لطفا جهت دریافت فایل هدیه این محصول ایمیل یا شماره تلفن خود را وارد کنید
توضیحات

روانگرایی و روش مقابله با آن

روانگرایی

روانگرائی یکی از مهمترین عناوین مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای می باشد

تعریف روانگرایی

روانگرائی یکی از مهمترین عناوین مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای می باشد. هنگامی که دو زلزله در آلاسکا 1964 و نیگاتا ژاپن 1964 رخ داد در هر دو زلزله نمونه های جالبی از خرابی ناشی از زلزله مانند گسیختگی شیبها ،گسیختگی شالوده و پلها و شناوری سازه های مدفون بر اثر روان شدن خاک بستر اتفاق افتاد. 

در طی حدود 35 سال پس از این زلزله ها روانگریی توسط محققان بررسی و مطالعه شده است.

به طور کلی هرگاه خاک های غیر چسبنده ،اشباع و شل در معرض ارتعاشات (ویبراسیون )زمین در نتیجه زلزله قرار گیرند خاکها تمایل به تراکم پیدا می کنندولی در محدوده ی دانه بندی خاصی زهکشی تا حدودی کند بوده بقسمی که تغییرات حجمی سریع خاک به دلیل عدم زهکشی صورت نگرفته و لزوماً فشار منفذی بالا خواهد رفت. 

افزایش فشار آب حفره ای کاهش تنش موثر را به دنبال داشته که منجر به کاهش مقاومت برشی خاک می گردد. بر اساس رابطه تنش های ژئواستاتیکی در خاک ممکن است ازدیاد فشار منفذی سبب کاهش تنش مؤثر در خاک شده که منجر به کم و یا حتی صفر شدن مقاومت برشی شده و متعاقب آن به حالت سیال گونه خاک اصطلاحاً روانگرایی گفته می شود.

عموماً روانگرایی در نهشته های ماسه های یکنواخت اشباع با وضعیت تراکمی شل و یل متوسط رخ می دهد.

پدیده روانگرایی در ساختمانها ،پلها ،خصوصاً در سازه های مدفون و دیگر پروژه ها و تاسیسات مهندسی به طرق مختلفی اثر گزار است. روانگرایی همچنین بر نحوی حرکات سطح زمین و جابه جایی ها اثر می گذارد. 

آثار روانگرایی را می توان با مطالعه بررسی مدارک مربوط به رخدادهای تاریخی این پدیده بهتر شناخت که در نشریات ادواری و منابع مربوط به مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای ،شواهد مفصلی از این رخداد جمع آوری و ارائه شده است. 

غالباً روانگرایی هنگامی رخ می دهد که :خاک غیر چسبنده ،خاک شل و اشباع باشد و وقوع زلزله شوکی را ایجاد نماید که دارای بزرگی و تداوم بالایی باشد و ارتعاشات حاصل از زلزله ،شرایط ذهکشی نشده را به دنبال داشته باشد.

بیشتر بدانید 

جوشش ماسه ای در زمین مسطح

در مورد زمین های مسطح ،افزایش فشار حفره ها،موجب حرکت آب به سمت بالا و سطح زمین شده که با خروج گل و لای و جوشش ماسه ای توام است. ماسه موجود ممکن است به حالت های سریع و یا تبدیل وضعیت دهد. کاهش مقاومت برشی ماسه موجب گسیختگی برشی کلی و متعاقباً نشستهای بزرگی را برای سازه در بر خواهد داشت. 

سازه های مدفون اگر در مجموع دانسیته ای کمتر از خاک روان شده داشته باشد ممکن است در سطح آن شناور گردند.جوشش ماسه ای به میزان اضافه فشار منفذی ،ضخامت لایه ماسه ای،ضخامت سر بار ،دانسیته ی نسبی ،جریان آب رو به بالا بستگی دارد. جوشش ماسه ای شاخص مفیدی برای اطلاع از ایجاد اضاغه فشار منفذی بزرگ می باشد . 

عدم مشاهده ی جوشش ماسه لزوماً به معنای عدم وقوع روانگرایی زمین مسطح نمی باشد.

مخاطرات روانگرایی

روانگرایی


روانگرایی را می توان آثار ثانویه زلزله یا به عبارتی فرایند غیر تکتونیکی دانست که مستقیماً به ارتعاشات زمین لرزه مربوط می شود.از آثار ثانویه دیگر زلزله می توان به پایداری شیب ها و زمین لغزش ها ،تسونامی وگردابهای دریای و همچنین آثار تشدید سازه ها ،امواج حاصل از وجود لایه های زیر سطحی نرم را نام برد. 

همانطور که توضیح داده شد روانگرایی در خاک های ماسه ای شل در آنها از نوع رسوبات یا خاکریز های جوان با سطح بالای آب زیرزمینی به وقوع می پیوندند.

ارتعاشات بسیار سریع حاصل از زلزله و تمایل به تراکم ماسه های شل ،توام با افزایش فشار منفذی بر اثر عدم و یا تاخیر زهکشی موجب می شود که در نهایت با افزایش فشار منفذی جریان آب به سطح زمین را داشته و متعاقب آن توده گلی ماسه جوشان به زمین متصاعد می شوند.

با افزایش فشار منفذی بر اساس اصل تنش موثر میزان تنش دانه به دانه ممکن است صفر شده بنابراین دانه های خاک بدون مهار اطراف در آب شناور و متحرک می شوند. 

به جهت وقوع روانگرایی در زمینهای با سطح بالای آب زیرزمینی ،چنین وضعیتی عموماً در زمین های پست از جمله سواحل رودخانه ها،دریاچه ها وخلیج ها و اقیانوس ها اتفاق می افتد بنابراین یکی از وظایف مهم مهنسان عمران و ژئوفیزیک ارزیابی پتانسیل روانگرایی در سایت های ساحلی است. 

از عوارض عمده روانگرایی می توان به کاهش و یا فقدان باربری خاک با وقوع نشستها و بخصوص غیر یکنواخت ،ناپایداری دیوارهای ساحلی ،وقوع جریان های خاکی لغزشی و گسترش جانبی را نام برد .

در این موارد ساختمان بر اثر وقوع نشست حاصل از روانگرایی دچار کجی و چرخش شده و به لحاظ اسکلت وفرم کلی تقریباً مشکلی در آن حادث نشده، و مشاهدات نشان داده است که هیچگونه آسیب سازه ای داخلی نداشته و اشکالی در عملکرد درها و پنجره ها به وجود نیامده است. یا جابجایی قائم ساختمان را بدون هیچ چرخشی باعث می شود که در اثر روانگرایی حادث شده است.

در زلزله 1995،ژاپن،خسارت بسیار زیادی در نتیجه وقوع روانگرایی در تاسیسات ساحلی گزارش شده است. وقوع روانگرایی و ناپایداری های مربوط برای پایه های پلها،دیوارهای ساحلی ،تاسیسات اسکله ها نیز به سه صورت زیر موجب خسارت می شود:

1- روان شدن خاک جلوی دیوار ،کاهش و یا فقدان فشار مقاوم

2- روان شدن خاک پشت دیوار ،افزایش فشارفعال

3- روان شدن خاک زیر دیوار که منجر به کاهش و یا فقدان توان باربری- افزایش نشست که در نهایت موجبات لغزش و واژگونی فراهم می گردد.

همچنین روانگرایی موجب رانش شیب ها به صورت جریان های لغزشی شده است .یک مثال بارز در این زمینه خسارت وارده به سد (سان فرنامدو) در زلزله سال 1971 بوده است. 

شتاب نگاشها در حوالی تکیه گاههای سد، شتاب پیک در حدود 0.5 تا 0.55 را ثبت نموده اند. این شتاب بالا موجب روانگرایی بخشی از خاکریز هیدرولیکی شده که در حوالی قاعده در پوسته بالا دست موجود بوده است. تحلیل پایداری در مقطع با مشخص نمودن سطح لغزش با ضریب اطمینان کمتر از 1 بر اثر لغزش ،پاشنه سد حدود 50 متر به داخل مخزن لغزیده است. 

برای زمین های نسبتاً مسطح و یا کم شیب و یا مواردی که به حایل ها منتهی می شود ، وقوع روانگرایی منجر به تغییر شکل های جانبی و یا گسترش جانبی می شوند.

ارزیابی پتانسیل روانگریی خاک

مهندسی خاک

در ارزیابی روانگرایی معمولاً پتانسیل وقوع و آثار مرتبط مورد ملاحظه قرار می گیرد

در ارزیابی روانگرایی معمولاً پتانسیل وقوع و آثار مرتبط مورد ملاحظه قرار می گیرد، که شامل عامل های زیر می باشد (میر حسینی و عارف پور 1378) : معیارهای زمین شناسی و وضعیت ساختگاه ، نوع خاک و تخلخل طبیعی آن، درصد ریزانه موجود در خاک، تاریخچه ی تنش، چگونگی اشبل بودن، میزان تنش های سر بار، وضعیت بارگذاری ،فشار محدود کننده ،تعداد سیکلهای وارده ناشی از بار دینامیکی ،تراکم نسبی ، بزرگی زلزله . 

خصوصیات درجای خاک در ارزیابی وقوع روانگرایی از اهمیت به سزایی برخوردار بوده و اولین و رایج ترین بررسی ها در این خصوص در دهه 70 میلادی توسط سد و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا انجام گرفت که مبتنی بر بزرگی زلزله و خصوصیات در جای مقاومت و سختی خاک می باشد.

روش ارائه شده توسط سد وهمکاران بر مبنای بزرگترین شتاب تحمیلی توسط زلزله( ای مکث)و( ان) مربوط به اس پی تی تصحیح شده برای سربار و انرژی 60 (ان ) می باشد و بزرگی زلزله (ام) و نیز درصد ریزدانه های موجود (رد شده از الک شماره 200، کوچکتر از0.07 )نیز موثرند. 

ارزیابی کاهش خسارت روانگرایی لایه های سطحی

از خسارات عمده ی روانگرایی به لایه های سطحی می توان موارد نشست ،جوشش ماسه ای و ایجاد شکاف در زمین و نیز ترکها و شکست های سطحی را اشاره نمود. یکی از عوامل هایی که می تواند در وقوع آسیب ها و خسارت حاصل از عوارض فوق بر بناها و تاسیسات سطحی جلوگیری می نماید وجود لایه های روزمینی و سطحی غیر روانگرا واقع برخاک ویا لایه مستعد روانگرایی می باشد. 

وجود لایه های ضخیم سطحی موجب می شود تا نیروهای زیرفشار و برکنش حاصل از اضافه فشارهای منفذی موجب می شود تا نیروهای زیر فشار و برکنش حاصل از اضافه فشارهای منفذی موجب ترک و نفوذ لایه سطحی شده و بنابراین از وقوع جوشش ماسه ای و یا ترک و شکست جلوگیری می گردد. 

تحقیقات زیادی در خصوص ارزیابی نقش لایه سطحی غیر روانگرا جهت جلوگیری و یا کاهش خسارت حاصل از روانگرا جهت جلوگیری و یا کاهش خسارت حاصل از روانگرایی لایه های زیرین انجام شده است که یک مورد از آن مربوط به 1985 می شود که در یک چارت ساده اراوه شده است.

جهت استفاده از چارت مزبور می بایست ضخامت لایه های غیر روانگرا و نیز لایه زیرین مستعد روانگرایی بقرار( اچ یک) و( اچ دو) مشخص گردد. اچ یک ضخامت لایه سطحی غیر روانگرا و یا ضخامت ماسه مستعد روانگرایی بالای سطح آب زیرزمینی را شامل می شود. لایه غیر روانگرا به لایه های شنی ،رسی و یاماسه ای با اس اف ال اطلاق می شود.

در تعیین اچ یک قضاوت مناسب مهندسی ضروری است. اچ دو مربوط به ضخامت لایه روانگرا در بستر زیرین شده که ان حاصل از اس پی تی تصحیح نشده به حدود کمتر از 10 بالغ  می شود و یا اچ دو به لایه ای اطلاق می شود که برای آن اس اف ال باشد .

با استفاده از چارت مذکور می توان بر اساس مقادیر اچ یک و اچ دو و نیز حداکثر شتاب زلزله ، طرح بروز خسارت و روانگرایی را بر بناها و تاسیسات سطحی ارزیابی نمود.

بیشتر بدانید 

نحوه کاهش پتانسیل وقوع روانگرایی 

مهندسی آب و خاک

ملاحظات ویژه طراحی سازه های در پی ها

 اگر با پدیده ی روانگرایی به عنوان یک خطر برخورد کنیم ،راه حل هایی وجود دارد که برای احداث سازه جدید می توان آنها را مد نظر قرار داد:  

1- صرف نظر کردن از پروژه و یا تغییر محل آن

2- قبول خطر های مربوط با اجرای پروژه ،به عبارتی پذیرش احتمال خطر وقوع روانگرایی

3- طراحی در برابر روانگرایی به وسیله اصلاح شرایط خاک بستر 

4- ملاحظات ویژه طراحی سازه های در پی ها

مسلماً جنبه های اقتصادی در انتخاب راه حل مناسب تاثیر بسیار زیادی خواهند داشت. انتخاب اول بستگی به این دارد که محل دیگری بدون مشکل روانگرایی وجود داشته باشد . 

گزینه دوم ، به معنی قبول مشکلات ناخواسته ناشی از عدم اطمینان موجود در پروژه ، یا حتی به خطر انداختن سرمایه و موجودیت پروژه است ،راه حل های اول و دوم خارج از بحث می باشد .و یا کاهش مخاطره وقوع آن بررسی شده و در ادامه شرایط کلی پی سازی و ایمن تر نمودن سیستم فونداسیون در مقابل سایر عوارض زلزله ارائه می شوند.

کاهش خطرهای روانگرایی به کمک روش های ژئوتکنیکی

ازآنجایی که وقوع روانگرایی در خاک های دانه ای شل اشباع بر اثر ارتعاشات زلزله و یا بارهای دینامیکی به وقوع پیوسته که توام با تمایل به کاهش حجم در خاک ،تاخیر در زهکش و بالا رفتن فشارهای منفذی می باشد. 

روش هایی بر مبنای متراکم سازی بیشتر و جلوگیری از بالا رفتن فشار آب منفذی و یا تسریع زهکشی مورد استفاده قرار می گیرد که استفاده از یک یا چند روش بر مبنای اقداماتی بر روی خاک بستر می تواند به تقلیل مخاطره روانگرایی منجر شود . روش های متداول عمده به شرح زیر است:

1- گود برداری و تعویض خاک های مستعد برای روانگیری

2- چگالتر کردن خاک های موجود

3-تغییر ماهیت خاک محل از طریق تزریق

4- زهکشی

گود برداری و تعویض خاک های مستعد برای روانگرایی

الف- گودبرداری و تراکم خاک موجود طبق اصول فنی

ب- گودبرداری و تراکم خاکهای بهبود یافتهبا مواد افزودنی

ج- گودبرداری خاک موجود و جایگزینی آن با خاک غیر روانگرا با تراکم مناسب

چگالتر کردن خاک های موجود 

الف:غلتک های ویبره ای

ب:شمع های تراکمی

ج:میله های لرزنده ویا تراکم لرزه ای شناوری

د:تزریق تراکمی 

ه:تراکم دینامیکی یا چگالتر کردن خاک با اعمال ضربه از طریق سقوط وزنه

و:تراکم هیدرولیکی

تغییر ماهیت خاک

الف :اختلاط خاکهای موجود با مواد افزودنی از قبیل آهک خاکستر های آتش فشانی و سیمان

ب:برداشتن خاک موجود با روش فورانی و جایگزین کردن آن با خاکهای غیر مستعد روانگرایی

ج: مسلح نمودن خاک با استفاده از ستون های سنگی جهت بهبود باربری و سهولت در زهکشی

زهکشی

الف:ایجاد زهکشی های قائم با استفاده از چاه های سنگی ،شنی و ماسه ای

ب:استفاده از شمع کوبی جهت بهسازی و پرنمودن داخل آن با مصالح مناسب زهکشی و سپس خارج نمودن شمع از زمین

ج:استفاده از زهکشی های مصنوعی (فتیله ای)

د: پایین بردن سطح آب زیرزمینی توسط پمپازو غیر اشباع نمودن خاک مستعد روانگرایی

کاهش خطرهای روان گرایی از طریق طراحی سازه ای

برای طرح سازه ی مقاوم در برابر روانگرایی باید تغییر فرمو جابه جایی خاک را در هنگام وقوع این پدیده در نظر گرفت. این مسئله تاثیر بسیار زیادی در طرح پی ساختمان دارد طراحی در برابر روانگریی را می توان متناسب با نوع روسازه و کاربردهای ان عمق نهشته مستعد روانگرایی و جنبه های اجرایی اقتصادی با استفاده از راه حل های زیر انجام داد:

1-پی های شبکه ای(نواری متعامد)

2-پی های گسترده به شکل دال وتیر

3-پی های شناور و صندوقچه ای پس از گودبرداری خاک مستعد روانگرایی

4- پی های عمق و عبور از لایه روانگرا و اتکا به خاک و یا سنگ مناسب

5- تلفیق پی های گسترده و ریز شمع ها

در هر صورت جهت مقابله به جابه جایی های جانبی گسترش جانبی احتمالی خاکها، به حداقل رساندن آثار نشست غیر یکنواخت ، تحمل فشار های جانبی آب و خاک روان شده ، و جبر انفشارهای مقاوم باید سیستم به کار گرفته شده ی فونداسیون از یکپارچگی ،اتصال و ارتباط مناسبی با یکدیگر و نیز روسازه برخوردار باشد. 

و در صورت استفاده از پی عمیق و عبور از لایه روان گرا ملاحظات رانش جانبی خاک روان شده بر اثر وقوع زلزله بر شمع در محاسبات منظور گردد.

بیشتر بدانید 





آموزش:


اشتراک گذاری:
msmkarimi
رتبه مدرس
شماره تماس:

تاریخ عضویت:۱۳۹۸/۰۹/۰۹


تعداد درس:۷۰
قیمت: رایگان!
پرسش و پاسخ (0)
سوالی دارید؟ اینجا بپرسید...
نام کاربری: برای ارسال کامنت، باید ابتدا وارد سایت شوید.