عوامل مؤثر در آسیب پذیری شهرها در برابر زلزله
معمولاً بر اثر وقوع زلزله‌های مهم، بخش‌های از زمین گسیخته می‌شود. گسیختگی زمین همراه با تحلیل و از بین رفتن انرژی است که از شدت زلزله می‌کاهد. یکی از مسائلی که بر اثر وقوع زلزله در زمین رخ می‌دهد حرکت گسل‌های ایجادشده در اثر زلزله و گسیختگی طبقات مختلف زمین و شکستگی و برش در ساختمان‌ها است که منجر به ایجاد مناطقی با مقاومت کمتر و آسیب پذیرتر می‌گردد. محل استقرار سکونتگاه‌ها و سایر تأسیساتی که توسط انسان ایجاد می‌شود، کاملاً تحت تأثیر عوامل محیطی و زمین ساختی می‌باشد. امروزه با توجه به رشد سریع جمعیت که به تبع آن توسعه ساخت‌وسازها اجتناب‌ناپذیر گشته است، روز به روز فشار نیازهای بشر روی زمین زیادتر شده و بهره‌برداری از مناطق اطراف شهرها و روستاها برای ایجاد خانه و تأسیسات اقتصادی و صنعتی افزایش پیدا می‌کند. میزان خساراتی که در شهرهای مختلف در نتیجه ارتعاشات زمین‌لرزه به ساختمان‌ها وارد می‌شود به عوامل متعددی بستگی دارد. از مهم‌ترین عوامل مؤثر در آسیب پذیری شهرها در برابر زلزله می‌توان به عنوان نمونه به موارد زیر اشاره کرد:
- بزرگی، شدت و مدت زلزله
- شرایط زمین‌شناسی منطقه
- حداکثر توان لرزه زایی گسلها
- نوع گسلها
- فاصله از چشمه‌های لرزه زایی
- وضعیت سازههای منطقه به جهت مقاومت
- نزدیکی به نواحی با تراکم جمعیت بالا
بحث و یافته‌ها
عوامل مؤثر در آسیب‌پذیری شهرها در برابر زلزله را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم‌بندی کرد:
- عواملی که به عنوان عوامل انسان‌ساز تلقی می‌شود و نحوی تکوین و روند تغییرات آن بیشتر جنبه انسانی دارد و در حالت کلی نتیجه دخالت مستقیم انسان است.
- عواملی که مبنای تشکیل آن‌ها ریشه‌ای طبیعی دارد و این در حالی است که چگونگی رفتار و دخالت‌های انسانی می‌تواند در چگونگی بروز و ظهور این نوع از شرایط طبیعی در زندگی بشری نقش تعیین‌کننده داشت.
عوامل انسانی
نوع مصالح
معیار نوع مصالح سازهها، یکی از معیارهای مهم و مؤثر در تعیین ضریب آسیب‌پذیری شهرها در برابر زلزله محسوب می‌شود. در مورد نوع مصالح بکار رفته در سازهها، قاعدتاً سازههای که با مصالح دارای مقاومت و استاندارد بالا ساخته‌شده‌اند ایمنی مناسبی در برابر زلزله داشته و امنیت بالایی برای ساکنین فراهم می‌کند. آمار زلزله‌های گذشته نشان از این امر مهم دارد که در بیشتر مواقع در جوامعی که همواره از توسعه اقتصادی بالایی برخوردار بوده و توجه زیادی به امر تحقیقات و همین‌طور ساخت سازهها با مصالح مهندسی و مقاوم در برابر زلزله شده، وقوع زلزله‌های حتی 7 ریشتری نیز تلفات کمی به بار آورده است و این امر می‌تواند دلیلی بر اهمیت بسیار بالای نوع مصالح استفاده‌شده در ساخت بناها باشد.
کیفیت ابنیه
این شاخص تأثیر بسیار مهمی بر میزان آسیب‌پذیری ساختمان دارد. احتمال مقاومت ساختمان‌های با کیفیت بالا (نوساز) در مقابل زلزله نسبت به ساختمان‌های مخروبه و مرمتی بیشتر است. قابل ذکر است که قدمت یک سازه الزامأ رابطۀ مستقیمی با کیفیت ندارد اما در بیشتر موارد ساختمان‌های با سنی بیشتر از 30 سال نیاز به تعمیر مقاوم سازی دارند. در عین حال رعایت نکردن اصول آئین‌نامه زلزله در اجرا ساختمان نیز باعث کاهش کیفیت بنا می‌گردد. اینکه از مصالح مقاوم در ساخت ساختمان‌ها استفاده شود، از جمله مهم‌ترین عوامل تضمین کیفیت سازه‌هاست.
تراکم جمعیت
شاخصی که مشخص‌کننده بار جمعیتی در مواقع زلزله می‌باشد و در نتیجه با بیشتر شدن تراکم جمعیتی، سرعت پناه گیری و خدمات‌رسانی و امداد پایین آمده و بالعکس. باید توجه داشت که بحث تراکم جمعیت، در مناطقی که به جهت سایر شاخص‌ها دچار مشکل عدیده هستند ارزش دو چندان می‌یابد چرا که تراکم بالای جمعیت در این مناطق، باعث افزایش چشمگیر تعداد تلفات انسانی می‌گردد.
بعد خانوار
بالا بودن شاخص بعد خانوار در واحد مسکونی، احتمال افزایش تلفات انسانی را بیشتر می‌کند، لذا در مناطقی که از شاخص بعد خانوار در واحد مسکونی بالاتری برخوردار هستند، به هنگام وقوع زلزله، تلفات انسانی زیادی خواهند داشت.
به این صورت که هر چه فضای آزاد در واحدهای مسکونی کمتر باشد، میزان آسیب‌پذیری بیشتر خواهد بود و بالعکس. البته در بحث بعد خانوار این نکته را نیز باید ذکر کرد که ابعاد واحد مسکونی می‌تواند در ارتباط با بعد خانوار ساکن در آن واحد، مهم تلقی گردد.
کاربری اراضی
بسته به نوع کاربری، احتمال آسیب‌پذیری بیشتر و یا کمتر می‌شود. یکی از مهم‌ترین فعالیت‌هایی که در سطح اراضی شهری به طور گسترده صورت می‌گیرد، فعالیت‌های مسکونی است. در عین حال کاربری‌هایی در شهر وجود دارند که در بحث چگونگی کنترل بحران ناشی از زلزله و کاهش اثرات سوء آن اهمیت حیاتی پیدا می‌کنند.
از این رو است که در این مواقع، اهمیت بنا طرح می‌شود. اهمیت بنا در واقع فاکتوری است که آئین‌نامه 2800 برای محاسبه نیروی ناشی از زلزله در ساختمان‌ها پیشنهاد کرده و نشان‌دهندۀ این موضوع است که ساختمان‌های مهم مانند ادارات و تأسیسات بزرگ دولتی، بیمارستان‌ها، ایستگاه‌های آتش‌نشانی، تأسیسات آموزشی، مراکز آموزش عالی و مراکز انتظامی باید با ضریب اطمینان بیشتری نسبت به یک ساختمان چند طبقه ساده ساخته شود.
میزان تلفات، در صورت تخریب این نوع ساختمان‌ها که نقش اتاق فکر یا مدیریت بحران را ایفا می‌کند زیاد است. یا اینکه به وجود آن‌ها بعد از زلزله نیاز فراوانی احساس می‌شود.
معابر
آسیب‌پذیری شبکه به ساختار فضایی شبکه پرداخته و در زمینه تخلیه عمومی به کار می‌رود تا قسمت‌های آسیب‌پذیر ساختار شهری مشخص شود. این آسیب‌پذیری به ساختار شبکه از این جهت مد نظر است که در شبکه راه‌ها، هر چه تعداد تقاطع‌ها بیشتر باشد و همین‌طور معابر از عرض بیشتری برخوردار باشند، دسترسی و امدادرسانی سریع‌تر و راحت‌تر صورت می‌پذیرد؛ زیرا در صورت مسدود شدن یا تخریب یکی از راه‌ها، می‌توان از مسیرهای دیگر به محل موردنظر رسید. و از طرف دیگر باید به مقولۀ ترافیک معابر، و جریان رفت‌وآمد در شبکه‌های ارتباطی، به ویژه در ساعات اوج ترددها توجه ویژه‌ای معطوف گردد. با مطالعه وضعیت معابر می‌توان قسمت‌های آسیب‌پذیر در زمان تخلیه را مشخص کرد. در این میان سهولت دسترسی نقش حیاتی دارد.
تعداد طبقات
تعداد طبقات ساختمانی در ارتباط با نسبت عرض معابر و ارتفاع دیوارهای ساختمان‌ها، شاخص بسیار مهمی است. به این دلیل که با بالا رفتن تعداد طبقات ساختمانی و کم‌عرض تر شدن معابر احتمال بسته شدن معابر به دلیل ریختن آوار ساختمان‌های بلندمرتبه بالا می‌رود که این کار باعث اختلال در امر امداد سانی می‌گردد؛ همچنین به دلیل جمعیت زیاد ساکن در آپارتمان‌های چند طبقه، در زمان بروز حادثه تخلیه ساکنین در این واحدها کندتر می‌باشد.
تراکم ساختمان
شاخص مهمی است که با بیشتر شدن آن احتمال تخریب و آسیب‌پذیری بیشتر می‌شود عبارت است از درصدی از مساحت زمین که به صورت عمودی جهت ساختمان‌سازی استفاده می‌گردد. لازم به توضیح است که در بحث تراکم ساختمانی حتماً عرض معبر در چگونگی روند اعطای تراکم‌ها، جزو مقوله‌های مهم محسوب می‌شود.
تأسیسات خطرزا
تأسیسات خطرزا به آن گروه از تأسیساتی گفته می‌شود که در ارتباط با مواد خطرناک قرار دادند این تأسیسات می‌توانند باعث خطرهای ثانویه مانند آتش‌سوزی و انفجار شوند. در هنگام رویداد زلزله، در اختیار داشتن فهرستی از این تأسیسات و شناخت آن‌ها می‌تواند خسارات را به حداقل برساند.
در زمینه آسیب‌پذیری کاربری‌ها از نظر سازگاری و ناسازگاری با مناطق در معرض خطر، بحث آسیب‌رسانی کاربری‌ها به یکدیگر مطرح است. به طوری که استقرار کاربری‌هایی که دارای پتانسیل بالای آسیب‌رسانی هستند، در کنار سایر کاربری‌ها باعث افزایش میزان آسیب‌پذیری می‌گردد. بنابراین انتقال کاربری‌های فوق و یا در نظر گرفتن حریم مناسب برای آن‌ها می‌تواند راه‌حل مناسبی برای کاهش میزان آسیب محسوب شود.
عوامل طبیعی
سازندهای سطحی
بر اساس تجربیات حاصله از زلزله‌هایی که تاکنون در اکثر نقاط دنیا رخ داده‌اند و با بررسی علل اساسی و مؤثر در تخریب ساختمان‌ها بر اثر وقوع زلزله، بیشتر متخصصان بر این اعتقاد هستند که خسارت‌های وارده بر ساختمان‌ها به طور قابل ملاحظه‌ای بستگی به ساخت زمین محل سازه دارد و به همین دلیل هم در کشورهایی که کارهای پژوهشی گسترده‌ای بر روی مسئله مقاوم‌سازی سازهها در برابر زلزله انجام داده‌اند، در پاره‌ای از موارد تخریب ساختمان به هنگام زلزله در شرایطی صورت گرفته است که ساختمان به صورت نسبتاٌ سالم بر روی زمین افتاده است و این در شرایطی است که نقش اساسی را در تخریب سازه، زمین و شرایط زمین‌شناسی به عهده داشته است.
در خاک نرم به ویژه در جایی که بافت مواد ریز و مواد از آب اشباع شده‌اند، تکان‌ها و شتاب بعدی، امواج ارتعاشی را خیلی بیشتر می‌کنند. برای مثال در زمین‌لرزۀ آلاسکا بیشتر ساختمان‌ها حتی آن‌هایی که مطابق با اصول و قوانین ساختمانی ساخته‌شده بودند صدمه دیدند، در حالی که در شهرهای دیگر صدمه تا این اندازه نبود. نوع زمینی که ساختمان‌ها بر روی آن بنا نهاده شده بودند عامل اصلی اختلاف در میزان ویرانی‌ها بود. زیرا ساختمان‌های این شهر بر روی رسوبات ناپیوسته ساخته شده بودند، در حالی که شهر وایتر که به مرکز سطحی زمین‌لرزه نزدیک‌تر بود و بر روی سنگ‌های سخت گرانیتی ساخته‌شده بود خسارت کمتری متحمل شد.
به طور کلی یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مهندسی خاک‌ها مسئله مقاومت برشی آن‌ها می‌باشد. به هر حال، یک توده خاک در برابر تنش‌های وارده تا اندازه معینی مقاومت نموده و در صورت ادامه تنش وارده، خاک مقاومت خود را از دست داده و گسیخته می‌گردد و لذا حداکثر مقاومت خاک را در برابر گسیختگی به نام مقاومت برشی خاک نامیده می‌شود و بیش از این حد تنش منجر به برش در خاک می‌گردد. میزان مقاومت برشی در خاک‌های مختلف متفاوت است و عوامل متعددی در کاهش یا افزایش مقاومت برشی خاک دخالت دارند که در اینجا به مهم‌ترین عوامل مؤثر در مقاومت برشی خاک‌ها اشاره می‌گردد:
- اصطکاک داخلی بین دانه‌ها
- چسبندگی خاک
به طور کلی، در خاک‌های دانه‌درشت مانند شن و ماسه نیروی اصطکاک داخلی بسیار با اهمیت بوده و در خاک‌های دانه ریز مانند رس‌ها و برخی سیلت ها نیز مسئله چسبندگی از عوامل بسیار مهم در رفتار خاک‌ها می‌باشند.
سرعت امواج عرضی (Vs)
عاملیت سرعت امواج برشی در میزان آسیب‌پذیری در برابر زلزله: سرعت امواج زلزله بستگی به جرم مخصوص و خاصیت روان شدن سنگ‌های دارد که از آن‌ها عبور می‌کنند. سرعت امواج زلزله در سنگ‌های متراکم و صلب، زیاد و در سنگ‌های سبک‌تر و نرم‌تر، کم می‌باشد. به‌علاوه ازدیاد فشار باعث افزایش سرعت امواج و ازدیاد درجه حرارت باعث کاهش سرعت امواج زلزله می‌گردد. بنابراین سرعت امواجS در سازندهای مختلف، متفاوت می‌باشد. به نحوی که این سرعت در سنگ بازالت 2/3 km/sec و در ماسه نرم 60 m/sec می‌باشد. سرعت انتشار امواج در هر نقطه جسم، تابع چگالی و مدول‌های کشسانی در آن نقطه است.
خصوصیات ژئوتکنیکی مصالح تشکیل‌دهنده یک ساختگاه تأثیر عمده‌ای بر مشخصات زمین‌لرزه دارد. زمین‌لرزه‌های گذشته نشان داده‌اند که اغلب، خسارت وارده بر سازه‌هایی که بر روی خاک‌های نرم ساخته‌شده‌اند به مراتب بیش از سازههای ساخته‌شده بر روی خاک‌های سخت است. مطالعات بر روی جنبش نیرومند زمین به خوبی نشان‌دهنده تغییر دامنه و محتوای فرکانس امواج لرزه‌ای به وسیله آبرفت می‌باشد.
عمق سطح ایستابی
توجه به عمق سطح ایستابی برای پهنه‌بندی مناطق، در برابر خطر زلزله و تأثیر مشترک آب و خاک در بررسی مسائل ژئوتکنیک و توان باربری خاک حائز اهمیت ویژه است. اگر چه در خاک‌های با دانه‌بندی پیوسته، وجود آب در خاک به خودی خود کم اهمیت است، در بعضی از لایه‌های خاک، درصد بسیاری از مواد ریز دانه به خصوص ذرات رس موجود است، که وجود منابع آب در این لایه‌ها عامل مهمی در تقلیل خصوصیات مکانیکی خاک و کاهش توان باربری و افزایش نشست خاک تحت بارگذاری است؛ از این رو بررسی اثرات توأم آب‌وخاک در نقاطی که سطح آب زیرزمینی بالاست لازم است.
وجود آب در خاک روی خواص مهندسی خاک‌ها تأثیر بسزایی دارد و در کلیه مسائل مکانیک خاک نقش مهمی را ایفا می‌نماید، لذا با توجه به وجود آب در خاک، چنانچه در هنگام وقوع زلزله، خاک تحت تنش قرار گیرد، فقط اجزاء و دانه‌های خاک در مقابل تغییر شکل یا شکست مقاومت می‌نمایند و آب بین منفذی هیچ‌گونه مقاومتی ندارد و نتیجتاً آب به‌صورت بی اثر عمل می‌نماید.
فاصله از گسل
بسترهای اختصاص یافته به ساخت‌وسازهای شهری و صنعتی را باید در محدوده‌هایی انتخاب کرد که در آن‌ها حریم خطوط گسل رعایت شده و از پایداری لازم به منظور کاهش خطرات ناشی از زمین‌لرزه احتمالی، برخوردار باشند.
برای گسل‌های امتداد لغز، رعایت حریمی با پهنای بین 100 تا 300 متر کافی می‌باشد. در حالی که این مقدار برای گسل‌های کششی یا عادی به 500 متر می‌رسد. اما برای رعایت حریم گسل‌های فشارشی یا معکوس که ممکن است شکستگی‌های آن‌ها در چندین سری به موازات یکدیگر در روی زمین تشکیل شوند، با توجه به جنبه‌ای عمومی و نکات اجرایی، پهنه‌ای بین1000 تا 3000 متر در امتداد درازای دو سوی گسله در نظر گرفته می‌شود.
در مجموع می‌توان گفت که به موازات فاصله گرفتن از خطوط گسل، شاهد افزایش سطح مطلوبیت در رابطه با موضوع خطر زلزله هستیم.
حداکثر توان لرزه زایی گسل
با توجه به جمع شدن انرژی کرنشی در گسلها و مکانیزم وقوع اکثر زلزله‌های تکتونیکی، طول گسل از مشخصه‌های اصلی یک زلزله به شمار می‌رود و نتایج اکثر محققان بر این امر استوار می‌باشد که رابطه‌ای بین طول گسل و حداکثر توان لرزه زایی آن ارائه دهند. البته به طور حتم تمام طول گسل در امر ذخیره‌سازی انرژی مورد نظر نقش نخواهد داشت. در این رابطه به‌طور متوسط فرض می‌شود نصف طول یک گسل در روابط ملحوظ گردد.
حداکثر شتاب زلزله
مقیاسی از نیروی وارده بر سازه می‌باشد. برخی از خصوصیات حرکات زمین شامل: حداکثر حرکات زمین حداکثر شتاب، حداکثر سرعت و حداکثر تغییر مکان زمین، مدت دوام حرکات شدید و محتوای فرکانسی تأثیر عمده‌ای بر پاسخ سازه در زمین‌لرزه دارند، به طوری که حداکثر حرکات زمین عمدتاً روی دامنه ارتعاشات اثر می‌گذارد. مدت دوام حرکات شدید تأثیر قابل‌توجهی بر شدت جنبش و تکان سازه دارد، به نحوی که زمین‌لرزه‌ای که دارای حداکثر شتاب متوسط و مدت دوام طولانی باشد خسارات بیشتری از زمین‌لرزه‌ای با شتاب بزرگ‌تر اما مدت دوام کوتاه‌تر بر جای می‌گذارد. وابستگی حداکثر شتاب زمین با فاصله تا مرکز زمین‌لرزه توسط محققین بسیاری به صورت کاهیدگی تعریف شده است. بر اساس این بررسی‌ها مشاهده می‌شود، با افزایش فاصله تا مرکز زلزله، حداکثر شتاب زمین کاهش می‌یابد.
مدت تداوم زلزله
مدت زمانی که یک سازه تحت تأثیر نوسانات زمین قرار می‌گیرد از پارامترهای بسیار مهم در ارزیابی میزان تخریب ناشی از زمین‌لرزه محسوب می‌شود. به نظر می‌رسد که دورۀ تکراری جنبش‌های زمین موجب افزایش تنش انباشته در خاک و سازۀ روی آن شده و افزون بر اثراتی چون افزایش فشار آب منفذی، با ایجاد ترک و جابه‌جاشدگی می‌تواند پایداری طبیعی خاک و مصالح ساختمانی را دچار فرسودگی نماید.
بر پایۀ برآوردها مدت تداوم زلزله در خاک، بزرگ‌تر و تقریباً دو برابر مدت تداوم آن در بستر سنگی می‌باشد. همچنین مدت تداوم رابطۀ مستقیمی با قدرت زلزله دارد، به نحوی که با افزایش قدرت زلزله مدت تداوم نیز افزایش می‌یابد.
از این رو خسارت به ساختمان‌ها، علاوه بر نحوۀ ساخت و نوع مصالح به کار برده شده و جنس زمینی که سازه در آن بنا گردیده، به تداوم و استمرار زلزله نیز بستگی دارد و حتی می‌تواند در صورت رعایت اصول فوق، منجر به خسارت گردد.
سوالات متداول
عوامل مؤثر در آسیب پذیری شهرها در برابر زلزله کدام است؟
عوامل مؤثر در آسیب پذیری شهرها در برابر زلزله عبارتند از: بزرگی، شدت و مدت زلزله، نوع گسلها، وضعیت سازههای منطقه به جهت مقاومت و نزدیکی به نواحی با تراکم جمعیت بالا
کدام یک از عوامل انسانی در آسیب پذیری شهرها در برابر زلزله موثر است؟
نوع مصالح سازهها، کیفیت اجرای ابنیه، تراکم جمعیت ، بعد خانوار، تعداد طبقات و موارد دیگر
کدام یک از عوامل طبیعی در آسیب پذیری شهرها در برابر زلزله موثر است؟
سازندهای سطحی، سرعت امواج عرضی، عمق سطح ایستابی، فاصله از گسل، حداکثر شتاب زلزله و مدت تداوم زلزله
