خطرات زلزله

تعدادي از سوانح طبيعي از قبيل زلزله، طوفان، گردباد و سيل غالباً خسارت، ضايعات و تلفات جاني به همراه دارند. اين خطرات طبيعي هر ساله خسارات سنگيني در سراسر جهان بوجود مي آورند. خطرات مربوط به زلزله ها به عنوان خطرات لرزه اي ناميده مي شوند. مهندسي زلزله به شناسايي و كاهش خطرات لرزه اي مي پردازد. مهترين خطرات لرزه اي در بخش بعدي تشريح مي گردد.

لرزش زمين

هنگامي كه زلزله اي رخ مي دهد امواج لرزه اي از منبع زلزله به اطراف منتشر شده و بسرعت در امتداد پوسته جامد زمين حركت مي كنند. زماني كه اين امواج به سطح زمين مي رسند، لرزشي مي كنند كه ممكن است از ثانيه ها تا دقيقه ها بطول انجامد. شدت و دوام لرزش در يك محل خاص به بزرگي و موقعيت زلزله و همچين خصوصيات محل بستگي دارد. در محلهايي نزديك به منبع زلزله هاي شديد لرزش زمين ممكن است خسارت سنگيني ببار آورد. لرزش زمين در واقع مي تواند بعنوان يكي از مهمترين خطرات زلزله در نظر گرفته شود زيرا تمامي خطرات ديگر زلزله بعلت لرزش زمين مي باشد. در جايي كه لرزش زمين ضعيف است خطرات ديگر ناشي از زلزله، ضعيف يا منتفي مي باشد. لرزش شديد زمين، بهرحال، خسارات وسيعي ناشي از انواع خطرات لرزه اي ممكن است به همراه داشته باشد.

 گرچه امواج زلزله در بخش عمده اي از مسيرشان، از منبع زلزله تا سطح زمين در بستر سنگي حركت ميكنند، ليكن قسمت پاياني مسير آنها غالباً در داخل لايه هاي خاك بوده و خصوصيات خاك ميتواند ماهيت ارتعاشات سطح زمين را بسيار تحت تاثير قرار دهد. لايه هاي خاك در مقابل امواج زلزله شبيه فيلترها عمل مي كنند زيرا در فركانس خاصي ارتعاشات را مستهلك و در فركانس هاي ديگر آنها را تشديد مي نمايند. از آنجايي كه غالباً شرايط خاك در طول يك فاصلة كم شديداً تغيير ميكند، ميزان لرزش زمين در يك ناحيه كوچك ممكن است تغييرات زيادي داشته باشد. يكي از مهمترين مفاهيم ژئوتكنيك لرزه اي در عمل ارزيابي اثر شرايط ساختگاه بر روي حركات نيرومند زمين مي باشد. در فصل سوم اين كتاب روشهاي تعيين مهمترين خصوصيات حركات نيرومند زمين و در طول فصول چهار الي هفت سوابق و روشهاي تخمين حركت زمين در يك ساختگاه خاص تشريح مي گردد.

 
خطرات سازه اي

بدون شك شديدترين و خاطره انگيزترين خسارات زلزله مربوط به خرابي سازه مي شود. از ويراني قابل پيش بيني ساختمانهاي آجري غير مسلح و خشتي كه در آنها سكنه زيادي در مناقطي از كشورهاي توسعه نيافته زندگي مي كنند (شكل 1-1) تا خرابي غير منتظره ساختمانهاي خيلي مدرنتر، خرابي سازه عامل اصلي ضايعات جاني و اقتصادي در زلزله هاي بسياري بوده است. معذالك نيازي به ويراني سازه براي ايجاد خسارت و مرگ نمي باشد. سقوط اشياء از قبيل آجرنما، جان پناهها درخارج ساختمان و قابهاي عكس و قفسه هاي سنگين در داخل ساختمان در زلزله هاي بسياري موجب بروز صدمات و ضايعات گرديده اند. تأسيسات داخلي ساختمان از قبيل لوله ها، سيستم روشنايي و ذخيره اي نيز ممكن است در خلال زلزله دچار آسيب گردد. در طول سالهاي متمادي، پيشرفتهاي قابل ملاحظه اي در طراحي سازه هاي مقاوم در برابر زلزله بوجود آمده و آيين نامه هاي مورد نياز جهت طراحي لرزه اي ساختمانها مرتباً اصلاح گرديده است.

همچنانكه طراحي مقاوم سازه ها در برابر زلزله از تأكيد بر مقاومت سازه به تأكيد بر مقاومت و شكل پذيري سازه تغيير مسير داده است، ضرورت تخمين دقيق حركات زمين افزايش يافته است. در طراحي پروژه هاي جاري، غالباً مهندس ژئوتكنيك لرزه اي مسؤول تهيه طيف طراحي حركات زمين براي مهندس سازه مي باشد. در اين كتاب اثرات شرايط ساختگاهي بر حركات زمين در فصل هشتم تشريح گرديده و توصيه هايي جهت طيف طراحي در يك محل خاص ارائه مي شود. 

خطرات ناشی از روانگرايي خاک

تماشايي ترين نمونه هاي خسارت زلزله هنگامي اتفاق مي افتد كه لايه هاي خاك مقاومت خود را از دست داده و مانند يك مايع روان مي گردند. در اين پديده كه روانگرايي ناميده مي شود اغلب مقاومت خاك بشدت تا حدي تقليل مي يابد كه قادر به تحمل وزن سازه ها و يا حتي خود نمي باشد.
ويراني قسمتهايي از بيمارستان بتن مسلح در Juarez در مكزيكوسيتي در  روانگرايي بدليل اينكه فقط در لايه هاي اشباع خاك اتفاق مي افتد معمولاً در مناطقي مجاور رودخانه ها، سواحل و يا ساير منابع آبي مشاهده خواهد شد.

كلمه روانگرايي در واقع پديده هاي وابسته متعددي را شامل مي شود. بعنوان مثال هنگاميكه مقاومت خاك بحّدي كاهش يابد كه پايداري آن تحت شرايط استاتيكي نيز امكان پذير نباشد گسيختگي جرياني اتفّاق خواهد افتاد. گسيختگيهاي جرياني در اينصورت در اثر نيروهاي ثقلي استاتيكي ايجاد شده و مي توانند حركات بسيار بزرگ در خاك توليد نمايند. گسيختگيهاي جرياني تا بحال باعث خرابي سدهاي خاكي ,شيروانيها و شالوده ها  شده اند. زلزله سال 1971 سان فرناندو و باعث گسيختگي جرياني در شيرواني بالادست سد Lower San Fernando گرديد كه تقريباً به شكست سد منجر شد. هزاران نفر ممكن است در مناطق مسكوني پايين دست سد كشته شوند. تغيير شكل جانبي خاك پديدة وابسته ديگري است كه با جابجايي هاي فزاينده در خلال زلزله مشخص مي گردد. تغيير شكل جانبي بسته به تعداد و شدت سيكلهاي تنش بزرگتر از مقاومت خاك ممكن است جابجايي هايي بسيار كوچك و قابل اغماض تا كاملاً بزرگ توليد نمايد. تغيير شكل جانبي در مجاورت پلها كاملاً پديده اي معمول بوده و تغيير مكانهاي توليد شده ممكن است موجب بروز خسارات در پي ها، ديوارهاي جناحي و قسمتهاي فوقاني پلها گرديده است.

سرانجام پديده روانگرايي سطحي، تغيير شكلهاي بزرگ به همراه نداشته ليكن با جوشش ماسه كه در اثر جريان آبهاي زيرزميني به سطح ايجاد مي شود، مشخص مي گردد. گرچه اين پديده ذاتاً خسارت خاصي نداشته، ليكن موجب بروز افزايش فشار در آبهاي زيرزميني گرديده كه استهلاك بعدي اين فشار باعث فرونشيني زمين و نشستهاي نامتقارن خواهد شد.

روانگرايي پديده اي پيچيده مي باشد ليكن تحقيقات در اين زمينه به مرحله اي رسيده است كه چارچوب كاملي جهت درك اين پديده قابل ارائه مي باشد. فصل نهم اين كتاب مفاهيم پايه روانگرايي را ارائه مي دهد كه در آن قابليت شرايط شروع و كليه اثرات اين پديده به همراه مراحل عملي جهت ارزيابي مخاطرات آن تشريح ميگردد.

خرابي سازه هاي حائل

ديوارهاي ساحلي، سپرهاي مهار شده و ديگر سازه هاي حائل بندرت در زلزله ها دچار خرابي مي شوند. تمركز خسارت معمولاً در نواحي مجاور آب از قبيل سواحل و بنادر مي باشد . بدليل اينكه معمولاً چنين تأسيساتي جهت حمل و نقل كالاها، كه اقتصادهاي محلي غالباً بر آنها متكي است، ضروري مي باشند، ضايعات تجاري ناشي از خرابي اين تأسيسات بسيار فراتر از هزينه هاي تعمير و يا بازسازي آنها خواهند بود. در فصل يازدهم اين كتاب روشهاي طراحي مقاوم سازه هاي حائل در برابر زلزله ارائه شده است.

 
خسارات شريانهاي حياتي

شبكه اي از تأسيسات كه خدمات مورد نياز براي جامعه و ارتباط سالم را ارائه دهد در هر ناحيه توسعه يافته اي يافت مي شود. اين شبكه ها كه شامل خطوط انتقال برق و مخابرات، حمل و نقل، آب و فاضلاب، گاز و مايعات سوختي و سيستم جمع آوري ضايعات مي باشند مجموعاً بعنوان شريانهاي حياتي شناخته و نامگذاري مي شوند. سيستم شريانهاي حياتي ممكن است شامل نيروگاهها، برجهاي انتقال، كابلهاي زيرزميني انتقال برق، راهها، پلها، بنادر، فرودگاهها، تأسيسات تصفيه آب، سيستمهاي زير زميني توزيع آب، مخازن ذخيره مايعات، لوله هاي مدفون نفت و گاز و محل دفن زباله هاي جامد شهري و زباله هاي خطرناك نيز باشد.

سيستمهاي شريان حيايي و تجهيزات متعلق به آن خدمات مسلّمي ارائه مي دهند، ليكن ضرورت انواع آنها در مناطق مدرن صنعتي مدرن صنعتي نياز به بررسي دارد. ويراني شريانهاي حياتي نه تنها تبعات شديد اقتصادي دارد، بلكه ممكن است اثر معكوس بر محيط زيست و كيفيت زندگاني بعد از يك زلزله داشته باشد.

خطرات گرداب و امواج لرزه اي (تسونامي) دريا

حركات عمودي سريع كف دريا در خلال زلزله كه بعلت شكست گسل ايجاد مي شود ممكن است امواجي با پريود بزرگ توليد نمايد كه تسونامي ناميده مي شود. در درياي باز اين امواج با سرعتي زياد تا فواصل دور حركت ميكنند، ليكن شناسايي آنها مشكل است. آنها معمولاً داراي ارتفاعي كمتر از يك متر و طول موجي (فاصله بين دو بالا آمادگي) معادل چندين كيلومتر هستند. هنگاميكه يكي از اين موجها به ساحل مي رسد، عمق كم آب در ساحل موجب كاهش سرعت و افزايش ارتفاع آن خواهد شد. در بعضي نقاط ساحلي، شكل بستر دريا ممكنست موجب تشديد اين امواج شده و ديواره اي قائم از آب بوجود آورد كه تا فواصل دور وارد جزيره شده وخسارات ويران كننده اي برجاي گذارد؛

تسونامي عظيم Hoei Tokaido-Nanhaido در سال 1707 موجب مرگ 30000 نفر در ژاپن گرديد. زلزله سال 1960 شيلي باعث توليد امواجي گرديد كه نه تنها 300 نفر را در شيلي به هلاكت رساند، بلكه همچنين 61 نفر را در هاوايي و 22 ساعت بعد، 199 نفر را در فواصلي در ژاپن در كام مرگ فرو برد.امواج ناشي از زلزله در آبهاي بسته پديده گرداب را بوجود مي آورند. گردابها كه نوعاً بوسيله امواج زلزله با پريود بزرگ منطبق بر پريود طبيعي ارتعاشات آب در درياچه يا مخزن بزرگ آب توليد مي شوند ممكن است در فواصلي دور از منبع زلزله مشاهده شوند. بعنوان مثال زلزله سال 1964 آلاسكا امواج زيانباري تا ارتفاع 5 فوقي در درياچه لويزيانا و آركانزاس بوجود آورد. نوع ديگري از گرداب ممكن است هنگامي ايجاد شود كه يك گسل جابجايي هاي قائمي در يك بصورت دائم در يك درياچه يا مخزن بزرگ آب بوجود آورد. در سال 1959 جابجايي عمودي يك گسل در درياچه Hedgen گردابي توليد كرد كه باعث واژگوني سد Hebgen و ظاهر شدن كف درياچه در مجاورت سد گرديد.