مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان : ژئوتکنیک و مهندسی پی (1400) | ۳-۷-۷ روانگرایی

روانگرایی به ناپایداری لایه های خاک اشباع در اثر کاهش تنش موثر و در نتیجه کاهش مقاومت برشی اطلاق میگردد که در اثر افزایش فشار آب حفره ای ناشی از تغییر شکل برشی حاصل از زلزله ایجاد می شود. این پدیده به عنوان یک مخاطره ژئوتکنیکی زلزله به حساب می آید که میتواند آثار و عوارض مختلفی ایجاد نماید باعث آسیب به سازه ها و ابنیه گردد. 

“ پتانسیل روانگرایی ” و “ ارزیابی اثرات یا عوارض ناشی از روانگرایی ” دو موضوع مورد برسی اصلی در خصوص روانگرایی است . آثار ناشی از روانگرایی عموما به صورت موارد زیر بروز می کنند : 

- نشست عمومی زمین 

- کاهش ظرفیت باربری پی ها و نشست و کج شدگی ساختمان و فرورفتن پی و ساختمان در داخل لایه های خاک 

- غوطه وری و بالازدن سازه های مدفون 

- گسترش جانبی 

- ناپایداری و تغییر شکل شیروانی ها 

- افزایش فشار جانبی بر دیوارهای نگهبان خاک 

- جوشش ماسه 

در طراحی سازه ها باید به تاثیر عوارض ناشی از روانگرایی توجه جدی مبذول گردد. 

۱-۳-۷-۷ ارزیابی پتانسیل روانگرایی 

به طور کلی ارزیابی پتانسیل روانگرایی با روش تنش تناوبی انجام میشود برای ارزیابی ابتدا بدون انجام محاسبات بررسی اولیه ای صورت میگیرد و چنانچه امکان بروز روانگرایی در این مرحله منتفی نشود ارزیابی در مرحله دوم و با انجام محاسبات ادامه پیدا می کند. 

۱-۱-۳-۷-۷ مرحله اول ارزیابی 

خاک هایی که مستعد روانگرایی هستند معمولا در رده خاک های غیر چسبنده دسته بندی می شوند. از نظر قابلیت روانگرایی خاک ها را میتوان به ترتیب به ماسه های تمیز ماسه های سیلتی با خواص خمیری کم سیلت های غیر پلاستیک و شن ها محدود کرد. خاک های چسبنده عمدتاً در معرض خطر روانگرایی نیستند. با این حال در مواردی که با وجود خاک های چسبنده ،رسی خاک مستعد روانگرایی می باشد باید همه معیارهای زیر برآورده شوند:

- درصد وزنی خاک ریزدانه در اندازه رس (کوچکتر از 0/005mm) از ۱5% کمتر باشد. 

- حد روانی خاک (LL) کمتر از ۳5% باشد. 

- درصد رطوبت خاک مورد بررسی بیشتر از ۰٫۹ حد روانی خاک مورد بررسی باشد (W>0/9LL). 

خاک های در معرض روانگرایی علاوه بر شرط فوق شامل موارد زیر می باشند :

- سطح آب زیرزمینی کمتر از ۱۰ متر از سطح زمین یا از رقوم کف پی های سطحی باشد. 

- عمق لایه مستعد روانگرایی کمتر از ۲۰ متر از سطح زمین یا از رقوم کف پی های سطحی باشد. 

درصد ریزدانه کمتر از ۳5% ( FC≤35%) یا اندیس پلاستیسیته ریزدانه خاک کمتر از ۱5% باشد .(Pl<۱5%) 

- D10<=۱ mm - D50<=۱۰ mm

تخمین تر از آب زیرزمینی با توجه به امکان نوسان آن بر اساس بیشینه متوسط یا تراز آب احتمالی در شرایط جوی بحرانی بلند مدت باید انجام گیرد. در خصوص پی های عمیق پیشنهاد می شود عمق مورد بررسی در شمع های اتکایی تا ۶ متر زیر پایین ترین رقوم نوک شمع ها انجام گیرد در حالت گروه شمع بر حسب تعداد و نحوه قرارگیری شمع ها عمق مورد بررسی باید تعیین گردد. 

۲-۱-۳-۷-۷ مرحله دوم ارزیابی 

در این مرحله نسبت تنش تناوبی ناشی از زلزله CSR با نسبت مقاومت تناوبی خاک CRR با هم مقایسه می شوند. نسبت تنش تناوبی ناشی از زلزله و نسبت مقاومت تناوبی با استفاده از روابط ارائه شده در مراجع معتبر قابل محاسبه هستند. 

تشخيص وقوع یا عدم وقوع روانگرایی بر اساس مقایسه CSR و CRR7.5 انجام می گیرد. با FL=CRR7.5/CSR فرض به عنوان ضریب اطمینان روانگرایی وقوع روانگرایی برای FL های کمتر از ۱ محتمل است. در این صورت کنترل نشست و سایر عوارض ناشی از روانگرایی باید انجام گیرد. 

باید توجه کرد که در روش فوق مقدار CRR7.5 برای زلزله با بزرگای ۷٫۵ انجام میگیرد. چنانچه بزرگای زلزله طرح عددی غیر از ۷٫۵ باشد مقدار CRR7.5 باید در یک ضریب مناسب براساس بزرگای زلزله ضرب شود. همچنین تصحیحات برای در نظر گرفتن اثر تنش سربار و نیز وجود تنش برشی استاتیکی اولیه بر نسبت مقاومت تناوبی با اعمال ضرایب مناسب انجام گیرد. 

در صورتی که برآورد CRR بر اساس روش فوق برای تصمیم گیری در خصوص روانگرایی در ساختگاه های مهم از دقت کافی برخوردار نباشد برای تعیین دقیق تر CRR استفاده از آزمایش سه محوری یا برش ساده تناوبی یا دینامیکی بر روی نمونه های دست نخورده توصیه می شود. 

۲-۳-۷-۷ تعیین نشست ناشی از روانگرایی 

نشست ایجاد شده در حین و بعد از روانگرایی یکی از عوارض مهم روانگرایی است. توصیه می شود محاسبه نشست با استفاده از کرنش حجمی و روش های پیشنهادی معتبر انجام پذیرد. 

۳-۳-۷-۷ گسترش جانبی 

گسترش جانبی از عوارض مهم روانگرایی است که میتواند به سازه های مدفون خطوط لوله، شمع ها و ..... 

آسیب 

در زمین های مستعد روانگرایی که دارای شیب ملایم بوده یا دارای یک وجه آزاد نظیر زمین های منتهی به کانال های زهکش نهرها و رودخانه ها یا ساحل دریا باشند احتمال وقوع گسترش جانبی وجود دارد. گسترش جانبی میتواند موجب جابجایی های بزرگ در زمین گردد جهت ارزیابی استعداد و مقدار جابجایی ناشی از گسترش جانبی میتوان حداقل از یکی از سه رویکرد تحلیلی تجربی یا عددی استفاده نمود. 

طراحی لرزه ای پی برای مقاومت در برابر گسترش جانبی باید بگونه ای انجام شود که جابجایی افقی در بالای پی یا تنش های ناشی از آن از مقادیر مجاز مربوط به هر سازه فراتر نرود. علاوه بر طراحی مقاوم پی ساختمان طراحی پی باید به گونه ای باشد که ساختمان از نظر کلی نیز ایمن باشد برای این منظور طراحی لرزه ای سازه و پی مربوطه باید در سه حالت زیر انجام شود و نتایجی که بزرگترین اثر را مشخص می کند. در طراحی پی و سازه اعمال شود: 

حالتی که فرض میشود گسترش جانبی اتفاق خواهد افتاد 

حالتی که فرض میشود تنها روانگرایی اتفاق خواهد افتاد. 

حالتی که فرض میشود هیچکدام از روانگرایی و گسترش جانبی اتفاق نخواهد افتاد در این صورت بایستی در طراحی ها یا از طیف طراحی برای خاک نرم یا از طیف حاصل از مطالعات ویژه ساختگاهی بدون در نظر گرفتن وقوع روانگرایی استفاده نمود. 

در حالاتی که اثرات گسترش جانبی در طراحی پی های سطحی و عمیق در نظر گرفته می شود برای مطالعه عملکرد لرزه ای پی اثر آن باید بصورت یک فشار افقی منظور گردد. بدیهی است که در این حالت نیازی به اضافه نمودن نیروی اینرسی دینامیکی افقی زلزله ناشی از وزن سازه به نیروهای افقی ناشی از گسترش جانبی برای طراحی بخش های زیرزمینی سازه نمی باشد. 

4-3-7-7 پیشگیری از مخاطرات ناشی از روانگرایی 

چنانچه محاسبات مربوط به پتانسیل روانگرایی نشست ناشی از روانگرایی با گسترش جانبی و نیز سایر عوارض روانگرایی نشان دهنده وقوع قطعی روانگرایی و نشست غیر مجاز یا گسترش جانبی باشد باید با در نظر گرفتن ملاحظات فنی اجرایی و اقتصادی روش مناسبی برای پیشگیری یا تقلیل عوارض روانگرایی به کار گرفته شود. طراحی و اجرای روش های پیشگیری باید توسط مهندس ذیصلاح انجام شود.