Bí quyết giúp Nhật Bản chống chịu 1.500 trận động đất mỗi năm

(Dân trí) - Từ thực tế thường xuyên phải gánh chịu nhiều trận động đất, người Nhật đã xây dựng hệ thống hạ tầng chống chịu thiên tai tiên tiến bậc nhất hành tinh.

Nhật Bản là một trong những quốc gia có hoạt động địa chấn mạnh nhất thế giới. Theo thống kê từ Nippon, Nhật Bản dù chỉ chiếm khoảng 0,3% diện tích đất liền toàn cầu, song lại hứng chịu tới 10% tổng số trận động đất xảy ra trên thế giới.

Nhật Bản là "tâm điểm" của những trận động đất

Lý do đầu tiên nằm ở vị trí địa chất đặc biệt, khi các quần đảo của Nhật Bản là nơi giao thoa của 4 mảng kiến tạo lớn: mảng Thái Bình Dương, mảng Biển Philippines, mảng Bắc Mỹ (Okhotsk) và mảng Âu‑Á (Amur).

Theo thời gian, quá trình chồng lấn, trượt và chìm lún giữa các mảng này tạo ra năng lượng địa chấn liên tục. Trong đó, hai khu vực địa chất đặc thù thường xuyên gây ra động đất lớn ở Nhật là rãnh Nankai và rãnh Nhật Bản.

Nhà địa chấn học Shinichi Sakai từ Đại học Tokyo cho biết: “Nhật Bản rất dễ bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng như động đất, sóng thần do nằm trong khu vực vành đai lửa".

Những trận siêu động đất, hay còn gọi là "megathrust", diễn ra ở đây thường có cường độ M8–9, gây ra sóng thần do sự dịch chuyển mảng kiến tạo dưới đáy đại dương, điển hình như trận động đất Đông Bắc Nhật Bản (Tohoku) năm 2011.

Bên cạnh đó, Nhật Bản có khoảng 2.000 đường đứt gãy nội địa, điển hình như đường Median (MTL) hay Itoigawa‑Shizuoka (ISTL), khiến các trận động đất nông (độ sâu dưới 15 km) xảy ra khá đều đặn.

Sinh sống trong môi trường động đất như một thói quen, người Nhật đã hình thành "văn hóa đề phòng" vô cùng mạnh mẽ. Họ hiểu rằng, việc động đất chỉ là vấn đề "có hay không" chứ không phải "khi nào".

Cách người Nhật xây dựng hạ tầng đối phó với động đất, sóng thần

Với trung bình khoảng 1.500 trận động đất mỗi năm, Nhật Bản không chỉ là một trong những quốc gia hứng chịu nhiều biến động địa chất nhất thế giới mà còn là nơi sở hữu hệ thống kỹ thuật và thiết kế xây dựng chống động đất tiên tiến bậc nhất.

Cột mốc định hình cho tư duy phòng chống thiên tai hiện đại của đất nước này chính là trận đại địa chấn Kanto năm 1923, khi mặt đất rung chuyển trong gần 5 phút, cướp đi sinh mạng của gần 150.000 người.

Từ thảm họa ấy, người Nhật đã đặt lên hàng đầu một giá trị cốt lõi: tính kiên cường. Họ hiểu rằng, không thể ngăn cản thảm hoạ thiên nhiên xảy ra. Điều duy nhất chúng ta có thể là cảnh báo sớm, và giảm thiểu những tác động từ thảm hoạ.

Đồng thời, từng bước phát triển 3 chiến lược then chốt trong kỹ thuật xây dựng để bảo vệ đất nước khỏi những rung chấn khủng khiếp của thiên nhiên. Chúng gồm: Taishin, Seishin và Menshin.

Trong đó, Taishin được hiểu là xây dựng vững chắc để trở thành lớp phòng vệ đầu tiên vững chắc. Đây cũng là phương pháp cơ bản nhất trong 3 trụ cột. Được áp dụng rộng rãi sau thảm họa Kanto, Taishin tập trung vào việc tăng cường độ cứng và độ ổn định của kết cấu bằng cách sử dụng bê tông cốt thép, khung thép chịu lực và móng sâu.

Cách tiếp cận này giống như "dựng một pháo đài" để chống chọi với sức lắc từ lòng đất. Tuy nhiên, qua thời gian, các kỹ sư nhận ra rằng sự cứng cáp quá mức lại có thể phản tác dụng. Trên thực tế, các tòa nhà quá cứng có nguy cơ gãy gập như phấn viết bảng khi rung lắc quá mạnh.

Vì vậy, Taishin hiện thường chỉ được áp dụng cho các công trình quy mô nhỏ, chẳng hạn như nhà ở dân dụng, nơi chi phí là yếu tố then chốt và rủi ro địa chấn ở mức trung bình.

Seishin, hay hấp thụ rung động, là một bước tiến mới được phát triển vào thập niên 1970, đánh dấu sự chuyển mình trong tư duy từ "chống lại" sang "chịu đựng thông minh" với động đất.

Phương pháp này không tìm cách đối đầu với các sóng địa chấn bằng độ cứng, mà sử dụng các thiết bị tiêu tán năng lượng như giảm chấn thủy lực, lò xo thép, và các lớp vật liệu đàn hồi nhằm chuyển hóa năng lượng rung động thành nhiệt hoặc ma sát nội tại.

Bản chất của Seishin dựa trên nguyên tắc vật lý: "Không gì mất đi, không gì được tạo ra, tất cả chỉ là chuyển hóa". Triết lý này vốn dĩ đã được thể hiện từ lâu trong kiến trúc truyền thống Nhật Bản, nổi bật là thiết kế chùa 5 tầng với trụ giữa linh hoạt với cấu trúc gỗ lắp ghép, cho phép công trình đung đưa theo chuyển động đất mà không bị sụp đổ.

Ngày nay, các tòa nhà chọc trời tại Nhật và nhiều nơi khác được trang bị hệ thống giảm chấn này, khiến chúng có thể lắc lư nhẹ trong lúc động đất như những đoạn clip lan truyền trên mạng. Đó là điểm nhấn của Seishin.

Tuy nhiên, Menshin, hay cách ly hoàn toàn khỏi rung chấn, mới là đỉnh cao của công nghệ chống động đất tại Nhật.

Trong khi Taishin đối đầu bằng sức mạnh và Seishin hấp thụ tác động, Menshin lại "tránh né" địa chấn ngay từ gốc, bằng cách ngắt kết nối giữa công trình và mặt đất. Công nghệ này sử dụng các đế cao su cách chấn hoặc hệ thống trượt để cho phép toàn bộ tòa nhà trượt nhẹ trên nền móng khi có chấn động, giảm tối đa lực truyền vào kết cấu.

Về bản chất, đây là một cách "nâng công trình lơ lửng" khỏi tác động mặt đất, khiến công trình hầu như đứng yên trong khi mặt đất rung chuyển. Dù chi phí triển khai rất cao, Menshin hiện được ứng dụng phổ biến trong các cơ sở hạ tầng trọng yếu như bệnh viện, trung tâm dữ liệu, và đang dần được kết hợp với hai phương pháp trước để tạo nên những công trình vừa chắc chắn, vừa linh hoạt, vừa "tránh né" hiệu quả.

Tùy theo vị trí địa lý, quy mô công trình và mức độ rủi ro, các kỹ sư sẽ lựa chọn kết hợp một, hai hoặc thậm chí cả ba phương pháp để tối ưu hóa khả năng chống chịu.

Không chỉ vậy, người Nhật cũng đã xây dựng một hệ thống hạ tầng phòng chống động đất và sóng thần mang tính tổng thể từ thiết kế kiến trúc, vật liệu xây dựng, đến công nghệ cảnh báo sớm và diễn tập cộng đồng định kỳ.

Không chỉ là sự đầu tư vào kỹ thuật, đó còn là minh chứng cho một tư duy sống chung với thiên tai một cách chủ động và bền vững, nơi mà mỗi người dân đều trở thành một mắt xích trong hệ thống phòng vệ thông minh, linh hoạt, giúp Nhật Bản duy trì sự an toàn và phục hồi nhanh chóng ngay cả sau những thảm họa khốc liệt nhất.