بخشی از مقاله
خلاصه:
یکی ازمهمترین ویژگیهای مدینه فاضله مهندسین عمران شهری است که در آن ، امواج و نیروهای زلزله بر سازه های آن بی اثر باشند یعنی اینکه، اولا، آن شهر بر روی گسلهای کانونی زلزله بنا نشود ثانیا، سازه های آن به حدی مقاوم باشند که با عبور موج زلزله آسیبی به آنها نرسد ثالثا، امواج و نیروهای زلزله در برخورد با سازه های آن خنثی شوند لذا، در مطالعه زلزله و هنگام طراحی یک سازه مهمترین سوالاتی که مطرح می شوند عبارتند از، آیا همه گسلها می توانند کانون زلزله باشند؟ اساسا، یک گسل کانونی زلزله چه ویژگیهایی دارد؟
آیا سازه بر روی گسل کانونی زلزله است؟ آیا می توان گسلهای کانونی را قبل از وقوع زلزله شناسایی کرد؟ و در نهایت آیا می توان، امواج و نیروهای زلزله را مهار کرد؟ یا برای یک شهر لایه های دفاع از زلزله ایجاد کرد به طوری که انرژی زلزله قبل از رسیدن به شهر تلف و یا ضعیف شود؟ طبیعتا، از نگاه علمی پاسخ همه این سوالات مثبت است اگر زلزله به درستی شناخته شود، براین اساس، چالشهای اصلی در زمینه زلزله عبارتند از، عدم شناخت کانونهای زلزله ونحوه شکل گیری آن ، عدم شناخت امواج و نیروهای زلزله، نحوه انتشارو چگونگی تاثیر آنها بر سازه ها در این راستا، این مقاله با ارائه دیدگاه جدیدی از زلزله همچنین، طراحی ستون متحرک ارتعاشی ذخیره کننده انرژی زلزله سعی در پاسخ به این سوالات دارد.
-1 مقدمه
زلزله، یکی از مخرب ترین حوادث طبیعی است که آثار زیانباری را در پی دارد، حدود 000،500 زلزله در هر سال رخ می دهند که از این تعداد 000،100 تا احساس میشوند>1@ کلانشهر تهران با 15 میلیون نفر جمعیت در طی روز در فهرست 10 شهر اول دارای بیشترین خطر زلزله ، پس از شهرهای توکیو، جاکارتا، مانیل، لسآنجلس و اوزاکا در رتبه ششم قرار دارد، شهرهای ناگویا، لیما، تایپه و استانبول هم در رتبههای هفتم تا دهم این فهرست قرار دارند9@،8،1 بنا به دلایل زیر، زلزله نه تنها در تهران بلکه در بسیاری از نقاط ایران و جهان اجتناب ناپذیر است به این جهت، تلاش برای یافتن راهی جهت کاهش تلفات و خسارات ناشی از آن ضروری است.
گسل فعال ایوانکی در جنوب تهران از شمال گرمسار تا بی بی شهربانو که از حدود 200 سال پیش تاکنون هیچ زلزله مهمی در آن اتفاق نیفتاده است، گسل فعال شمال تهران از کرج تا منطقه لواسانات که در آن ،هیچگاه زلزله تاریخی مهم و قابل انتساب به آن دیده نشده است . براساس برآوردها در صورت فعال شدن این گسل ، زلزله ای تا بزرگی 7.5 ریشتررخ خواهد داد، گسل مشا- فشم که بر اساس سوابق تاریخی هر 500،2 تا 000،3 سال یک زلزله بزرگ در آن رخ داده است براساس برآوردها.با توجه به طول و توان لرزهزایی این گسل در صورت فعال شدن ، زلزله ای تا بزرگی 7.5 ریشتر رخ خواهد داد که برای تهران به ویژه بخش های شمال و شمال شرق آن بسیار مخرب خواهد بود، مطالعات و تحقیقات آماری دوره بازگشت زلزله ها - هر 158 سال یک زلزله بزرگ در ناحیه ری و تهران و آخرین زلزله بزرگ تهران مربوط به سال 1830 میلادی به بزرگی 7.2 ریشتر - نشان میدهد که تاکنون، وقوع زلزله در تهران 29 سال تاخیر زمانی دارد.
در یک مطالعه که با همکاری فرانسوی ها و دانشگاه استراسبورگ صورت گرفته است نقطه نقشه برداری در ایستگاه آبعلی با نقطه چشمه شور واقع در جاده ساوه - با برداشت ها گراویمتری - ثابت شده که فاصله این دو نقطه سالی یک سانتیمتر افزایش می یابد همچنین، درتاریخ 2 شهریور 94 روزنامه عصر ایران نیز به نقل از مدیرکل مخاطرات زمین شناسی و اکتشافات سازمان زمین شناسی کشور نوشت ازهشت سال پیش تاکنون ، دشت تهرا ن 17 سانتی متر فرونشست کرد با توجه به آمارها، تحقیقات و نتایج زیانبار زلزله ها، مهمترین سوالاتی که مطرح می شوند بدین صورتند: آیا تهران بر روی کانون زلزله است؟ به عبارت دیگر، گسلهای کانونی زلزله چه تفاوتی با گسلهای عادی دارند؟ آیا می توان گسلهای کانونی زلزله را قبل از وقوع شناسایی کرد؟
آیا می توان، امواج و نیروهای زلزله را مهار کرد؟ یا سازه ها را از گزند امواج و نیروهای زلزله مصون داشت ؟ آیا می توان، برای شهرها لایه های دفاع از زلزله ایجاد کرد به طوری که انرژی زلزله قبل از رسیدن به شهر تلف و یا ضعیف شود؟ طبیعتا، از نگاه علمی پاسخ به همه این سوالات مثبت است مشروط بر آنکه، دلیل وقوع زلزله و نحوه انتشار امواج آن به درستی شناخته شوند با این وصف اگر، تاکنون راهی برای مهار نیروهای زلزله وکاهش تلفات و خسارات آن کشف نشده دلیل آن تنها، عدم شناخت این امواج و نیروها و نحوه انتشار و تاثیر آنها بر سازه هاست.
-2 دینامیک زمین
براساس تحقیقات انجام گرفته، زمین با شعاع تقریبی6400 km دارای سه لایه اصلی پوسته - شکل - 1.2، گوشته و هسته - شکل - 1.3 هم چنین، چندین زیرلایه شامل سنگ کره یا لیتوسفر - شکل - 1.1، گوشته های بیرونی و درونی و هسته های بیرونی و درونی است13@،12،11،>10 ، در واقع لیتوسفر حد فاصل بین لایه های نرم گوشته و سخت پوسته است از طرف دیگر، با افزایش عمق، فشار درون زمین افزایش می یابد پیامد این عمل ،افزایش چگالی و کاهش حجم ماده و به تبع آن آزاد شدن بخشی از انرژی درونی آن و افزایش انرژی و دمای درون زمین است در نتیجه با افزایش عمق ، فشار ، چگالی ، دما و انرژی و دمای درونی زمین افزایش از طرف دیگر، حجم و انرژی درونی ماده نیز کاهش می یابد تاثیر افزایش چگالی ، به دلیل کاهش جنبش مولکولی و اتمی - ذرات - ، افزایش مقاومت گرمایی - کاهش انتقال گرما - است.
به این دلیل سنگ کره زمین یا لیتوسفر، لایه عایقی را تشکیل می دهد که از انتقال گرمای درون زمین به پوسته جلوگیری می کند از طرفی، متراکم شدن مواد در زیر لیتوسفر علاوه برافزایش چگالی، کاهش حجم ماده وتولید انرژی، نیروی برگرداننده ای را ایجاد می کند که با کاهش فشار، مواد متراکم را - با جذب مجدد انرژی - دوباره به حالت طبیعی و متعارف بر می گرداند در واقع، هر لایه از ساختارهای ماده شبیه بادکنکی است که مقداری انرژی در آن ذخیره می شوداگر، این ساختار از ماده تحت فشار قرار گیرد بخشی از انرژی ذخیره شده آن آزاد می شود و اگر این فشار برداشته شود آن ماده با جذب مجدد انرژی به حالت اولیه برمی گردد.
بنابراین، تراکم وآزاد شدن انرژی درونی مواد و محبوس شدن گرما در زیر لایه عایق سنگ کره از یک طرف سبب می شود که با افزایش عمق ، درجه سختی مواد وسنگها کاهش یابد و سنگها نرم و نرمتر شوند از طرف دیگر، فشار درونی - همراه با نیروی بازگشت به حالت طبیعی مواد - به حدی افزایش می یابد که، این لایه عایق گرمایی - سنگ کره یا لیتوسفر - را به قطعات کوچکتر - صفحات تکتونیکی - می شکند - شکل - 1.1 بر اساس مطالعات انجام گرفته، سنگ کره - لیتوسفر - زمین در کل به 9 صفحه اصلی و 20 صفحه کوچکتر تقسیم می شود>2@ که در محل اقیانوسها بین 5 تا 100 کیلومتر و در زیر قاره ها بین 100 تا 150 کیلومتر و گاهی بیشتر، ضخامت دارند.
با این توضیح طبیعی است که، انرژی و گرمای محبوس شده درون زمین - همراه با مواد - فق از طریق شکستگیهای بین صفحات به بیرون انتقال می یابد هدایت انرژی از راه یک شکستگی به بیرون ، سبب افت فشار در طرف دیگر صفحه شده که نتیجه آن، فرورانش و فرارفت و به تبع آن حرکت مداوم صفحه تکتونیکی از محل فرارفت به محل فرورانش است در این فرایند، سه عامل باعث حرکت دائمی هر صفحه است شناور ماندن بر سیالی از انرژی درونی زمین، خروج ماده و انرژی از راه شکستگیها، نیروی بازگشت به حالت طبیعی مواد متراکم در زیر صفحات، افت فشار در طرف دیگر صفحه و ذوب و ترمیم صفحات تکتونیکی در نتیجه، هر صفحه تکتونیکی همراه با پوسته - از ابتدای ثشکیل زمین - همواره در یک جهت ثابت و خاص درحرکت است که از یک طرف در حال ذوب شدن و فرورفتن به اعماق و از طرف دیگر در حال ترمیم و بالا آمدن است.
لازم به توضیح است که سرعت ذوب، ترمیم و در نهایت حرکت حرکت صفحات متناسب با خروج انرژی و تغییر فشار درونی زمین تغییر می کند بنابراین، حرکت و جابجایی این صفحات تصادفی نیست و هرکدام از آنها یک حرکت مشخص و زمین ساختی دارد که از ابتدای تشکیل زمین در یک جهت معین در مقیاس زمانی زمین شناسی همواره در حال جابجایی است بر این اساس مطابق با مطالعات انجام گرفته، هر صفحه همراه با پوسته از کمترین حد 0 میلی متر تا بیشترین حد 100 میلی متر در سال حرکت می کند.
نکته ای که گفتن آن در اینجا ضروری به نظر می رسد این است که، فرورانش صفحات به دلیل کاهش حجم ماده و افزایش چگالی با تولید انرژی همچنین فرارفت آنها به دلیل افزایش حجم وکاهش چگالی با جذب انرژی همراه است با نگاهی به شکل 1 ملاحظه می شود که، بعضی از صفحات به طرف هم حرکت می کنند بعضی از هم دور می شوند، بعضی به دنبال هم ، بعضی در کنار هم - هم جهت یا مخالف - و در نهایت، بعضی به صورت عمود بر هم حرکت می کنند.
در نتیجه، این صفحات نسبت به هم، دارای حرکتها و مرزهای مختلفی هستند که مهمترین آنها عبارتند از، مخالف لغز، موافق لغز، عمود لغز مخالف لغز، در این حالت مرز تماس صفحات به سه دسته تقسیم می شوند، همگرا یا فرورانش - شکل - 1.4، واگرا یا فرارفت - شکل - 1.5 وکنار لغز مخالف - شکل - 1.8 همچنین موافق لغز،که در این حالت نیز مرزهای زمین ساختی نیز به دو دسته تقسیم می شوند، متوالی یا فرورانش- فرارفت - شکل - 1.6 و کنار لغز موافق - شکل - 1.7 و در نهایت عمود لغز، در این حالت نیز یک صفحه متناسب با جهت حرکت آن فرورونده یا بالارونده است و صفحه دیگر نیز کنار لغز می باشد.
