روانگرایی خاک: غولی خفته در زیر پایمان
در اعماق زمین، خطرات پنهانی در کمین هستند که می‌توانند فاجعه به بار آورند. یکی از این خطرات، پدیده‌ای به نام روانگرایی خاک است که مانند غولی خفته، می‌تواند ناگهان بیدار شده و ویرانی به بار آورد. در این مقاله به بررسی عمیق‌تر این پدیده مخرب، دلایل وقوع آن، اثرات ویرانگرش، روش‌های مقابله با آن می‌پردازیم.
روانگرایی خاک چیست؟
روانگرایی خاک زمانی رخ می‌دهد که یک خاک اشباع یا نیمه‌اشباع با دانه‌های غیر چسبنده، در اثر تنش‌های ناگهانی مانند لرزش‌های زلزله یا تغییر ناگهانی در شرایط تنش، به طور چشمگیری مقاومت و سختی خود را از دست می‌دهد و به حالتی تبدیل می‌شود که مانند مایع رفتار می‌کند.
تصور کنید در حال قدم زدن در ساحل هستید. ناگهان، زمین زیر پایتان شروع به لرزیدن می‌کند و حس می‌کنید که غرق در شن و ماسه روان شده‌اید. این دقیقاً همان چیزی است که در روانگرایی خاک رخ می‌دهد. ذرات خاک که به طور معمول در کنار هم فشرده شده‌اند، ناگهان از هم جدا می‌شوند و مانند سیلی روان، حرکت می‌کنند.
در مکانیک خاک، اصطلاح “روانگرایی” اولین بار توسط آلن هازن در سال 1918 و در رابطه با شکست سد کالاوراس در کالیفرنیا به کار رفت. هازن توضیح داد که اگر فشار آب در منافذ خاک به اندازه کافی بالا باشد تا بتواند تمام بار را تحمل کند، ذرات خاک از هم جدا می‌شوند و شرایطی شبیه به ماسه روان ایجاد می‌شود. حرکت اولیه قسمتی از مواد ممکن است باعث تجمع فشار در نقاط مختلف شود و این نقاط به ترتیب روان شوند.
دلایل وقوع روانگرایی خاک
روانگرایی خاک هنگامی رخ می‌دهد که تنش موثر خاک به صفر کاهش می‌یابد. این ممکن است توسط بارگذاری یکنواخت (تغییر ناگهانی تنش مانند افزایش بار بر روی یک خاکریز یا از دست دادن ناگهانی پشتیبانی) یا بارگذاری چرخه‌ای (تغییرات مکرر در شرایط تنش مانند بارهای موجی یا لرزش زلزله) آغاز شود. در هر دو حالت، خاک اشباع و سست که ممکن است فشار آب منفذی زیادی تولید کند، بیشتر مستعد روانگرایی است. این به این دلیل است که خاک سست تمایل به فشرده شدن دارد که منجر به افزایش فشار آب منفذی می‌شود. این افزایش فشار باعث کاهش مقاومت خاک می‌شود.
روانگرایی در خاک‌های ماسه‌ای یا سیلتی غیر پلاستیکی بیشتر محتمل است اما در موارد نادر می‌تواند در شن‌ها و رس‌ها نیز رخ دهد. روانگرایی جریان هنگامی رخ می‌دهد که مقاومت خاک کمتر از تنش‌های لازم برای حفظ تعادل شیب یا پای سازه شود. چه عواملی باعث می‌شوند این غول خفته بیدار شود و فاجعه به بار آورد؟
-
خاک‌های اشباع
خاک‌های اشباع، به خصوص ماسه‌های سست، بیشترین مستعد ابتلا به روانگرایی را دارند. آب موجود در این خاک‌ها، مانند یک روان کننده عمل می‌کند و باعث می‌شود ذرات خاک به راحتی از هم جدا شوند.
-
فشار آب منفذی
در خاک‌های اشباع، آب فضای بین ذرات خاک را پر می‌کند. هنگامی که به این خاک‌ها فشار ناگهانی وارد می‌شود، فشار آب موجود در بین ذرات افزایش می‌یابد و این فشار می‌تواند به حدی برسد که نیروی بین ذرات را از بین ببرد و باعث روان شدن خاک شود.
-
بارگذاری ناگهانی
لرزش‌های زلزله، امواج دریا و ترافیک سنگین، نمونه‌هایی از بارگذاری ناگهانی هستند که می‌توانند باعث روانگرایی خاک شوند. این بارگذاری‌ها می‌توانند فشار آب منفذی را به سرعت افزایش داده و به حد بحرانی برسانند.
اثرات ویرانگر روانگرایی خاک
روانگرایی خاک می‌تواند اثرات مخربی بر سازه‌ها و زیرساخت‌ها داشته باشد.
-
نشست ناگهانی ساختمان‌ها
ساختمان‌هایی که بر روی خاک‌های مستعد روانگرایی بنا شده‌اند، در صورت وقوع این پدیده، دچار نشست ناگهانی و نامنظم می‌شوند. این نشست می‌تواند منجر به ترک خوردن فونداسیون، شکستن دیوارها و حتی فرو ریختن کامل ساختمان شود.
-
گسیختگی خاک
روانگرایی خاک می‌تواند باعث گسیختگی شیب‌ها، رانش زمین و فرو ریختن سازه‌هایی مانند سدها و پل‌ها شود. این گسیختگی‌ها می‌توانند خسارات جانی و مالی فراوانی به بار
روش‌های بهسازی بستر
با پیشرفت علم و تکنولوژی در حوزه مصالح، طراحی و تحلیل سازه، تغییرات شگرفی در جزئیات ساخت پروژه‌ها ایجاد شده است. شاخه ژئوتکنیک نیز از این پیشرفت‌ها بی‌بهره نبوده و هم در فاز مهندسی شامل طراحی و مدلسازی عددی بهبود یافته و هم در سایه پیشرفت ماشین‌آلات و امکانات سخت‌افزاری، روش‌های نوین بهسازی در دسترس قرار گرفته‌اند. مشاوران ژئوتکنیک می‌توانند از تکنیک‌های متنوع یا ترکیبی از آن‌ها برای حل مشکلات مربوط به بستر استفاده کنند.
روش‌هایی چون تراکم دینامیکی، تراکم عمقی، ستون سنگی، اختلاط عمقی خاک و استفاده از شمع‌های پیش‌ساخته یا درجا برای بهسازی بستر با بهره‌گیری از ماشین‌آلات مناسب قابل انجام است. در سال‌های اخیر، تلاش‌های بسیاری برای توسعه و اجرای این روش‌ها در کشور صورت گرفته و شرکت‌های ژئوتکنیکی مانند شرکت خدمات ژئوتکنیک پی بان توانسته‌اند بسیاری از این تکنیک‌ها را اجرایی کنند.
تکنیک اختلاط عمقی خاک:
یکی از روش‌های موثر در بهسازی خاک، اختلاط عمقی خاک (DSM) است. این روش شامل افزودن دوغاب یا مصالح خشک به خاک و هم زدن مکانیکی آن با استفاده از ماشین‌آلات مخصوص است. این عملیات در طول ستون با مشخصات فنی تعریف شده توسط طراح پروژه انجام می‌شود و عملیات تزریق بنا به صلاحدید تیم طراحی پروژه در مرحله پایین رفتن یا بالا آمدن همزن صورت می‌گیرد. دوغاب سیمان به عنوان متداول‌ترین نوع بهسازی در ستون‌های اختلاط عمیق مورد استفاده قرار می‌گیرد و البته مصالح دیگری چون آهک نیز در این تکنیک قابل استفاده است.
روش تزریق پر فشار:
اختلاط عمقی خاک به روش تزریق پر فشار (Jet Grouting) نیز از روش‌های بهسازی خاک است که از مقبولیت عمومی بالایی برخوردار است. این روش با استفاده از فشار زیاد برای تزریق، خاک را تخریب و هم می‌زند و به کمک پمپ‌های فشار بالا عملیات انجام می‌شود. این روش برای اجرای سریع و در انواع خاک‌ها و حتی لایه‌های سخت و سنگی کاربرد دارد.
جمع‌بندی
روانگرایی خاک یک پدیده جدی و مخرب است که می‌تواند باعث بروز خسارات سنگین به ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها شود. به همین دلیل، لازم است که در طراحی و اجرای پروژه‌های عمرانی، به مسئله روانگرایی خاک توجه ویژه‌ای شود و با استفاده از تکنیک‌های مناسب بهسازی، از بروز خسارات جلوگیری کرد. شرکت پی بان با بهره‌گیری از دانش و تجهیزات مدرن، آماده ارائه خدمات با کیفیت در این زمینه است.
