تعرف على التعجيل الأرضي
سوف نوضح التعريفات التالية لمعرفة ماهو التعجيل الأرضي:
– سرعة الأرض القصوى (PGV)
لمعرفة ما هي سرعة الأرض القصوى، يجب أولاً معرفة أتن السرعة توضح ما هي سرعة جسم معين يسير باتجاه معين على سبيل المثال جسم سرعته 50 ميلاً في الساعة بإتجاه الشرق، أما في حالة الهزات الأرضية فالسرعة هي مدى سرعة الإهتزاز لنقطة على الأرض نتج عنها لزلزال، وتصبح ذروة سرعة الأرض هي أكبر سرعة للإهتزاز قد تم سجلت داخل نقطة محددة أثناء الزلزال.
– تسريع ذروة الأرض (PGA)
أولاً يجب معرفة معنى التسارع، فعندما يتم قيادة السيارة، فإن السرعة أو التسارع يحدث حين تتغير من واحدة إلى أخرى وهذا هو التسارع أي سرعة أسرع، أو التباطؤ سرعة أبطأ، فالتغير في السرعة يعد تسارع، أو يعني مقدار تغير السرعة داخل وحدة زمنية معينة، حين تهتز الأرض خلال وقوع زلزال، فإن هذا يعتبر أيضًا تسارعًا، ذروة التسارع تعد أكبر أرتفاع في السرعة يتم تسجلها من خلال محطة محددة خلال الزلزال،وعادةً ما يتم وصف PGA على أنها جزء من تسارع الجاذبية والذي يقاس بي g ، 32.2 قدم / ثانية 2.
طرق ايجاد التعجيل الأرضي
طريقة كريينج
تقوم طريقة Kriging بقياساً تقديرًا خطيًا للحد الأدنى من الظهور الخطأ في المكان وتصبح به القيمة غير محددة، وتتيح المنهجية بصورة رئيسية وسائل الاستيفاء الأفضل الذي يقوم على الانحدار مقابل البيانات التي تصدر، الموزونة بما يتماشى مع قيم التغاير المكاني، فكل خوارزميات الاستيفاء من مربع المسافة العكسية، المخطط، وظائف الأساس الشعاعي، التثليث وما إلى هذا، تكون القيمة في مكان محدد هو مجموع مرجح لقيم البيانات بالمواقع المحيط، تتماشى كل الأوزان المختصة بالتقريب مع الوظائف التي تمنح وزنًا متناقصًا بالزيادة لمسافة الفصل، تضع طريقة Kriging أوزانًا بحسب وظيفة ترجيح تقوم على البيانات بطريقة معتدلة، بدل من الوظائف العشوائية.
ايجاد التعجيل الارضي باستخدام البندول البسيط
في الشكل أدناه، يتضح أن بندولًا بسيطًا له بوب له قطر صغير وبه خيط أخره كتلة صغيرة جدًا ولكنه شديد بما يكفي حتى لا يتمدد بصورة ملحوظة، الإزاحة الخطية من التوازن تعتبر طول القوس، تتضح أيضًا القوى التي تؤثر في البوب، والتي يظهر عنها صافي قوة وبمقدار −mg sinθ نحو موضع التوازن أي شدة الاستعادة، البندول مشهور لهذا الاستخدام، فالبعض له أستعمالات محددة كالموجود في الساعات والبعضها للمرح مثل أرجوحة الطفل وكذلك الغطاس الذي في نهاية خيط الصيد، فيما يخص عمليات الإزاحة الصغيرة يعد البندول مذبذبًا توافقيًا وبسيط، يشتهر البندول البسيط بأنه يشتمل على جسم به كتلة صغيرة، يُعرف باسم بندل البندول، وهو الذي يعلق من سلك أو سلسلة ضوئية، كما هو موضح في الشكل أدناه، معرفة المؤثرات على البندول البسيط تظهر من خلال ظل حركة توافقية بسيطة، كما يمكن اشتقاق تعبير مثير للدهشة عن المألوف.
في بعض الأوقات يتم قياس التعجيل الأرضي أو تسارع الجاذبية الأرضية من خلال أستعمال البنادول، وللبندول نوعان وهما كالتالي:
البنادول البسيط.
البنادول المركب.وهو الذي يمنح قدر تسارع الجاذبية أو مقدار التعجيل الأرضي من خلال الطريقة هذه:. g =( mG/ r^2) r
حيث أن: تعتبر M قيمة الكتله للأرض، r:هو منتصف قطر كتلة الجسم ويصبح بدايةً من المركز وضولاَ لموقع قيد الاعتبار، r: هي أتجاه الوحدة ويكون هذا الأتجاه بدايةً من مركز الجسم وصولاً حتى الموقع قيد الاعتبار، G: تعتبر قيمة ثابتة للجذب العام G، والذي يمكن أن يكون في صورة (6,67×10 ^(-11).
على ماذا تعتمد قيمة التعجيل الأرضي
تعتمد قيمة التعجيل للأرض على الارتفاع من سطح الارض لأن قيمة التعجيل تقل عندما يرتفع عن سطح الارض، وموقع بالنسبة لخطوط العرض، كما أن تسارع ذروة الأرض (PGA) تتعادل مع أقصى تسارع أرضي يتم خلال مثلاً اهتزاز الزلزال، PGA مساوية للسعة الأكبر للتسارع مطلق الذي يسجل على مخطط تسارع في موقع خلال زلزال محدد، يتم اهتزاز الزلازل بصورة عامة في كل الاتجاهات الثلاثة. لذلك ولكن المكونات تظهر في الصورة أفقية ورأسية.
PGA الأفقية هي الكبيرة في العموم من هذه الموجودة في الخط الرأسي ولكن هذا ليس سليماً دائمًا، بالأخص قريباً من الزلازل الكبيرة، PGA تعرف كونها هي مقياس الشدة، في الأغلب ما يتم تعريف الحركة الأرضية للزلازل بحسب أساس التصميم (DBEGM) من حيث PGA.
أما مقياس ريختر وقياس العزم هو عكس هذا، فهو لا يقيس إجمالي الطاقة لزلزال، بل هو ما يقيس قوة وشدة اهتزاز الأرض في نقطة جغرافية محددة، يستعمل مقياس شدة Mercalli للقيام بقياس قوة الزلزال وفي حالة قياس PGA بالأدوات يمكن أستعمال أجهزة قياس التسارع، والتي قد ترتبط بكثافة macroseismic على مقياس Mercalli ولكن هذه الارتباطات متصلة بعدم المصداقية.
التسارع الأفقي الذروة (PHA) يعتبر النوع الأكثر أستعمالاً لتسارع الأرض بالتطبيقات الهندسية، في الأغلب ما يتم أستعماله بهندسة الزلازل ويتم رسمه بصورة شائعة فوق خرائط المخاطر الزلزالية، داخل الزلزال، متصل بالأضرار التي تلحق بالأبنية والبنية التحتية متصلة بشكل وثيق مع الحركة الأرضية، كم أن PGA هي مقياسًا لها كبديل من حجم الزلزال نفسه.
التسارع الأرضي والزلازل
إزاحة الأرض تعتبر المسافة التي يحدث بها حركة فوق سطح خلال الزلزال، يمكن أن يؤدي هذا في تغييرات بالأرض كونها في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي والحركة وتأثرها على للأشياء أو مناطق أخرى من الأرض القريبة، تسارع الأرض يعد مقياس لتحديد سرعة إزاحة الأرض، السرعة والاتجاه الذي كانت عليه حركة الأرض للتحرك من موقعها الأصلي إلى مكان جديد، كما يتم أيضًا إزاحة الأرض التي في حركة بسرعة أعلى بسرعة كبيرة أكثر، تسارع الأرض يعتبر مقياس لمعرفة سرعة تغير الأرض للسرعة خلال الهزة الأرضية، التسارع الأرضي يعبتر المحور المسئول عن تأثير اهتزاز الزلزال التقليدي حيث تغير الأرض في اتجاهها بسرعة في تحريك عنيف للخلف وللأمام وللأعلى وللأسفل.
أولاً العوامل المتسارعة
يقوم اهتزاز الزلزال في حركة كل المحاور الأساسية الثلاثة للمبنى لأعلى ولأسفل، ولليسار ولليمين، وللأمام وللخلف، وقد يكون للحركة الجانبية في الأتجاه الأفقي اليسار واليمين ، للأمام والخلف أن تسبب ضغطًا زائد على العناصر الهيكلية التي تسعى عادةً لتحمل الأحمال الرأسية فقط كالجدران والأعمدة والعوارض.
يوجد عدة عوامل مؤثرة على أسباب الضرر التي قد يتعرض لها البناء بحدوث إهتزاز الأرض.
في الأبنية تُصمم هذه العناصر عادةً لتقوم بحمل درجة ملائمة من الحركة الجانبية مثل هذه التي تنتج من الرياح أو التحميل الزلزالي.
عند التعرض إلى ذلك، قد لا تتمكن الهياكل غير المدعمة بالصمود وتبدأ في التشوه أو التشقق أو الأنهيار، قد تبقى العناصر التي لا تتعرض لحدث كارثي لضعف، مما يحد من قدرتها على تحكل أحمال تصميمها في الأصل.
ثانياً درجة الحركة والضغط أثناء الزلزال
سنة البناء وحالة الهيكل للبناء.
القوة الداخلية والصلابة والاستقرار في تصميم الهيكل.
تسعى خصائص التصميم إلى الحد من الآثار الضارة للزلزال.
المواد البنائية في بناء الهيكل من الخرسانة والفولاذ والخشب والمواد الأخرى.
جودة بناء المباني.
في حالة وضع أجهزة مقاومة زلزالية ليتم عزل أو ترطيب أو نقل التأثيرات الضارة للهزات.
قوة الزلزال الذي شيد المبنى في الأصل لتحمله.
سوف نوضح التعريفات التالية لمعرفة ماهو التعجيل الأرضي:
– سرعة الأرض القصوى (PGV)
لمعرفة ما هي سرعة الأرض القصوى، يجب أولاً معرفة أتن السرعة توضح ما هي سرعة جسم معين يسير باتجاه معين على سبيل المثال جسم سرعته 50 ميلاً في الساعة بإتجاه الشرق، أما في حالة الهزات الأرضية فالسرعة هي مدى سرعة الإهتزاز لنقطة على الأرض نتج عنها لزلزال، وتصبح ذروة سرعة الأرض هي أكبر سرعة للإهتزاز قد تم سجلت داخل نقطة محددة أثناء الزلزال.
– تسريع ذروة الأرض (PGA)
أولاً يجب معرفة معنى التسارع، فعندما يتم قيادة السيارة، فإن السرعة أو التسارع يحدث حين تتغير من واحدة إلى أخرى وهذا هو التسارع أي سرعة أسرع، أو التباطؤ سرعة أبطأ، فالتغير في السرعة يعد تسارع، أو يعني مقدار تغير السرعة داخل وحدة زمنية معينة، حين تهتز الأرض خلال وقوع زلزال، فإن هذا يعتبر أيضًا تسارعًا، ذروة التسارع تعد أكبر أرتفاع في السرعة يتم تسجلها من خلال محطة محددة خلال الزلزال،وعادةً ما يتم وصف PGA على أنها جزء من تسارع الجاذبية والذي يقاس بي g ، 32.2 قدم / ثانية 2.
طرق ايجاد التعجيل الأرضي
طريقة كريينج
تقوم طريقة Kriging بقياساً تقديرًا خطيًا للحد الأدنى من الظهور الخطأ في المكان وتصبح به القيمة غير محددة، وتتيح المنهجية بصورة رئيسية وسائل الاستيفاء الأفضل الذي يقوم على الانحدار مقابل البيانات التي تصدر، الموزونة بما يتماشى مع قيم التغاير المكاني، فكل خوارزميات الاستيفاء من مربع المسافة العكسية، المخطط، وظائف الأساس الشعاعي، التثليث وما إلى هذا، تكون القيمة في مكان محدد هو مجموع مرجح لقيم البيانات بالمواقع المحيط، تتماشى كل الأوزان المختصة بالتقريب مع الوظائف التي تمنح وزنًا متناقصًا بالزيادة لمسافة الفصل، تضع طريقة Kriging أوزانًا بحسب وظيفة ترجيح تقوم على البيانات بطريقة معتدلة، بدل من الوظائف العشوائية.
ايجاد التعجيل الارضي باستخدام البندول البسيط
في الشكل أدناه، يتضح أن بندولًا بسيطًا له بوب له قطر صغير وبه خيط أخره كتلة صغيرة جدًا ولكنه شديد بما يكفي حتى لا يتمدد بصورة ملحوظة، الإزاحة الخطية من التوازن تعتبر طول القوس، تتضح أيضًا القوى التي تؤثر في البوب، والتي يظهر عنها صافي قوة وبمقدار −mg sinθ نحو موضع التوازن أي شدة الاستعادة، البندول مشهور لهذا الاستخدام، فالبعض له أستعمالات محددة كالموجود في الساعات والبعضها للمرح مثل أرجوحة الطفل وكذلك الغطاس الذي في نهاية خيط الصيد، فيما يخص عمليات الإزاحة الصغيرة يعد البندول مذبذبًا توافقيًا وبسيط، يشتهر البندول البسيط بأنه يشتمل على جسم به كتلة صغيرة، يُعرف باسم بندل البندول، وهو الذي يعلق من سلك أو سلسلة ضوئية، كما هو موضح في الشكل أدناه، معرفة المؤثرات على البندول البسيط تظهر من خلال ظل حركة توافقية بسيطة، كما يمكن اشتقاق تعبير مثير للدهشة عن المألوف.
في بعض الأوقات يتم قياس التعجيل الأرضي أو تسارع الجاذبية الأرضية من خلال أستعمال البنادول، وللبندول نوعان وهما كالتالي:
البنادول البسيط.
البنادول المركب.وهو الذي يمنح قدر تسارع الجاذبية أو مقدار التعجيل الأرضي من خلال الطريقة هذه:. g =( mG/ r^2) r
حيث أن: تعتبر M قيمة الكتله للأرض، r:هو منتصف قطر كتلة الجسم ويصبح بدايةً من المركز وضولاَ لموقع قيد الاعتبار، r: هي أتجاه الوحدة ويكون هذا الأتجاه بدايةً من مركز الجسم وصولاً حتى الموقع قيد الاعتبار، G: تعتبر قيمة ثابتة للجذب العام G، والذي يمكن أن يكون في صورة (6,67×10 ^(-11).
على ماذا تعتمد قيمة التعجيل الأرضي
تعتمد قيمة التعجيل للأرض على الارتفاع من سطح الارض لأن قيمة التعجيل تقل عندما يرتفع عن سطح الارض، وموقع بالنسبة لخطوط العرض، كما أن تسارع ذروة الأرض (PGA) تتعادل مع أقصى تسارع أرضي يتم خلال مثلاً اهتزاز الزلزال، PGA مساوية للسعة الأكبر للتسارع مطلق الذي يسجل على مخطط تسارع في موقع خلال زلزال محدد، يتم اهتزاز الزلازل بصورة عامة في كل الاتجاهات الثلاثة. لذلك ولكن المكونات تظهر في الصورة أفقية ورأسية.
PGA الأفقية هي الكبيرة في العموم من هذه الموجودة في الخط الرأسي ولكن هذا ليس سليماً دائمًا، بالأخص قريباً من الزلازل الكبيرة، PGA تعرف كونها هي مقياس الشدة، في الأغلب ما يتم تعريف الحركة الأرضية للزلازل بحسب أساس التصميم (DBEGM) من حيث PGA.
أما مقياس ريختر وقياس العزم هو عكس هذا، فهو لا يقيس إجمالي الطاقة لزلزال، بل هو ما يقيس قوة وشدة اهتزاز الأرض في نقطة جغرافية محددة، يستعمل مقياس شدة Mercalli للقيام بقياس قوة الزلزال وفي حالة قياس PGA بالأدوات يمكن أستعمال أجهزة قياس التسارع، والتي قد ترتبط بكثافة macroseismic على مقياس Mercalli ولكن هذه الارتباطات متصلة بعدم المصداقية.
التسارع الأفقي الذروة (PHA) يعتبر النوع الأكثر أستعمالاً لتسارع الأرض بالتطبيقات الهندسية، في الأغلب ما يتم أستعماله بهندسة الزلازل ويتم رسمه بصورة شائعة فوق خرائط المخاطر الزلزالية، داخل الزلزال، متصل بالأضرار التي تلحق بالأبنية والبنية التحتية متصلة بشكل وثيق مع الحركة الأرضية، كم أن PGA هي مقياسًا لها كبديل من حجم الزلزال نفسه.
التسارع الأرضي والزلازل
إزاحة الأرض تعتبر المسافة التي يحدث بها حركة فوق سطح خلال الزلزال، يمكن أن يؤدي هذا في تغييرات بالأرض كونها في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي والحركة وتأثرها على للأشياء أو مناطق أخرى من الأرض القريبة، تسارع الأرض يعد مقياس لتحديد سرعة إزاحة الأرض، السرعة والاتجاه الذي كانت عليه حركة الأرض للتحرك من موقعها الأصلي إلى مكان جديد، كما يتم أيضًا إزاحة الأرض التي في حركة بسرعة أعلى بسرعة كبيرة أكثر، تسارع الأرض يعتبر مقياس لمعرفة سرعة تغير الأرض للسرعة خلال الهزة الأرضية، التسارع الأرضي يعبتر المحور المسئول عن تأثير اهتزاز الزلزال التقليدي حيث تغير الأرض في اتجاهها بسرعة في تحريك عنيف للخلف وللأمام وللأعلى وللأسفل.
أولاً العوامل المتسارعة
يقوم اهتزاز الزلزال في حركة كل المحاور الأساسية الثلاثة للمبنى لأعلى ولأسفل، ولليسار ولليمين، وللأمام وللخلف، وقد يكون للحركة الجانبية في الأتجاه الأفقي اليسار واليمين ، للأمام والخلف أن تسبب ضغطًا زائد على العناصر الهيكلية التي تسعى عادةً لتحمل الأحمال الرأسية فقط كالجدران والأعمدة والعوارض.
يوجد عدة عوامل مؤثرة على أسباب الضرر التي قد يتعرض لها البناء بحدوث إهتزاز الأرض.
في الأبنية تُصمم هذه العناصر عادةً لتقوم بحمل درجة ملائمة من الحركة الجانبية مثل هذه التي تنتج من الرياح أو التحميل الزلزالي.
عند التعرض إلى ذلك، قد لا تتمكن الهياكل غير المدعمة بالصمود وتبدأ في التشوه أو التشقق أو الأنهيار، قد تبقى العناصر التي لا تتعرض لحدث كارثي لضعف، مما يحد من قدرتها على تحكل أحمال تصميمها في الأصل.
ثانياً درجة الحركة والضغط أثناء الزلزال
سنة البناء وحالة الهيكل للبناء.
القوة الداخلية والصلابة والاستقرار في تصميم الهيكل.
تسعى خصائص التصميم إلى الحد من الآثار الضارة للزلزال.
المواد البنائية في بناء الهيكل من الخرسانة والفولاذ والخشب والمواد الأخرى.
جودة بناء المباني.
في حالة وضع أجهزة مقاومة زلزالية ليتم عزل أو ترطيب أو نقل التأثيرات الضارة للهزات.
قوة الزلزال الذي شيد المبنى في الأصل لتحمله.
