عزل القاعدة الزلزالي

يُعدّ عزل القاعدة الزلزالي ، المعروف أيضًا باسم عزل القاعدة [ ^{3 ] أو} نظام عزل القاعدة ^{[ 4 ]،} أحد أكثر الوسائل شيوعًا لحماية المنشآت من قوى الزلازل ^{[ 5 ]} . وهو عبارة عن مجموعة من العناصر الإنشائية التي تعمل على فصل البنية الفوقية عن بنيتها التحتية التي تستند بدورها على الأرض المهتزة، وبالتالي حماية سلامة المباني والمنشآت الأخرى ^{[ 6 ]} .

يُعدّ عزل القاعدة أحد أقوى أدوات هندسة الزلازل، وهو جزء من تقنيات التحكم السلبي في اهتزازات الهياكل . ويمكن تحقيق هذا العزل باستخدام تقنيات متنوعة، مثل المحامل المطاطية، ومحامل الاحتكاك، والمحامل الكروية، وأنظمة النوابض، وغيرها. ويهدف إلى تمكين المباني والمنشآت من الصمود أمام تأثير زلزالي مدمر محتمل ، وذلك من خلال تصميم أولي سليم أو تعديلات لاحقة. وفي بعض الحالات، يُمكن لتطبيق عزل القاعدة أن يُحسّن بشكل كبير من أداء المنشأة الزلزالي واستدامتها في مواجهة الزلازل . وخلافًا للاعتقاد الشائع، فإن عزل القاعدة لا يجعل المبنى مقاومًا للزلازل بشكل كامل.

يتكون نظام العزل الأساسي من وحدات عزل مزودة أو غير مزودة بمكونات عزل ، حيث:

1. وحدات العزل هي العناصر الأساسية لنظام العزل الأساسي والتي تهدف إلى توفير تأثير الفصل المذكور أعلاه لمبنى أو هيكل غير مبنى.
2. مكونات العزل هي الوصلات بين وحدات العزل وأجزائها التي لا يكون لها تأثير فصل خاص بها.

قد تتكون أجهزة عزل القاعدة من أجهزة مرنة أو منزلقة. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

يمكن استخدام هذه التقنية في كلٍ من التصميم الإنشائي الجديد ^{[ 10 ]} والترميم الزلزالي . في عملية الترميم الزلزالي ، تم تركيب أنظمة عزل قاعدية في بعض أبرز المعالم الأمريكية، مثل مبنى بلدية باسادينا ، ومبنى بلدية سان فرانسيسكو ، ومبنى مدينة ومقاطعة سولت ليك ، ومبنى بلدية لوس أنجلوس. وقد تطلب ذلك إنشاء حواجز صلبة وخنادق حول المباني ، بالإضافة إلى اتخاذ تدابير وقائية ضد الانقلاب وتأثير الموجة P-Delta .

يُستخدم عزل القاعدة أيضًا على نطاق أصغر، يصل أحيانًا إلى غرفة واحدة في المبنى. وتُستخدم أنظمة الأرضيات المرتفعة المعزولة لحماية المعدات الأساسية من الزلازل. وقد تم دمج هذه التقنية لحماية التماثيل وغيرها من الأعمال الفنية، كما هو الحال مع تمثال " بوابات الجحيم" لرودان في المتحف الوطني للفن الغربي في حديقة أوينو بطوكيو . ^{[ 11 ]}

تتكون وحدات عزل القاعدة من محامل الحركة الخطية ، التي تسمح للمبنى بالحركة، ومخمدات الزيت التي تمتص القوى الناتجة عن حركة المبنى، ومحامل مطاطية مصفحة تسمح للمبنى بالعودة إلى وضعه الأصلي عند انتهاء الزلزال. ^{[ 12 ]}

طُوِّرت محامل العزل القاعدي في نيوزيلندا على يد الدكتور بيل روبنسون خلال سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 13 ]} يتكون المحمل من طبقات من المطاط والفولاذ مع قلب من الرصاص، وقد اخترعه الدكتور روبنسون عام 1974. لاحقًا، في عام 2018، قام كمالاكانان غانيسان بتسويق هذه التقنية تجاريًا، وأصبحت متاحة للاستخدام دون براءة اختراع، مما أتاح الوصول إليها وتطبيقها على نطاق أوسع. ^{[ 14 ]} يعود تاريخ أقدم استخدامات أنظمة العزل القاعدي إلى عام 550 قبل الميلاد في بناء مقبرة كورش الكبير في باسارجاد ، إيران. ^{[ 15 ]} يقع أكثر من 90% من أراضي إيران، بما في ذلك هذا الموقع التاريخي، في حزام جبال الألب والهيمالايا، وهو أحد أكثر المناطق نشاطًا زلزاليًا على سطح الأرض. اكتشف المؤرخون أن هذا البناء، المكون في الغالب من الحجر الجيري، صُمِّم ليكون له أساسان. صُممت الطبقة الأساسية الأولى والسفلية، المكونة من أحجار مُلصقة بملاط من الجص الجيري والرمل، والمعروف بملاط ساروج ، بحيث تتحرك في حالة وقوع زلزال. أما الطبقة الأساسية العلوية، التي شكلت صفيحة كبيرة غير متصلة بقاعدة البناء، فكانت مكونة من أحجار مصقولة. والسبب في عدم تثبيت هذه الطبقة الأساسية الثانية هو أنها في حالة وقوع زلزال، ستكون قادرة على الانزلاق بحرية فوق الطبقة الأساسية الأولى. وكما اكتشف المؤرخون بعد آلاف السنين، فقد عمل هذا النظام تمامًا كما توقع مصمموه، ونتيجة لذلك، لا يزال قبر كورش الكبير قائمًا حتى اليوم. ويمكن تقسيم تطور فكرة عزل الأساس إلى حقبتين. ففي العصور القديمة، كان العزل يتم من خلال بناء طبقات متعددة من الأحجار المقطوعة (أو بوضع الرمل أو الحصى تحت الأساس)، بينما في التاريخ الحديث، إلى جانب طبقات الحصى أو الرمل كطبقة عازلة، تُستخدم جذوع خشبية بين الأرض والأساس. ^{[ 16 ]}

من خلال شبكة جورج إي. براون الابن لمحاكاة هندسة الزلازل ( NEES )، يدرس الباحثون أداء أنظمة العزل القاعدي. ^{[ 17 ]} يُجري هذا المشروع، وهو تعاون بين باحثين من جامعة نيفادا، رينو ؛ وجامعة كاليفورنيا، بيركلي ؛ وجامعة ويسكونسن، غرين باي ؛ وجامعة بافالو ، تقييمًا استراتيجيًا للعوائق الاقتصادية والتقنية والإجرائية التي تحول دون اعتماد العزل الزلزالي على نطاق واسع في الولايات المتحدة. وقد استُخدمت موارد NEES في المحاكاة التجريبية والرقمية، واستخراج البيانات، والتواصل والتعاون لفهم العلاقة المعقدة بين العوامل التي تتحكم في الأداء العام لنظام هيكلي معزول. يتضمن هذا المشروع اختبارات طاولة اهتزاز زلزالي واختبارات هجينة في مرافق NEES التجريبية في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وجامعة بافالو، بهدف فهم حدود الأداء القصوى لدراسة انتشار حالات فشل العزل الموضعية (مثل الاصطدام بالحواجز، وفشل المحامل، والرفع) إلى استجابة النظام ككل. ستشمل هذه الاختبارات اختبارًا ثلاثي الأبعاد واسع النطاق لمبنى فولاذي معزول مكون من خمسة طوابق على طاولة الاهتزاز E-Defense في ميكي، هيوغو، اليابان. ^{[ 18 ]} استندت أبحاث العزل الزلزالي في منتصف وأواخر سبعينيات القرن الماضي إلى حد كبير على ملاحظة أن معظم تسجيلات الحركة القوية المسجلة حتى ذلك الوقت كانت ذات قيم تسارع طيفي منخفضة جدًا (ثانيتان) في نطاق الدورات الطويلة. أثارت التسجيلات التي تم الحصول عليها من مواقع قاع البحيرة في زلزال مكسيكو سيتي عام 1985 مخاوف بشأن إمكانية حدوث رنين، ولكن تم اعتبار هذه الأمثلة استثنائية ويمكن التنبؤ بها. أحد الأمثلة المبكرة لاستراتيجية تصميم الزلازل هو ما قدمه الدكتور جيه إيه كالانتارينز في عام 1909. اقترح أن يتم بناء المبنى على طبقة من الرمل الناعم أو الميكا أو التلك تسمح للمبنى بالانزلاق في حالة وقوع زلزال، مما يقلل من القوى المنتقلة إليه. مراجعة أدبية مفصلة لأنظمة التحكم شبه النشطة لمايكل دي سيمانس وآخرون. يقدم مرجع (1999) مراجع لكل من البحوث النظرية والتجريبية، ولكنه يركز على وصف نتائج العمل التجريبي. وعلى وجه التحديد، يركز هذا المرجع على وصف السلوك الديناميكي والخصائص المميزة لأنظمة مختلفة تم اختبارها تجريبياً على مستوى المكونات وضمن نماذج هيكلية صغيرة الحجم.

يتضمن نظام عزل القاعدة التكيفي عازلاً قابلاً للضبط يمكنه تعديل خصائصه بناءً على المدخلات لتقليل الاهتزاز المنتقل. وقد اقتُرحت مخمدات السوائل المغناطيسية الانسيابية ^{[ 19 ]} والعوازل المصنوعة من المطاط المغناطيسي الانسيابي ^{[ 20 ] كعوازل قاعدة تكيفية.}

• قبر كورش
• مبنى بلدية لوس أنجلوس
• مبنى بلدية أوكلاند
• مبنى بلدية باسادينا
• مبنى بلدية سان فرانسيسكو
• قصر كاليفورنيا لفيلق الشرف في سان فرانسيسكو
• متحف إم إتش دي يونغ التذكاري في سان فرانسيسكو
• متحف الفن الآسيوي في سان فرانسيسكو
• مبنى جيمس ر. براونينغ لمحكمة الاستئناف الأمريكية في سان فرانسيسكو
• مبنى الركاب الدولي في مطار سان فرانسيسكو الدولي ، وهو أحد أكبر الهياكل المعزولة عن القاعدة في العالم ^{[ 21 ] [ 22 ]}
• مبنى مدينة ومقاطعة سولت ليك
• مستشفى باشاك شهير تشام ومدينة ساكورا في اسطنبول
• مبنى الركاب الرئيسي في مطار صبيحة كوكجن الدولي ، وهو حاليًا أكبر مبنى معزول زلزاليًا في العالم
• مباني البرلمان النيوزيلندي في ويلينغتون
• متحف نيوزيلندا تي بابا تونجاريوا في ويلينغتون
• معبد سولت ليك التابع لكنيسة يسوع المسيح لقديسي الأيام الأخيرة في مدينة سولت ليك (يخضع لعملية ترميم زلزالي 2019-2026) ^{[ 23 ]}
• معبد BAPS Shri Swaminarayan Mandir Chino Hills ، ^{[ 24 ] [ 25 ]} أول معبد هندوسي مقاوم للزلازل في العالم ^{[ 26 ]}
• أبل بارك ^{[ 27 ]}

• هياكل مقاومة للزلازل
• العزل الزلزالي الجيوتقني
• الهندسة الجيوتقنية
• التحديث الزلزالي
• ممتص الصدمات
• حامل ماص للصدمات
• عزل الاهتزازات