هندسة الزلازل

هندسة الزلازل

تعتبر هندسة الزلازل فرعاً هاماً من فروع الهندسة كونها تتعلّق مباشرة بقدرة المباني والهياكل على الصمود أمام الزلازل. والهدف العام لهندسة الزلازل هو جعل هذه المنشآت أكثر مقاومة للزلازل. حيث يعمل مهندسو الزلازل على  بناء هياكل لا تتعرّض للضرر كنتيجة لاهتزازات بسيطة، ولا تتعرّض لأضرار جسيمة أو انهيار تام كنتيجة لوقوع الزلازل.

وتعرّف هندسة الزلازل بشكل محدّد بأنها دراسة سلوك المنشآت والهياكل المرتبطة بالتربة والتي تخضع لعملية التحميل الزلزالي. وبناء على هذا التعريف ترتبط هندسة الزلازل بالعديد من فروع الهندسة كالهندسة الإنشائية والهندسة الجيوتقنية والهندسة الميكانيكية والهندسة الكيميائية والفيزياء التطبيقية. ومع الأضرار الجسيمة التي خلّفتها الزلازل على المستوى البنائي والبشري تمّ توسيع نطاق هندسة الزلازل ليشمل مجالات أخرى كالهندسة الميكانيكية والعلوم الاجتماعية والعلوم السياسية والاقتصاد والمالية.

تعتبر مؤسسة العلوم الوطنية (National Science Foundation) NSF‏ الوكالة الحكومية الأمريكية الرئيسية التي تدعم البحوث الأساسية والتعليم في جميع مجالات هندسة الزلازل.

أهداف هندسة الزلازل

يعرّف التصميم المقاوم للزلازل بأنّه التصميم الذي يكفل الحماية الكافية من وقوع الإصابات والخسائر في الأرواح. كما يكفل حدوث أقل الأضرار بالممتلكات واستمرار خدمات المرافق الحيوية، مع تحقيق ذلك بتكلفة اقتصادية مقبولة.

بناءً عليه تهدف هندسة الزلازل كما يوحي اسمها إلى:

  • تقليل الآثار التدميرية للبنى التحتية الناجمة عن حدوث الزلازل.
  • تقليل الخسائر البشرية والاقتصادية الناجمة عن حدوث الزلازل.
  • تقليل المخاطر الثانوية الناجمة عن حدوث الزلازل مثل تضخيم الحركة الأرضية وتميّع التربة والانزلاق الأرضي.
ومن أجل تحقيق هذه الأهداف ينبغي أن تتّبع هندسة الزلازل مجموعة من العلوم الطبيعية التي تمكّنها من:
  • معرفة مكان حدوث الزلازل المدمّرة ونسَب احتمال وقوع الزلازل وذلك لحساب تأثيرات جميع القوى الحركية والسكونية. وتشتمل نماذج تحليل المخاطر الزلزالية ورسم خرائط التمنطق الزلزالي لموقع معيّن على تكامل الدراسات الجيولوجية والجيوتقنية والزلزالية والتي من خلالها يمكن تقويم مستوى الخطر وتحديد معامل الأمان الزلزالي بدقة. 
  • مقارنة المخاطر الطبيعية المحتملة مع التوزيع السكاني ومواقع المرافق العامة والهامة ومدى تعرّضها للمخاطر الزلزالية وتأثرها بها وصولاً إلى تحديد الخطر.
  • تعيين طبيعة الحركات الأرضية المتولّدة عن الزلازل ونوع التشويه الذي تعانيه الطبقات العليا من القشرة الأرضية.
  • معرفة وتخمين أقصى درجات الاهتزاز الذي سوف يعانيه المنشأ الهندسي عند حصول الزلزال.
  • الإحاطة الدقيقة بمدى تفاعل المنشآت مع الاهتزاز، وتوقّع عواقب الزلازل المحتملة على البناء.
  • تصميم الأبنية المقاومة للزلازل ووضع الأسس المحدّدة للتصاميم الملائمة ومعايير البناء بأقلّ تكلفة ممكنة. إذ لا يجب بالضرورة أن يكون الهيكل الهندسي قويًا جدًا أو مرتفع التكلفة. ولكن يجب أن يكون مصمّماً بشكل صحيح لتحمّل الآثار الزلزالية مع الحفاظ على مستوى مقبول من الضرر. وقد وجد أنّ بعض المباني استطاعت مقاومة هزات أرضية عنيفة نظراً لتمتّعها بقواعد مربوطة جميعاً بشكل جيد ومتين.
هندسة الزلازل

استراتيجيات هندسة الزلازل

يعتمد نجاح التصميم الهندسي المقاوم للزلازل على دقة تنفيذ تفاصيل التصميم والتأكد من تحقيق الحد الأقصى من المواصفات الموصى بها اعتماداً على نوع العنصر البنائي ونوع المادة الإنشائية المستخدمة.

ومن الاستراتيجيات المعتمدة في هندسة الزلازل:

  • استراتيجية عزل القاعدة. وهي تنصّ على السماح لقاعدة الهيكل بالتحرك بحرية مع الأرض. 
  • استراتيجية المرونة. بحيث يصمم المبنى بمواصفات معينة تجعله يمتلك قدراً كافياً من خاصية امتصاص الطاقة (المرونة Ductility) ما يجعل الهيكل البنائي قادراً على امتصاص الطاقة الزلزالية.

للمزيد