خلاصه مقاله:
- زلزله ۷٫۴ ریشتری کلمبیا خسارت گستردهای به چند شهر وارد کرد و صدها کشته و هزاران زخمی برجا گذاشت. پژوهشهای مهندسی نشان میدهد بخشی از شدت تخریب میتواند به شیوههای رایج ساختوساز در برخی مناطق کلمبیا مربوط باشد.
- در بسیاری از ساختمانهای بررسیشده، دیوارهای بتنآرمه بسیار نازک و دارای مقدار کمی فولاد تقویتی بودهاند. آزمایشها نشان دادهاند این دیوارها هنگام لرزش شدید ممکن است بهجای ایجاد ترکهای متعدد، با یک ترک بزرگ و متمرکز دچار شکست شوند.
- مشکل دیوارهای کمآرماتور فقط به کلمبیا محدود نیست و نمونههای مشابهی از ضعف سازهای در کشورهای دیگر نیز گزارش شده است.
زلزله قدرتمند ۷٫۴ ریشتری که ۱۰ اوت ۲۰۲۶ کلمبیا را لرزاند، تاکنون دستکم ۲۹۰ کشته برجای گذاشته و هزاران خانه را تخریب یا آسیبدیده کرده است. درحالیکه عملیات گسترده جستوجو و نجات در مناطق آسیبدیده ادامه دارد، پژوهشهای مهندسی سازه نشان میدهد بخشی از شدت خسارتها ممکن است به شیوههای رایج ساختوساز در کلمبیا و استفاده گسترده از دیوارهای بتنی نازک و کمآرماتور مربوط باشد.
مرکز زمینشناسی ایالات متحده اعلام کرده است که کانون زلزله در نزدیکی سنخوزه دل پالمر در استان چوکو قرار داشت. شهرهای کالی، مانیسالس و پریرا نیز از مناطقی هستند که خسارتهای قابلتوجهی در آنها گزارش شده است.
برآوردهای اولیه از تخریب یا آسیبدیدن هزاران خانه حکایت دارند و انتظار میرود با ادامه عملیات امدادی، شمار قربانیان نیز افزایش پیدا کند.
زمینلرزهای عمیق با سازوکار امتدادلغز
براساس دادههای مرکز زمینشناسی ایالات متحده، زلزله در عمق حدود ۱۱۰ کیلومتری زمین رخ داد و عامل اصلی آن حرکت امتدادلغز یک گسل بود.
در گسلهای امتدادلغز، دو بخش پوسته زمین بهصورت افقی در کنار یکدیگر حرکت میکنند، نه اینکه یکی نسبت به دیگری بالا یا پایین برود. این نوع حرکت میتواند انرژی زیادی آزاد کند و در صورت رسیدن امواج لرزهای شدید به مناطق پرجمعیت، خسارت گستردهای به ساختمانها وارد شود.
زمینلرزه کلمبیا حدود یک ماه پس از زلزلههای شدید ونزوئلا رخ داد؛ رویدادهایی که براساس برآوردها ممکن است بیش از ۵۸ هزار ساختمان را تخریب یا دچار آسیب کرده و جان هزاران نفر را گرفته باشند.
درحالحاضر شواهد کافی برای ارتباط مستقیم این دو رویداد وجود ندارد. بااینحال، پژوهشهای لرزهشناسی نشان دادهاند در برخی شرایط، لغزش روی یک گسل میتواند توزیع تنش در پوسته زمین را تغییر دهد و فشار وارد بر گسلهای مجاور را افزایش دهد. این پدیده که با عنوان «انتقال تنش» شناخته میشود، در بعضی مناطق میتواند احتمال وقوع زمینلرزه روی گسلهای نزدیک را تغییر دهد.
مشکل دیوارهای بتنی نازک در کلمبیا
رایان هولت، مدرس ارشد مهندسی سازه و زلزله در دانشگاه نیوکاسل استرالیا، سالها روی رفتار سازههای بتنآرمه در برابر زلزله تحقیق کرده است. بخشی از پژوهشهای او به ساختمانهایی اختصاص دارد که براساس روشهای رایج ساختوساز در کلمبیا ساخته میشوند. نتایج مطالعات وی نشان میدهد استفاده گسترده از دیوارهای بتنی بسیار نازک میتواند یکی از عوامل مهم آسیبپذیری ساختمانها در زلزلههای شدید باشد.
همانطور که هولت در مطلبی در وبسایت کانورسیشن توضیح میدهد، در سازههای معمولی، دالها، تیرها و ستونها عمدتاً بارهای قائم ناشی از وزن ساختمان را تحمل میکنند. اما هنگام وقوع زلزله، ساختمان با نیروهای جانبی شدیدی روبهرو میشود و دیوارهای بتنآرمه یکی از اجزای اصلی برای مقاومت در برابر این نیروها هستند.
در بسیاری از ساختمانهای کلمبیا، ضخامت این دیوارها تنها حدود ۷ تا ۱۰ سانتیمتر است. درون آنها نیز معمولاً فقط یک لایه فولاد تقویتی قرار دارد که اغلب به شکل توری سیمی جوشخورده استفاده میشود. مشکل اینجاست که چنین شبکههای فولادی میتوانند رفتار نسبتاً شکنندهای داشته باشند و در صورت تمرکز تنش، بهسرعت گسیخته شوند.
ضخامت کم دیوارها مشکل دیگری هم ایجاد میکند. در طراحیهای مقاوم در برابر زلزله، معمولاً در لبه دیوار از فولادهای حلقوی یا خاموت استفاده میشود تا بتن تحت فشار محصور شود و احتمال خردشدن آن کاهش یابد. اما قرار دادن چنین اجزایی در دیوارهای بسیار نازک دشوار است و براساس توضیح هولت، در برخی استانداردهای ساختمانی منطقه نیز الزام کافی برای استفاده از آنها وجود ندارد.
آزمایش دیوارهایی مشابه ساختمانهای کلمبیا
هولت به همراه پژوهشگرانی از سه دانشگاه کلمبیا، مجموعهای از آزمایشهای در ابعاد واقعی را در آزمایشگاه مهندسی زلزله و دینامیک سازه مدرسه پلیتکنیک فدرال لوزان سوئیس انجام داده است.
در این آزمایشها، دیوارهای بتنی با مشخصاتی مشابه نمونههای رایج در ساختمانهای کلمبیا ساخته شدند و سپس تحت بارهایی قرار گرفتند که حرکت یک ساختمان هنگام زلزله را شبیهسازی میکرد. نتایج نشان دادند این نوع دیوارها در برابر لرزش شدید عملکرد مطلوبی ندارند.
در دیوار بتنآرمهای که بهدرستی برای زلزله طراحی شده باشد، معمولاً تعداد زیادی ترک کوچک در بخش پایینی دیوار ایجاد میشود. تشکیل چندین ترک باعث میشود تغییر شکل و تنش در ناحیه بزرگتری توزیع شود و از متمرکزشدن نیرو در یک نقطه جلوگیری کند. اما اگر مقدار فولاد تقویتی کم باشد، ممکن است بهجای چندین ترک کوچک، تنها یک ترک بزرگ ایجاد شود. در چنین شرایطی، بخش زیادی از تنش در همان نقطه متمرکز میشود و احتمال گسیختگی میلگردها یا شبکه فولادی افزایش مییابد.
آزمایشهای هولت و همکارانش نشان داد که مشکل فقط به مقدار فولاد محدود نمیشود. خودِ نازک بودن دیوارها نیز ظرفیت سازه را کاهش میدهد و حتی با افزایش آرماتور، برخی از این دیوارها همچنان ممکن است در برابر لرزش شدید زمین عملکرد نامناسبی داشته باشند.
یک الگوی رایج، نه چند ساختمان استثنایی
شواهد موجود نشان میدهد استفاده از دیوارهای نازک و کمآرماتور به چند ساختمان خاص محدود نیست و در بخشهایی از آمریکای لاتین به روشی رایج در ساختوساز تبدیل شده است. برای نمونه، در پژوهشی که سال ۲۰۱۸ روی ۹ ساختمان در شهر کالی انجام شد، ۹۰ درصد ساختمانهای بررسیشده دیوارهایی داشتند که فقط با یک لایه فولاد تقویت شده بودند. در ۳۰ درصد ساختمانها نیز ضخامت دیوارها ۱۰۰ میلیمتر یا کمتر بود. کالی یکی از شهرهایی است که در زلزله اخیر کلمبیا خسارت قابلتوجهی دیده است.
تجربه زلزله کرایستچرچ چه چیزی نشان داد؟
مشکل منحصر به آمریکای جنوبی نیست. در فوریه ۲۰۱۱، زلزلهای به بزرگی ۶٫۳ ریشتر شهر کرایستچرچ نیوزیلند را بهشدت لرزاند و ۱۸۵ نفر جان خود را از دست دادند.
بررسیهای پس از زلزله نشان داد بیشتر ساختمانهای بتنآرمهای که پس از دهه ۱۹۸۰ و براساس اصول جدید طراحی لرزهای ساخته شده بودند، عملکرد نسبتاً خوبی داشتند. مقررات جدید مهندسان را ملزم میکرد نحوه قرارگیری فولاد در اجزای سازه را بهگونهای طراحی کنند که دیوارها و سایر بخشهای ساختمان بتوانند هنگام زلزله تغییر شکل دهند، بدون اینکه ناگهان دچار شکست شوند.
بااینحال، تعدادی از ساختمانهایی که براساس اصول قدیمیتر طراحی شده بودند، آسیب شدید دیدند یا فروریختند.
یکی از شناختهشدهترین نمونهها ساختمان «پاین گولد» بود. بررسیها نشان داد مقدار کم فولاد در دیوارهای بتنی نازک هسته ساختمان احتمالاً در فروریختن آن نقش داشته است. تصور میشود ایجاد یک ترک بزرگ باعث تمرکز شدید تنش شده و در نهایت ظرفیت دیوار را از بین برده باشد.
زلزله کلمبیا چه هشداری برای ایران دارد؟
آنچه در کلمبیا رخ داده برای ایران نیز قابلتوجه است؛ هرچند نمیتوان ضعفهای ساختمانی مشاهدهشده در دو کشور را یکسان دانست. ایران خود یکی از کشورهای زلزلهخیز است و تجربه زمینلرزههای گذشته نشان داده که کیفیت طراحی و بهویژه اجرای سازه میتواند نقش تعیینکنندهای در میزان خسارت داشته باشد.
در ایران، طراحی ساختمانها در برابر زلزله براساس استاندارد ۲۸۰۰ انجام میشود و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان نیز ضوابط طراحی و اجرای سازههای بتنآرمه را مشخص میکند. مقررات کنونی برای بخشهای مختلف سازه الزامات لرزهای و جزئیات آرماتورگذاری در نظر گرفتهاند؛ بنابراین وجود آییننامه بهتنهایی مسئله اصلی نیست و نحوه طراحی، اجرا و کنترل کیفیت ساختمان نیز اهمیت زیادی دارد.
نمونه روشن آن در زلزله ۷٫۳ ریشتری سرپل ذهاب در سال ۱۳۹۶ دیده شد. پژوهشگران پژوهشگاه بینالمللی زلزلهشناسی و مهندسی زلزله پس از بررسی ساختمانهای بتنآرمه آسیبدیده، کیفیت نامناسب مصالح و اشکالات اجرایی را از دلایل اصلی خسارتها دانستند. ستونهای کوتاه، آرماتور ناکافی در اتصالات بتنی، خم و وصله نامناسب میلگردها، فاصله زیاد آرماتورهای عرضی، اشکال در طرح اختلاط بتن و اتصال نامناسب اجزای سازهای و غیرسازهای از مشکلات ثبتشده بودند.
آسیبپذیری ساختمانهای غیراصولی نیز همچنان یکی از نگرانیها در برخی مناطق شهری ایران است. برای نمونه، پژوهشی در سال ۲۰۱۷ روی ۱۶۰ ساختمان مسکونی در سکونتگاه غیررسمی فرحزاد تهران انجام شد و هیچیک از ساختمانهای بررسیشده در گروه ساختمانهای مهندسیساز قرار نگرفتند. البته این مطالعه فقط یک محله مشخص را بررسی کرده و نتایج آن را نمیتوان به کل تهران یا ایران تعمیم داد.
بنابراین، نمیتوان نتیجه پژوهش مربوط به دیوارهای بسیار نازک کلمبیا را مستقیماً به ساختمانهای ایران تعمیم داد. بااینحال، پیام اصلی آن برای ایران آشنا است: سازهای که جزئیات لرزهای مناسب نداشته باشد یا برخلاف ضوابط و با کیفیت اجرایی پایین ساخته شده باشد، ممکن است در برابر لرزش شدید عملکردی بسیار ضعیفتر از آنچه روی نقشه پیشبینی شده است داشته باشد.
زلزله اخیر کلمبیا هنوز به بررسیهای میدانی و مهندسی بیشتری نیاز دارد و برای مشخصشدن علت فروریختن هر ساختمان باید خود سازه بهطور جداگانه بررسی شود. اما تجربه کلمبیا و زلزلههای گذشته ایران نشان میدهد که مقاومت واقعی ساختمان در برابر زلزله فقط به وجود یک آییننامه وابسته نیست؛ کیفیت طراحی، جزئیات سازهای، مصالح، اجرا و نظارت همگی در نتیجه نهایی اثر دارند.
