آشنایی با پديده روانگرايی و نحوه جلوگیری از آن

در این پست تصمیم داریم در مورد پديده روانگرايی در خاک و نحوه جلوگیری از آن مطالبی را در اختیار شما بازدیدکنندگان قرار دهیم.

مقدمه

بارهاي ديناميكي از دو طريق بر ايجاد روانگرايی مي توانند، تاثير گذار باشد :

1 . تاثير بارهاي ديناميكي بر روي سازه

2 .  تاثير بارهاي ديناميكي بر زير سازه

عملكرد نامناسب زير سازه و تغيير در ظرفيت باربري پي در مقابل بارهاي ديناميكي وارده باعث به وجود آمدن خسارات زيادي به سازه ها است بارهاي ارتعاشي ناشي از زمين لرزه در قسمت خاك زير سازه ممكن است باعث ايجاد روانگرايي، گسترش جانبي، رانش و لغزش شيرواني هاي طبيعي شود.

روان شدن خاك در حين وقوع زلزله منجر به از دست رفتن استحكام يا سختي خاك خواهد شد. اين عمل مي تواند منجر به نشست سازه ها، وقوع زمين لغزه ها، تسريع گسيختگي هاي مربوط به سدهاي خاكي يا بروز انواع ديگري از خطرها بشود. مشاهده شده است كه روانگرايي خاك در نهشته هايي از نوع ماسه شل اشباع اتفاق مي افتد.

پديده روانگرايي

در هنگام وقوع بارهاي ديناميكي ناشي از زلزله، خاك هاي ماسه اي شل و اشباع موجود در منطقه تمايل به متراكم شدن و در نتيجه كاهش حجم دارند اگر اين خاك ها نتواند به سرعت زهكشي شوند در اثر تقليل ضريب نفوذ پذيري و افزايش تدريجي فشار آب منفذي، مقدار تنش موثر كاهش زيادي مي يابد.

تحت اين شرايط چون مقاومت برشي يك خاك غير چسبنده با توجه به رابطه مستقیما با تنش موثر آن است. در اين حالت مدول ارتجاعي و مقاومت برشي خاك شديدا كاهش يافته و ممكن است به از بين رفتن كامل مقاومت برشي خاك نيز بيانجامد و در نتيجه خاك بمانند يك مايع غليظ رفتاركرده و به حالت روان در مي آيد اين پديده مرسوم به روانگرايي يا روانگونگي مي باشد.

علت های روان شدگي خاك ها

روان شدن خاك ها در حين وقوع زلزله منجر به از دست رفتن استحكام يا سختي خاك خواهد شد . اين عمل مي تواند منجر به نشست سازه ها، وقوع زمين لغزه ها، تسريع گسيختگي هاي مربوط به سد هاي خاكي، يا بروز انواع ديگري از خطرها شود. مشاهده شده است كه روانگرايي خاك در نهشته هايي از نوع ماسه شل اشباع اتفاق مي افتد.

در طي يك تكان قوي زلزله، نهشت ماسه شل اشباع شده تمايل به فشرده شدن خواهد داشت و لذا حجم آن كاهش مي يابد. اگر اين نهشته نتواند سريعا آب خود را تخليه كند آنگاه فشار آب منفذي افزايش خواهد يافت. تنش موثر در نهشته ماسه با تفاضل بين فشار سربار و فشار آب منفذي برابر است. با افزايش نوسان، فشار آب منفذي مي تواند تا مقدار فشار سربار افزايش يابد.

چون استحكام برشي هر خاك غير چسبنده مستقيما با تنش موثر متناسب است، ماسه استحكام (باربري) برشي نخواهد داشت كه در اين حال ماسه روان مي شود. جوشش ماسه كه در حين وقوع زلزله در سطح زمين مشاهده مي شود دليل بر وقوع روانگرايي است. در شکل 1 یک نمونه پدیده روانگرايي نشان داده شده است.

پیشنهاد مطالعه : نحوه وقوع روانگرايي در خاک و راه های مقابله با آن

شکل 1 .  بررسی پدیده روانگرايي

گسيختگي هاي زمين ناشي از روانگرايي و آثار آن بر سازه ها

اگر خاكي روان شود و استحكام برشي خود را از دست بدهد، آنگاه ممكن است گسيختگي زمين رخ دهد اگر سازه هايي بر روي و يا در نزديكي اين نهشته هاي خاكي بنا شده باشند، ممكن است آسيب ببينند.

گسيختگي هاي زمين ناشي از روانگرايي  به 3 دسته تقسيم مي شوند :

1 . گسترش جانبي

2 . گسيختگي هاي جرياني

3 . از بين رفتن ظرفيت باربري

گسترش جانبي حركت لايه هاي خاكي سطحي در جهت موازات سطح زمين است و وقتي اتفاق مي افتد كه به سبب پديده روانگرايی ، استحكام برشي لايه زيرين سطح از بين برود. معمولا گسترش جانبي بر روي شيب هاي بسيار آرام با اندازه كمتر از 5 % رخ مي دهد.

اگر در زير يك سازه گسترش تفاضلي وجود داشته باشد، آنگاه تنش هاي كششي كافي براي تخريب كامل سازه، در آن به وجود خواهد آمد. مشاهده شده است كه ساختمان هاي انعطاف پذير بهتر از ساختمان هاي شكننده در برابر جابه جايي گسترش يابنده مقاومت مي كنند.

گسترش جانبي مي تواند بر تجهيزات طويل مدفون در خاك (خطوط جريان حياتي) تاثير فاجعه آميزي داشته باشد. اين اعتقاد وجود دارد كه در طي زلزله بزرگ 1906 سان فرانسيسكو هرگونه شكستي در شبكه آبرساني بر اثر گسترش جانبي ايجاد شده است. در نتيجه اين مسئله تلاش براي خاموش كردن آتش سوزي نافرجام ماند. سرانجام اكثر قسمت هاي سان فرانسيسكو نابود شدند.

گسيختگي هاي جرياني زماني اتفاق مي افتند كه نواحي بزرگ از خاك روان شوند يا بلوك هاي خاك هاي روان نشده بر روي لايه اي از خاك هاي روان شده جريان يابند. لغزش هاي جرياني در جاهايي رخ مي دهد كه شيب ها معمولا كمتر از 5% است. اين پديده ها آثار فجيعي در طي زلزله 1964 آلاسكا برجا گذاشتند.

روانگرايی مي تواند به از دست رفتن ظرفيت باربري نيز منجر شود كه اين امر معمولا با تغيير شكل هاي بزرگ خاك همراه است. ممكن است سازه هايي كه بر روي اين خاك ها قرار دارند، نشست كنند، كج شوند و يا حتي واژگون شوند. حتي سازه هاي مدفون در خاك به بيرون از زمين پرتاب شده اند. در بدترين حالات، كه ضخامت لايه هاي خاك روان شده زياد است، گسيختگي هايي به صورت كج شدگي يا واژگوني، از قبيل گسيختگي هايي كه در طي زلزله 1964 در نيگاتاي ژاپن مشاهده شد مي تواند ايجاد شود. در حالتي كه لايه خاك روان شده كم ضخامت باشد، يا در حالتي كه لايه خاك روان نشدة نسبتا ضخيمي بر روي يك نهشته از خاك روان شده قرار داشته باشد، كج شدگي شديد يا واژگوني سازه ها رخ نمي دهد اما نشست قائم تفاضلي مي تواند ايجاد شود. در شکل 2 یک نمونه  پدیده روانگرايي نشان داده شده است.

شکل 2 .  بررسی پدیده روانگرايي

ممكن است سازه هاي مدفون در خاك، از قبيل مخازن زير زميني، به سبب افزايش فشار آب منفذي مربوط به روانگرايی ، دستخوش شناوري شديدي شوند. سازه هاي حائل، از قبيل ديوارهاي حائل يا سازه هاي بندر، زماني كه در خاك هاي اطراف آن ها روان شدگي رخ مي دهد در معرض فشارهاي جانبي افزايش يافته واقع مي شوند. تشكيل چاهك ( در زماني كه جوشش ماسه رخ مي دهد) باعث نشست تفاضلي يا كج شدگي سازه هايي مي شود كه بر روي پي هاي كم عمق قرار گرفته اند.

البته ميزان تاثير مستقيم يا نامستقيم گسيختگي هاي ناشي از روانگرايي بر سازه ها به وسعت روانگرايي بستگي دارد. اگر روانگرايي در لايه ماسه ضخيم و وسيع افقي بوجود آيد، انتظار مي رود كه آثار آن بر روي سازه ها بسيار زياد باشد. اما اگر روانگرايي منحصر به لايه هاي كم ضخامت و غير پيوسته اي از خاك ( عدسي ها ) شود، آنگاه سازه ها دستخوش آسيب جزئي مي شوند و يا اصلا آسيب چشمگيري نمي بينند.

برخورد با مسئله روانگرايی

اگر روانگرايی به عنوان يك خطر شناسايي شود، راه هايي وجود دارد كه مي بايست آنها را به كار بست. براي اجراي جديد راه هاي موجود عبارتند از :

1 . طراحي براي مقابله با روانگرايي از طريق اصلاح وضعيت خاك منطقه يا تقويت سازه

2 . رها كردن يا انتقال (مكان) پروژه

3 . قبول خطر با پيش بردن پروژه بدون طراحي براي مقابله با روانگرايي

كم كردن خطر روانگرايي از طريق اصلاح خاك

روش هاي اصلاح منطقه متضمن برداشتن خاك هايي است كه به صورت بالقوه مستعد روان شدن  هستند. آنگاه خاك بصورت يك خاكريز مهندسي دوباره متراكم مي شود تا چگالي آن افزايش يابد، بطوري استعداد بالقوة آن براي روانگرايي كاهش يابد. به طريق ديگر خاك هاي محلي با اضافات اصلاح مي شوند و سپس بصورت يك خاكريز مهندسي به طور مناسب متراكم مي شوند. راه حل ديگر به دور انداختن مصالح خاكبرداري شده و جايگزين كردن كامل آن با مصالح وارداتي است كه بطور مناسب متراكم شده اند و روان نمي شوند.

كم كردن خطر روانگرايي  از طريق طراحي سازه اي

در طراحي هر سازه براي مقاومت در مقابل روان شدن (خاك) مي بايست تغيير شكل هاي خاك را كه در حين روان شدن آن رخ مي دهند در نظر گرفت. اين مطالب در طراحي پي ساختمان تاثير چشمگيري دارد .

طراحي براي مقاومت دربرابر روان شدن با استفاده از شمع ها يا صندوقه هايي صورت مي پذيرد كه در زير لايه هاي خاكي كه به طور بالقوه امكان روان شدن دارند، قرار مي گيرند و به خاك يا سنگي كه تكيه گاه محسوب مي شوند، متكي هستند. در چنين طرح هايي بايد نيروهاي احتمالي فروكش را كه از نشست خاك هاي فوقاني ناشي مي شوند در نظر گرفت. همچنين به سبب از بين رفتن بخش عمده توانايي در انتقال نيروهاي افقي به خاك هاي روان شده، ممكن است به طرح خاصي براي نيروهاي جانبي يا برش پايه نياز باشد؛ اين طرح ممكن است شامل استفاده از شمع هاي مايل يا طراحي صندوقه هايي بصورت ستون هاي بدون تكيه گاه كه در طول نواحي روان شده قرار مي گيرند، باشد. اجزاي سيستم پي بايد كاملا خوب به همديگر متصل شوند تا در مقابل گسترش جانبي احتمالي خاك ها مقاومت كنند. دال هاي كف كه بر بستر زمين واقع اند مي توانند دستخوش نشست يا جابه‌ جايي تفاضلي شوند و مي بايست از لحاظ سازه اي مهار شوند تا آثار ناشي از روان شدن ( خاك ) به مينيمم رسانده شود.

منبع :

جزوه  بررسي پديده روانگرايي و روش هاي مقابله با آن