الاستجابة الأرضية للزلازل

الاستجابة الأرضية للزلازل
تتلخص الاستجابة الأرضية للزلازل في ثلاث معاملات.
1- التعجيل الأرضي الأقصى: وبالرغم من وجود مركبة أفقية وأخرى عمودية فإن معظم الاستخدامات هي المركبة الأفقية للتعجيل الأقصى.
2- السرعة الأرضية القصوى.
3- الخواص الطيفية.
4- فترة التردد الزلزالي.

الحركة الأرضية:
إن خيار التصميم الهندسي المناسب لمقاومة الزلازل يبقى هو الحل الوحيد ويمثل في اعتماد مواصفات البناء الهندسي الذي يحقق شرطين أساسيين هما:
1-تفادي انهيار المباني حتى عند وقوع زلزال شديد وبالتالي تفادي وقوع نسبة عالية من الوفيات.
2-القبول بمبدأ السماح بالأضرار الإنشائية التي يمكن إصلاحها بتكلفة تقل بكثير عن التكلفة اللازمة للبناء الإنشائي الذي لا يسمح بأي ضرر عند وقوع زلزال شديد.من المتعارف عليه أن معظم الأضرار الأولية خلال حدوث الزلزال بسبب الحركة الأرضية ويعبر عن هذه الحركة بالتسارع الأرضي الأقصى. PGA يعتمد مستوى الحركة الأرضية لموقع ما على بعدها من مركز الزلزال السطحي حيث تزداد الشدة كلما اقتربنا من المركز وتقل كلما ابتعدنا. الحركات الأرضية القوية يمكن أن ينجم عنها أيضاً مخاطر ثانوية مثل تضخيم الحركة الأرضية وتميع التربة وانزلاق أرضي.

 

 

 

 

 

نستنتج من ذلك أن الحركات الأرضية ذات اافترة الدورية الطويلة من الزلازل البعيدة في اليونان مثلاً قد تؤثر على المباني الشاهقة والمنشآت في منطقة شرق البحر الأبيض المتوسط واحتمال تعرض الترب للتضخم والتميع الوارد.
يتأثر السجل الزلزالي للحركة الأرضية بثلاث عوامل:
-صفات المصدر (الاجهاد والتشوهات).
-المسار الموجي (تشتت الطور الموجي).
-ظروف الموقع: وتشمل الطبوغرافية والتربة.

تشتمل نماذج تحليل المخاطر الزلزالية ورسم خرائط التمنطق الزلزالي لموقع معين على تكامل الدراسات الجيولوجية.
والجيوتقنية والزلزالية والتي من خلالها يمكن تقويم مستوى الخطر وتحديد معامل الأمان الزلزالي بدقة.
هناك ثلاثة شروط يجب توفرها لتحديد إمكانية حدوث الكارثة الزلزالية:
كمية القدر الزلزالي حيث أن الأحداث الزلزالية الصغيرة لا ينتج عنها هزة أرضية عنيفة بصورة كاملة وحادة لكي تتسبب في الدمار الشامل.
قرب المصدر الزلزالي.
الحدث الزلزالي يعتمد على درجة الاستعداد للكارثة.لا تعتمد خطورة الزلزال على مدى زلزالية المنطقة أو الإقليم فحسب ولكن أيضاً على الكثافة السكانية والنمو الاقتصادي. وبالرغم من أن الزلزالية تظل ثابتة، فإن الكثافة السكانية والنمو الإقتصادي يزداد بشكل سريع. ومن أهم العناصر الضرورية للتهيؤ للكوارث هو قابلية التأثير Vulnerability أي تخفيف الزلازل المدمرة.

تضخيم الموجة في الطوابق العليا حيث يزداد التأثر بها
حيث نجد أن الفترة الطبيعية (بالثواني) للمباني الشاهقة تزداد مع الإرتفاع على النحو التالي: الفترة الطبيعية (بالثواني) = عدد الطوابق / 10.
فنجد أن المباني المكونة من 50 طابق تبلغ فترتها الطبيعية 5 ثواني بينما تصل إلى 10 ثواني في 100 طابق.

التصميم المقاوم للزلازل
تكمن أهمية اعتماد مواصفات البناء الإنشائي المقاوم للزلازل من عدة أسباب أهمها:
1-التحليل الإحصائي للسجلات الزلزالية التاريخية والحديثة.
2- إجراء الدراسات على حالات الإنهيار الإنشائي الناجم عن الزلازل.يعتمد نجاح التصميم الهندسي المقاوم للزلازل على دقة تنفيذ تفاصيل التصميم والتأكد من تحقيق الحد الأدنى من المواصفات الموصى بها اعتماداً على نوع العنصر البنائي ونوع المادة الإنشائية المستخدمة. ينجم عن الاهتزازات الزلزالية قوى أفقية وأخرى رأسية ولكن في أغلب الأحيان لا تؤخذ هذه القوى الرأسية في الحسبان أثناء التصميم الإنشائي وذلك لأن متانة المباني Structural Stiffness في الإتجاه الرأسي تكون دائماً أضعاف المتانة في الإتجاه الأفقي، لهذا تعتبر القوى الناجمة عن الحركة الأفقية هي القوى الأكبر ضرراً على المبنى وينتج عنها تغيرات غير مرنة Inelastic Deformations في الشكل الهندسي لمكونات الهيكل البنائي، ويمكن الاستفادة من خاصية التغيرات غير المرنة هذه في امتصاص الطاقة الناجمة عن الهزة الزلزالية، لذلك فإن كثافة قوانين تصميم البناء المقاوم للزلازل تتطلب أن يصمم المبنى بمواصفات معينة بحيث يمتلك قدراً كافياً من خاصية امتصاص الطاقة. تدعى هذه الخاصية بالمرونة Ductility ويمكن تعريفها بأنها قدرة الهيكل البنائي على امتصاص الطاقة الزلزالية من خلال التغيرات غبر المرنة في العناصر الإنشائية دون أن تفقد هذه العناصر قدرتها على تحمل القوى التي تصل إليها لاحقاً.
يعرف التصميم المقاوم للزلازل بأنه التصميم الذي يكفل الحماية الكافية من الإصابات والخسائر في الأرواح وأقل ضرر بالممتلكات واستمرار خدمات المرافق الحيوية مع تحقيق ذلك بتكلفة اقتصادية مقبولة.
تصميم المنشآت المقاومة للزلازل بناء على توفير المعطيات التالية:
-معرفة الطبيعة الجيولوجية والزلزالية للموقع وتحديد مواقع الصدوع النشطة وقيم الشدة الزلزالية.
طبيعة التربة وخواصها الديناميكية. حيث تتسبب الموجات الزلزالية بتمييع التربة Liquefaction وحصول الانهيارات الأرضية.
-دراسة ونمذجة الخواص الديناميكية والاهتزازية للمنشأ. حيث يحسب زمن وطور الترددات الزلزالية المتوقعة وطبيعة التوهين الموجي.
-طبيعة المنشأ المطلوب إقامته والعمر الإقتصادي له.يعتمد معامل التصميم الزلزالي للمباني المقاومة للزلازل على عدة عوامل:
1-المعامل الزلزالي للمنطقة Z ويدل على مستوى الشدة الزلزالية المتوقعة في المنطقة، ويتم تحديده من خلال دراسة مستوى الخطر الزلزالي.
2-معامل قابلية التربة لتضخيم الاحمال الزلزالية S.
3-معامل الكفاءة الزلزالية R للمبنى، ويعتمد على نوعية المبنى ومدى مطابقته لمواصفات التصميم المقاوم للزلازل.
4-فترة الذبذبة الطبيعية T وتعتمد على الصلابة الأفقية للمبنى وتعد المباني الخرسانية المسلحة أكثر صلابة من المباني الحديدية. وتقل قيمة فترة الذبذبة في المباني المنخفضة عنها في المباني الشاهقة ولذلك نجد أن تردد المباني المنخفضة أكبر بكثير من تردد المباني الشاهقة.
5-معامل الأهمية للمبنى I.
6-الشكل الهندسي للمبنى.

حساب أحمال الزلازل
V= Cs . W

حيث:
V مجموع الأحمال الأفقية.
Cs معامل التصميم الزلزالي.
W الوزن الكلي للمبنى.
في تصميم المباني المقاومة للزلازل يفترض أن الاهتزاز الديناميكي المؤقت يتمثل في القوى الأفقية التي تؤثر على المبنى من الأساسات.