chuẩn xây dựng để chịu được động đất cấp 5. Các công trình lớn mới xây ở TP.HCM gần đây đều được thiết kế để chịu chấn động đến cấp 7, riêng tòa nhà Bitexco (68 tầng) tại số 45 Ngô Đức Kế, P. Bến Nghé, Q.1, TP.HCM có thể chịu được cấp 8.
Một tòa nhà cũ đổ sụp sau trận động đất L’ Aquila năm 2009 tại Ý.
Thế nhưng điều gì sẽ xảy ra với những tòa nhà cũ vốn không tuân theo các quy chuẩn xây dựng hiện đại, đặc biệt là những công trình quan trọng có giá trị văn hóa, lịch sử? Ngoài nguy cơ đổ sụp chỉ sau vài giây như những quân cờ domino, các mảng bê tông rơi vỡ còn có thể trở thành cái bẫy chết người, cản lối thoát hiểm, làm tình hình thêm trầm trọng.
Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) của Đức vừa đưa ra một giải pháp sáng tạo cho vấn đề này - nghe có vẻ hơi ngộ nghĩnh nhưng khá hiệu quả - dùng vải dán lên để gia cố các bức tường. Loại vải đặc biệt này có tên thương mại là Sisma Calce (“Sisma” trong tiếng Ý nghĩa là “động đất”), mới đây đã được Röfix - một công ty sản xuất vật liệu xây dựng tại Ý, chi nhánh của tập đoàn German Fixit Group - tung ra thị trường.
Động đất ảnh hưởng như thế nào đến công trình?
Thiết kế một công trình chịu được động đất không phải là việc dễ dàng, đặc biệt với các bức tường, bởi không giống như trần nhà, tường không được hỗ trợ nhiều nên rất dễ bị vỡ ra thành từng mảng.
Thiệt hại lớn nhất mà cơn địa chấn gây ra bắt nguồn từ sự rung lắc mạnh của mặt đất với các lực đứng và lực ngang. Áp lực này truyền theo chiều dọc bức tường từ móng lên trên. Phần lớn công trình có khả năng chuyển tải lực đứng xuống móng, nhưng không hóa giải được lực ngang. Lực tác động theo phương ngang lại có xu hướng đánh đổ bức tường.
Khi đó, khả năng kháng địa chấn của tường phụ thuộc vào trọng lượng của nó và độ bền kéo của lớp vữa. Tường càng nặng càng chịu ảnh hưởng của lực ngang nhiều hơn. Tầng càng cao càng chịu tải trọng lớn, càng dao động nhiều, dễ bị nứt vỡ. Những vết nứt nhỏ nếu phát triển thành vết nứt rộng hơn sẽ làm tường bị gãy đổ.
Động đất gây ra chấn động theo phương dọc và phương ngang lên tường. | 
Công trình càng lên cao càng bị lực ngang ảnh hưởng nhiều. |
Do đó, thiết kế chống động đất cần đảm bảo một số yêu cầu quan trọng:
• Các bức tường phải đủ bền để chịu lực, đặc biệt là lực ngang và biến dạng có thể xảy ra.
• Kết cấu công trình càng nhẹ càng tốt để giảm lực tác động đến mức thấp nhất.
• Biến dạng và các vết nứt không làm công trình sập đổ ngay tức khắc.
Hầu hết các biện pháp chống động đất mới hiện nay đòi hỏi tác động đến kết cấu và nền móng, nhằm giảm cường độ áp lực truyền từ móng lên trên như: thay thế mái nhà, dùng mối nối mềm, hệ thống lò xo đàn hồi đặt dưới móng.... Các biện pháp này đòi hỏi tác động đến cấu trúc tòa nhà, tuy thích hợp với những tòa nhà sắp khởi công nhưng khó áp dụng cho công trình đã hoàn chỉnh, hơn nữa lại đắt tiền. Bất chấp những nỗ lực của chuyên gia, việc sửa chữa và nâng cấp không cẩn thận có thể phá hủy cả một công trình lịch sử.
Trong trường hợp này, vải dán tường Sisma Calce thực sự là giải pháp khéo léo, giúp gia cố lên chính những tòa nhà cũ đã hoàn thành.
Vượt qua chấn động với Sisma Calce
Vải dán tường Sisma Calce.
Không chỉ giảm thiệt hại do động đất gây ra, Sisma Calce còn kéo dài thời gian đứng vững của công trình để mọi người có thêm cơ hội thoát thân.
Chuyên gia Stempniewski của KIT cho biết: khả năng hấp thụ chấn động của loại vải này có được nhờ thành phần các loại sợi và công nghệ dệt vải. Vải Sisma Calce cấu thành từ sợi thủy tinh và polypropylene dẻo được dệt theo 4 hướng sợi nên có độ cứng và độ bền kéo cực cao. Trông như một tấm chăn mềm dầy khoảng 8mm, khi dán Sisma Calce lên bề mặt tường bên ngoài công trình bằng một lớp keo đặc biệt sẽ tăng cường độ cứng và độ bền kéo của tường. Loại vải này được thiết kế đặc biệt để dán lên bên ngoài tường xây và tường đá, phù hợp với cả công trình có thiết kế gồ ghề nhất.
Khi có động đất, tấm vải đóng vai trò như một bộ khung định hình bức tường. Cấu trúc sợi 4 chiều phân tán lực, hấp thụ các chấn động rung và lắc, đặc biệt có thể giảm lực ngang tác động lên tường.
• Với động đất nhỏ, trong điều kiện thuận lợi, Sisma Calce có thể hoàn toàn ngăn chặn thiệt hại, giữ các bức tường hoàn toàn nguyên vẹn, giúp ngôi nhà trụ vững. Với những trận động đất cường độ trung bình, độ cứng của sợi thủy tinh kết dính các vết nứt nhỏ, không để lan rộng.
• Quan trọng nhất, trong trường hợp chấn động quá mạnh, sợi thủy tinh trong vải bị đứt và bức tường bắt đầu sụp đổ, kết cấu sợi polypropylene đàn hồi có thể giữ các phân đoạn tường đã vỡ lại với nhau, không để rơi xuống, duy trì bức tường lâu hơn. Nhờ đó những người bên trong tòa nhà có thêm thời gian và không gian thoát hiểm.
Sisma Calce có thể dán trên cả lớp vật liệu cách nhiệt. Ưu điểm của việc gia cố công trình bằng Sisma Cacle là chỉ thêm một lớp vải rất xốp nhẹ, không làm tăng trọng lượng bức tường nhưng sức chịu tải của toàn bộ cấu trúc tăng lên đáng kể. Tuy ý tưởng nghiên cứu ban đầu là chỉ là bảo vệ các tòa nhà cũ, nhưng Sisma Calce phù hợp với tất cả công trình ở mọi “lứa tuổi”.
Tiềm năng mở rộng ứng dụng
Vải dán tường Sisma Cacle hiện có trên thị trường là sản phẩm dùng cho tường xây, nhưng các chuyên gia của KIT đang nghiên cứu thêm nhiều ứng dụng khác cho loại vải này. Trước mắt là thử nghiệm dùng sợi carbon cho sản phẩm vải dán tường để dùng trong các tòa nhà bê tông; xa hơn nữa là cho cả đồ nội thất trong nhà; để gia cố các công trình hạ tầng như cầu, đường; thậm chí là dán lên nón bảo hiểm mà vẫn đảm bảo yếu tố thẩm mỹ.
Sisma Calce là kết quả nhiều năm nghiên cứu của viện KIT nhằm tìm ra giải pháp chi phí thấp bảo vệ và củng cố các tòa nhà cũ. “Việc thương mại hóa vải Sisma Cacle đã tiếp sức cho ý tưởng từ phòng thí nghiệm của chúng tôi thành một sản phẩm đầy ý nghĩa” – một chuyên gia tại KIT vui mừng cho biết. Sức hấp dẫn của Sisma Calce còn ở giá thành khá rẻ. “Vải dán tường chống động đất giá rẻ” đặc biệt có ý nghĩa với những nước nghèo để gia cố những ngôi nhà cũ, củng cố các cơ sở hạ tầng quan trọng như bệnh viện, trường học, viện dưỡng lão… trong thời gian chờ cải tạo nâng cấp bằng các biện pháp khác. Thêm một công đoạn đơn giản trong xây dựng công trình với Sisma Calce, nhưng có thể giảm bớt rất nhiều thương vong và thiệt hại tài sản bắt nguồn từ động đất. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là giảm giá thành đến mức tối đa để công nghệ này có thể đến được với rộng rãi người dân hơn.
Một tòa nhà đang được dán tường bằng Sisma Calce