خطرات زلزله در ساختمان سازی و عمران

تاثیر ساختمانها در میزان تلفات جانی زلزله ها:

بیشتر مرگ و میرهای ناشی از زلزله ها به دلیل ریزش ساختمانها و سازه است. در جنوب ایتالیا در سال ۱۹۰۹ بیش از ۱۰۰ 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 ۳ سال قبل از این حادثه در سانفرانسیسکو ایجاد شد که ۷۰۰ 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 ۹۸% و همین نرخ برای زلزله ایتالیا بین ۳۳% تا ۴۵% بود. (طبق Zebrowski  در سال ۱۹۹۷)

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 ۰٫۱ 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 ۲۸۰۰ 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:

۱-      تاریخچه زلزله های قبلی منطقه

۲-      شدت لرزه های تشکیل شده از زلزله احتمالی

۳-      فرکانس لرزه – فاصله از گسل

۴-      ویژگی های زمین شناسی منطقه

نقشه خطر زلزله

مقاومسازی سازه ها

برای مقاومسازی ساختمان در برابر زلزله دو نوع اقدام میتوان انجام داد:

۱-      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.

۲-      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 ۵٫۵ ریشتر: میزان خسارت کمی بر ساختمان وارد شود

برای زلزله های با بزرگی بین ۵٫۵ تا ۷ ریشتر: خسارت قابل تعمیر باشد.

برای زلزله های بزرگتر از ۷ 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 ۱۹۷۰ زلزله پرو باعث شد یک لغزش زمین در فاصله ۸۰ مایلی زمین لرزه بوجود آید که باعث مرگ بیش از ۱۸۰۰۰ 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 است

زلزله 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 ( ۷۱۲ کیلومتر بر ساعت یا ۰٫۲ 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 ۱ 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 ۹۰ متر نیز میرسند. چنین سونامی هایی برای نواحی ساحلی بیشتر از خود زلزله تلفات بوجود می آورند.

مترجم: علیرضا راحت