زلزله چیست؟، آشنایی با زمین لرزه و نیروی زلزله وارد بر سازه-

همه ما در طول عمر خود براي يك بار هم كه شده زلزله را ديده و اثرات كم يا زياد آن را تجربه كرده‌ايم. ولي به راستي زلزله چيست؟ زمين لرزه چيست و چگونه اتفاق مي‌افتد؟ فلسفه روی دادن این اتفاق چيست؟ نيروی وارد بر سازه طي چه فرآيندی رخ مي‌دهد كه ما آن را احساس مي‌كنيم؟ چه خطراتي ممكن است ما و سازه‌ای كه در آن هستيم را تهديد كند؟ چگونه مي‌توانيم خانه‌ها و سازه‌ها را در مقابل زلزله و نيروی زلزله وارد بر سازه تقويت كنيم تا دچار كمترين خسارت‌هاي مالي و جاني شويم؟ سازه بتنی یا فولادی در برابر زلزله؟

پیشنهاد آموزشی:مینی دوره هنر بتن ریزی | دو روز قبل تا دو روز بعد از بتن ریزی

پیشنهاد آموزشی:کتاب هنر بتن ریزی + فایل صوتی

اينها سؤالات مهمي هستند كه پاسخ به آن‌ها آگاهي ما را در مقابل زلزله افزايش مي‌دهد و باعث مي‌شود در شرايط بحراني و خطرزای بروز زلزله از خود و سازه‌هايي كه در آن اقامت داريم به خوبي محافظت كنيم. بنابراين براي آشنايي بيشتر با اين مفاهيم در ادامه مقاله با ما همراه باشيد!

سابقه تاریخی کشور ایران نشان می‌دهد که ایران کشوری لرزه‌خیز بوده و در طول تاریخ زلزله های بزرگ با پیامد های فاجعه باری را بر خود دیده است. در این مقاله به بررسی فلسفه وقوع زمین لرزه، چگونگی اندازه گیری شدت و بزرگای زلزله خواهیم پرداخت. با توجه به لرزه خیز بودن کشور ایران و وقوع سالیانه چندین زلزله نسبتا بزرگ طراحی و ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله اهمیت زیادی دارد که نیاز است جامعه مهندسی عمران کشور و کارفرمایان توجه ویژه ای به آن داشته باشند.

زلزله چیست؟

این تصور نادرست همواره وجود داشته است که زمین لرزه عامل مرگ انسان ها و از بین رفتن زیر ساخت های جوامع است، اما بر خلاف این دیدگاه عامیانه، باید جمله معروفی را یادآور شد که ” زلزله انسان ها را نمی کشد ، اما سازه ها ضعیف طراحی شده را چرا ! ” . از همین رو کیفیت طراحی و اجرای سازه ها برای مقابله با زلزله بسیار حائز اهمیت است که موجب شکل گیری آیین نامه های طراحی لرزه ای در دهه های اخیر شده است.

پیشنهاد آموزشی:آموزش صفر تا صد اجرا ساختمان بتنی

کمتر پیش می آید که مهندسین محاسب و طراح سازه کم تجربه و یا بصورت کلی مهندسین عمران و معمار به دنبال علت وقوع زمین لرزه باشند! علت رویدادی که سازه ها را برای مقابله با آن طراحی می کنند. از همین رو است که بر آن شدیم تا در آموزشی مختصر و کوتاه به صورت روان و ساده و بر اساس مراجع مختلف، علت و نحوه وقوع زلزله را بررسی نماییم تا اگر روزی از یک دانشجو یا مهندس عمران و معمار در خصوص علت لرزش زمین و وقوع زلزله پرسیده شد، جوابی صحیح و ساده برای توضیح دادن داشته باشد.

زلزله یکی از رایج ترین بلایای طبیعی است و زمانی اتفاق می‌افتند که بخش‌هایی از پوسته زمین در اثر آزاد شدن انرژی به سمت یکدیگر حرکت کرده یا از هم دور می شوند. زمین لرزه ها در سراسر جهان اتفاق می افتند، اما برخی مناطق بیشتر از سایرین در معرض آن هستند. این نواحی معمولاً در نزدیکی خطوط گسل قرار دارند. گسل ها که شکاف هایی در سطح زمین هستند که در صورت گسیختگی می توانند باعث ایجاد زلزله و زمین لرزه شوند.

زلزله لرزش سطح زمین است که در اثر آزاد شدن انرژی به صورت امواج ایجاد می شود. زلزله می تواند آسیب جدی به ساختمان ها، جاده ها و سایر سازه ها وارد کند.همچنین می تواند باعث رانش زمین، سونامی و سایر رویدادهای مخرب شوند. هنگامی که زلزله رخ می دهد، امواج لرزه ای از محل کانون زلزله به جهات مختلف منتشر می شود. این امواج با سرعت زیادی حرکت کرده و توسط افراد روی زمین قابل لمس است. افرادی که در مناطق نزدیک به مرکز زمین لرزه هستند ممکن است لرزش شدیدی را تجربه کنند، در حالی که افراد در مناطق دور از کانون ممکن است تنها لرزش جزئی را احساس کنند.

به طور كلي صفحات پوسته زمين يك تكه نيستند و به وسيله شيارهايي از هم جدا شده‌اند. اين صفحات داراي سه نوع حركت هستند كه ميزان حركت آن‌ها 50 ميلي‌متر در سال است و هر نوع حركت منجر به بروز پديده‌اي مي‌شود. بنابراين حركات پوسته زمين به طور كلي شامل حركات هم‌گرا، واگرا و انتقالي هستند كه در حركات هم‌گرا، صفحات به هم نزديك مي‌شوند و كوه‌ها را شكل مي‌دهند. در حركات واگرا صفحات از هم دور مي‌شوند و دره‌ها را پديد مي‌آورند و در حركات انتقالي كه نقش مهمي در ايجاد زلزله دارند، صفحات در كنار هم مي‌لغزند.

در جريان اين حركات آهسته و نسبي كه بين صفحات پوسته زمين (صفحات تكتونيك يا زمين‎ساخت) به وجود مي‌آيد، ترك‌ها و شكاف‌هايي در نقاط مرزي صفحات شكل مي‌گيرد كه به آن‎ها گسل مي‌گويند. گسل‌ها نسبت به هم تمايل حركت دارند و در قسمت‌هايي كه داراي سطوح نامنظم و سنگي هستند با هم چفت و بست مي‌شوند. اين چفت و بست در دو طرف شكاف مانع از حركت دو امتداد پوسته مي‎شود و در نتيجه نيروي زيادي در اين محل‌ها انباشت مي‌گردد. هرگاه اين سنگ‌ها مقاومت خود را از دست بدهند يا دچار ضعف شوند، چنانچه لغزشي در اين نقاط ضعيف رخ دهد، گسيختگي ايجاد شده و لغزش ناگهاني منجر به آزادشدن نيروي زيادي كه انباشت شده بود، مي‌شود كه مي‌تواند به صفحات بالايي پوسته زمين و سازه‌ها برسد و ما آن را به شكل زلزله مشاهده كنيم.

انواع زلزله كدام است؟

قبل از بيان چگونگي بروز زلزله و شرح فرآيند نيروي زلزله وارد بر سازه لازم است ابتدا با انواع زلزله آشنا شويم. بر اساس منبع ايجادكننده زلزله، انواع مختلفي از آن به شرح زير وجود دارد:

زلزله آتشفشاني
زلزله القايي
زلزله تكتونيك
زلزله فروريختي
زلزله حاصل از انفجار

زلزله آتشفشانی

اين نوع زلزله حاصل فعاليت‌هاي آتشفشاني است و فقط در اين نواحي رخ مي‌دهد.

زلزله القايی

زلزله القايي حاصل تغييرات سطح آب، چه در پشت سدها و آب‌گيرها و چه تزريق آب به زمين يا برداشت و استخراج آب از زمين در مكان گسل‌ها است. بنابراين مي‌توان گفت زلزله القايي حاصل بارگذاري سريع به زمين يا برداشت ناگهاني بار از زمين است.

زلزله تكتونيک

اين زلزله كه بالاترين آمار بروز زلزله در دنيا را به خود اختصاص مي‌دهد، حاصل حركت صفحات پوسته زمين در لايه‌هاي زير سطح است.

زلزله‌ فروريختی

زلزله فروريختي حاصل فروريختن غارها و كانال‌هاي زيرزميني است كه كوچك و اغلب كم‌اهميت و محلي هستند.

زلزله حاصل انفجار

زلزله‌های حاصل از انفجار، زلزله‌هايی هستند كه در نتيجه انفجارهای صنعتی و نظامی رخ مي‌دهند و شدت و محل آن‌ها مشخص است و در نتيجه قابل پيش‌بينی هستند.

آنچه كه در اين مقاله مد نظر ماست، زلزله تكتونيک و اثرات آن بر سازه ها و زندگي ماست كه حاصل حركات پوسته زمين و غيرقابل پيش‌بينی مي‌باشد.

زمین لرزه چگونه به وجود می‌آید؟

به لرزش زمین در اثر آزاد شدن ناگهانی انرژی از پوسته زمین، زلزله یا زمین لرزه می گویند. به طور کلی زمین از سه لایه به نام های پوسته ، گوشته (جبه) و هسته تشکیل شده است که بیرونی ترین لایه آن پوسته می باشد. پوسته زمین در برابر جبه و هسته دارای ضخامت اندک اما صلبیت بسیار زیاد می باشد که بر روی لایه های زیرین سیال گونه، شناور است و این پوسته از صفحاتی چسبیده به هم تشکیل شده است که بر اثر نیروهای وارد از جبه زمین به پوسته ، نسبت به هم دارای حرکت می باشند (در سال حدود 50 میلی‌متر). از همین رو است که می توان پوسته زمین را همانند پوست تخم مرغ شکسته شده دید که بر روی زرده و سفیده شناور است.

در اثر حرکات نسبی بین صفحات زمین که به آن صفحات تکتونیک یا زمین ساخت نامیده می شوند، ترک ها و شکاف هایی در مرزها و درون این صفحات بوجود می آید که عامل ایجاد زلزله ها و لرزش زمین اند. این شکاف ها گسل نام دارند.

گسل ها شکاف ها یا شکستگی های در پوسته زمین هستند که در لبه یا لبه های شکاف نسبت به هم تمایل به حرکت دارند. از طرفی این لبه ها که بخشی از پوسطه سنگی و سخت زمین هستند دارای سطوح نامنظم و سنگی بوده که باهم قفل و بست شدیدی دارند. قفل و بست بین این لایه های عظیم سنگی در دو طرف شکاف مانع حرکت دو امتداد پوسته در گسل شده و به همین علت انرژی کرنشی عظیمی طی سالیان در محل این قفل و بست ها جمع شده تا نهایتا سنگ ها در آن محل ها مقاومت خود را از دست داده و ناگهان گسیخته می شوند و این قفل و بست ناگهان تبدیل به حرکت و جابجایی شده و باعث شده آن انرژی کرنشی عظیم انباشت شده به یکباره آزاد شود و خود را به صورت امواج لرزه ای نشان دهند.

کانون و مرکز زمین لرزه

همان طور که اشاره شد در هنگام وقوع زمین لرزه انرژی بسیار زیادی به صورت ناگهانی آزاد می‌شود. این انرژی به صورت امواج مختلف در همه‌ی جهات شروع به انتشار می‌کند. به نقطه ای درون زمین که انرژی از آن جا آزاد می‌شود کانون زلزله و تصویر آن نقطه روی سطح زمین را مرکز زلزله می گویند. همچنین به فاصله ی بین کانون زلزله تا سطح زمین عمق کانونی زلزله گفته می شود. زلزله های مختلف دارای عمق های کانونی مختلف هستند و این عمق از حدود چند کیلومتر تا چند صد کیلومتر متغیر است.

شدت زمین لرزه

شدت زمین لرزه یک مقیاس کیفی برای سنجش میزان خرابی زلزله است و بیشتر مورد استفاده لرزه شناسان و زمین شناسان قرار می گیرد. معروف ترین مقیاس شدت زمین لرزه مقیاس مرکالی است که در آن شدت تکان زمین به صورت تابعی از احساس انسان ها و موجودات زنده از زلزله و نیز تاثیر آن بر سازه های مختلف است. این مقیاس دارای 12 شدت مطابق زیر است که نخستین بار در سال 1931 ارائه گردیده است.

شدت	توصیف زلزله
I	زمین لرزه احساس نمی شود
II	زمین لرزه در طبقات بالای ساختمان ممکن است احساس شود
III	زمین لرزه تا حدودی حس می شود
IV	دارای صدا و تکان خفیف
V	وسایل خانه ها تکان میخورند و اشیا آویزان نوسان می کنند
VI	زلزله متوسط با خسارت اندک
VII	زلزله شدید با خسارت قابل توجه به ساختمان های ضعیف
VIII	زلزله خیلی شدید همراه با تخریب کلی سازه های ضعیف و شکاف در زمین های مرطوب
IX	زلزله خیلی شدید همراه با آسیب و خسارت در سازه های محکم و مقاوم
X	زلزله وحشتناک همراه با منهدم شدن ساختمان ها و صدمه دیدن سدها و پل ها
XI	تغییرمکان زیاد زمین و فوران آب از آن
XII	پرتاب اشیا به هوا و انهدام سازه ها به همراه تغییر مسیر رودخانه ها

در نهایت لازم می دانم متذکر شوم که در این نوشتار کوتاه سعی بر آن شده است تا به ساده ترین شکل مسائل بیان شود تا تمامی مخاطبان با هر سطح معلوماتی توانایی درک آسان علت و نحوه وقوع زلزله را داشته باشند و علاقه مندان به کسب اطلاعات کامل تر در خصوص زلزله شناسی و مهندسی زلزله می توانند به مراجع متن که در انتها معرفی شده است مراجعه نمایند . همچنین مطمئنا از نظرات و پیشنهادات خوانندگان و صاحب نظران استقبال می نماییم.

به امید آن روز که هیچ انسان بی گناهی بر اثر وجود ساختمان های ضعیف طراحی و ساخته شده کشته یا بی خانمان نشود.

سوالات متداول

زلزله چیست؟

زلزله از مخرب ترین بلایای طبیعی است که در اثر جابجایی صفحات تکتونیکی در سطح زمین به صورت لرزش ایجاد می شوند.

سازه بتنی یا فولادی در برابر زلزله؟

از نظر مقاومت می‌توان گفت هر دو سازه کارایی و عملکرد خوبی را در برابر زلزله از خود نشان داده‌اند. اما نکته‌ی بسیار مهمی که در ساخت هر یک وجود دارد، توجه به استانداردهای ضروری طراحی و اجرای پروژه می‌باشد و ضروری است که به هیچ عنوان به خاطر هزینه‌ای بالایی که ساخت یک پروژه دارد از کیفیت آن کم نکنیم.

زلزله یا زمین لرزه چگونه به وجود می‌آید؟

در اثر آزاد شدن ناگهانی انرژی کرنشی ذخیره شده بین صفحات پوسته زمین و در محل گسل ها زلزله یا زمین لرزه به وجود می آید.

بزرگا و شدت زلزه چگونه اندازه گیری می‌شود؟

بزرگای زلزله یک مقیاس کمی بوده که میزان انرژی آزاد شده در اثر زلزله را با واحد ریشتر نشان می دهد و شدت زلزله یک کمیت کیفی بوده که میزان خرابی و حس شدن زلزله را مشخص می کند.