درسي از زلزله طبس ۱۳۵۷
مهدي زارع
استاد مهندس محمدحسن نبوي - اولين زمينشناس سازمان زمينشناسي كشور از سال ۱۳۴۰ - كه روز پنجشنبه ۲ مهر ۱۴۰۵ جشن تولد 92 سالگياش را برگزار كرديم، براي من خاطره و مشاهدهاي از بازديدش از منطقه زلزله زده طبس ۱۳۵۷ تعريف كرد -كه متاسفانه از آن عكسي نگرفته- و گفت: «در بازديد شناسايي از منطقه زلزله زده طبس كه در هفته پس از زلزله انجام دادم، در شهر طبس ديواري در جهت شرقي – غربي ديدم كه نيمي از آن به سمت شمال و نيم ديگر به سوي جنوب فروريخته بود. همان موقع فكر كردم كه به دليل امواج زلزله بايد چنين عجيب فروريختن ديوار رخ داده باشد.» به مهندس نبوي توضيح دادم كه در اثر جهتپذيري گسله و در نزديك گسل، چنين پديدهاي ممكن است. در اين يادداشت هم سعي ميكنم تا حدي اين موضوع را توضيح دهم تا درسي نيز براي امروز از اين مشاهده حاصل شود. در زلزله طبس، ۲۵ شهريور ۱۳۵۷ طبس با بزرگاي ۷.۴ امتداد گسل اصلي، تقريبا شمالي-جنوبي تا شمالشمالغربي-جنوبجنوبشرقي بود و گسلش از نوع فشاري و با شيب به سمت شرق بود. هنگامي كه ديوارهاي بنايي كه در جهت عمود بر گسل (شرقي-غربي) قرار داشتهاند دچار خرابي و فروريزش عمود بر صفحه خود شدهاند (بهطوري كه نيمي از آنها به سمت شمال و نيمي ديگر به سمت جنوب فروريخته) ميتوان گفت هنگامي كه جنبش زمين در راستاي شمالي-جنوبي (جنبش موازي با گسل) اعمال ميشود، نيروهاي اينرسي شديد خارج از صفحه بر ديوارهاي شرقي-غربي ايجاد ميكند. حين زلزله، جنبش شديد زمين با دامنه بالا به سرعت در راستاي شمالي-جنوبي نوسان كرده است. گسلهاي فشاري معمولا پالسهاي شديد در جهت عمود بر گسل (در طبس: شرقي-غربي) ايجاد ميكنند و ازسوي ديگر گسيختگي ميدان نزديك در زلزله طبس ۱۳۵۷، شتابهاي فركانس بالاي بسيار شديدي را نيز در راستاي موازي با گسل (شمالي- جنوبي) پديد آورده است.
ضمنا جنبش زمين در حوزه نزديك شامل تحريك چرخشي و همچنين مولفههاي جزيي امتداد-لغز در امتداد قطعات محلي گسل بوده است. پاسخ پيچشي در ساختمان بر ديوارهاي راستاي شرق-غرب نيروي شديدي وارد كرده به طوري كه يك بخش ديوار به سمت شمال و بخش ديگر ديوار همزمان به سمت جنوب فرو ريختهاند. نگارنده در مقالهاي در فروردين ۱۳۷۵ در كنفرانس ملي مهندسي زلزله فرانسه در پاريس (اولين مقالهاي كه به زبان فرانسه نوشتم!) نشان دادم كه در زلزله طبس، جهتپذيري يكسويه گسيختگي از جنوبشرق به شمالغرب- از ديهوك به سمت طبس- رخ داده است. بلندترين موجهاي ثانويه در شهر طبس به شكل تكان سرعتِ پرانرژي متمركز شدند. همزمان مولفه امتداد-لغزِ گسيختگي در گسل بر ديوارهاي شرقي-غربي اعمال شده است. پهناي ناحيه اثرهاي نزديكگسل -كه به آن حريم گسل ميگويند و در آن پديدههايي همچون پالسهاي سرعت، اثر شديد جهش گسلي و همچنين جهتپذيري حاكم هستند- تا فاصلهاي بسيار فراتر از امتداد ظاهري گسل گسترش مييابد. پهناي حريم گسلش در اين مورد بسيار براي شهرهاي ايران امروز آموزنده است. گسيختگي اوليه گسل براي زلزله طبس در گسترهاي به پهناي ۵۰ تا ۳۰۰ متر در اطراف گسلش رخ داد. ناحيه تغيير شكل و چينخوردگي ثانويه بين ۳ تا ۵ كيلومتر پهنا داشته است. ناحيه وسيعتري كه در آن تكانهاي شديد زمين و اثر جهتپذيري رخ ميدهد در حريمي با پهناي ۱۰ تا ۱۵ كيلومتري از سطح گسيختگي زمينلرزهاي با بزرگاي ۷.۴ است. در فواصل بيش از ۱۵ تا ۲۰ كيلومتر، پالسها كاهنده شده و به لرزشهاي متعارفِ ميدان دور تبديل ميشوند. زلزله طبس ۱۳۵۷ برخي از شديدترين پارامترهاي جنبش نيرومند زمين در ميدان نزديك را كه تا آن زمان ثبت شده بود، ايجاد كرد: جابهجايي دايمي گسل در لبه گسل از 5/1 تا 5/3 متر گزارش شد كه شامل بالاآمدگي قائم همراه با جابهجايي راستلغز - افقي - بود. حداكثر سرعت زمين ۱۲۰ تا ۱۳۰ سانتيمتر بر ثانيه حداكثر جابهجايي به حدود ۱۲۰ سانتيمتر و بيشينه شتاب به حدود ۹.۸۱ متر بر ثانيه -تقريبا معادل شتاب جاذبه زمين در لحظه شتاب اوج -رسيد. اگرچه بافت شهر طبس در سال ۱۹۷۸ عمدتا شامل سازههاي بنايي غيرمسلح و خشتي يك تا دو طبقه بود، اما جنبشهايي كه در طبس ثبت شد در صورت وجود ساختمان بلند نيز ميتوانست بر آنها اثرهاي شديد بگذارد. ساختمانهاي ميانمرتبه تا بلندمرتبه ۸ تا ۱۵ طبقه، اگر وجود داشتند بيشترين آسيبپذيري در برابر پالسها را ميداشتند. واضح است كه چنين ساختمانهاي بلندي در طبس ۱۳۵۷ موجود نبود ولي اكنون به فراواني در بسياري از شهرهاي ايران موجودند. پالس سرعت تكضربه، با وارد كردن انرژي جنبشي عظيم به مود اصلي ارتعاشي ساختمان، موجب تغيير مكانهاي نسبي و شديد طبقات و ايجاد سازوكار «طبقه نرم» ميشود. اثر طبقه نرم (Soft Story Effect) يكي از خطرناكترين و شايعترين علل تخريب ساختمانها در زمان وقوع زمينلرزه است. اين پديده زماني رخ ميدهد كه يك طبقه از ساختمان (معمولا طبقه همكف يا زيرزمين) به ميزان قابلتوجهي سختي جانبي يا مقاومت كمتري نسبت به طبقات بالايي خود داشته باشد. طبقات بالا معمولا داراي ديوارهاي تيغهاي و جداكننده زيادي
-اتاقخوابها و واحدهاي مسكوني- هستند كه سختي جانبي ساختمان را بالا ميبرند؛ اما طبقه همكف براي كاربردهايي مانند پاركينگ، فروشگاه، تالار يا ورودي بزرگ -لابي- فاقد ديوارهاي پركننده يا ديوارهاي برشي است. ارتفاع طبقه همكف براي مقاصد تجاري يا لابي بيشتر از طبقات مسكوني بالاست. افزايش ارتفاع طبقه، سختي جانبي آن را بهشدت كاهش ميدهد. در يك ساختمان معمولي و داراي سختي يكنواخت، تغيير شكل جانبي بين تمام طبقات تقسيم ميشود. اما در ساختمان با طبقه نرم، طبقات بالايي مانند يك بلوك صلب و يكپارچه عمل كرده و تقريبا تمام جابهجايي و تغيير شكل جانبي در همان طبقه ضعيف و نرم همكف متمركز ميشود. جابهجايي جانبي شديد در طبقه همكف باعث ميشود وزن سنگين طبقات بالايي بر ستونهاي همكف وارد شود. ستونهاي طبقه همكف زير فشار تسليم شده و كل طبقه همكف فروميريزد، در حالي كه طبقات بالايي ممكن است كاملا سالم روي طبقه ويرانشده فرود آيند.