مدتی پیش در سایتهای خبری, خبری با عنوان ” برجی مقاوم در برابر زلزله 20 ریشتری ” منتشر شد که البته سوژه خنده بسیاری از مهندسین شد! همانطور که میدانید به اشتباه مقاومت سازه ها را با مقیاس ریشتر بیان میکنند که البته با توجه به اینکه ریشتر تنها انرژی آزاد شده در زلزله را مشخص میکند و با توجه به فاصله سازه از کانون زلزله و دیگر شرایط از جمله خاک زیر پی ساختمان و … نمیتواند مقیاس خوبی برای بیان مقاومت باشد. در واقع مقیاس مهندسی برای تعیین میزان خسارات وارد بر ساختمانها بر اثر زلزله مرکالی است که در این مقاله قصد داریم این مقیاس را معرفی کنیم.
مقیاس شدت مرکالی یک مقیاس زمین لرزه ای برای اندازه گیری شدت یک زلزله است. این مقیاس اثرات یک زلزله را اندازه میگیرد و با مقیاس بزرگای گشتاوری که معمولا برای یک زلزله گزارش میشود و شدت زلزله را بر اساس میزان انرژی آزاد شده آن اندازه میگیرد متفاوت میباشد. در واقع شدت یک زلزله تماما توسط بزرگی آن اندازه گیری نمیشود.
ژاپنی ها توانستند جاده ای که در زلزله 8.9 ریشتری 11 مارس 2011 تخریب شد را در عرض تنها 6 روز بازسازی کنند. آنها توانستند قدرت و سرعت خود در بازسازی مناطق زلزله زده را با بازسازی های سریع خود نشان دهند.
عکس بالایی: جاده بعد از زلزله - عکس پایینی: 6 روز پس از آغاز بازسازی آن
زلزله ای به بزرگی 8.9 ریشتر امروز جمعه 20 اسفند 1389 مصادف با 11 مارس 2011 ژاپن را لرزاند.
این زلزله پنجمین بزرگترین زلزله جهان از سال 1900 میلادی است. این زلزله باعث تشکیل سونامی های بزرگی نه تنها در ژاپن بلکه در مناطق زیادی دیگر در حوزه اقیانوس آرام شد. خطر سونامی در حداقل 20 کشور جهان و بسیاری از جزایر موجود در اقیانوس آرام وجود دارد که باعث تخلیه مناطق ساحلی شده است. پس لرزه های این زمین لرزه به 6.5 ریشتر بزرگی میرسد! و گفته میشود این زلزله بیش از 76 پس لرزه داشته است ( و البته هنوز که این خبر نوشته میشود پس لرزه ها ادامه دارند! )
نقشه 95 زلزله اخیر منطقه
گفته میشود حداقل یک نیروگاه اتمی در ژاپن بر اثر این زلزله دچار مشکل شده است.تصاویر ارسالی از ژاپن نشان دهنده خسارات جانی و مالی زیادی بر اثر هم زلزله و هم سونامی است.طبق سازمان زلزله شناسی آمریکا اپیسنتر زلزله در 373 کیلومتری شمال شرقی توکیو و 130 کیلومتری شرق سندای – هونشو بوده است.
به گفته پلیس تا کنون حداقل 300 جسد پیدا شده است اما انتظار میرود رقم نهایی تلفات جانی بسیار بیشتر از این عدد باشد.
موجهای سونامی تشکیل شده از این زلزله تا 10 متر در برخی از سواحل میرسد و حتی موجهای که بر اثر این زلزله در جزیره هاوایی تشکیل شده اند ارتفاعی تا 3 متر دارند.
نقشه سونامی های پیشبینی شده زلزله 8.9 ریشتری 11 مارس 2011 ژاپن
چهار زلزله قوی تر از زلزله 11 مارس 2011 از 1900 به بعد در زیر آورده شده اند:
زلزله 22 می 1960 Valdivia چیلی با بزرگی 9.5 ریشتر
زلزله 26 دسامبر 2004 Sumatra اندونزی با بزرگی 9.3 ریشتر
زلزله 27 مارس 1964 Prince William Sound ایالات متحده آمریکا با بزرگی 9.2 ریشتر
زلزله 4 نوامبر 1952 Kamchatka روسیه با بزرگی 9 ریشتر
در این مقاله طبق یکسری استدلالهای نه چندان دقیق میخواهیم پیشبینی کنیم زلزله مرگبار بعدی ایران در کجا و چه زمانی اتفاق می افتد. البته همانطور که در عنوان این مقاله نیز گفته شده است این یک “پیشگویی” است! یعنی نمیتوان آنرا علمی تلقی کرد هر چند سعی شده است از منابع و اطلاعات علمی در رسیدن به این پیشبینی استفاده شود.
قبل از هر چیز به نقشه زیر نگاه کنید:
نقشه خطر لرزه ای ایران - نقشه مناطق زلزله خیز ایران
این نقشه خطر لرزه ای ایران است. هر جای این نقشه که پر رنگ تر است احتمال وقوع و خطر زمین لرزه بیشتر است.
حال به عکس زیر نگاه کنید:
نقشه مناطق زلزله خیز ایران - نمایش محل جغرافیایی زلزله های ایران
این تصویر نیز همان نقشه قبلی است اما بر روی آن محل وقوع 3 مورد از مرگبارترین زلزله های ایران مشخص شده است:
1- منجیل (رودبار)
2- طبس
3- بم
(گفتنی است زلزله بوئین زهرا نیز از زلزله های مخرب ایران بوده است اما با توجه به آمار تلفات جانی, سه زلزله ذکر شده مرگبارتر بوده اند.)
توجه کنید که زلزله منجیل در منطقه ای با خطر لرزه ای متوسط – زلزله طبس در منطقه ای با خطر لرزه ای بالا و زلزله بم در منطقه ای با خطر لرزه ای پایین رخ داده است. (1)
همانطور که میدانید 3 زلزله طبس ( 1357 ) – زلزله منجيل ( 1369 ) – زلزله بم ( 1382 ) سه مورد از مرگبارترین زلزله های ایران بودند
که هر کدام از آنها به ترتیب 25000 تن – 45000 تن – 40000 تن تلفات جانی بر جای گذاشتند.
همچنین بزرگی این زلزله ها در مقیاس ریشتر در زیر آورده شده است:
زلزله طبس با بزرگی 7.7 ریشتر
زلزله منجیل با بزرگی 7.5 ریشتر
زلزله بم با بزرگی 6.5 ریشتر (2)
یک نکته جالب توجه در این بین این است که فاصله بین این سه زلزله مرگبار کشور هر کدام 12 و 13 سال است. یعنی زلزله منجیل 12 سال پس از زلزله طبس و زلزله بم 13 سال پس از زلزله منجیل به وقوع پیوسته است. با این الگو زلزله مرگبار بعدی 14 سال پس از زلزله بم خواهد بود.(3)
یک نکته دیگر:
زلزله طبس در 7 شب 25 شهریور – زلزله منجیل در 12:30 بامداد 31 خرداد – زلزله بم در 5:26 بامداد 5 دی
یعنی زلزله اول در شهریور ماه – زلزله دوم در خرداد ( بدون توجه به سال میشود 9 ماه بعد ) – زلزله سوم در دی ( 7 ماه بعد )
پس یعنی اگر با همین الگو پیش برود زلزله بعدی بدون توجه به سال در 5 ماه بعد از دی رخ خواهد داد یعنی مجددا خرداد ماه. (4)
همچنین ملاحظه میشود زمان زلزله ها بدون توجه به تاریخ با فاصله حدودا 5 ساعتی است. یعنی اولی ساعت 7 شب – دومی ساعت 12:30 صبح (5 ساعت و نیم بعد) – سومی در ساعت 5:26 ( تقریبا 5 ساعت بعد)
پس دوباره نتیجه میگیریم زلزله بعدی 5 ساعت پس از 5:26 دقیقه صبح یعنی در حدود ساعت 10:30 صبح رخ خواهد داد. (5)
مجددا با توجه به تاریخ زلزله ها نتیجه گرفته میشود زلزله اول در 25ام ماه – زلزله دوم در 31 ام ماه و زلزله سوم در 5 ام ماه بوده است. یعنی فاصله روزی بین این سه زلزله (بدون توجه به تاریخ و فقط با درنظر گرفتن روزهای ماه) 5 روز است. (6)
حال به تصویر زیر نگاه کنید:
نقشه مناطق زلزله خیز ایران - تقسیم بندی کشور به سه قسمت شمال - مرکز - جنوب
اگر ایران را به سه قسمت شمالی – مرکزی و جنوبی تقسیم کنیم هر کدام از این زلزله ها در یکی از این قسمتها بودند.
یعنی به ترتیب ابتدا در قسمت مرکزی (طبس) سپس در قسمت شمالی (رودبار) و آخر در قسمت جنوبی (بم)
پس زلزله بعدی مجددا در قسمت مرکزی کشور خواهد بود. (7)
از (1) => زلزله بعدی در منطقه پرخطر لرزه ای خواهد بود.
از (2) => زلزله بعدی با بزرگی کمتر از 6.5 ریشتر یعنی حدودا 6.3 ریشتر خواهد بود.
از (3) => زلزله بعدی در سال 1396 به رخ خواهد داد.
از (4) => زلزله بعدی در خرداد ماه خواهد بود.
از (5) => زلزله بعدی در ساعت 10:30 صبح رخ خواهد داد.
از (6) => زلزله بعدی در 10ام ماه خواهد بود.
از (7) => زلزله بعدی در قسمت مرکزی کشور رخ خواهد داد.
با توجه به نقشه خطر لرزه ای ایران (تصویر اول) و نتایج (1) و (7) به این نتیجه میرسیم زلزله بعدی در یکی از مناطق معلوم شده در نقشه زیر خواهد بود:
پیشبینی زلزله مرگبار بعدی ایران
که با انطباق این نقشه بر روی نقشه ایران با مرزبندی استانها خواهیم داشت:
محلهای احتمالی وقوع زلزله مرگبار بعدی ایران
پس لطفا اگر در یکی از مناطق مشخص شده زندگی میکنید در سال 1396 در تاریخ 10 خرداد در ساعت 10:30 صبح مراقب خود باشید زیرا طبق شواهد بالا زلزله بعدی در این زمان و در این مکان به وقوع خواهد پیوست.
پانوشت 1: همه اطلاعات خام استفاده شده در این مقاله از سایتهای معتبر زلزله ای کشور گرفته شده است.
پانوشت 2: همانطور که در ابتدای مقاله گفته شده است نمیتوان آنرا علمی تلقی کرد و تنها طبق مباحث ساده آماری موجود بین سه زلزله پیشین به نتایج بدست آمده رسیدیم.
پانوشت 3: هرچند نتایج بدست آمده کاملا غیر علمی هستند و تا حدودی با طنز همراه است اما عقل سلیم حکم میکند یک احتمال بسیار بسیار کوچک بدهیم که این اتفاق ناگوار ممکن است بیفتد.
پانوشت 4: هر یک واحد افزایش در مقیاس ریشتر یعنی 32 برابر انرژی بیشتر. در واقع یعنی زلزله ای با بزرگی 7 ریشتر 32 برابر انرژی بیشتری نسبت به زلزله ای با بزرگی 6 ریشتر آزاد میکند.
بیشتر مرگ و میرهای ناشی از زلزله ها به دلیل ریزش ساختمانها و سازه است. در جنوب ایتالیا در سال 1909 بیش از 100 هزار نفر بر اثر زلزله از بین رفتند که بیش از نصف این تعداد به دلیل ریزش آوار جان خود را از دست دادند. این تعداد بالای مرگ و میر به دلیل سبک ساختمانهای آن منطقه بود که از مقاومت بسیار کمی در برابر امواج زلزله برخوردار بودند. این در حالی است که زلزله بزرگتری درست 3 سال قبل از این حادثه در سانفرانسیسکو ایجاد شد که 700 نفر تلفات داشت. دلیل این که تلفات این زلزله بسیار کمتر از زلزله ایتالیا بود سبک ساختمانهای سانفرانسیسکو بود که بیشتر از چوب ساخته شده بودند. نرخ زنده ماندن زلزله سانفرانسیسکو 98% و همین نرخ برای زلزله ایتالیا بین 33% تا 45% بود. (طبق Zebrowski در سال 1997)
اثرات زمین شناسی بر لرزه ها:
ما برای بررسی میزان مخرب بودن یک زلزله از بزرگی آن و همچنین مدت زمانی که زلزله ادامه می یابد استفاده میکنیم. (بزرگی زلزله – فاصله از گسل – ویژگیهای زمین شناسی منطقه و …)
زلزله های بزرگتر مدت زمان بیشتری به طول می انجامند (زیرا سطح گسیختگی بزرگتری را دارند) و البته ویژگی ها زمین شناسی منطقه نیز در تعیین طول مدت زلزله نیز تاثیر گذار هستند. اما مهمتر از همه ویژگی های ساختاری لایه های بالایی زیر ساختمان هستند. مثلا لرزش در زمینهای نرم معمولا بزرگتر و طولانی تر از لرزش در زمینهای سخت است.
اثرات ویژگی های زمین شناسی محل در زلزله
آماده سازی ساختمانها برای لرزشهای ناشی از زلزله
اولین مرحله مقاوم سازی ساختمانها در برابر زلزله درک درست نحوه تکان خوردن آنها در زمان زلزله است.
زمانی که زمین تکان میخورد, این جابجایی به واسطه پی ساختمان در طول آن تاثیر میگذارد. زمانی که قسمتهای پایینی ساختمان و پی آن که در زمین قرار دارند تکان میخورند, قسمتهای بالایی ساختمان تمایل به حفظ سکون خود هستند که این موضوع باعث تمرکز نیرو در ساختمان میشود و در نتیجه ساختمان در نقاط ضعیفترش به دلیل نیروی برشی زیاد شکست میخورد. و همین امر میتواند باعث ریزش کامل ساختمان شود.
نحوه تکان خوردن ساختمان و همچنین فرکانس لرزه ای آن به خود ساختمان بستگی دارد. مثلا ساختمانهای بلندتر در مقایسه با ساختمانهای کوتاه باعث تقویت بیشتر حرکتهای با پریود طولانی تر میشوند. هر ساختمان با توجه به ارتفاعش دارای یک فرکانس رزونانس است که اگر فرکانس لرزه ای با این فرکانس هماهنگ شود باعث تشدید لرزش شده و تخریب ساختمان بیشتر میشود. تشخیص رفتار دقیق ساختمان میتواند بسیار دشوار باشد اما یک قانون بسیار تقریبی برای پیدا کردن فرکانس تشدید ساختمانها وجود دارد که میگوید: دوره تناوب تشدید تقریبا برابر 0.1 ضربدر تعداد طبقات ساختمان است. ( این عدد به ثانیه است)
مقایسه ساختمانهای بلند و کوتاه در زمین لرزه
همچنین ساختمانهای بلندتر در زمان زلزله مدت زمان بیشتری تکان میخورند که باعث آسیب پذیری بیشتر آنها میشود. البته خوشبختانه بیشتر ساختمانهای بلند طوری طراحی شده اند که در برابر لرزه های ناشی از زلزله و حتی باد مقاومت کنند.
کمترین مقاوت را در برابر زلزله ساختمانهای غیر مسلح بنایی دارند.
پیشبینی خطرات:
مقاوم سازی ساختمانها در برابر زلزله ( چه ساختمانهای قدیمی و چه ساختمانها جدید ) بسیار پرخرج است. تصمیم برای طراحی یک ساختمان بر حسب زیبایی – کارآیی – سازه – استحکام و مطمئنا هزینه آن انجام میشود. استانداردهای خاصی برای طراحی یک ساختمان مناسب در آیین نامه های ساختمانی هر کشور آمده است که باعث نظارت بیشتر بر روی ساختمانها شده است. در مرحله اول حفظ جان ساکنین ساختمان مهم بوده و سپس کارآیی خود ساختمان بعد از زلزله. به همین دلیل ساختمانها در آیین نامه 2800 با توجه به کاربریشان به درجه اهمیتهای مختلف تقسیم بندی شده اند. مثلا ساختمانهای با اهمیت زیاد باید پس از زلزله هنوز امکان بهره برداری داشته باشند.
در همین آیین نامه مناطق مختلف کشور از لحاظ میزان زلزله خیزی و خطرات زلزله نیز تقسیم بندی شده اند. نقشه های خطرات زلزله با توجه به موارد زیر کشیده میشوند:
1- تاریخچه زلزله های قبلی منطقه
2- شدت لرزه های تشکیل شده از زلزله احتمالی
3- فرکانس لرزه – فاصله از گسل
4- ویژگی های زمین شناسی منطقه
نقشه خطر زلزله
مقاومسازی سازه ها
برای مقاومسازی ساختمان در برابر زلزله دو نوع اقدام میتوان انجام داد:
1- ساختمان را با همه قسمتهای تشکیل دهنده آن مقامسازی کنید و با اتصالاتی محکم کل سازه را به یک جسم صلب تبدیل کنید که در برابر زلزله بصورت یکپارچه تکان بخورد.
2- سازه را طوری طراحی کنید که کاملا قابل انعطاف باشد و در هنگام زلزله با ایجاد تغییر شکل قسمتی از انرژی زلزله را جذب کند اما تخریب نشود.
هر دوی این راه حل ها هزینه زیادی میطلبند به همین دلیل نمیتوانیم ساختمانهای خود را طوری طراحی کنیم که بزرگترین زلزله ها را تحمل کنند. اما میتوانیم با یک هزینه قابل قبول ریسک خود را کمتر کنیم.
همانطور که اشاره شد سازه با اهمیت زیاد (مثلا بیمارستانها – نیروگاه های هسته ای – سد ها و …) باید بیشترین مقاومت را در برابر زلزله داشته باشند. طوری که نه تنها پس از زلزله ریزش نکنند بلکه بتوان از آنها بعد از زلزله همچنان بهره برداری کرد. به همین دلیل این ساختمانها نیازمند بیشترین سرمایه گذاری ها هستند.
تصویری از یک بیمارستان
الزامات کلی برای ساختمانهای دیگر را میتوان بصورت زیر دسته بندی کرد:
برای زلزله های با بزرگی کمتر از 5.5 ریشتر: میزان خسارت کمی بر ساختمان وارد شود
برای زلزله های با بزرگی بین 5.5 تا 7 ریشتر: خسارت قابل تعمیر باشد.
برای زلزله های بزرگتر از 7 ریشتر: عدم ریزش ساختمان در زلزله های بزرگ
برای اینکه اطمینان حاصل شود ما به این اهداف خود برسیم باید چندین قدم اساسی برداریم. اولین آنها مسئولیت پذیری و با ملاحظه بودن در هنگام تعیین قوانین و همچنین طراحی و ساخت ساختمان است. از آنجایی که میدانیم زمینهای با خاک نرم و اشباع شده از آب در برابر زلزله آسیب پذیر تر هستند باید سعی شود در این زمینهای تا حد ممکن از ساخت و ساز جلوگیری شود. و اصلا ساختمانهای با اهمیت زیاد نباید در این زمین های ساخته شوند. اگر مجبور به ساخت در چنین زمینهایی شدیم باید قبل از هر گونه عملیات ساخت اقدام به محکم سازی خاک آن پروژه کرد.
همچنین استفاده از فریم های فولادی – دیوارهای برشی یا بادبندهای مناسب و یا حتی اقدامات پیچیده تر همچون استفاده از لایه های لاستیکی و یا فولادی برای ایزوله کردن ساختمان در برابر لرزه راهکارهای مناسبی هستند.
اثر زلزله بر ساختمان یک پارکینگ طبقاتی
تا اینجا ما در مورد تاثیرات موجهای زلزله بر روی سازه ها بحث کردیم اما اثرات دیگری وجود دارد که به عنوان اثرات ثانویه نام برده میشوند و آنها نیز میتوانند به این اندازه و یا حتی بیشتر مخرب باشند. مثل لغزش زمین.
لغزش زمین
تنها ساختمانها نیستند که در زمان زلزله ریزش میکنند بلکه ریزش قسمتهای ناپایدار تپه ها و کوه ها نیز میتوانند خطرات جدی را ایجاد کنند. حتی ریزش هایی که کشنده نیستند به دلیل اینکه ممکن است راه های ارتباطی را مسدود کنند میتوانند بسیار مهم باشند.
برخی مواقع لغزش های شدید خاکی میتواند به دلیل زلزله بوجود آیند مثلا در سال 1970 زلزله پرو باعث شد یک لغزش زمین در فاصله 80 مایلی زمین لرزه بوجود آید که باعث مرگ بیش از 18000 نفر شد. این ریزش خاک با سرعت بیش از صد مایل در ساعت حرکت کرد.
ریزش یک تپه در زلزله
همچنین روان شدن خاک نیز یکی دیگر از مشکلات است که باعث میشود خاک زیر سازه نتواند مقاومت برشی لازم را داشته باشد و همانند شنهای روان جابجا شود.
عکسی از یک مدرسه بعد از زلزله
خانه ای در ونزوئلا که به دلیل زلزله نشست پیدا کرده استزلزله نیگاتا و اثرات آن
سونامی:
در برخی زلزله های خاص یکی از اثرات ثانویه ایجاد سونامی است. سونامی یک لغت ژاپنی به معنای موج بندر است. گاهی اوقات سونامی با جزر و مدهای طبیعی اشتباه گرفته میشود که البته این دو هیچ ارتباطی به یکدیگر ندارند. سونامی به دلیل جابجایی ناگهانی در پوسته های اقیانوسی زیر آب است. با جابجا شدن ناگهانی زمین زیر دریا ها امواج حاصله با سرعت بالایی به ساحل برخورد میکنند که میتواند باعث زیر آب رفتن مناطق ساحلی شود. این امواج میتوانند در طول اقیانوس جابجا شوند. مثلا زمین لرزه های بزرگ در آلاسکا و چیلی باعث سونامی در کالیفرنیا و هاوایی و حتی ژاپن میشود.
علت وقوع سونامی
سرعت این امواج با توجه به زلزله و همچنین عمق اقیانوس متفاوت است اما بصورت میانگین همانند سرعت یک هواپیمای جتی مسافربر میباشد ( 712 کیلومتر بر ساعت یا 0.2 کیلومتر در ثانیه ) این سرعت نسبت به سرعت امواج زمین لرزه بسیار کمتر است. به همین دلیل در بیشتر مواقع قبل از ایجاد سونامی میتوان وقوع آنرا از لرزه های زمین تشخیص داد اما متاسفانه به دلیل کوتاه بودن این بازه زمانی نمیتوان به موقع از محل حادثه دور شد.
موج سونامی در آبهای عمیق
در آبهای عمیق سونامی ها زیاد بزرگ نبوده و خطر آفرین نیستند. ارتفاع موجها در چنین سونامی های بسیار کم و در حدود 1 متر است اما همین امواج وقتی به سواحل میرسند با توجه به متمرکز شدن نیروی موج در عمق کمتر, طول موجها افزایش یافته و میتوانند بسیار خطرناک باشند.
موج سونامی در آبهای کم و عمق و نزدیک ساحل
بصورت میانگین ارتفاع امواج سونامی در سواحل چند ده متر است و برخی از آنها حتی تا 90 متر نیز میرسند. چنین سونامی هایی برای نواحی ساحلی بیشتر از خود زلزله تلفات بوجود می آورند.
