به طور کلی زلزله نتیجه ی حرکت بین صفحات پوسته ی زمین است. اگر دو صفحه از یکدیگر دور شوند، گدازه هایی که از سنگ های مذاب تشکیل شده اند، از بین صفحه های پوسته ی زمین خارج می شوند و هنگامی که این گدازه ها سرد شوند، به شدت سخت شده و به شکل پوسته های جدید در می آیند که فاصله ی بین دو صفحه را پر می کنند. اگر دو صفحه به سمت یکدیگر به حرکت درآیند معمولاً یک صفحه به زیر صفحه ی دیگر می خزد.
در بعضی موارد هنگامی که دو صفحه به یکدیگر فشار می آورند، برای هیچ کدام از صفحه ها این امکان وجود ندارد که به زیر صفحه ی دیگر برود، در این صورت این دو صفحه ضمن فشارآوردن در محل تماس به یکدیگر نیرو وارد می سازند. صفحات تکتونیک همواره به صورت آرام و نامنظم در حال حرکتند و در مرز مشترک این صفحات، نیرویی در طی سال ها و قرن ها متمادی اعمال می گردد و احتمال بروز یک جابه جایی عظیم در مرز صفحات پدید آمده که گسل نامیده می شود.
در اثر بروز جا به جایی ناگهانی، تکانی شدید رخ می دهد که تحت عنوان زلزله احساس می شود که در اثر آن، تمام ساختمان ها، پل ها و سایر سازه های ساخت بشر در معرض آتش، زمین لغزش، سونامی یا سایر خرابی های ناشی از زلزله، قرار می گیرند. گسل در واقع گسیختگی در پوسته ی کره ی زمین بوده که ممکن است بین یک تا صدها کیلومتر عمق داشته باشد. گسل ها بیشتر در مرزهای تکتونیکی قرار داشته و اغلب بیش از صدها کیلومتر طول دارند. علاوه بر آن ممکن است هزاران گسل کوچک تر به موازات گسل اصلی منطقه وجود داشته باشند.
گسل های اصلی و نسبتاً بزرگ تر، اغلب زلزله های شدید را به وجود می آورند. در صفحات تکتونیکی صفحات بی شمار کوچک تری وجود دارد که معمولاً به صفحات هم جوار خود و به صفحات اصلی ضربه وارد می نمایند. وجود این صفحات کوچک تر و عملکرد آن ها باعث بروز زلزله، ولی با شدت کم تر می شود براساس مطالعات صورت گرفته درباره ی فرآیند وقوع زلزله، زمان، مکان و بزرگی آن به طور دقیق قابل پیش بینی نخواهد بود. زلزله ها بیشتر در نزدیکی گسل ها رخ می دهند، ولی در مورد زمان دقیق وقوع آن به طور قطعی نمی توان اظهارنظر نمود و بایستی در هر زمان، در برابر زلزله ای که ممکن است رخ دهد، آمادگی لازم را داشت.
معمولاً چهار فاکتور اصلی زمین لرزه بر میزان خرابی ها تاثیر دارند که شامل درجه ی زلزله، نوع و مشخصات زلزله، فاصله از مرکز زلزله و نوع خاک می باشد. زلزله های بزرگ تر لرزش های شدیدتر و طولانی تری ایجاد می نمایند که سبب بروز آسیب های بیشتری می گردد.
در بررسی زلزله، همواره نوع ارتعاشات شامل لرزش های افقی و قائم مدنظر قرار می گیرد. به طور معمول با افزایش فاصله از مرکز زمین لرزه، آسیب های کمتری مشاهده می شود. این نرخ کاهش، تابع شرایط زمین شناسی محل و خصوصیات منبع زلزله است. شرایط زمین شناسی ساختگاه، تاثیر زیادی بر دامنه ی ارتعاش زمین دارد. در بسیاری از حالت ها، خاک های نرم لرزش های زمین را تشدید می نماید. یا زلزله ی سان فرانسیسکو (سال ۱۹۰۶ میلادی) ساختمان هایی که بر روی خاک های سست دستی ساخته شده بودند، آسیب بیشتری نسبت به ساختمان های واقع در صخره های سنگی دیدند.
همچنین زلزله ی مرگ بار (۱۹۸۵ میلادی) مکزیکوسیتی، با وجود این که زلزله در فاصله ی ۴۰۰ کیلومتری شهر رخ داد، ولی به دلیل وجود خاک های نرم وسست، ساختمان ها با ارتفاع متوسط در این شهر تخریب شدند. همچنین حالات مشابهی در مرکز کبک در سال ۱۹۸۸ و ۱۹۸۹ میلادی در لوماپریتا در نزدیکی سان فرانسیسکو رخ داد که نتیجه ی یکسانی مشاهده گردید.
از این رو ساختگاه های سنگی به ندرت دامنه ی زلزله را تشدید می نمایند. همواره نوع لرزش و ارتعاش احساس شده، تابع فاصله از مرکز زلزله است و در مکان های نزدیک به مرکز زلزله، لرزش های سریع، ناگهانی و شدیدی رخ می دهد و در فاصله های دورتر ارتعاشات ملایم تری مشاهده می گردد.
روش ها و حالات مختلفی برای توصیف اندازه و شدت زلزله وجود دارد که مشهورترین آن واحد بزرگی با مقیاس ریشتر است. بزرگی ریشتر، توصیفی عددی از بیشینه یا دامنه ی ارتعاش زمین است که توسط ارزه نگارها به ثبت رسیده است. براساس مقیاس ریشتر بیشترین رکورد ثبت شده با بزرگی ۵/۸ ریشتر می باشد. مقیاس ریشتر به صورت لگاریتمی بوده و افزایش یک واحد در مقیاس ریشتر، نشان دهنده ی افزایش ده واحدی در دامنه ی موج است.
اثرات زلزله
هنگامی که زلزله باعث حرکت زمین می شود ساختمان ها در دو جهت افقی و قائم به ارتعاش درمی آیند. اثر زلزله بر سازه ها را می توان با حالتی که فردی در داخل اتوبوس ایستاده است، شبیه سازی نمود. در این حالت فرد با وجود این که اتوبوس به سمت جلو حرکت می کند، تمایل به ماندن در وضع اولیه خود را دارد، که این وضعیت دقیقاً در مورد سازه هایی که تحت اثر زلزله قرار می گیرند، صادق است.
و با وجود اینکه زمین به سمت جلوحرکت می کند ساختمان براساس اینرسی تمایل به حفظ وضعیت قبلی خود داشته، لذا در جهت خلاف حرکت زمین به تکان در می آید. درجه ی خرابی سازه ها تحت اثر زلزله های بزرگ، به میزان قابل توجهی به طراحی و وضعیت ساخت آن سازه بستگی دارد؛ به همین علت هیچ گاه نمی توان به صورت دقیق میزان خرابی ساختمان ها را پیش بینی نمود.
هر چند با استفاده از اطلاعات زلزله های گذشته، می توان پیش بینی های کلی در مورد رفتار ساختمان های فلزی در برابر نیروی زلزله نسبت به رفتار ساختمان های بنایی غیر مسلح، یا رفتار مناسب تر ساختمان های با سن کم نسبت به ساختمان های با طول عمر بالا، از مواردی است که به صورت عمومی در ساختمان ها مشاهده شده است.
بنابراین براساس مشاهدات صورت گرفته در زلزله های گذشته، می توان پیش بینی لازم را انجام داد و برای مقاوم سازی یا تخریب سختمان ها برنامه ریزی کرد. هر ساختمان با توجه به ارتفاع و نوع سازه، خصوصیات ارتعاشی منحصر به فرد و خاص خود را داراست. همچنین خصوصیات و مکانیسم زلزله، فاصله از مرکز زمین لرزه و شرایط ساختگاه نیز از پارامترهای موثر در ارتعاش ساختمان ها به شمار می روند.
برخی اوقات در ساختمان های در معرض زلزله، پدیده ی تشدید رخ می دهد که طی آن فرکانس طبیعی ساختمان با فرکانس زلزله برابر می شود و میزان آسیب پذیری ساختمان ها را به شدت افزایش می دهد. از نمونه های پدیده ی تشدید، می توان به ساختمان های با ارتفاع متوسط در زلزله مکزیکو سیتی (سال ۱۹۸۵ میلادی) اشاره نمود که به شکل اساسی تخریب شدند.
دستورالعمل های ارزیابی لرزه ای (ساختمان ها براساس آیین نامه ی کانادا)
ترجمه و تالیف: دکتر امیر محمود زاده، سعید مسکین نواز
