روانگرایی خاک 

پدیده ی روانگرایی یکی از عوامل متداول در خرابی ساختمان ها محسوب می شود. بنابراین آشنایی با روش های بهسازی خاک و مقابله با پدیده ی روانگرایی خاک امری ضروری است. به منظور مقابله با پدیده ی روانگرایی خاک، در درجه ی اول لازم است تا عوامل ایجاد این پدیده حذف شوند. در این راستا می توان نسبت به از بین بردن فشار آب حفره ای خاک یا افزایش مقاومت خاک، اقدام کرد. بطور کلی برای مقابله با پدیده ی روانگرایی خاک می توان خاک هایی که پتانسیل روان گرایی دارند را با خاک مطلوب تعویض کرد یا نسبت به متراکم سازی خاک، تزریق دوغاب، اجرای ستون های سنگی و یا زهکشی خاک اقدام کرد. برای بررسی بیشتر روش های مقابله با روانگرایی خاک، لازم است ابتدا به طور کامل با پدیده ی روانگرایی خاک آشنا شد که در ادامه به آن پرداخته می شود. 
 

روان گرایی خاک چیست؟ 

روان گرایی خاک به پدیده ای گفته می شود که در آن خاک به دلیل تنش های شدید وارد شده به آن، مقاومت لازم و ظرفیت باربری خود را از دست می دهد. در چنین شرایطی عملکرد خاک همانند عملکرد یک سیال خواهد بود. تنش های وارد بر خاک ممکن است بر اثر زمین لرزه یا تغییر غیرقابل پیش بینی شرایط تنش خاک ایجاد گردد. خاک هایی که ساختاری دانه ای و فاقد چسبندگی لازم دارند پس از قرار گیری در معرض بارهای ناشی از زلزله، فشار آب حفره ای در آن ها افزایش خواهد یافت و در چنین شرایطی اگر زمان مناسب جهت زهکشی خاک وجود نداشته باشد، تنش مؤثر خاک به سمت صفر خواهد رفت و در نهایت مقاومت خاک دچار افت خواهد شد. 
 

روانگرایی خاک در زلزله 

نیروهای دینامیکی ناشی از وقوع زمین لرزه نه تنها ممکن است سبب تخریب سازه شوند بلکه آسیب پذیری خاک زیر سازه را نیز افزایش می دهند. بنابراین نشست ساختمان، گسیختگی خاک و جوشش ماسه از پدیده های رایج ناشی از روانگرایی خاک در هنگام وقوع زمین لرزه خواهد بود. در شرایطی که پتانسیل روانگرایی خاک وجود دارد، می توان به ۳ روش کلی نسبت به مقابله با این پدیده اقدام کرد. روش های مقابله با روانگرایی خاک به طور کلی عبارتند از:
۱-بهسازی خاک
۲-عدم استفاده از خاک های مستعد روان گرایی
۳-ساخت سازه های مقاوم در برابر روان گرایی خاک یا مقاوم سازی ساختمان 
 

روش های مقابله با روانگرایی خاک 

در ادامه به توضیحی مختصر از روش های متداول برای مقابله با روانگرایی خاک خواهیم پرداخت. 

۱-مقابله با روانگرایی خاک به روش اختلاط عمیق خاک

یکی از روش های مقابله با روانگرایی خاک، اجرای روش اختلاط عمیق خاک به روش dsm است. این روش، راه حلی اقتصادی و مناسب برای افزایش ظرفیت باربری خاک های نرم و سست محسوب می شود. برای مقابله با روانگرایی خاک به این روش ابتدا گمانه هایی در خاک ایجاد شده و در مرحله ی بعد با تزریق تر یا خشک و یا ترکیب مواد چسباننده مثل سیمان، ستون هایی مقاوم در خاک ایجاد می شوند. 

۲-مقابله با روانگرایی خاک با استفاده از شمع های تراکمی 

شمع کوبی یکی از روش های مقابله با روانگرایی خاک است. به این منظور از شمع های تراکمی تولید شده از جنس بتن یا چوب های پیش تنیده استفاده می شود. اجرای شمع های تراکمی می توان خاک های مستعد روانگرایی را تسلیح کرده و تراکم آن ها را افزایش داد. 
 

۳-مقابله با روانگرایی خاک با استفاده از ستون های سنگی 

یکی از راه های مناسب برای مقابله با روانگرایی خاک، اجرای ستون های سنگی یا ستون های شنی در خاک است. به این ترتیب ستون های سنگی ایجاد شده سبب افزایش مقاومت خاک خواهند شد. از طرفی حفره های موجود در ستون های سنگی حین افزایش فشار آب حفره ای سبب زهکشی آب و حذف روانگرایی خاک خواهند شد. در اجرای ستون های سنگی برای مقابله با روانگرایی خاک، می توان از غلاف های فلزی کوبیده شده در خاک استفاده کرد. به این منظور، پس از قرارگیری غلاف های فلزی در خاک، درون غلاف ها با شن پر شده و با چکش کوبیده خواهند شد. در نهایت غلاف های فلزی از درون خاک به بیرون کشیده می شوند.  
۴-مقابله با روانگرایی خاک از طریق استهلاک فشار آب منفذی 
یکی از عوامل ایجاد روانگرایی خاک، فشار آب حفره ای است. بنابراین می توان برای مقابله با پدیده ی روانگرایی خاک، می توان نسبت به حذف اضافه فشار منفذی هنگام وقوع زمین لرزه اقدام کرد. به این ترتیب می توان از زهکش های شنی، زهکش های ماسه ای، مصالح مصنوعی و لرزه ای استفاده کرد. لازم به ذکر است که زهکش های شنی، ماسه ای و لرزه ای تنها به صورت عمودی اجرا می شوند در حالیکه می توان زهکش های تولید شده با مواد مصنوعی را در زوایای مختلف استفاده کرد. 
 

۵-مقابله با روانگرایی خاک از طریق تراکم دینامیکی 

یکی از روش های متداول برای افزایش مقاومت و تراکم خاک ماسه ای، استفاده از ضربه است. اعمال ضربه به خاک سبب ایجاد روانگرایی موضعی در بخش هایی از خاک خواهد شد که این پدیده سبب زهکشی خاک های مستعد روان گرایی و افزایش تراکم در آن ها خواهد شد. 
 

۶-مقابله با روانگرایی خاک از طریق شناور لرزه ای

یکی از روش های مناسب برای مقابله با روانگرایی و افزایش تراکم خاک های ماسه ای سست، استفاده از روش شناوری لرزه ای است. در این روش، یک راد در حال لرزش به شکل افقی وارد خاک می شود. هنگام وارد کردن راد به خاک، آب با فشار زیاد از انتهای آن تزریق می گردد. لرزش ایجاد شده و فشار آب سبب خرد شدن ذرات درشت خاک خواهند شد. در نهایت ویبره ی اعمالی سبب افزایش تراکم ذرات خرد شده می گردد و به این ترتیب چگالی خاک بهبود خواهد یافت. 
 

۷-مقابله با روانگرایی خاک از طریق تزریق تراکمی

یکی از روش های مقابله با روانگرایی خاک، تزریق تراکمی است. تزریق تراکمی یکی از انواع روش های تزریق در خاک است. در این روش با تزریق آرام آب، ماسه، سیمان، بنتونیت و ترکیبات رسی در خاک می توان تراکم و چگالی آن را به مقدار زیادی بهبود بخشید. تزریق تراکمی می تواند در زوایای مختلفی انجام شود. تزریق تراکمی از طریق مقاوم سازی خاک زیر پی با پدیده ی روانگرایی مقابله می کند. 


 

۸-مقابله با روانگرایی خاک با تزریق نفوذی 

تزریق نفوذی یکی از روش های مقابله با روانگرایی خاک است. در این روش حفره های درون خاک با استفاده از سیالی با ویسکوزیته ی کم پر شده و آب بندی می شوند. نحوه ی مقابله با روانگرایی در این روش، افزایش تراکم بخش های مختلفی از خاک به صورت موضعی است.
 

۹-مقابله با روانگرایی خاک از طریق پایدارسازی فعال 

یکی از راه های غیر مخرب برای مقابله با روانگرایی خاک، پایدارسازی غیرفعال است. اجرای پایدارسازی فعال با استفاده از تزریق سیلیس کولوئیدی انجام می شود. این مواد پس از تزریق در خاک با استفاده از جریان آب زیر زمینی در لایه های مختلف خاک هایی که پتانسیل روانگرایی دارند، توزیع می شوند. متریال مورد استفاده در پایدارسازی فعال خاک، فاقد خواص سمی هستند و سبب مقاوم سازی خاک در برابر حرکت ذرات خواهند شد. استفاده از این روش مقاومت برشی خاک را هم افزایش می دهد. 
 

۱۰-مقابله با روانگرایی خاک از طریق تکنولوژی زیستی 

استفاده از فناوری های زیستی روشی مناسب جهت مقابله با روانگرایی خاک است. به این منظور می توان از روش مهم در فناوری های زیستی استفاده کرد. سیمانتاسیون زیستی، مسدود ‌سازی زیستی و گازهای زیستی سه روش فناوری های زیستی برای مقابله با روانگرایی خاک است. به منظور افزایش مقاومت برشی خاک، ذرات خاک در روش سیمانتاسیون زیستی به یکدیگر متصل می شوند و به این ترتیب ظرفیت باربری خاک نیز افزایش خواهد یافت. برای مقابله با روانگرایی خاک به این روش، مواد مغذی و میکرو ارگانیسم ها به خاک تزریق شده و پس از انجام فرایندهای شیمیایی مختلف، ذرات خاک به یکدیگر متصل شده و ظرفیت باربری خاک را افزایش خواهند داد. یکی دیگر از روش های فناوری زیستی برای مقابله با روانگرایی خاک، مسدود سازی زیستی است. در این روش به منظور افزایش خاصیت نفوذ ناپذیری، حفره های موجود در خاک با استفاده از میکروارگانیسم ها پر می شوند. در روش بیوگاز نیز از فعالیت های میکروبی حباب های ریز هوای موجود در آب، برای افزایش مقاومت ماسه در برابر روانگرایی استفاده خواهد شد. روش های زیستی سبب آسیب به محیط زیست نخواهند شد و نسبت به روش های مبتنی بر تزریق مواد شیمیایی از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه تر هستند. البته روش های زیستی مورد استفاده برای مقابله با روانگرایی خاک، پیچیدگی خاصی دارند بنابراین اجرای آن ها مستلزم رعایت شرایط حاکم بر محیط و خاک است. 
 

۱۱-مقابله با روانگرایی خاک از طریق پایین اوردن سطح آب

یکی از روش های مقابله با روانگرایی خاک، پمپاژ آب با هدف پایین آوردن سطح آب زیرزمینی است. البته سطح آب زیرزمینی وابسته به میزان بارش در فصول مختلف سال است بنابراین استفاده از این روش مستلزم پمپاژ دائمی آب است. به همین دلیل نمی توان در طولانی مدت از این روش برای مقابله با روانگرایی خاک استفاده کرد. 
 

۱۲-مقابله با روانگرایی خاک با جایگزینی خاک

برای مقابله با روانگرایی خاک، می توان خاک مناسب را جایگزین خاک هایی کرد که پتانسیل روانگرایی دارند. البته عموما لازم است تعویض خاک در ابعاد گسترده ای انجام گیرد، بنابراین جایگزینی خاک به دلیل محدودیت های موجود نمی تواند روش متداولی برای مقابله با روانگرایی خاک باشد. 
 

۱۳-مقابله با روانگرایی خاک با ایجاد محیط اشباع جزئی

برای مقابله با روانگرایی خاک می توان محیط اشباع جزئی ایجاد کرد. به این منظور لازم است تا ژل شیمیایی در محیط اشباع تزریق گردد. پس از تزریق ژل شیمیایی حباب های هوا درون خاک ایجاد می شوند و این حباب ها درجه ی اشباع خاک را کاهش می دهند. در ادامه مقاومت و تراکم پذیری خاک بهبود قابل توجهی خواهد یافت و به این ترتیب از روانگرایی خاک جلوگیری می شود. 
 

ساختمان های مقاوم در برابر روانگرایی

پیش از احداث ساختمان به روی خاک های مستعد روانگرایی، لازم است تا تهمیداتی برای بهسازی لرزه ای سازه اندیشید تا از خسارت های احتمالی تا جای ممکن پیشگیری شود. برای افزایش سازگاری ساختمان با خاصیت روانگرایی خاک، لازم است تا شکل پذیری زیادی برای سازه در نظر گرفته شود. به منظور مقابله با پدیده ی روانگرایی در خاک لازم است تا نسبت به اجرای تهمیداتی برای پی ساختمان اقدام گردد. در ادامه به الزامات مربوط به پی ساختمان جهت مقابله با روانگرایی خاک اشاره خواهد شد.
 

مقابله با روانگرایی خاک در پی های سطحی ساختمان 

به منظور پیشگیری از خسارات ناشی از روانگرایی خاک و کاهش تنش های برشی اعمالی به سازه، لازم است تا تمام اجزای پی سازه به طور مناسبی به یکدیگر متصل شده باشند. در این حین جا به جایی و نشست ساختمان رفتار یکسانی خواهند داشت. در صورتی که بخشی از خاک در پی های گسترده، دچار روانگرایی شده باشد می توان مقاومت لازم را به وسیله ی بخش های دیگر تأمین کرد. علاوه بر این توصیه می شود تا از اتصالات شکل پذیر برای اجزای زیر خاک استفاده گردد. 
 

مقابله با روانگرایی خاک در پی های عمیق ساختمان 

نیروی اعمالی ناشی از پدیده ی روانگرایی خاک به شمع مقدار زیادی است. به بیان دیگر، شمع هایی که در یک لایه ی سست و مستعد روانگرایی و یک لایه سخت تعبیه شده اند در اثر وقوع روانگرایی خاک ناچار به تحمل نیروهای قائم و ممان خمشی زیادی خواهند بود. در چنین شرایطی مقاومت لازم با استفاده از شمع هایی با قطر زیاد و تعداد بیشتری آرماتور تأمین خواهد شد. برای پیشگیری از آسیب شمع ها لازم است تا از سرشمع هایی با شکل پذیری مناسب استفاده شود. 
 

ضوابط خاک های مستعد روانگرایی 

به طور کلی توصیه می شود تا از خاک هایی که مستعد روانگرایی هستند برای احداث سازه استفاده نگردد. در ادامه ی این مطلب به ضوابط روانگرایی خاک پرداخته خواهد شد:
 
۱-ضوابط تاریخی در روانگرایی خاک: 
داده های زمانی یکی از پارامترهای مهم در بررسی ضوابط پتانسیل روانگرایی خاک است. بر این اساس در صورتیکه خاک محیطی در گذشته دچار روانگرایی شده باشد، احتمال وقوع مجدد این رویداد در آینده نیز وجود دارد. علاوه بر این وقوع روانگرایی خاک در وضعیت های مشابه نیز باید مورد توجه قرار گیرد. 
 
۲-ضوابط زمین شناسی در روانگرایی خاک:
 از پارامتر های موثر در پتانسیل روانگرایی خاک، ویژگی های زمین شناسی خاک مورد نظر است. اشباع بادی و آبرفتی در خاک سبب افزایش پتانسیل روانگرایی می شود. این خاک ها از ذرات با اندازه ی یکسان تشکیل شده که با اتصالی سست به روی یکدیگر قرار گرفته اند. سستی خاک گرایش به متراکم شدن را در آنها افزایش می دهد. همین مسئله می توان منجر به بالا رفتن فشار آب حفره ای و پایین آمدن مقاومت برشی خاک گردد. 
 
۳-ضوابط دانه بندی در روانگرایی خاک:
به طور کلی انتظار می رود که خاک هایی با ذرات دانه بندی یکسان، پتانسیل بیشتری در روانگرایی داشته باشند. در مقابل در صورتیکه دانه بندی خاک متنوع باشد، ذرات کوچک فضاهای خالی بین ذرات بزرگ را پر می کنند و در نتیجه این خاک ها تمایل کمتری به روانگرایی خواهد داشت. علاوه بر این، وجود اصطکاک بیشتر در ذرات خاک، تمیل به روانگرایی را کمتر می کند. لذا انتظار می رود ذرات گوشه تیز در خاک پتانسیل روانگرایی پایین تری نسبت به ذرات گوشه گرد داشته باشند.
 

انواع روانگرایی خاک

روانگرایی خاک به دو صورت روانگرایی جریانی و روانگرایی تحریک سیکلی خاک ایجاد. می شود که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد. 
 

۱-روانگرایی جریانی خاک 

یکی از انواع حالت های روانگرایی خاک، روانگرایی جریانی است. در روانگرایی جریانی خام، تعادل استاتیک خاک از طریق اعمال بارهای استاتیکی و دینامیکی مختل خواهد شد و این فرایند منجر به کاهش مقاومت باقی مانده ی خاک خواهد شد. ساختمان سازی به روی زمین های شیب دار مثالی از بار استاتیکی و زلزله مثالی از بار دینامیکی وارد بر خاک است که روانگرایی خاک را به دنبال خواهد داشت. در اثر بارهای وارد بر خاک در چنین شرایطی مقاومت برشی خاک کاهش چشمگیری خواهد یافت. آسیب های ناشی از روانگرایی جریانی خاک تخریب و جا به جایی گسترده ای به دنبال خواهد داشت. 

 

۲-روانگرایی تحرک سیکلی خاک 

در صورتی که مقدار تنش برشی از مقاومت برشی در خاکی کمتر باشد و چنین خاکی در معرض بار لرزه ای قرار گیرد، شاهد پدیده ی روانگرایی خاک به شکل تحرک سیکلی خواهیم بود. روانگرایی خاک به صورت تحرک سیکلی پدیده ای است که عموما در زمین های صاف یا کم شیب رخ می دهد. یکی از متداول در اثر تحرک سیکلی خاک، گسترش جانبی این خاک ها است. در اثر روانگرایی خاک به شکل تحرک سیکلی و فشار بالای آب حفره ای،‌ شاهد حرکت آب های زیر زمینی به سطح زمین حین وقوع زمین لرزه یا پس از آن خواهیم بود. در صورتی که جریان آب حرکت کرده به روی زمین از سرعت بالایی برخوردار باشد، ممکن است ذرات ماسه را به همراه خود به سطح زمین بیاورید که این پدیده، جوشش ماسه نامیده می شود. عموما در خاک هایی که دارای آب زیرزمینی هستند شاهد وقوع روانگرایی خواهیم بود به همین دلیل مناطق ساحلی، اسکله یا بندرها مناطق مستعد روانگرایی خاک هستند. از آنجایی که اکثر بندرها دارای دیوار حائل هستند، حین روانگرایی خاک فشار زیادی را تحمل می کنند که این امر منجر به جابجایی یا چرخش آن ها خواهد شد. یکی دیگر از رویدادهای متداول در اثر روانگرایی خاک، آسیب وارد بر پل های شهری است. در چنین شرایط عموما کناره های رودخانه گسترش خواهد یافت و با حرکت به سمت بستر رودخانه و اعمال فشار به شمع هایی که به عنوان ستون برای پل ها استفاده می شوند منجر به تخریب پل ها خواهند شد، به همین دلیل مقاوم سازی پل ها نیز یکی از راه های مقابله با آسیب های ناشی از روانگرایی خاک است.