به گزارش خبرگزاری مهر، آزمایش استاد دانشگاه صنعتی شریف درباره پدیده روانگرایی خاک به کشف یافته‌هایی جدید در رابطه با شیوه توزیع نیروی وارده بر پی‌های عمیق ساختمان‌ها در هنگام زلزله منجر شد. نتایج این آزمایش که در مجله دینامیک خاک و مهندسی زلزله به عنوان یکی از معتبرترین مجلات پژوهشی جهان در حوزه زلزله که متعلق به انتشارات الزویر است منتشر شد، به حدی مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است که این مقاله به عنوان مقاله داغ این مجله با بیشترین میزان مشاهده معرفی شد.
کاری که روانگرایی با یک شهر می‌کند
شهرهای ساحلی که بر روی خاک ماسه‌ای بنا شده‌اند در هنگام بروز زلزله ممکن است با پدیده ویرانگری مواجه شوند که به آن روانگرایی خاک گفته می‌شود.
محسن حائری، استاد دانشگاه صنعتی شریف در این باره می‌گوید: گسترش جانبی ناشی از روانگرایی خاک شکاف‌های بسیار عمیقی را روی زمین ایجاد می‌کند که برخی به اشتباه آن را محل گسل می‌دانند. اما این شکاف‌ها در واقع به دلیل سست شدن لایه‌های ماسه‌ای زیرسطحی در حین زلزله رخ می‌دهد.
وی می‌افزاید: کاری که زلزله با زمین‌های ماسه‌ای می‌کند مانند کاری است که شما برای فشردن بیشتر برنج یا شکر در ظرف می‌کنید و آن را تکان می‌دهید تا شکر یا برنج متراکم شود و جای بیشتری برای آن در ظرف باز شود.
به گفته این استاد دانشگاه، پدیده روانگرایی هر چند همیشه وجود داشته اما پس از سال ۱۹۶۴ که این پدیده خسارات فراوانی در زلزله نیگاتای ژاپن و در همان سال در آلاسکای آمریکا به بار آورد مورد توجه و مطالعه دانشمندان قرار گرفت.
وی می‌گوید: پدیده روانگرایی برای سواحل جنوبی و شمالی کشور ما نیز یک مسئله است. البته این پدیده منحصر به نواحی ساحلی نیست به گونه‌ای که در زلزله مخرب سال ۱۳۶۹ در منجیل همین پدیده بروز کرد و خسارات جانی و مالی فراوانی را بر جای گذاشت.
زمین چگونه روان می‌شود؟
استاد دانشکده عمران دانشگاه صنعتی شریف پدیده روانگرایی را اینگونه شرح می‌دهد: خاک‌های ماسه‌ای سست که از آب اشباع شده‌اند مانند زمین‌های سواحل شمالی و جنوبی کشور، وقتی تحت تاثیر نیروی زلزله قرار می‌گیرند تمایل به تراکم دارند ولی چون فضای بینشان پر از آب است این تراکم ممکن نیست و باید آب خارج شود تا فضا برای تراکم ایجاد شود. زلزله در چنین شرایطی موجب می‌شود آب تحت فشار زیاد به سمت بالا حرکت کند و به همین دلیل سطح اتکای دانه‌های ماسه بر روی یکدیگر از بین برود. چنین اتفاقی خاک را به شدت سست می‌کند.
حالا اگر این خاک سست در یک ناحیه با شیبی اندک قرار داشته باشد نیروی گرانش زمین موجب می‌شود ناگهان زمین در یک منطقه وسیع چند صدمتر به حرکت درآید. در این بین ساختمان‌های بنا شده روی این منطقه همگی نابود شده یا دچار آسیب‌های شدیدی خواهند شد.
آیا می‌توان با روانگرایی مقابله کرد؟
یکی از راه‌های مقابله با پدیده روانگرایی از طریق ایجاد پی‌های عمیق است که در زیر سازه نصب شده و تا لایه محکمی از خاک ادامه پیدا می‌کنند. بدین‌ترتیب وزن سازه به خاکی مطمئن از نظر استحکام انتقال می‌یابد که پدیده روانگرایی روی آن اثری ندارد. اما حتی گاهی این روش که به «پی عمیق» مشهور است نیز با مشکلاتی مواجه می‌شود. حائری در این باره می‌گوید: حرکت لایه ماسه‌ای بر اثر پدیده گسترش جانبی ناشی از روانگرایی می‌تواند نیروی عظیمی را بر این پی‌های عمیق وارد کند که اگر تاثیرات این نیرو را از قبل به درستی محاسبه نکرده باشیم به آسیب دیدن پی عمیق منجر خواهد شد.
وی می‌افزاید: با وجود اهمیت محاسبات مربوط به پی‌های عمیق تا به حال تنها یک دستورالعمل توسط ژاپنی‌ها با استفاده از مشاهدات خرابی‌ها در زلزله کوبه و به تازگی یک دستورالعمل توسط آمریکایی‌ها با استفاده از مطالعه نرم‌افزاری در این باره تدوین شده‌اند که از روش‌هایی ساده و ابتدایی برای محاسباتشان بهره می‌گیرند. گروه تحقیقاتی ما در دانشگاه صنعتی شریف برای بهبود این روش‌ها، مجموعه‌ای از آزمایش‌های سخت و طاقت‌فرسا را تدارک دید که با حمایت مالی پژوهشکده حمل و نقل وزارت راه و شهرسازی انجام شد. نتایج این آزمایش‌ها به تدریج تحت چند عنوان مقاله در اختیار پژوهشگران جهان قرار می‌گیرد.
یافته‌های جدید دانشگاه شریف
چگونگی توزیع نیرو در میان پی‌های عمیق که اصطلاحاً به آن‌ها شمع هم گفته می‌شود، هنگام بروز پدیده روانگرایی و به خصوص گسترش جانبی ناشی از این پدیده، اهمیت بسیاری در افزایش دقت محاسبات مربوط به طراحی آن‌ها دارد.
پیشکسوت مهندسی ژئو تکنیک در ایران ضمن اشاره به کمبودهای علمی دو دستورالعمل موجود در این زمینه می‌گوید: برای فهم بهتر پدیده روانگرایی ۱۰ آزمایش را در دانشگاه شریف انجام داده‌ایم که در این آزمایش‌ها نیروهای وارده بر شمع‌ها را در هنگام بروز پدیده روانگرایی برای حالت‌های مختلف به دقت بررسی کرده‌ایم. نتایج و مشاهدات، بسیار جالب و متفاوت با دستورالعمل‌ها بود.
حائری در مورد چالش‌های کار اینگونه توضیح می‌دهد: آزمایش‌ها در محفظه بزرگی انجام می‌شد که آماده سازی آن کار بسیار دشواری بود به ویژه آنکه ما بر خلاف معمول از یک دیواره شفاف هم در این محفظه استفاده کرده بودیم. این دیواره کمک می‌کرد علاوه بر داده‌های حسگرها بتوانیم اتفاقات درون زمین را مستقیما مشاهده کنیم. به همین دلیل آب بندی یک محفظه که در ساخت آن از دو جنس استفاده شده بود حدود ۶ ماه طول کشید و برای هر آزمایش ۸ تن خاک در این محفظه به صورت آرام رسوب داده می‌شد. اما نتایج حاصله ارزش این زحمت را داشت به گونه‌ای که فهمیدیم به طور مثال وقتی شمع‌ها در حین حرکت خاک پشت سر هم قرار می‌گیرند هر یک دقیقا چه نیرویی را تحمل می‌کنند.
این در حالی است که دستور العمل‌ها فرض کرده‌اند نیروهای یکسان به شمع‌ها در چنین فرآیندی وارد می‌شود. چنین نتایج دقیقی برای بسیاری از محققین و مهندسین در سرتاسر دنیا که علاقمند به بهبود ایمنی سازه‌ها هستند اهمیت فراوانی دارد و ما هم اکنون در حال تدوین نتایج و انتشار آن‌ها در مجلات بین‌المللی و استفاده از آن‌ها در راهنماهای طراحی هستیم.
استاد دانشگاه صنعتی شریف، ادامه کار را اینگونه تشریح می‌کند: اگرچه کار انجام شده کار بزرگی بوده است اما هنوز راه طولانی تا شناخت کامل مسئله وجود دارد. به همین دلیل برای ادامه کار ۱۸ آزمایش دیگر مد نظر قرار گرفته است که تامین پشتیبانی مالی آن در حال نهایی شدن است.
نظر شما