5087
شناسه خبر: 5087
بازدید: 3

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

مقدمه

بارهای دینامیکی از دو طریق بر ایجاد روانگرایی می توانند، تاثیر گذار باشد :

1 . تاثیر بارهای دینامیکی بر روی سازه

2 .  تاثیر بارهای دینامیکی بر زیر سازه

عملکرد نامناسب زیر سازه و تغییر در ظرفیت باربری پی در مقابل بارهای دینامیکی وارده باعث به وجود آمدن خسارات زیادی به سازه ها است بارهای ارتعاشی ناشی از زمین لرزه در قسمت خاک زیر سازه ممکن است باعث ایجاد روانگرایی، گسترش جانبی، رانش و لغزش شیروانی های طبیعی شود.

روان شدن خاک در حین وقوع زلزله منجر به از دست رفتن استحکام یا سختی خاک خواهد شد. این عمل می تواند منجر به نشست سازه ها، وقوع زمین لغزه ها، تسریع گسیختگی های مربوط به سدهای خاکی یا بروز انواع دیگری از خطرها بشود. مشاهده شده است که روانگرایی خاک در نهشته هایی از نوع ماسه شل اشباع اتفاق می افتد.

پدیده روانگرایی

در هنگام وقوع بارهای دینامیکی ناشی از زلزله، خاک های ماسه ای شل و اشباع موجود در منطقه تمایل به متراکم شدن و در نتیجه کاهش حجم دارند اگر این خاک ها نتواند به سرعت زهکشی شوند در اثر تقلیل ضریب نفوذ پذیری و افزایش تدریجی فشار آب منفذی، مقدار تنش موثر کاهش زیادی می یابد.

تحت این شرایط چون مقاومت برشی یک خاک غیر چسبنده با توجه به رابطه مستقیما با تنش موثر آن است. در این حالت مدول ارتجاعی و مقاومت برشی خاک شدیدا کاهش یافته و ممکن است به از بین رفتن کامل مقاومت برشی خاک نیز بیانجامد و در نتیجه خاک بمانند یک مایع غلیظ رفتارکرده و به حالت روان در می آید این پدیده مرسوم به روانگرایی یا روانگونگی می باشد.

علت های روان شدگی خاک ها

روان شدن خاک ها در حین وقوع زلزله منجر به از دست رفتن استحکام یا سختی خاک خواهد شد . این عمل می تواند منجر به نشست سازه ها، وقوع زمین لغزه ها، تسریع گسیختگی های مربوط به سد های خاکی، یا بروز انواع دیگری از خطرها شود. مشاهده شده است که روانگرایی خاک در نهشته هایی از نوع ماسه شل اشباع اتفاق می افتد.

در طی یک تکان قوی زلزله، نهشت ماسه شل اشباع شده تمایل به فشرده شدن خواهد داشت و لذا حجم آن کاهش می یابد. اگر این نهشته نتواند سریعا آب خود را تخلیه کند آنگاه فشار آب منفذی افزایش خواهد یافت. تنش موثر در نهشته ماسه با تفاضل بین فشار سربار و فشار آب منفذی برابر است. با افزایش نوسان، فشار آب منفذی می تواند تا مقدار فشار سربار افزایش یابد.

چون استحکام برشی هر خاک غیر چسبنده مستقیما با تنش موثر متناسب است، ماسه استحکام (باربری) برشی نخواهد داشت که در این حال ماسه روان می شود. جوشش ماسه که در حین وقوع زلزله در سطح زمین مشاهده می شود دلیل بر وقوع روانگرایی است. در شکل 1 یک نمونه پدیده روانگرایی نشان داده شده است.

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

پدیده روانگرایی خاک

شکل 1 .  بررسی پدیده روانگرایی

گسیختگی های زمین ناشی از روانگرایی و آثار آن بر سازه ها

اگر خاکی روان شود و استحکام برشی خود را از دست بدهد، آنگاه ممکن است گسیختگی زمین رخ دهد اگر سازه هایی بر روی و یا در نزدیکی این نهشته های خاکی بنا شده باشند، ممکن است آسیب ببینند.

گسیختگی های زمین ناشی از روانگرایی  به 3 دسته تقسیم می شوند :

1 . گسترش جانبی

2 . گسیختگی های جریانی

3 . از بین رفتن ظرفیت باربری

گسترش جانبی حرکت لایه های خاکی سطحی در جهت موازات سطح زمین است و وقتی اتفاق می افتد که به سبب پدیده روانگرایی ، استحکام برشی لایه زیرین سطح از بین برود. معمولا گسترش جانبی بر روی شیب های بسیار آرام با اندازه کمتر از 5 % رخ می دهد.

اگر در زیر یک سازه گسترش تفاضلی وجود داشته باشد، آنگاه تنش های کششی کافی برای تخریب کامل سازه، در آن به وجود خواهد آمد. مشاهده شده است که ساختمان های انعطاف پذیر بهتر از ساختمان های شکننده در برابر جابه جایی گسترش یابنده مقاومت می کنند.

گسترش جانبی می تواند بر تجهیزات طویل مدفون در خاک (خطوط جریان حیاتی) تاثیر فاجعه آمیزی داشته باشد. این اعتقاد وجود دارد که در طی زلزله بزرگ 1906 سان فرانسیسکو هرگونه شکستی در شبکه آبرسانی بر اثر گسترش جانبی ایجاد شده است. در نتیجه این مسئله تلاش برای خاموش کردن آتش سوزی نافرجام ماند. سرانجام اکثر قسمت های سان فرانسیسکو نابود شدند.

گسیختگی های جریانی زمانی اتفاق می افتند که نواحی بزرگ از خاک روان شوند یا بلوک های خاک های روان نشده بر روی لایه ای از خاک های روان شده جریان یابند. لغزش های جریانی در جاهایی رخ می دهد که شیب ها معمولا کمتر از 5% است. این پدیده ها آثار فجیعی در طی زلزله 1964 آلاسکا برجا گذاشتند.

روانگرایی می تواند به از دست رفتن ظرفیت باربری نیز منجر شود که این امر معمولا با تغییر شکل های بزرگ خاک همراه است. ممکن است سازه هایی که بر روی این خاک ها قرار دارند، نشست کنند، کج شوند و یا حتی واژگون شوند. حتی سازه های مدفون در خاک به بیرون از زمین پرتاب شده اند. در بدترین حالات، که ضخامت لایه های خاک روان شده زیاد است، گسیختگی هایی به صورت کج شدگی یا واژگونی، از قبیل گسیختگی هایی که در طی زلزله 1964 در نیگاتای ژاپن مشاهده شد می تواند ایجاد شود. در حالتی که لایه خاک روان شده کم ضخامت باشد، یا در حالتی که لایه خاک روان نشده نسبتا ضخیمی بر روی یک نهشته از خاک روان شده قرار داشته باشد، کج شدگی شدید یا واژگونی سازه ها رخ نمی دهد اما نشست قائم تفاضلی می تواند ایجاد شود. در شکل 2 یک نمونه  پدیده روانگرایی نشان داده شده است.

پدیده روانگرایی خاک

شکل 2 .  بررسی پدیده روانگرایی

ممکن است سازه های مدفون در خاک، از قبیل مخازن زیر زمینی، به سبب افزایش فشار آب منفذی مربوط به روانگرایی ، دستخوش شناوری شدیدی شوند. سازه های حائل، از قبیل دیوارهای حائل یا سازه های بندر، زمانی که در خاک های اطراف آن ها روان شدگی رخ می دهد در معرض فشارهای جانبی افزایش یافته واقع می شوند. تشکیل چاهک ( در زمانی که جوشش ماسه رخ می دهد) باعث نشست تفاضلی یا کج شدگی سازه هایی می شود که بر روی پی های کم عمق قرار گرفته اند.

البته میزان تاثیر مستقیم یا نامستقیم گسیختگی های ناشی از روانگرایی بر سازه ها به وسعت روانگرایی بستگی دارد. اگر روانگرایی در لایه ماسه ضخیم و وسیع افقی بوجود آید، انتظار می رود که آثار آن بر روی سازه ها بسیار زیاد باشد. اما اگر روانگرایی منحصر به لایه های کم ضخامت و غیر پیوسته ای از خاک ( عدسی ها ) شود، آنگاه سازه ها دستخوش آسیب جزئی می شوند و یا اصلا آسیب چشمگیری نمی بینند.

برخورد با مسئله روانگرایی

اگر روانگرایی به عنوان یک خطر شناسایی شود، راه هایی وجود دارد که می بایست آنها را به کار بست. برای اجرای جدید راه های موجود عبارتند از :

1 . طراحی برای مقابله با روانگرایی از طریق اصلاح وضعیت خاک منطقه یا تقویت سازه

2 . رها کردن یا انتقال (مکان) پروژه

3 . قبول خطر با پیش بردن پروژه بدون طراحی برای مقابله با روانگرایی

کم کردن خطر روانگرایی از طریق اصلاح خاک

روش های اصلاح منطقه متضمن برداشتن خاک هایی است که به صورت بالقوه مستعد روان شدن  هستند. آنگاه خاک بصورت یک خاکریز مهندسی دوباره متراکم می شود تا چگالی آن افزایش یابد، بطوری استعداد بالقوه آن برای روانگرایی کاهش یابد. به طریق دیگر خاک های محلی با اضافات اصلاح می شوند و سپس بصورت یک خاکریز مهندسی به طور مناسب متراکم می شوند. راه حل دیگر به دور انداختن مصالح خاکبرداری شده و جایگزین کردن کامل آن با مصالح وارداتی است که بطور مناسب متراکم شده اند و روان نمی شوند.

کم کردن خطر روانگرایی  از طریق طراحی سازه ای

در طراحی هر سازه برای مقاومت در مقابل روان شدن (خاک) می بایست تغییر شکل های خاک را که در حین روان شدن آن رخ می دهند در نظر گرفت. این مطالب در طراحی پی ساختمان تاثیر چشمگیری دارد .

طراحی برای مقاومت دربرابر روان شدن با استفاده از شمع ها یا صندوقه هایی صورت می پذیرد که در زیر لایه های خاکی که به طور بالقوه امکان روان شدن دارند، قرار می گیرند و به خاک یا سنگی که تکیه گاه محسوب می شوند، متکی هستند. در چنین طرح هایی باید نیروهای احتمالی فروکش را که از نشست خاک های فوقانی ناشی می شوند در نظر گرفت. همچنین به سبب از بین رفتن بخش عمده توانایی در انتقال نیروهای افقی به خاک های روان شده، ممکن است به طرح خاصی برای نیروهای جانبی یا برش پایه نیاز باشد؛ این طرح ممکن است شامل استفاده از شمع های مایل یا طراحی صندوقه هایی بصورت ستون های بدون تکیه گاه که در طول نواحی روان شده قرار می گیرند، باشد. اجزای سیستم پی باید کاملا خوب به همدیگر متصل شوند تا در مقابل گسترش جانبی احتمالی خاک ها مقاومت کنند. دال های کف که بر بستر زمین واقع اند می توانند دستخوش نشست یا جابه‌ جایی تفاضلی شوند و می بایست از لحاظ سازه ای مهار شوند تا آثار ناشی از روان شدن ( خاک ) به مینیمم رسانده شود.

منبع :

جزوه  بررسی پدیده روانگرایی و روش های مقابله با آن

نویسنده

محدثه شیخ علی
فارغ التحصیل ارشد مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. علاقه مندم، موضوعات مورد علاقه ی خود را که سد و سازه های مرتبط با آن است، با شما به اشتراک بگذارم.

مشاوره از طریق واتساپ