ایستادگی در برابر زلزله

زلزله بلایی است که همیشه بی‌خبر و ناگهانی و در اوج آرامش سر رسیده، خانه و کاشانه ما را مثل آوار بر سرمان خراب می‌کند و می‌رود و همین رفتن و دیر به دیر آمدنش باعث غفلت هزار باره انسان نسبت به این بلای طبیعی می‌شود.

عجیب آن که در طول تاریخ نسبتا طولانی یکجانشینی بشر، ما نظاره‌گر یکه‌تازی زلزله بوده‌ایم و بس، اما به نظر می‌رسد حالا و به لطف دانش مهندسی، ورق در حال برگشتن است و ما می‌توانیم خانه‌هایی بسازیم که در مقابل زلزله‌ مقاوم هستند.

هر چند هنوز هم زلزله بی‌خبر می‌آید اما ما دانش آن را پیدا کرده‌ایم که در مقابل زلزله بایستیم. این که چطور ما این توانایی را یافته‌ایم و یک سازه مقاوم در برابر زلزله چطور باید ساخته شود پرسشی است که این متن کوتاه در پی پاسخگویی هر چند مختصر به آن است.

ما نمی‌توانیم زلزله را پیش‌بینی یا کنترل کنیم اما می‌توانیم بسنجیم هر منطقه‌ای با چه شدتی و تقریبا هر چند سال یک بار خواهد لرزید.

این پایه دانش ما در راه مقابله با زمین‌لرزه است چون به این ترتیب می‌فهمیم زلزله چه نیرویی به ساختمان هر منطقه‌ای وارد خواهد کرد.

برای جلوگیری از تخریب ساختمان دو راه بیشتر نداریم یا باید سازه را آنقدر مستحکم بسازیم که خراب نشود یا باید از انتقال نیروی زمین به سازه جلوگیری کنیم.

دانش ما از مصالح مختلف و اندازه‌گیری مقاومت آنها در آزمایشگاه کمک می‌کند سازه‌های مقاوم بسازیم، اما زلزله پدیده‌ای است طبیعی و پر از متغیر‌های ناشناخته، بنابراین ما نمی‌توانیم بدرستی بدانیم ترکیبی از مصالح یا تکنیک‌های مختلف چطور به انواع و شدت‌های مختلف لرزش واکنش نشان می‌دهند و این‌که چطور می‌شود از انتقال نیرو به سازه جلوگیری کرد چندان مساله آسانی نیست بنابراین برای بالا بردن دقت وسیله‌ها و تکنیک‌هایمان دو راه بیشتر نداریم؛ یکی این که به انتظار زلزله بنشینیم تا به درستی یا غلطی محسباتمان پی ببریم یا پیش از زلزله طراحی‌هایمان را در بوته آزمایش بگذاریم. روش اول راه‌حل پرمخاطره‌ای است پس باید سراغ آزمایش برویم.

برای این کار می‌توانیم به مدلسازی کامپیوتری رجوع کنیم اما آزمایش تجربی با وجود پیشرفت شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، هنوز مطمئن‌ترین پاسخ‌ها را با خودش به همراه می‌آورد.

هم‌اکنون دو تکنیک تجربی مکمل برای شبیه‌سازی اثر زلزله بر ساختمان‌ها وجود دارد؛ اولی از یک صفحه لرزان و دیگری از یک سیستم کف قوی و دیوار واکنشی تشکیل شده است.

صفحه لرزان بخشی است که یک زمین‌لرزه را با لرزش‌های مداوم شبیه‌سازی می‌کند. یک ساختمان که در مقیاس کوچک‌تر ساخته می‌شود روی این صفحه لرزان قرار می‌گیرد. این که چه آسیبی در این ساختمان رخ می‌دهد بخش مهمی از نتیجه این آزمایش است.

آیا ساختمان به کلی ویران می‌شود یا فقط ترک برمی‌دارد؟ ساختمان چه مدت می‌تواند زلزله را تحمل کند و سوالاتی از این قبیل مسائلی هستند که در این آزمایش به آنها پاسخ داده می‌شود. اما اشکال این روش این است که تنها بعد از پایان زمین‌لرزه می‌توان نتیجه کار را بررسی کرد و جریان کار متوقف شدنی نیست.

در نتیجه ما فقط در پایان می‌توانیم نتیجه‌گیری‌هایی انجام دهیم، اما سیستم کف و دیوار درست در نقطه مقابل صفحه لرزان قرار دارد و اجازه می‌دهد که آزمایش در مقیاس واقعی انجام شود.

در این سیستم، ساختمان روی سیستم کف قرار گرفته و بازو‌های هیدرولیک به دیوار واکنشی متصل می‌شوند و فشار را درست شبیه فشار ناشی از زلزله روی ساختمان اعمال می‌کنند.

در این سیستم، زمین‌لرزه را می‌توان به صورت آهسته شبیه‌سازی کرد. یعنی زمین‌لرزه‌ای که در واقعیت چند ثانیه طول می‌کشد در اینجا در چند ساعت شبیه‌سازی می‌شود.

در نتیجه این امکان فراهم می‌شود که آسیب‌های وارد شده به ساختمان از نزدیک و در حین وقوع و سر فرصت بررسی شوند.

همین‌طور در این شبیه‌سازی سنسور‌ها، اثرات نیرو بر ساختمان، اثراتی مثل تغییر شکل سازه، تنش‌ها و نیرو‌های وارده به بخش‌های مختلف سازه را بررسی می‌کنند.

در این آزمایش می‌شود فهمید کدام قسمت‌ها ضعیف‌تر بوده و زودتر در مقابل نیرو دچار از هم گسیختگی می‌شوند.

سیستم دیوار و کف بزرگی در مرکز بررسی سازه‌ای اروپا وجود دارد که می‌شود از آن برای بررسی اثرات زلزله بر سازه‌هایی مثل پل و ساختمان‌های بلند استفاده کرد. از این آزمایش‌ها می‌شود نتیجه گرفت که از چه راه‌هایی می‌توان خسارات وارده به ساختمان را تا حد زیادی کاهش داد.

مثلا در یک روش، سازه را از زمین طوری جدا می‌سازند که لرزش‌های زمین به سازه منتقل نشود. جدا کردن پایه از قسمت بالایی ساختمان یا استفاده از تکنیک‌های خاص برای مستهلک کردن نیروی زمین‌لرزه از دیگر روش‌های موجود است.

استفاده از آونگ‌ها یا دیگر ابزار‌های ضد لرزش یکی دیگر از روش‌هایی است که نیروی وارده از زمین‌لرزه را جذب کرده و اجازه انتقال آن به سازه را نمی‌دهد.

مجموعه این روش‌ها به ما کمک می‌کند نه تنها جان خودمان را حفظ کنیم بلکه ساختمان‌ها و بنا‌های قدیمی را هم در مقابل زمین‌لرزه بیمه و از میراث تاریخی‌مان محافظت کنیم.