لطالما كانت الزلازل ظاهرة مرعبة،
وأصبحت أكثر دموية عندما كبرت مدننا
لأن إنهيار المباني تشكل الخطر الأكبر
ولكن لماذا تنهار المباني عند حصول الزلازل
وكيف يمكننا تجنب ذلك ؟
إذا كنت ممن شاهد الكثير من الأفلام الكارثية
فإنك غالبا لديك فكرة
أن انهيار المباني يحصل مباشرة عندما يبدأ أسفل الأرض
بالإهتزاز بعنف أو حتى بالأنقسام والتشقق
ولكن بالحقيقة ليس هذا مايحصل بالفعل.
أولا فإن أغلب المباني لاتقع على الخط الجيلوجي المتشقق
إن تحرك القشرة الأرضية يكون أعمق بكثير من أساس البناء
إذا مالذي يحصل فعلا ؟
في الحقيقة ، فإن حقيقة الزلازل وتأثيرها على المباني
أعقد من ذلك بقليل.
لجعل الأمر أقرب للمنطق المعماريين والمهندسين قامو بإستخدام نماذج،
مصفوفة من الخطوط ثنائية البعد تمثل الأعمدة والعوارض
أو مصاصة مع دائرة تمثل كتلة المبنى
حتى مع هذه الأشياء البسيطة فإن هذه النماذج ستكون مفيدة للغاية
لتمثيل إستجابة البناء عند حدوث الزلازل
فإنها بشكل رئيسي مسألة فيزيائية
معظم الإنهيارات التي تحصل أثناء الزلازل
لا تحصل فعلا بسبب الزلازل نفسها
بدلا من ذلك ،عندما تحرك الأرض سفلية البناء
فإنها تقتلع الأساسات والطبقة التحتية،
مرسلة الموجات الصادمة إلى كل البناء
مسببة بذلك إلى إهتزازها إلى الأمام والخلف
قوة هذا الاهتزاز تعتمد على عاملين إثنين :
كتلة البناء والتي تتركز في الأسفل
وصلابتها
والذي تحدد الطاقة الازمة لتسبب كمية معينة من الدمار
بالإضافة الى نوعية مادة البناء وشكل الأساسات
ومدى إرتفاع البناء
الأبنية القصيرة تكون أكثر صلابة وقابلية للإزاحة
بينما تكون الأبنية الطويلة أكثر مرونة
ربما ستعتقد أن الحل هو ببناء أبنية قصيرة
وبذلك نكون قللنا الإزاحة بقدر الإمكان
ولكن زلزال ميكسكو سيتي 1985 كان مثالا جيدا يبين أن هذه النظرية خاطئة.
أثناء الزلزال
عدة أبنية مابين ستة وخمسة عشر طابقا سقطت
الغريب أن الأبنية الأقصر من ذلك صمدت
والأبنية الأكثر من خمسين طابقا تضررت بشكل أقل
والأبنية ذات الطول المتوسط سقطت
كما لوحظت أن الأبنية تهتز بشكل أكبر من إهتزاز الأرض نفسها
كيف حدث ذلك ؟
الجواب يأتي مع شيء يسمى الأهتزاز الطبيعي
في الأنظمة المهتزة
التردد هو عدد مرات الذهاب والأياب في الدورة الواحدة
والذي هو مقلوب هذه الفترة
والذي هو الزمن الازم لإكمال الدورة
والتردد الطبيعي للبناء يعتمد على الكتلة والصلابة
وهو التردد الذي يقوم بهزها وتجميع الكتلة حولها
بزيادة كتلة البناء ، نقلل معدل التردد الطبيعي
بينما زيادة الصلابة تجعلها تهز بشكل أسرع
حتى أن المعادلة تبين العلاقة بينهما
الصلابة والتردد الطبيعي متناسبين بشكل طردي
بينما الكتلة والتردد الطبيعي متناسبين بشكل عكسي
ما حصل في ماكسيكو سيتي هي ظاهرة تسمى الرنين
حيث أن الموجات الناشئة من ترددات الزلزال
طابقت التردد الطبيعي للأبنية متوسطة الطول
مثل ساعة مضبوطة بشكل دقيق
كل موجة ناشئة إضافية تكبر إهتزاز المبنى
في إتجاهها
وتجعل البناء يهتز إلى مدى أكبر
وأخير يصل الإهتزاز إلى مدى أكبر مما يتحمله البناء
الان ، يعمل المهندسون مع الجيلوجين وعلماء الزلازل
حتى يدرسوا تردد الزلزال في موقع الأبنية
حتى يستطيعوا تجنب الإنهيار الناتج من هذا الاهتزاز
أخذين بالحسبان العوامل الاخرى مثل نوع التربة ونوع الخطأ
وذلك عن طريق الزلازل السابقة.
الترددات المنخفضة ستسبب ضرر أكبر للمباني العالية
والمباني المرنة
بينما الترددات العالية تسبب خطر أكبر
للأبنية القصيرة والصلبة
قام المهندسون أيضا بتصميم طرق لإمتصاص الصدمات
والحد من التشوه بإستخدام أنظمة إبداعية
بإستخدام طبقات عزل مرنة
لعزل انزياح الأساس عن بقية البناء
بينما أنظمة مخمدات الكتلة تلغي الاهتزاز
بفعل إهتزاز منزاح الطور عن الإهتزاز الحاصل
لتقليل الإهتزاز
في النهاية ، المباني التي ستظل واقفة هي ليست الأبنية الأكثرر ثباتا
بل الأبنية الأكثر ذكائا