المشاكل الإنشائية الناجمة عن الزلازل وعوامل التدهور الأخرى: قراءة هندسية في أسباب تضرر المنشآت إعداد: م.م احمد سعيد حاكم – قسم الهندسة المدنية – جامعة المستقبل تُصمَّم المنشآت لتبقى عقودًا طويلة، غير أن عمرها الفعلي كثيرًا ما يقصر عن العمر التصميمي بسبب أحداث مفاجئة كالزلازل، أو عوامل بطيئة كالتآكل والتقادم. وفهم هذه الأخطار وآليات تأثيرها على العناصر الإنشائية هو الخطوة الأولى لتقليل خسائرها، سواء في تصميم المنشآت الجديدة أم في تقييم المباني القائمة وتأهيلها. تُعد الزلازل من أشد الأخطار التي تتعرض لها المنشآت. فحركة الأرض تولد قوى قصور ذاتي تتناسب مع كتلة المبنى، وتفرض عليه تشوهات جانبية متكررة تفوق في كثير من الأحيان ما صُمم لتحمله في الأحمال الاعتيادية. وتتجلى آثارها في عدة أنماط من الفشل. فمن أشهرها ما يُعرف بالطابق الضعيف، وهو أن يكون أحد الطوابق، وغالبًا الأرضي المفتوح لأغراض المواقف أو المحال التجارية، أقل جساءة ومقاومة من الطوابق التي فوقه، فتتركز فيه التشوهات ويحدث انهيار مفاجئ. ومنها العمود القصير، إذ يتعرض العمود الذي يحدّ من طوله جدار جزئي أو فتحة إلى قوى قص كبيرة تسبب فشلًا قصفيًا لا يُنذر قبل وقوعه. ومنها أيضًا الفشل عند وصلات العمود بالجسر، نتيجة قلة التسليح العرضي أو سوء تفاصيل التسليح، وهو ما يحرم الوصلة من القدرة على تبديد الطاقة. ويضاف إلى ذلك الاصطدام بين المباني المتجاورة حين تكون المسافة الفاصلة بينها أقل من الإزاحة الجانبية المتوقعة، وسقوط العناصر غير الإنشائية كالجدران الفاصلة والواجهات، وهي مصدر رئيس للإصابات حتى في المباني التي لا تنهار. ولا يقتصر أثر الزلازل على المنشأ ذاته، بل يمتد إلى التربة التي يستند إليها. فظاهرة التميّع تفقد فيها الرمال المشبعة بالماء مقاومتها، فتميل المباني وتهبط، كما حدث في زلزال نيغاتا عام 1964. وقد تتضخم الاهتزازات في الترسبات الطينية الرخوة، كما في زلزال مكسيكو سيتي عام 1985. وتبين التجربة أن الأضرار الشديدة تتركز غالبًا في المباني التي أُهملت فيها متطلبات الكودات الزلزالية، أو شُيدت بمواد وتنفيذ رديئين. وتنتج مشكلات أخرى عن التدهور التدريجي الذي لا يقل خطورة، وإن كان أبطأ ظهورًا. وأبرزها تآكل حديد التسليح، وهو من أكثر أسباب تدهور الخرسانة المسلحة شيوعًا. فالخرسانة تحمي الحديد في الحالة الطبيعية بقلويتها العالية، لكن هذه الحماية تتلاشى حين تصل أيونات الكلوريد إلى سطح الحديد، أو حين يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الخرسانة فيخفض قلويتها، وهي عملية تُعرف بالكربنة. ويتمدد الحديد المتآكل فيشق الغطاء الخرساني ويدفعه إلى التقشر، ويقل مقطعه الفعال فتنقص قدرته على التحمل. وتتفاقم المشكلة في البيئات الساحلية وفي المناطق التي ترتفع فيها نسبة الأملاح في التربة والمياه الجوفية، كما هو الحال في مناطق واسعة من وسط العراق وجنوبه. ويرتبط بذلك الهجوم الكبريتاتي الذي تتفاعل فيه الكبريتات الذائبة مع مكونات الإسمنت، فيحدث تمدد وتفكك في الخرسانة. ومن العوامل الأخرى الهبوط التفاضلي للأساسات، إذ يؤدي تفاوت انضغاط التربة تحت أجزاء المبنى إلى تشققات في الجدران والبلاطات وإجهادات إضافية في الإطار. وهو شائع في الترب الطينية الرخوة، وفي الترب التي تتأثر بتغير الرطوبة كالترب الانتفاخية والجبسية. وتضاف إلى ذلك الأخطاء التي تقع في مرحلتي التصميم والتنفيذ، كضعف الإشراف، وتدني جودة الخرسانة، ونقص التسليح، وسوء الصيانة، وتغيير استعمال المبنى دون إعادة تقييمه، وهي أسباب تجعل المنشأ أضعف مما افترضه المصمم. وتتضافر الحرائق والأحمال الاستثنائية مع ما سبق. فارتفاع الحرارة الشديد يخفض مقاومة الخرسانة والفولاذ ويسبب تقشر الغطاء الخرساني، كما قد تتسبب الانفجارات والصدمات في انهيار تدريجي إذا افتقر المنشأ إلى مسارات بديلة لنقل الأحمال. وتؤدي الفيضانات وجرف التربة حول الأساسات إلى فقدان الدعم تحت العناصر الحاملة، وهي مشكلة تعاني منها الجسور المقامة على الأنهار بوجه خاص. وللحد من هذه الأخطار تتوافر حلول متعددة تبدأ من التصميم. فالالتزام بالكود الزلزالي المعتمد، وتوفير نظام إنشائي منتظم في المسقط والارتفاع، وتفصيل التسليح بما يضمن سلوكًا مطيليًا للعناصر، كلها إجراءات أساسية. ويمكن تحسين الأداء بتقنيات حديثة مثل العزل القاعدي والمخمدات الزلزالية، وبتأهيل المباني القائمة بتغليف الأعمدة وإضافة جدران القص أو المساند الفولاذية. أما التدهور البطيء فيُعالج بالتحكم في نوعية الخرسانة وزيادة سمك الغطاء الخرساني، واستخدام الإسمنت المقاوم للكبريتات والإضافات المانعة للتآكل، وبرامج الفحص الدوري التي تكشف التلف مبكرًا. ويبقى الإشراف الهندسي الرصين على التنفيذ شرطًا لا يغني عنه أي تحليل متقدم. وخلاصة القول أن تضرر المنشآت ليس قدرًا محتومًا، بل هو في معظمه نتيجة أسباب يمكن فهمها والتحكم بها. فالزلازل تكشف مواطن الضعف في التصميم والتنفيذ، والتدهور البطيء يستغل الإهمال في الصيانة. ومن هنا تتأكد أهمية تطوير الكودات الهندسية وتطبيقها بصرامة، وإجراء التحري الموقعي الدقيق، وتشجيع البحث العلمي في تأهيل المنشآت القائمة، وترسيخ ثقافة الصيانة الدورية لدى الجهات المالكة والمشغّلة. المراجع : Chopra, A. K. Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering. Pearson. Paulay, T., & Priestley, M. J. N. Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings. Wiley. Mehta, P. K., & Monteiro, P. J. M. Concrete: Microstructure, Properties, and Materials. McGraw-Hill.