وقتی بخشی از خاک بهجای جامد بودن موقتاً همچون مایع رفتار کند روانگرایی در آن رخ داده است و معمولاً بر اثر یک فشار مانند لرزش ناشی از زلزله اتفاق میفتد. پدیدهای که بیشتر درخاکهای شل مانند میتوان مشاهده کرد که بر اثر بارگذاری وارد بر آنها متراکمتر میشوند. در مقابل خاکهایی که از قبل تراکم داشتهاند حجم بیشتری پیدا میکنند. تعریف فنی که برای این پدیده میتوان ارائه داد به شرح زیر است:
(فشار منافذ) – (تنش عمودی) = تنش عمودی موثر
تنش مؤثر به عاملی گفته میشود که تعادل را در ذرات مختلف خاک حفظ میکند. این تنش بر اثر وزن و فشار ذرات مختلف خاک ایجاد میشود. بهعبارتی تنش مؤثر همان نیرویی است که ذرات دانهای را سفت کنار یکدیگر قرار میدهد که به دو عامل تنش کل و فشار آب منفذی بستگی دارد. در صورت عدم وجود تنش و یا ستون شنی مؤثر، خاک حالت جامد خود را از دست داده و شبیه به مایع میشود. هنگامی که تنش عمودی مؤثر کاهش پیدا کند، به این معنی است که فشار منفذی خاک بیشتر از تنش عمودی است. در چنین حالتی خاک انسجام درونی خود را از دست داده و در آن بخش دچار روانگرایی میشود.
زمینلرزه مهمترین علت برای بروز چنین پدیدهای
یکی از پدیده هایی که در زمین شناسی با آن روبه رو می شویم زمین لرزه است.غالباً چنین رفتاری در واکنش به زمینلرزه یا روانگرایی خاک رخ میدهد که خاک را دچار آسیب جدی و صدالبته به یکی از عوامل خطرساز برای سازهها بدل میکند. اصلیترین علت بروز چنین رفتاری را لرزشهای ناشی از زمینلرزه میدانند اما بهطور کلی علل غیرطبیعی مانند فعالیتهای ساختمانی (انفجار و ارتعاش فلوتاسیون) نیز تأثیر بسزایی دارند. یکی از روشهای اصلاح خاک ضعیف اختلاط عمیق خاک است که به صورت چشم گیری از زلزله جلوگیری میکند.
با این وجود به اثبات رسیده است که هیچ زمینلرزه شدیدی به خودی خود باعث بروز این رخداد نیست. چندین عامل بهصورت همزمان در بروز چنین رفتاری مؤثرند. درجه فشردگی خاک، اندازه ذرات و درجه اشباع آب که در ادامه به آن میپردازیم.
پیشبینی وقوع روانگرایی
برای پیشبینی وقوع چنین اتفاقی و جلوگیری از خسارات روان گرایی در یک منطقه لازم است به بررسی منطقه و تهیه یک گزارش ژئوتکنیکی پرداخت که شامل اطلاعات زیر باشد:
- موقعیت مکان
- ترکیب گرانولومتری خاک در محل (وجود ذرات خاک حساس)
- تراکم خاک در محل
- درجه اشباع از آب
- منطقه فعالیت لرزهای مکان
- داده های موجود در مورد وقوع قبلی در محل
انواع روانگرایی
تغییراتی که در شکل حاشیه زمین به وجود میآید، میتواند دلیل بروز فرونشت زمین باشد. این تغییرات از چند سانتیمتر تا چندین متر متغیر هستند. رفتاری که خاک در این رخداد از خود بروز میدهد میتواند متفاوت باشد.
روانگرایی جریانی (روان)
پدیدهای که طی آن تعادل استاتیکی خاکهای رسوبی با پسماندهای باقیمانده زیرین در اثر بارهای استاتیکی یا دینامیکی نامتعادل میشود. انفجارها از جمله عواملی هستند که باعث بروز نوع جریانی میشوند. این حالت برای خاکهایی که آمادگی کرنش نرم شدن دارند اتفاق میفتد. برای شکستن سازههایی همچون سقف شیروانی حجم زیادی از خاک باید در حالت نرم شدن قرار داشته باشد. خاکهایی که دچار بروز چنین رفتاری میشوند باید دارای خاصیت اشباع بودن با پایداری کم باشند. رسوبات دانهای چون رس و رسهای سیلتی چنین ویژگیهایی دارند. از علائم این مدل، به وقوع ناگهانی، سرعت انتشار و جابجایی مواد در فواصل طولانی میتوان اشاره کرد.
روانگرایی تناوبی(چرخشی)
این رفتار در هر دو حالت کرنش نرم شدن و کرنش سخت شدن اتفاق میفتد. نوع چرخشی زمانی رخ میدهد که تنش های برشی استاتیکی در مقایسه با تنش های برشی متناوب کوچک باشند. این نوع رفتار در بیشتر خاکهای شنی اشباع در اثر بارگذاری تناوبی و در طول مدت کافی رخ میدهد.
تشخیص نوع وقوع هر کدام از این انواع کار بسیار دشواری است. هر دو میتوانند باعث بروز تغییر شکلهای گستردهای بشوند. جابجاییهایی که توسط روانگرایی رخ میدهد حتی بعد از اینکه بارگذاری متوقف شد ادامه پیدا میکند.
عوامل مؤثر بر پتانسیل روان شدن
- پارامترهای شتاب ثبت شده توسط شتابسنج و شدت زلزله در مقیاس ریشتر
- حبابهای هوا که لابلای ذرات خاک محصور شدهاند.
- ویژگیهای بارهای ارتعاشی؛ زمین لغزش ناشی از بارهای افقی تأثیری بیشتر از ارتعاشات عمودی بر روانگرایی دارد. بعلاوه مدت زمانی که خاک در حالت مایع قرار میگیرد (طول مدت زمینلرزه).
- فشار کل و فشار مؤثر بر خاک، اختلاف آن با فشار مایع متخلخل
- مقاومت خاک استفاده نشده در مقایسه با خاک ساخته شده
- تراکم، نوع و اندازه ذرات خاک
درباره فرونشست زمین بیشتر بخوانید
اندازه ذرات خاک، مستعد کردن بیشتر خاک نسبت به روانگرایی
این پدیده اغلب در خاکهایی با تخلخل بالا صورت میگیرد؛ خاکهایی که منافذ بزرگ خالی در ساختار خود دارند. شن و ماسه و انواعی از خاکها در مناطق مرطوب که به ریزدانه نیز معروفند مستعد این پدیده هستند. به این ترتیب اگر خاکی دچار ضربه ناشی از زمینلرزه بشود منافظ خالی آن با آب زیادی پر میشود و حجم کلی خاک کاهش مییابد. جرم خاک بهعنوان یک ویژگی فیزیکی شبیه به مایع میشود. در چنین حالتی شکل خاک به آسانی تغییر میکند و روان میشود. بهعبارتی ذرات خاک اگر با آب پر بشنود به راحتی شروع به حرکت آزادانه در آب میکنند و انگار به شکل مایعی غلیظ درمیآیند. سازههایی که بر این خاک بنا شدهاند از ناحیه پایین آن دچار آسیب جدی میشوند.
مواد خاصی تمایل به کاهش حجم یا فشردگی در هنگام رسوب هر نوع بار (استاتیک یا دینامیکی) دارند. از آنجایی که بار زلزله چرخهای و سریع است، خاک امکان تخلیه آب در منافذ را ندارد و فشار منفذی افزایش می یابد.
یک روش تجربی برای اندازهگیری روانگرایی
نسبت مقاومت تناوبی بر تنش تناوبی، میزان مقاومت خاک در برابر روانگرایی را حاصل میکند که به آن ضریب ایمنی نیز گفته میشود. بر اساس این فرمول، اگر تنش تناوبی از مقاومت تناوبی بیشتر بشود ( یعنی ضریب ایمنی کمتر از یک باشد) روان شدن خاک شروع میشود.
میتوان گفت روانگرایی در دو حالت کلی رخ میدهد. یکی تنشهای برشی تناوبی که در بستر دریا و بر اثر زمینلرزه رخ می دهد و دوم ناشی از فشار آب متخلخل اضافی. تغییرات شکل برشی زمین هم ناشی از تنشهای برشی تناوبی انباشته شده توسط زلزله است. بر اثر بروز این پدیده سازههای زمینی دچار آسیب میشوند. این آسیب بهصورت تغییر شکل سازه، مدفون شدن سازههای سبک و… ظاهر میشود. در مقاله دیگر مفصل به آسیبهای ناشی از روانگرایی میپردازیم.
بدون دیدگاه