در سال های اخیر، محافظت از پی به شکل فزاینده ای، تبدیل به یک تکنیک طراحی کاربردی در سازه ساختمان ها و پل زلزله قرار دارند، گشته است. انواع گوناگونی از سازه ها با استفاده از این شیوه ساخته شده اند و بسیاری دیگر نیز در فاز طراحی قرار داشته و یا در حال ساخت هستند. اغلب ساختمان های تکمیل شده و آنهایی که در حال ساخت هستند، به شکلی از اسباب حفاظتی لاستیکی در سیستم های خود بهره می برند.
تفکر نهفته در پی مفهوم محافظت از پی، بسیار ساده است. دو دسته سیستم حفاظتی وجود دارند. سیستمی که در سال های اخیر به شکل گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است دارای این مشخصه است که در آن از اسباب الاستومری استفاده شده است، الاستومری که از لاستیک طبیعی و یا نیوپرن ساخته شده است. در این شیوه، ساختمان و یا سازه از مولفه های افقی زمین لرزه با استفاده از یک لایه واسط، که دارای سختی افقی پایینی است و در بین سازه و پی قرار دارد، جدا می گردد. این لایه برای سازه یک بسامد بنیادی ایجاد می کند که از بسامد پی پایین تر است و همچنین به مراتب از بسامد حاکم بر حرکت زمین نیز کمتر است.
نخستین لرزه های ایستای اعمال شده به سازه جداسازی شده، تنها باعث دگردیسی سیستم جداسازی می گردند و سازه ای که بر روی پی بنا گردیده است، از هر حیث محکم و استوار خواهد ماند. لرزه های دارای قدرت بیشتر که باعث دگردیسی سازه می گردند، بر زاویه های موجود در وضعیت قبل و در نتیجه بر حرکت زمین، عمود هستند. این لرزه های قوی تر بر حرکت کلی ساختمان تأثیر گذار نیستند، چرا که اگر انرژی بالایی در این بسامد های بالا در حرکت زمین وجود دارد، این انرژی به سازه منتقل نمی گردد. سیستم محافظت از پی، انرژی موجود در زمین لرزه را جذب نمی کند ؛ بلکه آن را با استفاده از مکانیک حرکتی سیستم، منحرف می نماید. این نوع محافظت از پی، تنها زمانی که سیستم خطی است موثر واقع می گردد ؛ با این وجود، کاهش میزان لرزه به کاهش تشدیدهای احتمالی بوجود آمده در بسامد حفاظتی کمک خواهد کرد.
شکل دوم سیستم های حفاظتی، دارای این مشخصه هستند که در آن از سیستم لغزش بهره برده شده است. این امر با استفاده از محدود کردن انتقال لرزه هایی که در امتداد سیستم حفاظتی قرار دارند، محقق می گردد. تعداد بسیاری سیستم لغزشی تاکنون پیشنهاد گردیده اند و برخی از آنها نیز مورد استفاده قرار گرفته اند. در چین، حداقل سه بنا وجود دارند که در آنها از سیستم لغزشی ای استفاده می گردد که در آن، از یک شن ویژه در داخل سیستم استفاده می گردد. یک سیستم حفاظتی که مبتنی بر یک صفحه از جنس سرب-برنز است که بر روی فولاد ضد زنگ در مجاورت یک لایه الاستومتریک می لغزد، برای ساخت یک نیروگاه هسته ای در آفریقای جنوبی مورد استفاده قرار گرفته است. سیستم آونگ اصطکاک، یک سیستم لغزشی است که در آن از مواد واسط ویژه ای استفاده گشته است که بر روی فولاد ضد زنگ می لغزند و برای ساخت پروژه های متعددی در آمریکا، هم پروژه های جدید و هم پروژه های بازسازی، مورد استفاده قرار گرفته اند.
تحقیقات در EERC
تحقیقات بر روی توسعه اسباب مبتنی بر لاستیک طبیعی برای سیستم های حفاظتی مورد استفاده در ساختمان ها برای مقابله با زمین لرزه، در سال 1976 در مرکز تحقیقات مهندسی زلزله ( EERC )، که اکنون به PEER یعنی مرکز تحقیقات مهندسی پاسیفیک مشهور است، در دانشگاه کالیفورنیا در برکلی آغاز گردید. برنامه تحقیقاتی اولیه، ثمره تلاش مشترکی از EERC و اتحادیه تحقیقاتی تولید کنندگان لاستیک مالزی ( MRPRA ) بود. این برنامه توسط MRPRA و از طریق اعطا تعدادی کمک هزینه در خلال چندین سال تحقیق، پشتیبانی مالی گردید که بعدها توسط بنیاد ملی علوم و موسسه تحقیقات برق قدرت نیز، حمایت مالی شد. استاد James M. Kelly این تحقیقات را که با کمک های عملی و نظری فراوان دانشجویان کارشناسی ارشد و دکترا همراه بود، در EERC رهبری نمود.
اگر چه این ایده در دوران خودش ایده کاملا بدیعی نبود – چرا که پیش از آن، شیوه های مبتنی بر نورد و یا لغزنده ها پیشنهاد شده بودند – و لیکن مفهوم محافظت از پی، توسط بسیاری از صاحبنظران مهندسی سازه، غیر عملی ارزیابی شده بود. این پروژه تحقیقاتی، با استفاده از مقداری اسباب آلات دست ساز از جنس لاستیک که در یک مدل 20 تنی، تک منظوره و سه طبقه مورد استفاده قرار گرفته بود، آغاز گردید. آزمایش های لرزه نگاری حاکی از آن بودند که اسباب آلات حفاظتی، در مقایسه با طراحی های مرسوم، با ضریبی در حدود ده برابر منجر به کاهش لرزه می گشتند و همانگونه که انتظار می رفت، مدل دارای ثبات بالایی بود و تمام دگردیسی صورت پذیرفته در مدل، در سیستم حفاظتی آن متمرکز می گشت. آشکار بود که سیستم تا حدودی، نیاز به کاهش میزان لرزه داشت و مقیاس مدل هم برای این که امکان استفاده عملی از ترکیبات لاستیک فراهم شود، بسیار کوچک می نمود.
