مطالعات ریزپهنه بندی ژئوفیزیک لرزه ای (2)

ضرورت، روش و كاربرد مطالعات ريزپهنه‌بندي ژئوتكنيك لرزه‌اي در شهرها (2)

بررسي هاي ژئوتکنيکي
 

براي ريزپهنه بندي لرزه اي، اطلاعات داراي جزئيات در ساختگاه مورد بررسي لازم است. همان گونه که پيش تر ذکر شد، کليه ي اطلاعات ژئوتکنيکي موجود در منطقه جمع آوري شده و در نقشه اي جامع پياده مي گردد. در صورت فقدان و کمبود اطلاعات مناسب، لازم است گمانه هايي تکميلي با تعيين آزمايش هاي لازم در آن ها مشخص و حفاري گردند تا در نهايت خصوصيات ژئوتکنيکيِ ناحيه ي مورد بررسي کاملاً معلوم و اطلاعات لازم را براي تحليل هاي بعدي فراهم آورند (شکل 5). اين بررسي ها بايد تا عمق سنگ کف يا لايه ي مشابه با سرعت موج برشي بسيار بزرگ تر از رسوبات انجام گيرند. در مطالعات ريزپهنه بندي تعريف سنگ کف از اهميت ويژه اي برخوردار است. معمولاً در صورت عميق بودن سنگ کف ناحيه اي که در آن سرعت موج برشي بيش از 700 تا 800 متر در ثانيه باشد، براي ساختمان هاي با بلندي کم تا متوسط به عنوان سنگ کف درنظر گرفته مي شود. همچنين استفاده از آزمايش هاي نفوذ بسيار رايج است. آزمايش نفوذ استاندارد SPT به ميزان وسيعي در بررسي رسوبات خاک هاي بدون چسبندگي يا نسبتاً سخت به کار مي رود. در اين آزمايش علاوه بر مشخص شدن پروفيل خاک، مي توان تخميني از دانسيته ي خاک و سرعت موج برشي به دست آورد. روابط تجربي زيادي وجود دارد که عدد آزمايش نفوذ استاندارد را به سرعت موج برشي مرتبط مي سازد. همچنين از آزمايش CPT براي مشخص کردن خصوصيات خاک در رسوبات خاک هاي نرم به کار مي رود. روابط تجربي براي ارتباط نتايج اين آزمايش با سرعت موج برشي وجود دارد. معمولاً نوع خاک، ضخامت لايه ها، سرعت موج برشي و عمق سنگ کف لرزه اي مشخص شده و ناحيه ي مورد بررسي بر اساس اطلاعات حاصله به چندين ناحيه ي ژئوتکنيکي با ويژگي هاي مشخص تقسيم مي شود (شکل هاي 6 و 7 و 8 در مورد شهر قم).

سرعت موج برشي
 

سرعت موج برشيِ لايه هاي سطحي، شاخصي مفيد براي ارزيابي تشديد ساختگاه است. سرعت موج برشي را مي توان به صورت مستقيم از طريق روش هاي ژئوفيزيکي اندازه گيري کرد. به اين منظور، معمولاً دو روش پايين گمانه اي و بين گمانه اي به ميزان وسيعي به کار مي روند.
براي مطالعات دقيق تر و جزئي تر با استفاده از تحليل هاي غيرخطي، حتي لازم مي شود که خصوصيات خاک تابع کرنش تعيين گردند و اين نياز به آزمون هاي آزمايشگاهي روي نمونه هاي خاکي دست نخورده دارد. سه نوع آزمون آزمايشگاهي ديناميکي وجود دارند که عبارت اند از: آزمايش ستون تشديد، آزمايش impulse wave و آزمايش بارگذار ي سيکليک با فرکانس کم.

ميکروترمور
 

حتي اگر اطلاعاتي در يک ساختگاه در دسترس نباشد، اطلاعات غيرمستقيم در مورد خصوصيات ژئوتکنيکي خاک ها را مي توان با اندازه گيري هاي ميکروترمور به دست آورد. ميکروترمورها ارتعاشات ناچيز زمين ناشي از اغتشاشات طبيعي يا مصنوعي مثل باد، امواج دريا، ترافيک و ماشين آلات صنعتي مي باشند. ميزان دامنه ي ميکروترمور معمولاً کوچک تر از چند ميکرون است. لرزه سنج ها با حساسيت بالا براي اندازه گيري هاي ميکروترمور به کار مي روند. روش هاي مختلفي براي طبقه بندي زمين با استفاده از اندازه گيري هاي ميکروترمور پيشنهاد شده است.

طبقه بندي زمين
 

طبقه بندي زمين، بر اساس اطلاعات گمانه ها و زمين شناسي يک شاخص مستقيم هستند. معمولاً در آيين نامه هاي زلزله، شرايط خاک محل به دسته هاي مختلف طبقه بندي مي شود که تعيين آن ها در مناطق مختلف شهري اهميت ويژه اي دارد.
بر اساس تحليل آماريِ رکوردهاي حرکت نيرومند زمين، طيف طراحي براي هر نوع خاک نيز پيشنهاد شده است. وفتي که شتاب اوج زمين در يک ساختگاه تخمين زده شود، طيف پاسخ شتاب براي ساختگاه با ضرب طيف طراحي در يک نسبت ثابت به دست مي آيد؛ به گونه اي که شتاب پاسخ در پريود صفر، برابر با شتاب اوج باشد.

تحليل پاسخ ساختگاه
 

ريزپهنه بندي براساس اطلاعات بررسي هاي محلي ساختگاه، مي تواند با استفاده از مدل سازي رايانه اي پاسخ زمين ارتقا يابد. برنامه هاي رايانه اي موجود کنوني، شامل تحليل هاي خطي و غيرخطي يک بعدي، دو بعدي و سه بعدي هستند و استفاه از آن ها در ريزپهنه بندي ضروري ست. يکي از برنامه هاي بسيار کاربردي و معروف در اين زمينه، برنامه ي SHAKE است. پارامترهاي مشخصي که براي اين تحليل ها مور نياز هستند، عبارت اند از سرعت موج برشي، دانسيته، ضريب ميرايي و ضخامت لايه ها. همچنين، از روابط مدول برشسي - کرنش و نسبت ميرايي - کرنش براي خاک هاي مختلف در تحليل ها استفاده مي گردد. معمولاً رکوردهاي زلزله ي انتخاب شده با دوره ي بازگشت 475 ساله، نرماليزه شده و براي هر کدام از المان هاي شبکه تحليل انجام مي پذيرد و مشخصات حرکت نيرومند زمين شامل پريود طبيعي ساختگاه، پريود ديناميکي ساختگاه و شتاب حداکثر زمين با توجه به پروفيل هاي شاخص ژئوتکنيکي و با اعمال حرکت ورودي سنگ کف تحليل مي گردد.
پس از انجام تحليل ها براي هر المان شبکه، نقشه ي ريزپهنه بندي ناحيه ي مورد بررسي شامل پاسخ ساختگاه و مقادير شتاب حداکثر زمين تهيه مي گردد (شکل هاي 9 و 10 و 11 نمونه اي از اين نقشه ها را که براي شهر قم تهيه شده است، نشان مي دهند).

تحليل نتايج
 

با توجه به تحليل هاي انجام گرفته و نتايج حاصله مي توان از جنبه هاي مختلف به تفسير آن ها پرداخت. با استفاده از نقشه هاي توزيع پريود طبيعي و ديناميکي ساختگاه و نيز شتاب حداکثر سطح زمين، مي توان برنامه ريزي هاي دقيق تري براي گسترش شهر انجام داد. مواردي همچون برنامه ريزي آمايش سرزمين به منظور تعيين تراکم جمعيت در قسمت هاي مختلف شهر، همچنين برنامه هاي شهرسازي نظير چگونگي توسعه ي شهري و نيز مشخص کردن مناطقي که مي توان در آن مجوز بلندمرتبه سازي صادر کرد و نيز ميزان ارتفاعات مجاز ساختمان ها و همچنين موقعيت قرارگيري ساختمان هاي بااهميت در شهر، از ديگر کاربردهاي نتايج ريزپهنه بندي هستند. همچنين در شهري مانند اصفهان که آثار تاريخي ارزشمندي وجود دارد، ابنيه اي که در نواحي خطر قرار دارند، شناسايي شده و مي توان براي مرمت و بهسازي آن ها اقدام کرد. همچنين، در برنامه ريزي مقاوم سازي لرزه اي ساختمان ها مي توان با استفاده از اين نقشه ها اولويت بندي هاي لازم را انجام داد. نکته ي مهم ديگر، استفاده در بهسازي و مقاوم سازي شريان هاي حياتي شهر است که در هنگام وقوع زلزله اهميت فراوان دارند.

نتيجه گيري
 

امروزه در شهرهاي بزرگ دنيا، در برنامه ريزي هاي مهم شهري استفاده از نقشه هاي ريزپهنه بندي ژئوتکنيکي اجتناب ناپذير است و دست اندرکاران مسائل شهري با اختصاص بودجه هاي کافي تهيه ي اين نقشه ها را در اولويت کاري قرار داده اند. با استفاده از نتايج مطالعاتي از اين دست، مي توان برنامه ريزي هاي لازم را در خصوص آمايش سرزمين و چگونگي توزيع جمعيت، گسترش شهرها، توزيع ارتفاع ساختمان ها در شهر، توزيع ساختمان هاي بااهميت در شهر، حفاظت و بهسازي آثار تاريخي، اولويت بندي مقاوم سازي لرزه اي ساختمان هاي قديمي و بهسازي و مقاوم سازي شريان هاي حياتي شهري را بسيار مؤثرتر به انجام رساند. با توجه به موارد فوق، ضرورت دارد که در شهر اصفهان نيز ارگان هايي همچون ستاد حوادث غيرمترقبه اي استانداري و شهرداري براي اين امر مهم همت گمارند.

پي‌نوشت‌ها:
 

1- استاديار مجتمع عالي آموزشي و پژوهشي صنعت آب و برق اصفهان.
 

مراجع
1- Technical Committee for Earthquake Geotechnical Eng. (TC4), 1999.
Revised Manual for Zonation on Seismic Geotechnical Hazards. Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Eng.
2- Schnabel, P. B., Lysmer, J., Seed, H. B., 1972. SHAKE-A Computer Program for Earthquake Response Analysis of Horizontally Layered Sites, Report EERC-72-12. Earthquake Eng. Research Center, University of California, Berkeley.
3- Seed, H. B., Idriss, I. M., 1970. Soil Moduli and Damping Factors for Dynamic Response Analysis, Report EERC 70-10. Earthquake Eng.
Research Center, University of California, Berkeley.
4- Kamalian, M., Jafari, M. K., Ghayamghamian, M. R., Shafiei, A., Hamzeloo, H., Haghshenas, E., Sohrabi-bidar, A., 2008. Site effect microzonation of Qom, Iran, Engineering Geology 97, 63-79.
ماهنامه ي فني - تخصصي دانش نما، شماره ي پياپي 173-172.