هندسة الزلازل

هندسة الزلازل

في 12 يناير 2010 ، دمر زلزال بلغت قوته 7.0 درجات بورت أو برنس في هايتي. بعد مرور أكثر من شهر بقليل يوم 27 فبراير ، ضرب زلزال أشد قوة بلغت قوته 8.8 درجة تشيلي بالقرب من ثاني أكبر مدنها ، كونسيبسيون. كانت صور الدمار من كل من هذه الكوارث مذهلة. المباني تحطمت مثل لعب الأطفال. انهارت الجسور ، ثم انغلق الطريق السريع. وفي هايتي ، مات ما يتراوح بين 230،000 و 300،000 شخص نتيجة الزلزال. وفي تشيلي ، كان عدد القتلى حوالي 700. وفي كلتا الحالتين ، تضررت المباني والبنية التحتية وكان هناك خسائر في الأرواح - ولكن لماذا قتل الكثير من الناس في زلزال هايتي؟ كيف يمكن الحيلولة دون وقوع خسائر كبيرة في الأرواح في الزلازل المستقبلية؟

تتطلب الإجابة عن السؤال الأول بعض المعرفة حول فيزياء الزلازل. تتكون الأرض من طبقات مرتبة مثل البصل. في المركز يكمن جوهر الحديد الصلب. يحيط بالنواة طبقة سائلة من الحديد ، تليها طبقة من الصخور المنصهرة. السطح الخارجي للأرض هو قشرة رقيقة من الصخور الهشة. على الرغم من أن القشرة تبدو صلبة بالنسبة لنا ، إلا أنها في الواقع مكسورة إلى 12 قطعة ، تسمى الصفائح التكتونية. تطفو هذه الألواح على طبقة الوشاح ، وكما هو الحال ، فإن الحدود بين الألواح تضغط بعضها ضد بعض. في بعض الأحيان تنزلق الحدود إلى بعضها البعض بسلاسة نسبيًا - لكن في كثير من الأحيان تصبح مغلقة ، مع انحناء الصخور على جانبي الحدود مثل المطاط من إجهاد الحركة المقيدة. عندما يصبح الضغط أكبر من اللازم ، تتخطى الحدود بعضها البعض ، مما يخلق زلزالًا في الأرض أعلاه (مركز الزلزال). ينتج عن إطلاق الإجهاد عدة أنواع مختلفة من الحركات في الأرض: حركات من أعلى إلى أسفل ، من جانب إلى جانب ، وتدوير الحركه مثل الأمواج.

على الرغم من أن حركات الزلزال مخيفة ، إلا أنها تتسبب وحدها في خسائر قليلة جدًا في الأرواح. هناك مقولة هندسية قديمة تنص على أن "الزلازل لا تقتل الناس ، بل المباني تفعل ذلك". أحد أكثر العوامل الحاسمة في تحديد ما إذا كان الزلزال سيؤدي إلى العديد من الوفيات أو عدد قليل من الضحايا هو نوع المباني الموجودة بالقرب من مركز الزلزال. للأغراض الحياه اليومية ، تصنع المباني لتحمل قوة الجاذبية وقوى التصميم الهيكلي الخاص بها. هذه هي القوى التي لا تتحرك. تختلف القوى الناتجة عن الزلازل ، وخاصة الحركات الجانبية والدحرجة ، تمامًا. ما لم يتم إنشاء مبنى ليكون مرنًا بدرجة كافية لينحني مع تلك القوى أو قويًا بما يكفي لتحملها ، فسوف ينهار في زلزال قوي ، أو يقتل أو يحاصر من بداخله. ومن المآسي أن هذا هو الحال في هايتي ، حيث أدت ظروف البلاد الفقيرة إلى بناء هياكل ضعيفة وهشة لا تستطيع الصمود أمام الحركات الأرضية للزلزال. وتمتلك تشيلي ، وهي دولة أكثر تطوراً ، نسبة أعلى من المباني الأقوى والأكثر مرونة التي كانت أكثر قدرة على البقاء في الصمود خلال هذا الزلزال ، مما أدى إلى إنقاذ الأرواح في الداخل.

لفهم هذا ، يمكننا أن نبدأ في العثور على إجابات للسؤال الثاني حول كيفية الوقاية من هذه الخسارة الكبيرة في الأرواح في الزلازل المستقبلية. إن هندسة الزلازل ، التي نشأت على مدار المائة عام الماضية ، هي حقل مخصص للتخفيف من مخاطر الزلازل. يبحث مهندسو الزلازل في أسباب فشل البنية التحتية والمباني أثناء الزلازل ، ثم يطبقون معرفتهم على تخطيط وتصميم وإنشاء وإدارة المباني والمرافق المقاومة للزلازل. في هذه الأضواء ، سوف نلقي نظرة فاحصة على سبب فشل بعض المباني والطرق والجسور والطرقات العلوية أثناء الزلازل القوية ، ثم استكشاف كيفية استخدام هندسة الزلازل لبناء هياكل أكثر أمانًا. سننظر أيضًا في علم التحقيق الخاص بالتنبؤ بالزلازل من أجل فهم ما يمكن - وما لا يمكن - القيام به لتحذير الناس قبل وقوع الكوارث.