حماية المباني من الزلازل … ليست تكنولوجيا حديثة

مبنى معبد لحضارة الأزتك

أولاً: مقدمة:

شاهدنا جميعاً ما حدث في اليابان منذ أشهر حين أصيبت بكارثة طبيعية أدت إلى تحريك الجزيرة مترين من موقعها!! لكن وبقدر ما كشفت هذه الكارثة قوة الطبيعة المدمرة بقدر ما كشفت عن قوة نظام حماية المباني من الزلازل في اليابان، فكما نعرف أيضاً أن جميع منشآت اليابان تقريباً مصممة بتكنولوجيا حديثة لتجعل جميع هذه المنشآت تتأقلم عند حدوث الكارثة بطريقة تجعلها تتمايل مع حركة الزلزال!
جاءت فكرة هذا الآلية من إطارات السيارات:

حيث نلاحظ ذلك بقوة عندما تقف السيارة فجأة فتتحرك للأعلى والأسفل بسبب الرد العكسي للإطارات، فاستغل المعماريون هذه الفكرة بإضافة قواعد (أساسات الأبنية) من مادة مطاطية قوية بكتلة مناسبة لتعمل على تحريك المبنى مع حركة الزلزال، لأن حماية المنشآت من الزلازل يوفر سبعة أضعاف الكلفة !

وهذا رسم توضيحي ببرنامج الأوتوكاد للاسطوانات المطاطية أسفل الأساسات، والتي عولج بها مبنى البلدية في أمريكا الشمالية من أجل حمايته من الزلازل.
كانت هذه مقدمة مختصرة عن التكنولوجيا الحديثة المستخدمة في حماية المباني، لكنني أود توضيح أن تقنية الحماية من الزلازل هي تقنية قديمة جدا بدأت منذ ظهور حضارات أمريكا الجنوبية مثل الازتك والمايا حيث كانوا روادا بفطرتهم وبتقنيات كان متوفرة لديهم وغير مكلفة لحماية مبانيهم والتي لازالت آثارها حاضرة حتى اليوم شاهدة على مدى التقدم التكنولوجي لهذه الحضارات والتي كانت أساسا لبعض الأفكار الحديثة للتكنولوجيا …..

ثانياً: آلية الزلازل:

توضح هذه الصورة الأماكن المهددة بالزلازل خلال العقود القادمة، حيث تُسمى الخطوط الموضحة باللون الأحمر بالشق الناري أو الحزام الناري وهو التي تقع عليه مراكز الزلازل في الكرة الأرضية ومسببة معها الفيضانات أو خروج الحمم البركانية إلى السطح. ولنراجع معاً معلومة جيولوجية هامة:
لا يتكون سطح الكرة الأرضية من سطح واحد وإنما عبارة عن صفائح متجاورة مفصولة، وهذا الفصل يجعلها قابلة للتحرك والتغير على حسب النشاطات الجيولوجية للأرض وهو ما يؤدي إلى تحرك القارات. وذلك كما ورد في القران الكريم منذ 1400 عام قوله تعالى :”وفي الأرض قطع متجاورات وجنات من نخيل وأعناب …”

الأسهم السوداء توضح حركة القشرة الأرضية بسبب النشاط الناري في باطن الأرض.

شق سانتاندريا طوله 1300 كم ويمتد من كاليفورنيا إلى المكسيك

ثالثاً: أضرار الزلازل:

الأضرار المباشرة للزلازل:
يعتمد حجم الأضرار الناتجة عن الزلازل على قوة وشدة الزلزال وطبيعة المنطقة المتضررة وبعدها عن مركز الزلزال ونوعية المنشآت والمباني القائمة والكثافة السكانية وطبيعة النشاط الإنساني .
- تسبب الزلازل تساقط الصخور بشكل خطير من الجبال العالية وقد يؤدي هذا إلى إحداث أضراراً بالغة، سواء أثناء مرور السيارات على الطرق المجاورة للجبال أو بسبب السقوط المباشر للصخور على المباني.
- الانزلاقات والتشققات الأرضية تعتبر أحد الأسباب الرئيسية المباشرة لدمار المباني والمنشآت والطرق والسكك الحديدية وخلافها.
- تميع التربة وهي ظاهرة تؤدي بسبب الهزة الأرضية إلى فقدان نوع من التربة مقاومتها وتصبح مادة سائلة ومن أنواع التربة التي تحدث لها مثل هذه الظاهرة الرمل الناعم الغير متماسك والرمل المخلوط بالطمي وتحدث ظاهرة التميع عندما تكون التربة القابلة للتميع مشبعة بالماء إن الظروف التي يعد و جودها مناسباً لحدوث التميع هي:
- طبقة تربة رملية ضعيفة التحمل يتراوح عمقها بين 15-20م.
- جزيئات تربة متماثلة و ذات حجم متوسط.
- ظروف إشباع و خاصةً عندما تكون التربة مغمورة بالمياه.
- قيم منخفضة لاختبار النفاذية.
الأضرار الغير مباشرة للزلازل:
أما النوع الآخر للأضرار التي تسببها الزلازل فهو غير المباشرة وهذا النوع ينتج عنه ضرر الإنسان بسبب الانهيارات التي تحدث في المباني التي يعيش فيها أثناء حياته اليومية فأساسات المنشآت تتعرض إلى نوعين من الحركة ينتقلان من الأرض إلى المنشأة فهناك حركة أفقية وهي معروفة أكثر وهناك حركة عمودية وهي اقل حدوثاً وإن كان بعض التسارع العمودي وهو مستقل عن الحركات الأفقية – يتكاتف في بعض الأحيان مع التحميل العمودي فينتج عنه أضرار بليغة أو حتى الانهيار الكامل كما حدث في انقلاب مبنى أثناء زلزال المكسيك 1985م وذلك لضعف ترابط الأساسات وضعف التربة.
ونظراً لعدم توفر معلومات كافية عن هذين النوعين من الحركات الأرضية ومقدار تسارعهما في كل مناطق النشاط الزلزالي لذا فإننا نجد أن كثير من المختصين في هندسة الزلازل يميلون إلى قياس ما يسمى بانتفاض الأرض أو ما يسمى أحياناً بـ (ground shaking) أو (ground movements) وقياس هذا النوع من الحركة الأرضية يتطلب استعمال أجهزة قياس العجلة الأرضية وتعطي معلومات جيدة وواسعة للمناطق المعرضة للهزات الأرضية .

رابعاً: مباني الأزتك والمايا:

بالرغم من القرب الشديد لهاتين الحضارتين من الشق الناري منذ قرون طويلة إلا أن هذه الحضارة حافظت على موقعها وأصالة عمرانها كما هو، وقد أدى ذلك بالعلماء إلى اكتشاف بعض الأسباب التي شكلت درعا قويا حافظ على هاتين الحضارتين إلى الآن:

هذه صورة توضح حضارة جانبا من موقع لحضارة المايا والتي وجد فيها التالي:
_ المباني جميعا تتماشى مع حركة الجبال المحيطة بها ومتوافقة مع خطوط الكونتور فيها.
_ تدرج المباني حيث القاعدة اكبر من القمة وقد اخذوا ذلك بالفطرة بسبب الموقع الذي يعيشون فيه كما نلاحظ دائما الجبال واسعة من القاعدة ضيقة القمم دائما.
_ أخذ المواد المستعملة في البناء من الصخور ذاتها والتي جعلت المدينة كأنها تنمو من الجبل فأصبحت مقاومة لعوامل التعرية (التأثيرات الطبيعية لحركة الرياح والأمطار والثلوج عبر مرور الوقت).

_شكل المبنى المتماثل.
_تساوي ارتفاعات الطوابق المبنية.

مبنى في الازتك

معبد تشينو تيتلان في الازتك

خامسا: التقنيات المستخدمة:

1) مبنى عريض من القاعدة ضيق في القمة ومن الممكن أيضا أن تجعل الفتحات بهذا الشكل وخصوصا الأبواب.
2) ارتفاعات طوابق متساوية
3) شكل الطوب المستخدم:

وكما نلاحظ يكون شكل الحجارة المستخدمة كلعبة تركيب الصورة puzzle game jigsaw. فعندما تحدث الهزات الأرضية تقوم كل قطعة حجارة بشد الأخرى معها على حسب اتجاه الحركة للأرض مثل يدان متداخلتان بحيث تشد إحداها الأخرى في نفس اتجاه القوى وقد ساعدهم في تصميم هذه الأشكال وتشذيبها إلى حد ما بهذه الطريقة هو ذاته شكل الصخور الغير منتظم.
_________________________________________________________________
ملاحظة: قمت بدراسة عن هذا الموضوع باستشارة الأساتذة في جامعتي، وبالنسبة للحلول فقد قمت باستخلاصها من الدراسة بجهد شخصي مع والدي.
المصادر: 1, 2, 3, 4, 5