زلزله، چگونگی ایجاد ، امکان پیشگویی و راه های کاهش تلفات و خرابی ها – بخش اول

📝سعید نعیمی-کارشناس ارشد مهندسی زلزله

به بهانه زلزله امروز در حلبچه و گستردگی منطقه اثر و حساسیت ها و واکنش های هموطنان در شبکه های اجتماعی و بنا به درخواست دبیر محترم سرویس علمی خبرگزاری ایرنا ، این مطلب را که به زبان ساده چگونگی ایجاد، تعریف بزرگی و عوامل موثر در ظرفیت تخریبی زلزله ها را شرح داده است تقدیم هموطنان عزیز می کنم تا علاقمندان درک درستی از زمین لرزه پیدا کرده و مطالب غیر مفید و شایعات موجب ایجاد نگرانی در خانواده ها نگردد.

1- اگرچه در رسانه ها ، زلزله ها بر حسب بزرگی و با مقیاس ریشتر شناخته می شوند ولی آثار و میزان تخریب و تلفات زلزله ها تابع پارامترهای دیگری است که مورد بحث قرار خواهد گرفت.

قبل از ورود به بحث اصلی مقدماتی جهت آشنایی با برخی مفاهیم تقدیم می گردد.

✅علل وقوع زمین لرزه:

از میان نظریاتی که در مورد علل وقوع زمین لرزه ها پیشنهاد و بررسی شده،  تئوری زمین ساخت صفحه ای بیش از همه مورد توجه قرار گرفته و پاسخ سوالات و ابهام های مربوطه را داده است

بطور خلاصه این تئوری به ما می گوید که زمین بوسیله چند لایه پوسته های سخت پوشانده شده که این لایه ها نسبت به هم حرکت کرده و منشا وقوع زمین لرزه ها می گردند.در مرزهای صفحه ها مکانیسم های مختلف زمین ساختی وجود داشته و از جمله پدیده کوه زایی در این مناطق اتفاق می افتد.

زمین لرزه ها عموما در ناحیه هایی که صفحه از کنار هم می لغزدد و یا در زیر یک صفحه فرو می روند اتفاق می افتد.

محل صفحه های زمین ساختی،  جهت حرکت صفحه ها و توزیع پشته های اقیانوسی و مقایسه آن با نقشه لرزه خیزی کره زمین موجب اعتبار تئوری زمین ساخت صفحه ای گردیده است.

✅گسل : محل لغزش دوجانبه بسترهای سنگی در یک پوسته را گسل می گوییم که عامل مستقیم ایجاد زمین لرزه می باشندـ

از این رو شناخت گسل ها بسیار حائز اهمیت می باشد امروزه بوسیله نقشه برداریهای زمین شناسی،توپوگرافی و عکس برداری هوایی و تلفیق اطلاعات حاصل از آنها نقشه کامل و دقیقی از گسل های کشور تهیه شده است که مطالعه رفتار گسل ها قبل از ایجاد سازه های مهم در نزدیکی آنها بسیار ضروری است.

گسیختگی های سطحی در راستای گسل بم – تصویر از وبلاک دکتر مهدی زارع برداشته شده است.

✅بزرگی یک زمین لرزه:

اندازه یک زمین لرزه رابطه مستقیمی با انرژی آزاد شده در یک زلزله دارد، بزرگی M در سال ۱۹۳۵ بوسیله چارلز ریشتر Charles Francis Richter پیشنهاد شده است، به این صورت که وقتی در نوع خاصی از لرزه سنج، ماکزیمم دامنه بر حسب میکرومتر را در فاصله صد کیلومتری از مرکز سطحی زلزله نشان دهد و آن را با نماد A نشان دهیم در اینصورت بزرگی زلرله در مقیاس ریشتر برابر لگاریتم A خواهد بود:

M=log   A

چون لرزه سنج هیچ وقت دقیقا در فاصله صد کیلومتری از مرکز زلزله قرار ندارد روابط اصلاحی دیگری پیشنهاد شده است که بر اساس آنها عدد A اصلاح شده و طبق رابطه بالا بزرگی زلزله یا Magnitude محاسبه می گردد.

در نهایت باید بدانیم که لگاریتم مقدار انرژی  آزاد شده در زمین لرزه ها با بزرگی زلزله در مقیاس ریشتر نسبت مستقیم دارد لذا با یک واحد افزایش بزرگی زلزله ، انرژی آن حدودا ۳۲ برابر میشود و با دو واحد افزایش بزرگی زلزله ، انرژی آن هزار برابر می گردد. یعنی انرژی آزاد شده در زلزله ۶ ریشتری هزار برابر انرژی آزاد شده در زلزله 4 ریشتری می باشد و بر همین اساس قدرت تخریب یک زلزله با بزرگی 7 حدودا هزار برابر قدرت تخریب یک زلزله 5 ریشتری است ( به شرط اینکه سایر پارامترها ثابت بمانند ).

حال پس از آشنایی با مفاهیم اولیه زمین لرزه و تعریف بزرگی زلزله ، سایر عواملی که در میزان تخریب و تلفات ناشی از یک زلزله مشخص ، نقش دارند را به اجمال و ذکر مثال بر می شماریم:

✅a- شدت کلی زلزله و جهت شتاب غالب

شتاب زلزله از مهمترین فاکتورهای تعیین کننده اثر تخریبی آن می باشد که بصورت درصدی از شتاب جاذبه زمین یا g تعریف می شود .( مثلا در زلزله بم بدلیل غالب بودن شتاب قائم – که نزدیک یک g و یا برابر شتاب گرانش کره زمین بود – تقریبا همه ساختمانهای خشتی که فاقد سختی در جهت قائم هستند ، فرو ریختند ولی ساختمانهای نه چندان اصولی که دارای حداقلی از سختی در جهت قائم بودند بصورت کامل تخریب نشده و تلفات جانی کمتری ایجاد کرده بودند)

✅b- محتوای فرکانسی امواج زلزله و زمان تناوب سازه ها

✅c- نوع خاک منطقه

نوع خاک بستر یک منطقه که بر اساس سرعت عبور امواج برشی از بستر تعیین و درجه بندی می گردد هم در تخریب ایجاد شده بر یک بنا یا سازه در اثر یک زمین لرزه مشخص تاثیر دارد بر همین اساس در استاندارد 2800 ایران هم نوع خاک بستر را به 4 تیپ تقسیم کرده و برای تاسیسات و سازه های خاص نیز مطالعات جداگانه سنگ بستر را توصیه نموده است.

( مثلا در زلزله منجیل برخی ساختمانهای بلند در یخشهایی از شهر رشت – با دوره تناوب حدود 0.4 ثانیه – فرو ریخته یا آسیب دیدند در حالیکه ساختمانهای کوتاه واقع در همان منطقه از شهر رشت هیچ آسیبی ندیدند،  علت چنین پدیده ای را باید در نوع خاک منطقه جست که فرکانسهای خاصی از امواج زلزله بدون میرایی به شهر رشت رسیده و خسارت به بار آوردند.)

✅d- عمق زلزله : هر چقدر عمق زلزله بیشتر باشد از قدرت تخریب آن کاسته میشود و زلزله های مخرب عموما از زلزله های سطحی هستند با عمق کمتر از 20 کیلومتر ، زلزله های عمیق اگرچه در فواصل بسیار دور هم احساس می شوند ولی تخریب چندانی ایجاد نمی کنند .

✅ نکته مهم : انفجارها ، آزمایشهای هسته ای و وزن آب جمع شده در سدهای بزرگ نیز موجب وقوع زلزله می شوند ، البته زلزله های طبیعی بسادگی از زلزله های ناشی از انفجار یا آزمایش هسته ای قابل شناسایی هستند ، مهمترین ویژگی زلزله های ناشی از آزمایشهای هسته ای عمق بسیار کم شان می باشد که کمتر از 3 کیلومتر هستند محتوای فرکانسی و … این دو نوع زلزله هم متفاوت بوده و برای اهل فن روشن می باشد.

زلزله های ناشی از آزمایشات هسته ای اگرچه عمق بسیار کمی دارند ولی بدلیل آزاد نکردن انرژی زیاد و شتاب پایین و نداشتن سایر پارامترها ، تخریب و تلفاتی ایجاد نمی کنند.

✅e- مشخصات فنی و سیستم لرزه بر ساختمانها

تاکنون مشخصات ذاتی زمین لرزه ها را مورد بررسی قرار دادیم و بستر سازه ، محتوای فرکانسی زمین لرزه ، عمق زلزله و …. را در میزان تخریب زلزله ها مهم ارزیابی کردیم موارد گفته شده عموما خارج ار اراده ما بوده و ما امکان اثرگذاری بر آن مولفه ها را نداریم ، مهمترین فاکتور در اختیار ما برای مقاومت در برابر زلزله ، انتخاب سیستم لرزه بر مناسب و طراحی و اجرای ساختمان ها بر اساس موازین فنی و مقررات ملی ساختمانی کشور و استفاده از مصالح مرغوب می باشد

✅f- مدت زمان زلزله

مدت زمانی که زمین می لرزد عامل مهمی در میزان تخریب است و بدیهی است که کوتاه بودن مدت لرزش زمین موجب کاهش تلفات و تخریب می گردد.

منابع:

طراحی ساختمانهای مقاوم در برابر زمین لرزه   – مینورو واکایاشی

مهندسی زلزله،  مبانی و کاربرد – حسن مقدم

Handbook of earthquake engineering – F. Naim

طراحی بر اساس عملکرد ساختمانهای بتنی ، پایان نامه کارشناسی ارشد – سعید نعیمی