Structural collapse

EarthquakesEvery earthquake provides us with new knowledge and new found knowledge gained from past earthquakes. Fazlzal Mexico City September 1985 can be seen as a huge amount of energy and losses. Has lasted four minutes and led to the destruction of more than 250 buildings and killed more than 10,000 people (Figure 2.4). And the positive effect only for such an event is knowledge that can we achieve to mitigate the effects of future disaster.There is nothing better than to show a strong earthquake is directly related to the limited human engineering energy destructive potential of the natural environment. Despite the great amount of progress achieved in the assessment of the impact of earthquakes on the facilities we still have much to learn.James Omrhin and is the Structural Engineer and Executive Director of the Association of American builders gave the following description of the Structural Engineering:"Structural Engineering is the art and science that in the modeling of materials that do not fully understand,To the forms we can not analyze accurately, to resist the loads can not be expected to fully,All this in a society that the vast majority do not realize the limited knowledge that we take it "The science of geology has developed our capabilities to predict the places where potential earthquakes occur significantly, and the theory of evolution has given us a better understanding of platelet origin of geological earthquakes. Despite this we know that there is no area where an earthquake is impossible to obtain. And actually has got many severe earthquakes in areas far from the seismic packages "plate boundaries", and Examples include earthquake Charleston in South Carolina in 1886 and three successive earthquakes in New Madrid in Missouri between 1811-1812. Missouri and frequency tremors years 1811-1812 (estimated intensity on the Richter scale 8.5) may cause damage estimated at $ 50 billion to increase the area of ​​500,000 km ^ 2.The impact of earthquakes can be divided according to the following four items: (1) cracking of the earth's surface, (2) the collapse of the soil, (3) tsunami, and (4) vibration of the earth. Among these four species and the impact of vibration of the ground can be significantly lower during the implementation of high-quality engineering. While the land survey is an effective tool used more for the remaining three varieties.Cracking of the surface occurs in regions of the cracks. Where the cracks and the relative standing Alandziahat potential significantly, if possible, determine the expected locations of the surface cracks, you should simply avoid these places for installations and facilities. Has led the San Francisco earthquake 1906 to shifts relative horizontal along the San Andreas fault more than six meters, it is clear that it is impossible to design system construction to comply with such shifts, and thus regardless of the knowledge engineering impossible for us to secure the safety of installations in places that have cracked the earth potential .The collapse of the soil can be expected in the soils of others fixed at the time of vibration of the earth. And the phenomenon of collapse These include landslides, huge Alhbutat few in the soil compaction, and liquefaction. These effects may occur in places far from the epicenter of the earthquake. Impossible to determine where the breakdown may occur in the soil (Figure 2.5). And the best strategy to counter this problem is to avoid the expansion of sensitive sites, and again through the enactment of regulations on land survey and characterization. Taatmaa when the soil is losing the ability to bear shear, and thus lose the foundation surface - no matter how good construction - stability.Seismic sea waves, or tsunami, is a real threat to the residential communities near the beaches everywhere, and in some cases be very devastating tsunami, and their effects can not Structural Engineering and quality of implementation cope with, but the best defense is simply a warning and evacuation. The damage to the built environment as a result of seismic sea waves will continue to obtain, but the tragic loss of life decreased significantly with the development of prediction and warning capabilities. The most destructive tsunami recorded associated with the volcanic eruption of Krakatoa in 1883. Where the wave height was more than 40 m and has cleared the island of Java lethal over 36.000 people and removing all the villages, and killed in 1896 tsunami 27.000 10.000 Japanese and destroyed a house. The seismic sea waves can cause damage far from the epicenter of the earthquake, Fazlzal Onchoraj, born 1964 Alaska tsunami flooded the 30 buildings in the Crescent City, California, which lies more than 2500 km from the Onchoraj.Most of the structural engineering solutions focused on mitigating the effects of vibration of the earth. And fortunately there is much we can do to improve the performance of our facilities when subjected to seismic tremors. Since the forces concentrated on the mass of the entity established, thus light weight materials will decrease the harmful effects of the earthquake. And have learned that the architectural composition plays an important role in withstanding earthquakes. Valmsagt Tabaka regular solid with elements distributed symmetrically help reduce the possibility of a torsion stresses. It also provides the system construction pliant ability to store energy in the form of temporary distortions and prevent the total collapse in strong earthquakes. On the other hand must be limited to avoid the distortions suffered non-structural elements.It is known that the lack of structural continuity, such as declines in projected cuts and a change in hardness at the floor level and lead to dangerous concentrations of a stress. The safety of construction joints and abundance plays a critical role in the resilience of the facility. And must be aware that the fall of the unknown elements construction (panels concrete pre-casting, barriers balconies, and the walls of incisors stone) are likely to be a threat to human safety like the collapse of structural elements important, and these elements must be designed and tailored carefully (to Lagorio 1990).We have concluded that these principles through experience - and learn from the collapse of success. And is included in modern building codes, these codes and the updated responsible for the noticeable decrease in the losses, deaths, and injuries, where it had been implemented.One of the major disadvantages is the problem of seismic tremors for high seismic intensity in the regions of the world is not qualified enough to deal with them both in terms of social, economic or technical. And although we now know the value of the force, and Almtoaih, and light weight, and reliability of the materials, and the importance of the quality of the study and implementation, the appropriate material and economic resources and engineering expertise is not available in most areas, the massive loss of life caused by earthquakes in many areas are, for example, is clearly related with the limited construction materials, where the heavy stones of others and pliant unarmed is the only material available for residential buildings.The following table shows the number of earthquakes causing more loss of life:Intensity earthquake on the Richter scale(Almost) the number of deathsItaly 1908 7.5 75.000Italy 1915 7.0 30.000China 1920 8.6 180.000Japan 1923 8.3 143.000China 1927 8.3 200.000China 1932 7.6 70.000India in 1935 7.5 30.000Chile 1939 8.3 30.000Peru 1970 7.8 67.000China 1976 7.8 250.000Iran 1990 7.7 50.000
In most of these earthquakes because of the crush of people or large stone buildings, concrete reinforcing bad. The amount of loss of life is Tgber about the quality of construction materials and quality of implementation and how to prepare for seismic intensities such as those obtained. In 1960 Morocco claimed the earthquake (5.6 Richter) killed 12,000 people. 1980 in Italy earthquake (6.8 Richter) has led to the deaths of 3,000 people and damage estimated at $ 24 billion, and has strongly 6.0 Richter earthquake killed 2,000 Yemeni. And has lost more than 1000 people lost their lives in the 1986 El Salvador earthquake (5.4 Richter), while the 1988 Armenia earthquake (6.9 Richter) has reached 25,000 people human losses and material and $ 16 billion due to the collapse of the buildings pre-cast stone buildings and non-armed and implemented poorly, and in 1990 Iran earthquake (7.7 Richter) to the deaths of nearly 50,000 people due to the collapse of the stone buildings and unarmed residential buildings carried a brick-covered roofs and thick mud.Maxhexo city has suffered many earthquakes and some of the lessons learned from this earthquake, earthquakes, especially in 1985 (19 September 1985, 8.1 Richter, 10,000 victims, $ 5 billion damage) produced by successive recommendations that:• given the paramount importance of symmetry in architectural design and as a result of a number of landslides due to twisting.• Achieving and reinforcing the implementation of a detailed and careful to ensure the reduction of damage to the concrete, and be sure to match the design details of the reality of implementation.• ensuring the safety of links in the facility.• lay the foundations for an officer to implement the facilities contiguous, and as a result of obtaining many of the tragic landslides, especially in the neighboring buildings with floor area of ​​various elevations, which led to a collision between the tiles with solid multi-story building adjacent columns, and for collapse.Characterized by earthquakes in the United States, up losses of material and the low loss of life compared with other countries and may be one reason for this is the adoption of timber as building material.The earthquakes last two in Northridge, California (1994) and Kobe, Japan (1995) show that the developed countries technically and economically not in Manat for severe damage and casualties resulting from earthquakes, perished more than 5,400 people in Kobe and is the area were not prepared For a good earthquake.It is noted that the BB construction was developed from the sorts of experiences of trial and error, and there may be no link clearer between the landslides and the development of codes and specifications best of tags seismic, the Building Code Standard UBC and one of the best BB seismic design in the world, and reserves resulting from the study of many of the sites for earthquakes around the world. And the efforts made by the insured and does not doubt the safety of many engineering structures and maintained on the lives of many.And we can easily trace the development of reserves Quad seismic construction and its relationship with major earthquakes in the United States and other parts of the world, where every earthquake followed a significant improvement in the accession codes and specifications result of knowledge gained through experiences of trial and error (Ross, 1984).The seismic San Francisco, Tokyo, 1906 and 1923 led to increased awareness of the potential damage from earthquakes, and trade unions have begun to document the engineers took observations and seek to legislate what is art, and in 1925 Santa Barbara earthquake led California to adopt the first building codes seismic, precautions, which aimed to improve the performance of specific types of installations and facilities mainly built of stone blocks and concrete structures.And in 1933 was tested a number of new ideas in the Long Beach earthquake in California and led to improvements in the specifications of facilities may reduce earthquake losses.

انهيار المنشأت

انهيار المنشآت

الهزات الأرضية

مربع نص: الشكل 2.4
انهيار المنشآت البيتونية المسلحة الغير المطواعة أدى إلى العديد من الوفيات و الإصابات في زلزال ميكسيكو سيتي 1985

إن كل زلزال جديد يمدنا بمعرفة جديدة و يثبت معارفنا المكتسبة من الزلازل السابقة. فزلزال ميكسيكو سيتي أيلول 1985 يمكن أن يرى على أنه مقدار هائل من الطاقة و الخسائر. فقد دام أربع دقائق فقط و أدى إلى تدمير أكثر من 250 مبنى و مقتل أكثر من 10.000 شخص (الشكل 2.4). و الأثر الإيجابي الوحيد لهكذا حدث هو المعرفة التي يمكن أن نحققها للتخفيف من آثار كارثةٍ مستقبلية.
لا يوجد ما هو أفضل من زلزالٍ قوي ليوضح بشكل مباشر محدودية الهندسة البشرية المرتبطة بالطاقة التدميرية المحتملة للبيئة الطبيعية. و بالرغم من الكم العظيم للتقدم المنجز في تقييم أثر الزلازل على المنشآت لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه.
جيمس أمرهين و هو مهندس إنشائي و مدير تنفيذي لجمعية البناءين الأميركية أعطى التوصيف التالي للهندسة الإنشائية:
" الهندسة الإنشائية هي ذاك الفن و العلم في نمذجة المواد التي لا نفهمها تماماً،
إلى أشكالٍ لا نستطيع تحليلها بدقة، لتقاوم حمولات لا نستطيع توقعها بشكل تام،
و كل هذا في مجتمعٍ غالبيته الساحقة لا تدرك محدودية المعرفة التي نحيط بها "
لقد طور علم الجيولوجيا إمكانياتنا على توقع الأماكن التي تكون فيها الزلازل محتملة الحدوث بشكل كبير، و قد أعطانا تطور نظرية الصفائح فهماً أفضل للمنشأ الجيولوجي للزلازل. و بالرغم من ذلك نحن نعلم أنه لا توجد منطقة يستحيل حصول زلزالٍ فيها. و فعلياً فقد حصل العديد من الزلازل الشديدة في مناطق بعيدة عن الحزم الزلزالية "حدود الصفائح"، و تتضمن الأمثلة على ذلك زلزال تشارليستون في ساوث كارولينا عام 1886 و الهزات الثلاث المتعاقبة في نيو مدريد في ميسوري بين عامي 1811-1812. و تكرار هزات ميسوري عامي 1811-1812 (الشدة المقدرة على مقياس ريختر 8.5) قد تسبب أضراراً تقدر بـ 50 مليار دولار لمنطقة تزيد عن 500.000 كم^2.
إن تأثير الزلازل يمكن أن يقسم وفق الأصناف الأربعة التالية: (1) تشقق سطح الأرض، (2) انهيار التربة، (3) التسونامي، و (4) اهتزاز الأرض. و من بين هذه الأصناف الأربعة وحده تأثير اهتزاز الأرض يمكن أن يقلل بشكل ملحوظ من خلال التنفيذ الهندسي العالي النوعية. في حين أن مسح الأرض المستخدمة هو أداة فعالة بشكل أكبر بالنسبة للأصناف الثلاث المتبقية.
تشقق سطح الأرض يحدث في مناطق الصدوع. حيث تكون التشققات و الانزياحات النسبية الدائمة محتملة بشكل كبير، فإذا أمكن تحديد الأماكن المتوقعة للتشققات السطحية، يجب بكل بساطة تجنب هذه الأماكن لإقامة المنشآت و المرافق. لقد أدى زلزال سان فرانسيسكو 1906 إلى انزياحات نسبية أفقية على طول صدع سان أندرياس تزيد عن ستة أمتار، من الواضح أنه يستحيل تصميم منظومةٍ إنشائيةٍ لتتوافق مع هكذا انزياحات، و بالتالي مهما بلغت معارفنا الهندسية يستحيل علينا تأمين أمان المنشآت في الأماكن التي يكون تشقق الأرض محتملاً.

مربع نص: الشكل 2.5
زلزال أنشوراج، ألاسكا 1964 أدى إلى انزلاقات في تربة مرتفعات تورناجين، و هي حالة جرى توقعها من الجيولوجيين

انهيار التربة يمكن توقعه في الترب الغير الثابتة عند حدوث اهتزاز الأرض. و ظاهرة الانهيار هذه تتضمن انزلاق التربة، الهبوطات الضخمة في التربة القليلة الرص، و التميع. و هذه الآثار قد تحدث في أماكن بعيدة عن المركز السطحي للزلزال. يستحيل تحديد الأماكن التي قد يحدث بها انهيار في التربة (الشكل 2.5). و أفضل استراتيجية لمجابهة هذه المشكلة هي تجنب التوسع في المواقع الحساسة، و مرةً أخرى من خلال سن النظم المتعلقة بمسح الأراضي و توصيفها. عندما تتميع التربة فهي تفقد قدرة تحملها على القص، و بالتالي ستفقد الأساسات السطحية مهما كانت جيدة الإنشاء- ثباتها.
أمواج البحر الزلزالية، أو التسونامي، هي تهديد حقيقي للتجمعات السكنية قرب الشواطئ في كل مكان، و في بعض الحالات تكون التسونامي مدمرة جداً، و تأثيراتها لا تستطيع الهندسة الإنشائية و نوعية التنفيذ مجابهتها، لكن أفضل دفاع هو الإنذار و الإخلاء ببساطة. إن الضرر على البيئة المبنية من جراء أمواج البحر الزلزالية سيستمر بالحصول، لكن الخسائر المأساوية في الأرواح تناقصت بشكلٍ كبير مع تطور إمكانيات التوقع و الإنذار. إن أكثر التسونامي تدميراً سجلت مترافقةً مع ثوران كراكاتوا البركاني عام 1883. حيث بلغ ارتفاع الأمواج أكثر من 40 م و قد مسحت جزيرة جافا قاتلةً ما يزيد عن 36.000 شخص و مزيلةً جميع القرى، و في عام 1896 قتلت تسونامي 27.000 ياباني و دمرت 10.000 منزل. إن أمواج البحر الزلزالية تستطيع تسبيب الضرر بعيداً عن المركز السطحي للزلزال، فزلزال أنشوراج، ألاسكا 1964 ولد تسونامي أغرقت 30 مبنىً في مدينة كريسينت، كاليفورنيا التي تبعد أكثر من 2500 كم عن أنشوراج.
إن معظم حلول الهندسة الإنشائية تركز على تخفيف آثار اهتزاز الأرض. و لحسن الحظ يوجد الكثير مما نستطيع فعله لتحسين أداء منشآتنا عند تعرضها لهزاتٍ زلزالية. بما أن القوى المركزة على المنشأة تتعلق بكتلة المنشأة، بالتالي ستنقص المواد الخفيفة الوزن الآثار الضارة للزلزال. و قد تعلمنا أن التشكيل المعماري يلعب دوراً هاماً في تحمل الزلازل. فالمسقط الطابقي المنتظم مع عناصر صلبة موزعة بشكلٍ متناظر يساعد في إقلال احتمال حصول إجهادات فتل. كما تؤمن المنظومة الإنشائية المطواعة القدرة على تخزين الطاقة بشكلٍ مؤقت على شكل تشوهات و تمنع الانهيار الكلي في الزلازل القوية. و من ناحيةٍ أخرى يجب أن تكون التشوهات محدودة لتجنب تضرر العناصر الغير إنشائية.
من المعلوم أن عدم الاستمرارية الإنشائية مثل التراجعات في المسقط و الانقطاعات تغير في الصلابة عند مستوى الطابق و تؤدي إلى تراكيز إجهادية خطرة. كما أن سلامة الوصلات و الوفرة الإنشائية تلعب دوراً حساساً في صمود المنشأة. و يجب أن ندرك أن سقوط العناصر الغير إنشائية (الألواح البيتونية المسبقة الصب، حواجز الشرفات، و جدران القواطع الحجرية) من المحتمل أن يكون خطراً على السلامة البشرية كمثل تداعي العناصر الإنشائية الهامة، و هذه العناصر يجب تصميمها و تفصيلها بعناية (لاغوريو 1990).
لقد استنتجت هذه المبادئ من خلال الخبرة-التعلم من الانهيار و النجاح. و هي مدرجة في كودات البناء الحديثة، و هذه الكودات المحدثة مسؤولة عن التناقص الملحوظ في الخسائر، الوفيات، و الإصابات حيثما جرى تطبيقها.
واحدة من كبريات مساوئ المشكلة الزلزالية هي حصول هزات زلزالية عالية الشدة في مناطق من العالم غير مؤهلة بشكلٍ كافٍ للتعامل معها سواءً من الناحية الاجتماعية أو الاقتصادية أو التقنية. و بالرغم من أننا نعرف الآن قيمة القوة، و المطواعية، و خفة الوزن، و اعتمادية المواد، و أهمية نوعية الدراسة و التنفيذ، فإن المواد المناسبة و الموارد الاقتصادية و الخبرة الهندسية غير متوفرة في معظم المناطق، الخسائر الفادحة في الأرواح بسبب الزلازل في العديد من المناطق هي على سبيل المثال تتصل بشكل واضح مع محدودية مواد الإنشاء حيث تكون الحجارة الثقيلة الغير مطواعة و الغير مسلحة هي المادة الوحيدة المتوفرة للأبنية السكنية.
الجدول التالي يظهر عدداً من أكثر الزلازل المسببة لخسائر في الأرواح:
الشدة على مقياس ريختر
عدد الوفيات
إيطاليا 1908
إيطاليا 1915
الصين 1920
اليابان 1923
الصين 1927
الصين 1932
الهند 1935
تشيلي 1939
بيرو 1970
الصين 1976
إيران 1990

و في معظم هذه الزلازل سحق الناس بسبب الحجارة الضخمة أو الأبنية البيتونية السيئة التسليح. إن مقدار الخسائر بالأرواح هو تغبير عن جودة مواد البناء و نوعية التنفيذ و مدى الاستعداد لشدات زلزالية كالتي حصلت. في عام 1960 أودى زلزال بالمغرب (5.6 ريختر) بحياة 12.000 شخصاً. زلزال 1980 في إيطاليا (6.8 ريختر) أدى إلى وفاة 3000 شخص و أضرار تقدر بـ 24 مليار دولار، كما أدى زلزال بشدة 6.0 ريختر إلى مقتل 2000 يمني. و قد فقد ما يزيد عن 1000 شخص أرواحهم في زلزال السلفادور 1986 (5.4 ريختر)، أما زلزال أرمينيا 1988 (6.9 ريختر) فقد بلغت خسائره البشرية 25.000 شخص و المادية 16 مليار دولار و ذلك بسبب انهيار الأبنية المسبقة الصب و الأبنية الحجرية الغير المسلحة و المنفذة بشكلٍ سيء، كما أدى زلزال إيران 1990 (7.7 ريختر) إلى مقتل ما يقارب 50.000 شخص بسبب انهيار الأبنية الحجرية الغير مسلحة و الأبنية السكنية المنفذة من الطوب و المغطاة بأسقف من الطين الكثيف.
لقد عانت مدينة ميكسيكو العديد من الزلازل و بعض الدروس المستفادة من هذه الزلازل و خاصة زلزال 1985 (19 أيلول 1985، 8.1 ريختر، 10.000 ضحية، 5 مليار دولار خسائر مادية) المتعاقبة أنتجت توصيات مفادها:
·        إيلاء الأهمية الكبرى للتناظر في التصميم المعماري و ذلك نتيجة لحدوث العديد من الانهيارات بسبب الفتل.
·        تحقيق و تنفيذ التسليح و تفصيله بشكلٍ متأنٍ لضمان للحد من تضرر البيتون، و يجب التأكد من مطابقة التفاصيل التصميمية لواقع التنفيذ.
·        تأمين سلامة الوصلات في المنشأة.
·        وضع أسس ضابطة لتنفيذ المنشآت المتجاورة، و ذلك نتيجة لحصول العديد من الانهيارات المأساوية و خاصةَ في الأبنية المتجاورة ذات المناسيب الطابقية المختلفة، حيث أدى ذلك إلى حدوث تصادم بين البلاطات الطابقية الصلبة مع أعمدة البناء المجاور، و حصول الانهيار.
تتصف الزلازل في الولايات المتحدة بارتفاع خسائرها المادية و تدني الخسائر في الأرواح مقارنةً مع دولٍ أخرى و قد يكون أحد أسباب ذلك هو اعتماد الأخشاب كمادةٍ للبناء.
إن الزلزالين الأخيرين في نورثريدج كاليفورنيا (1994) و كوبي اليابان (1995) يظهران أن الدول المتقدمة تقنياً و اقتصادياً ليست في منآة عن الأضرار الشديدة و الخسائر البشرية الناتجة عن الزلازل، فقد هلك ما يزيد عن 5400 شخص في كوبي و هي منطقة لم تكن محضرة جيداً لحصول زلزال.
من الملاحظ أن أكواد البناء جرى تطويرها من الخلال تجارب المحاولة و الخطأ، و قد لا يكون هناك رابط أوضح بين الانهيارات و تطور الكودات و المواصفات أفضل من الأكواد الزلزالية، يعتبر كود البناء الموحد UBC واحد من أفضل أكواد التصميم الزلزالي في العالم، و احتياطاته ناتجة عن دراسة العديد من مواقع حصول الزلازل في جميع أنحاء العالم. و الجهود التي بذلت فيه أمنت و لا شك السلامة للعديد من المنشآت الهندسية و حافظت على أرواح الكثيرين.
يمكننا و بسهولة تتبع تطور احتياطات كواد البناء الزلزالي و علاقته مع الزلازل الهامة في الولايات المتحدة و أنحاء أخرى من العالم، حيث أتبع كل زلزال هام بحصول تحسين في الأكواد و المواصفات بنتيجة المعرفة المكتسبة من خلال تجارب المحاولة و الخطأ (روس 1984).
إن زلزالي سان فرانسيسكو 1906 و طوكيو 1923 أديا إلى زيادة الوعي تجاه الضرر المحتمل عن الزلازل، و قد بدأت نقابات المهندسين إلى توثيق ملاحظاتها و أخذت تسعى إلى إصدار تشريعات عما توصلت إليه، و في عام 1925 أدى زلزال سانتا باربارة كاليفورنيا إلى اعتماد أول أكواد البناء الزلزالية، حيث هدفت الاحتياطات إلى تحسين أداء أنواع محددة من المنشآت و بشكلٍ أساسي المنشآت المبنية من البلوك الحجري و المنشآت البيتونية.
و في عام 1933 جرى اختبار عدد من الأفكار الجديدة في زلزال لونغ بيتش كاليفورنيا و أدت إلى تحسينات في مواصفات المنشآت قد تقلل خسائر الزلازل.