روش های ارزیابی آسیب پذیری بناهای تاریخی

روش های ارزیابی آسیب پذیری بناهای تاریخی

📷وجود شهرهای با قدمت زیاد و مشکلات مربوط به شهرسازی و گسترش بافت های فرسوده شهری باعث شده است تا خطر زمین لرزه و تخریب های ناشی از آن بسیاری از شهرها را تهدید کند. اما آنچه اهمیت این تهدید را در مورد بافت های تاریخی دو چندان می کند, از یک سو ارزش این بافت ها به عنوان سرمایه ای ملی و از سویی دیگر مشکلات و نارسایی هایی است که به دلایل گوناگون در زمینه های کالبدی, اجتماعی و فرهنگی در این فضاها بروز کرده است[1]به طور کلی تحلیل آسیب پذیری عبارت از پیشبینی آسیب در اثر زلزله با حداقل عدم قطعیت ممکن است. بهترین روش برای این منظور انجام تحلیل آماری بر روی نمونه های زیادی از بناها که در معرض عملکرد لرزه ای یکسانی قرار دارند، می باشد. حیاتی ترین اقدام قبل از تقویت و مرمت بناهای تاریخی، ارزیابی ایمنی لرزهای آنها جهت شناسایی ضعفهای موجود است. ایتالیا از اولین کشورهایی است که به منظور ارزیابی بناهای تاریخی دستورالعملی اختصاصی تحت عنوان دستورالعملهای ایتالیا جهت ارزیابی و کاهش خطر لرزهای[2]منتشر کرده است. این دستورالعمل شامل سه سطح ارزیابی است و همچنین برای سه دسته از بناهای مختلف کاربرد دارد. نتایج محاسبات دستی این دستورالعمل (سطح اول) در کوتاهترین زمان ممکن میتواند وضعیت کلی بنا را جهت انجام فعالیتهای مرمتی نشان دهد. در کشور ما ایران، چنین دستورالعملی درخصوص بناهای تاریخی موجود نیست[3].

برخی از روش های تحلیل آسیب پذیری دارای امکاناتی چون قابلیت کاربری در مقیاس بزرگ و زمان اندک پردازش داده ها هستند. به عنوان مثلا روش های -Risk FAMIVE، VULNUS UE وSELENA برای مطالعه بناها در یک بافت تاریخی ابداع گردیده اند.

ویژگی های روش مناسب برای تحلیل آسیب پذیری

· خصوصیات بستر ساختمان را به حساب آورد؛

· خصوصیات هندسی و مکانیکی ساخته معماری را جمع آوری کند؛

· از حداقل قضاوت کارشناسان بهره گیرد؛

· ضوابط مکانیکی را برای شناسایی جابه جایی مورد انتظار به کار گیرد؛

· منحنی های شکنندگی را ترسیم و سناریوی خسارت را تعیین نماید؛

· بین سناریوی خسارت به دست آمده از روش تحلیل آسیب پذیری انتخابی و سناریوی خسارت ساخته معماری مشاهده شده در محل مقایسه ترتیب دهد؛

· در مقیاس منطق های می بایست بین عدم قطعیت ها و به حداقل رساندن قضاوت کارشناسان، تعادل برقرار کند؛

· مراحل محاسبات شناسایی آسیب پذیری لرزه ای را در زمان کوتاه به سرانجام برساند؛

· به میزان ضریب اطمینان نزدیک به ۸/۰ برسد

ویژگی های روش های مختلف تحلیل آسیب پذیری لرزه ای در جدول زیر نشان داده شده است

📷

در بین 19 روش بالا، روش های FAMIVE وSELENA قابلیت بیشتری دارند. اما از آنجا که رویکرد غالب در روش SELENA ، مهندسی و فنی می باشد، به نظر می رسد FAMIVE تنها روشی باشد که واقعا به تمامی نیازهای روش بهینه ارزیابی آسیب پذیری در مقیاس منطق های پاسخگو است.

📷این روش پیمایش سیستماتیک را از طریق یک فرم که به پژوهشگران در جمع آوری اطلاعات کیفی برای تعداد زیادی از ساختمان ها کمک می کند، هدایت می نماید. آسیب پذیری های لرزه ای را در مقیاس منطق های از طریق تعیین مکانیزم های محتمل شکست شناسایی می کند و بین عدم قطعیت های متعلق به روش های کیفی یا روش های تجربی و عدم قطعیت های متعلق به روش های کمی یا تحلیلی تعادل برقرار می نماید. FAMIVE ، بار تخریب، شاخص خسارت و شاخص آسیب پذیری بنا را به صورت کمی و آسیب پذیری نهایی بنا را به صورت کیفی تعیین می کند.

📷 FAMIVE در سطح جهان از اعتبار زیادی برخوردار است و از روش در تحلیل بافت تاریخی آسیب پذیری در الجزایر، مرکز تاریخی رودز لا آ کویلا ایتالیا و همچنین به منظور ارزیابی لرزه ای ساختمان های در سال 2003، استانبول ترکیه در سال 2004 در آمبریا منطقه نوکرا نپلا و بناهای تاریخی اربیل عراق، بهره گرفته شده است. همچنین به طور نمونه شهر فعلی یزد باتوجه به تراکم بافت جمعیتی و قدیمی بودن ساختمان از خطرات زیادی برخوردار است. شاخص های کالبدی شامل عرض کم معابر، قدمت ابنیه، وجود مخروبه ها، کیفیت ابنیه، تراکم ساختمانی، مساحت قطعات تفکیکی، نوع مصالح، تعداد طبقات با مقدار 2.2 بیشترین نقش را در آسیب پذیری بافت در هنگام وقوع زلزله دارد. برابر بررسی های صورت گرفته ضعف ها و تهدیدات با ضرایب 9/41 و 8/36 بیشترین مقدار و نقاط قوت و فرصت ها با ضرایب 7/13 و 6.54کمترین مقدار را در آسیب پذیری بافت تاریخی شهر یزد به خود اختصاص داده اند. این بدان معنا است که با روند برنامه ریزی های فعلی، تاکید بیشتر باید بر روی مقاوم سازی ابنیه موجود، ایجاد دسترسی های مناسب برای خدمات رسانی به موقع در شرایط بحرانی، اختصاص قسمت هایی از بافت تاریخی به فضاهای باز برای اسکان و تخلیه اضطراری در شرایط بحرانی صورت گیرد[4].

انواع آسیب پذیری لرزه ای

آسیب پذیری اصطلاحی است جهت نشان دادن میزان و وسعت آسیب و خساراتی که در اثر سوانح طبیعی به جوامع در ابعاد مختلف (اجتماعی، کالبدی - فیزیکی و غیره) واردآمده است؛ بنابراین میزان حساسیت محیط در مقابل سوانح، آسیب پذیری آن را مشخص می کند. در بین سوانح طبیعی زلزله می تواند دامنه وسیعی از خسارات را به خصوص برای مناطق کویری داشته باشد. [5] ارزیابی آسیب پذیری بناهای معمولا در سه مقیاس می توان نشان داد:

آسیب پذیری کلی

اشاره به ضعف هایی دارد که در قسمت های مختلف بنا وجود دارند به عنوان نمونه، بیش از یک نما همراه با سقف ها و کف ها می شود؛ بنابراین خسارت محتمل بیشترین سطح بنا را در برخواهد گرفت.

آسیب پذیری شایع

معمولا به آسیب های حاصل از رطوبت و دیگر عوامل جوی و طبیعی اطلاق می گردد.

آسیب پذیری موضعی

به آسیب پذیرترین جز سازه ای بنا آسیب پذیری موضعی اشاره دارد که در آن خسارت بخش محدودی از بنا را تحت تاثیر خود قرار می دهد. این مقیاس بر ضعف موضعی بخشی از بنا که بار تخریب آن کمتر از بخش های دیگر است، تاکید می کند.

خاک و نقش آن در زلزله

خاک مهم ترین بخش در یک ساختمان است. خاک در زلزله مهم ترین بخش است و اگر خاک ضعیف باشد یا فونداسیون روی خاک نامناسب قرار گیرد احتمال تخریب و آسیب از هر زمان بیشتر خواهد شد. ازآنجایی که پی و فونداسیون روی خاک قرار می گیرند همچنین بیشتر بناهای تاریخی از گل و خاک تشکیل شده اند و برای مرمت طبیعتا باید از خاک استفاده کرد دانستن ویژگی های خاک مهم به نظر می رسد. خاک ها، معمولا بر اثر هوازدگی و فرسایش سنگ به وجود می آیند. در طی فرایند هوازدگی (فیزیکی، شیمیایی، زیستی)، انواع مختلف سنگ (آذرین، دگرگونی، رسوبی) به ذرات کوچک تر تبدیل می شوند.

خاک ابتدا به کندی به صورت سنگ تشکیل می شود و بعد بر اثر فرسایش و قرار گرفتن در نزدیکی سطح زمین به صورت ذرات ریز (ماده منشا) در می آید. مواد آلی هم با مواد غیر آلی (ذرات سنگ، مواد معدنی و آب) مخلوط می شوند تا خاک تشکیل شود. موادی که خاک ها را تشکیل می دهند به چهار قسمت تقسیم می شوند:

مواد سخت: مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک ها می باشند.

موجودات زنده در خاک ها: تغییراتی که در خاک ها انجام می پذیرد به وسیله موجودات زنده در خاک انجام می گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان، باکتری ها، قارچها، کرم ها و بالاخره حلزون ها در این تغییرات شرکت دارند.

آب موجود در خاک ها: آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل شده را به عهده دارد که برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می رسد. آب موجود در خاک ها از باران و آب های نفوذی، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی تشکیل شده که در مواقع خشکی به مصرف می رسد.

هوای موجود در خاک: هوا همراه با آب در خاک ها وجود دارد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این به ان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن را پس می دهند.

📷در طی حفاری های اکتشافی صورت گرفته در شهر باستانی موهن جو دارو[6]در کشور پاکستان، نشانه های استفاده از خاک به عنوان فونداسیون و مصالح ساختمانی مشاهده شده است. در سال 1856 میلادی (1234 شمسی)، یکی دیگر از مهندسان فرانسوی به نام هنری دارسی[7]قانون دارسی را برای تعیین توزیع جریان در محیط متخلخل ارائه کرد. این قانون برای محاسبه میزان نفوذپذیری خاک مورداستفاده قرار می گیرد. قانون دارسی، شروعی بر علم فیزیک خاک بود. هم زمان با دارسی، یک دانشمند ایرلندی به نام جرج گابریل استوکس [8] قانون استوکس را برای تعیین سرعت ته نشینی ذرات درون سیال ارائه کرد.

📷📷این قانون، برای تعیین ذرات خاک مورداستفاده قرار می گیرد. این تئوری برای تعیین تنش های ناشی از بارگذاری خارجی بر روی خاک مورداستفاده قرار می گیرد. برج کج پیزا[9]نمونه ای از سازه های ساخته شده بر روی فونداسیون خاکی است. دلیل کج بودن این برج، نشست نامتقارن فونداسیون آن است. در سال 1911 میلادی (1289 ش)، مهندس سوئدی به نام کرت اتربرگ[10] چندین آزمایش را برای تعیین روانی خاک های چسبنده پیشنهاد داد. نتایج این آزمایش ها که با عنوان حدود اتربرگ شناخته می شوند، به منظور تعیین و طبقه بندی خاک مورداستفاده قرار می گیرند. در سال 1925 میلادی، کارل ترزاقی مهندس و زمین شناس اتریشی، کتابی را منتشر کرد که شروعی بر عصر جدید مهندسی خاک بود. به دلیل ارائه آثار متعدد در زمینه مهندسی خاک، ترزاقی به عنوان پدر مکانیک خاک شناخته می شود.

افق خاک[11]لایه ای موازی با سطح زمین است که خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی آن با لایه های بالایی و پایینی تفاوت دارد. در اکثر موارد، افق خاک، توسط ویژگی های فیزیکی مانند رنگ و بافت تعریف می شود. در استانداردهای مختلف، برای لایه ها و افق های خاک از حروف مخصوص استفاده می کنند. حروف و تعریف افق های اصلی عبارت هستند:

O مواد خاکی آلی (غیرآبی)؛

A ساختار سطحی شامل کانی ها به همراه تجمع مواد آلی (گیاه خاک)؛

📷E کانی ها به همراه کاهش مقداری از آهن، آلومینیوم و مواد آلی؛

B ساختار خاک زیرسطحی شامل تجمع رس، آهن، آلومینیوم، سیلیسیوم، گیاه خاک، کلسیم کربنات، کلسیم سولفات به همراه کاهش کلسیم کربنات، تجمع سسکی اکسیدها؛

C ساختار زیرلایه یا بستر نرم با خاک زایی کم یا بدون خاک زایی و مواد خاکی تحکیم نشده؛

L مواد خاکی لیمنیک (رسوبات آبی) ؛

W لایه ای از آب مایع یا یخ زده در میان یا زیر خاک؛

R سنگ بستر با مقاومت بالا.

نقش خاک در زلزله

خاک، در حوزه ها و شاخه های مختلفی موردمطالعه قرار می گیرد. مطالعات انجام شده در مورد نقش خاک در عملکرد سازه ها بیشتر در حوزه اثر ساختگاه انجام گرفته و به پدیده اندرکنش خاک سازه کم توجه شده است[12]. از حوزه های اصلی مطالعه خاک ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

فیزیک خاک[13]: علمی است که به مطالعه خواص فیزیکی خاک ها و فرایندهای مرتبط با آن ها می پردازد.

مکانیک خاک[14]: یکی از شاخه های فیزیک خاک و مکانیک کاربردی است که رفتار خاک ها را در به صورت تئوری فرمول های ریاضی توصیف می کند.

مهندسی ژئوتکنیک[15]: از گرایش های مهندسی عمران است که با استفاده از مکانیک خاک، رفتار خاک ها را برای حل و طراحی مسائل مرتبط با سازه های ژئوتکنیکی مورد ارزیابی قرار می دهد.

شیمی خاک[16]: علمی است که به مطالعه خصوصیات و ترکیبات شیمیایی خاک می پردازد. شیمی خاک از گرایش های مهندسی عمران نیست؛ اما به دلیل تاثیر خواص شیمیایی بر روی رفتار مکانیکی خاک، اهمیت زیادی در پروژه های عمرانی دارد.

[1] فلاح علی آبادی سعید ، گیوه چی، سعید ، اسکندری محمد ، سرسنگی علیرضا ، ارزیابی آسیب پذیری بافت تاریخی شهرها در برابر زلزله با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) مطالعه محله فهادان یزد، نشریه مدیریت بحران سال:1392 ، دوره:2 ، شماره:3 صفحات :5-12

[2] DPCM

[3] غلامی، سمیه، آخوندی، فرهاد، ارزیابی ایمنی لرزهای خانه های تاریخی شهر تبریز مطابق دستورالعمل های DPCM ایتالیا، مورد مطالعاتی: خانه علی مسیو، مجله معماری و شهرسازی آرمان شهر، شماره 44 ، 1402

[4]امجد، محمد، و سلطانی، ایرج. راهبردهایی به منظور کاهش آسیب پذیری بافت های تاریخی در برابر زلزله مطالعه موردی: بافت تاریخی شهر یزد. مدیریت بحران، 1398

[5] ملکی، سعید، مودت، الیاس، ارزیابی طیف آسیب پذیری لرزه ای در شهرها بر اساس سناریوهای شدت مختلف با استفاده از مدل هایµd ، TOPSIS و GIS (نمونه موردی شهر یزد) مجله جغرافیا و مخاطرات محیطی، شماره 1 خرداد 1392

[6] Mohenjo Daro

[7] Henry Darcy

[8] George Gabriel Stokes

[9] Leaning Tower of Pisa

[10] Kurt Magnus Atterberg

[11] Soil Horizon

[12] چراغی پور رضا، مومنی، مهدی، تاثیر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ لرزه ای سازه های جداسازی شده تحت اثر زلزله های حوزه نزدیک و حوزه دور، هفتمین کنفرانس ملی پژوهش های کاربردی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری استان تهران1399

[13] Soil Physics

[14] Soil Mechanics

[15] Geotechnical Engineering

[16] Soil Chemistry