Why do buildings fall in earthquakes? - Vicki V. May

لماذا تسقط الأبنية عند حدوث الزلازل ؟ - فيكي في. ماي

المترجم: Omar Aljubbah المدقّق: Anwar Dafa-Alla

Earthquakes have always been a terrifying phenomenon,

لطالما كانت الزلازل ظاهرة مرعبة،

and they've become more deadly as our cities have grown,

وأصبحت أكثر دموية عندما كبرت مدننا

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

لأن إنهيار المباني تشكل الخطر الأكبر

Why do buildings collapse in an earthquake,

ولكن لماذا تنهار المباني عند حصول الزلازل

and how can it be prevented?

وكيف يمكننا تجنب ذلك ؟

If you've watched a lot of disaster films,

إذا كنت ممن شاهد الكثير من الأفلام الكارثية

you might have the idea

فإنك غالبا لديك فكرة

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

أن انهيار المباني يحصل مباشرة عندما يبدأ أسفل الأرض

shaking violently, or even splitting apart.

بالإهتزاز بعنف أو حتى بالأنقسام والتشقق

But that's not really how it works.

ولكن بالحقيقة ليس هذا مايحصل بالفعل.

For one thing, most buildings are not located right on a fault line,

أولا فإن أغلب المباني لاتقع على الخط الجيلوجي المتشقق

and the shifting tectonic plates go much deeper than building foundations.

إن تحرك القشرة الأرضية يكون أعمق بكثير من أساس البناء

So what's actually going on?

إذا مالذي يحصل فعلا ؟

In fact, the reality of earthquakes and their effect on buildings

في الحقيقة ، فإن حقيقة الزلازل وتأثيرها على المباني

is a bit more complicated.

أعقد من ذلك بقليل.

To make sense of it, architects and engineers use models,

لجعل الأمر أقرب للمنطق المعماريين والمهندسين قامو بإستخدام نماذج،

like a two-dimensional array of lines representing columns and beams,

مصفوفة من الخطوط ثنائية البعد تمثل الأعمدة والعوارض

or a single line lollipop with circles representing the building's mass.

أو مصاصة مع دائرة تمثل كتلة المبنى

Even when simplified to this degree, these models can be quite useful,

حتى مع هذه الأشياء البسيطة فإن هذه النماذج ستكون مفيدة للغاية

as predicting a building's response to an earthquake

لتمثيل إستجابة البناء عند حدوث الزلازل

is primarily a matter of physics.

فإنها بشكل رئيسي مسألة فيزيائية

Most collapses that occur during earthquakes

معظم الإنهيارات التي تحصل أثناء الزلازل

aren't actually caused by the earthquake itself.

لا تحصل فعلا بسبب الزلازل نفسها

Instead, when the ground moves beneath a building,

بدلا من ذلك ،عندما تحرك الأرض سفلية البناء

it displaces the foundation and lower levels,

فإنها تقتلع الأساسات والطبقة التحتية،

sending shock waves through the rest of the structure

مرسلة الموجات الصادمة إلى كل البناء

and causing it to vibrate back and forth.

مسببة بذلك إلى إهتزازها إلى الأمام والخلف

The strength of this oscillation depends on two main factors:

قوة هذا الاهتزاز تعتمد على عاملين إثنين :

the building's mass, which is concentrated at the bottom,

كتلة البناء والتي تتركز في الأسفل

and its stiffness,

وصلابتها

which is the force required to cause a certain amount of displacement.

والذي تحدد الطاقة الازمة لتسبب كمية معينة من الدمار

Along with the building's material type and the shape of its columns,

بالإضافة الى نوعية مادة البناء وشكل الأساسات

stiffness is largely a matter of height.

ومدى إرتفاع البناء

الأبنية القصيرة تكون أكثر صلابة وقابلية للإزاحة

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

while taller buildings are more flexible.

بينما تكون الأبنية الطويلة أكثر مرونة

You might think that the solution is to build shorter buildlings

ربما ستعتقد أن الحل هو ببناء أبنية قصيرة

so that they shift as little as possible.

وبذلك نكون قللنا الإزاحة بقدر الإمكان

But the 1985 Mexico City earthquake is a good example of why that's not the case.

ولكن زلزال ميكسكو سيتي 1985 كان مثالا جيدا يبين أن هذه النظرية خاطئة.

During the quake,

أثناء الزلزال

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

عدة أبنية مابين ستة وخمسة عشر طابقا سقطت

What's strange is that while shorter buildings nearby did keep standing,

الغريب أن الأبنية الأقصر من ذلك صمدت

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

والأبنية الأكثر من خمسين طابقا تضررت بشكل أقل

and the midsized buildings that collapsed

والأبنية ذات الطول المتوسط سقطت

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

كما لوحظت أن الأبنية تهتز بشكل أكبر من إهتزاز الأرض نفسها

How is that possible?

كيف حدث ذلك ؟

The answer has to do with something known as natural frequency.

الجواب يأتي مع شيء يسمى الأهتزاز الطبيعي

In an oscillating system,

في الأنظمة المهتزة

the frequency is how many back and forth movement cycles occur within a second.

التردد هو عدد مرات الذهاب والأياب في الدورة الواحدة

This is the inverse of the period,

والذي هو مقلوب هذه الفترة

which is how many seconds it takes to complete one cycle.

والذي هو الزمن الازم لإكمال الدورة

And a building's natural frequency, determined by its mass and stiffness,

والتردد الطبيعي للبناء يعتمد على الكتلة والصلابة

is the frequency that its vibrations will tend to cluster around.

وهو التردد الذي يقوم بهزها وتجميع الكتلة حولها

Increasing a building's mass slows down the rate at which it naturally vibrates,

بزيادة كتلة البناء ، نقلل معدل التردد الطبيعي

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

بينما زيادة الصلابة تجعلها تهز بشكل أسرع

So in the equation representing their relationship,

حتى أن المعادلة تبين العلاقة بينهما

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

الصلابة والتردد الطبيعي متناسبين بشكل طردي

while mass and natural frequency are inversely proportional.

بينما الكتلة والتردد الطبيعي متناسبين بشكل عكسي

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

ما حصل في ماكسيكو سيتي هي ظاهرة تسمى الرنين

where the frequency of the earthquake's seismic waves

حيث أن الموجات الناشئة من ترددات الزلزال

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

طابقت التردد الطبيعي للأبنية متوسطة الطول

Like a well-timed push on a swingset,

مثل ساعة مضبوطة بشكل دقيق

each additional seismic wave amplified the building's vibration

كل موجة ناشئة إضافية تكبر إهتزاز المبنى

in its current direction,

في إتجاهها

causing it to swing even further back, and so on,

وتجعل البناء يهتز إلى مدى أكبر

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

وأخير يصل الإهتزاز إلى مدى أكبر مما يتحمله البناء

Today, engineers work with geologists and seismologists

الان ، يعمل المهندسون مع الجيلوجين وعلماء الزلازل

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

حتى يدرسوا تردد الزلزال في موقع الأبنية

in order to prevent resonance-induced collapses,

حتى يستطيعوا تجنب الإنهيار الناتج من هذا الاهتزاز

taking into account factors such as soil type and fault type,

أخذين بالحسبان العوامل الاخرى مثل نوع التربة ونوع الخطأ

as well as data from previous quakes.

وذلك عن طريق الزلازل السابقة.

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

الترددات المنخفضة ستسبب ضرر أكبر للمباني العالية

and more flexible buildings,

والمباني المرنة

while high frequencies of motion pose more threat

بينما الترددات العالية تسبب خطر أكبر

to structures that are shorter and stiffer.

للأبنية القصيرة والصلبة

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

قام المهندسون أيضا بتصميم طرق لإمتصاص الصدمات

and limit deformation using innovative systems.

والحد من التشوه بإستخدام أنظمة إبداعية

Base isolation uses flexible layers

بإستخدام طبقات عزل مرنة

to isolate the foundation's displacement from the rest of the building,

لعزل انزياح الأساس عن بقية البناء

while tuned mass damper systems cancel out resonance

بينما أنظمة مخمدات الكتلة تلغي الاهتزاز

by oscillating out of phase with the natural frequency

بفعل إهتزاز منزاح الطور عن الإهتزاز الحاصل

to reduce vibrations.

لتقليل الإهتزاز

In the end, it's not the sturdiest buildings that will remain standing

في النهاية ، المباني التي ستظل واقفة هي ليست الأبنية الأكثرر ثباتا

but the smartest ones.

بل الأبنية الأكثر ذكائا