مقاله استاد دانشگاه صنعتی شریف با موضوع شیوه توزیع نیروهای وارده بر پی های عمیق ساختمان ها در هنگام زلزله بعد از انتشار در یکی از معتبرترین مجلات پژوهشی جهان با بیشترین میزان مشاهده به عنوان ˈمقاله داغˈ معرفی شد.
آزمایش دکتر سید محسن حائری درباره پدیده روانگرایی خاک به کشف یافته هایی جدید در رابطه با شیوه توزیع نیروی وارده بر پی های عمیق ساختمان ها 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 می کند
شهرهای ساحلی که بر روی خاک ماسه ای بنا شده اند در هنگام بروز زلزله ممکن است با پدیده ویرانگری مواجه شوند که به آن روانگرایی خاک گفته می شود.
دکتر سید محسن حائری، استاد دانشگاه صنعتی شریف در این باره می گوید: گسترش جانبی ناشی از روانگرایی خاک شکاف های بسیار عمیقی را روی زمین ایجاد می کند که برخی به اشتباه آن را محل گسل می دانند اما این شکاف ها درواقع به دلیل سست شدن لایه های ماسه ای زیرسطحی در حین زلزله رخ می دهد.
وی می افزاید: کاری که زلزله با زمین های ماسه ای می کند مانند کاری است که شما برای فشردن بیشتر برنج یا شکر در ظرف می کنید و آن را تکان می دهید 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 درهمان سال در آلاسکای آمریکا به بار آورد مورد توجه و مطالعه دانشمندان قرار گرفت.
وی می گوید: پدیده روانگرایی برای سواحل جنوبی و شمالی کشور ما نیز یک مساله است، البته این پدیده منحصر به نواحی ساحلی نیست به گونه ا ی 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 می شود؟
استاد دانشکده عمران دانشگاه صنعتی شریف پدیده روانگرایی را اینگونه شرح می دهد: خاک های ماسه ای سست که از آب اشباع شده اند مانند زمین های سواحل شمالی و جنوبی کشور، وقتی تحت تاثیر نیروی زلزله قرار می گیرند 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 می شود آب تحت فشار زیاد به سمت بالا حرکت کند و به همین دلیل سطح اتکای دانه های ماسه بر روی یکدیگر از بین برود و چنین اتفاقی خاک را به شدت سست می کند.
در این شرایط ، اگر این خاک سست در یک ناحیه با شیبی اندک قرار داشته باشد نیروی گرانش زمین موجب می شود ناگهان زمین در یک منطقه وسیع چند صدمتر به حرکت درآید که در این بین، ساختمان های بنا شده روی این منطقه همگی نابود شده یا دچار آسیب های شدیدی خواهند شد.
**آیا می توان با روانگرایی مقابله کرد؟
یکی از راه های مقابله با پدیده روانگرایی از طریق ایجاد پی های عمیق است که در زیر سازه نصب شده و تا لایه محکمی از خاک ادامه پیدا می کنند.
به این ترتیب وزن سازه به خاکی مطمئن از نظر استحکام انتقال می یابد که پدیده روانگرایی روی آن اثری ندارد اما حتی گاهی این روش که به «پی عمیق» مشهور است نیز با مشکلاتی مواجه می شود.
دکتر حائری در این باره می گوید: حرکت لایه ماسه ای بر اثر پدیده گسترش جانبی ناشی از روانگرایی می تواند نیروی عظیمی را بر این پی های 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 می افزاید: با وجود اهمیت محاسبات مربوط به پی های عمیق تا به حال تنها یک دستور العمل توسط ژاپنی ها با استفاده از مشاهدات خرابی ها در زلزله کوبه و به تازگی یک دستور العمل توسط آمریکایی ها با استفاده از مطالعه نرم افزاری در این باره تدوین شده اند که از روش هایی ساده و ابتدایی برای محاسباتشان بهره می گیرند.
گروه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی شریف برای بهبود این روش ها، مجموعه ای از آزمایش های سخت و طاقت فرسا را تدارک دید که با حمایت مالی پژوهشکده حمل و نقل وزارت راه و شهرسازی انجام شد که نتایج این آزمایش ها به تدریج تحت چند عنوان مقاله در اختیار پژوهشگران جهان قرار می گیرد.
**یافته های جدید دانشگاه صنعتی شریف
چگونگی توزیع نیرو در میان پی های عمیق که اصطلاحاً به آن ها شمع هم گفته می شود، هنگام بروز پدیده روانگرایی و به خصوص گسترش جانبی ناشی از این پدیده، اهمیت بسیاری در افزایش دقت محاسبات مربوط به طراحی آن ها دارد. پیشکسوت مهندسی ژئو تکنیک در ایران ضمن اشاره به کمبودهای علمی دو دستورالعمل موجود در این زمینه می گوید: برای فهم بهتر پدیده روانگرایی ۱۰ آزمایش را در دانشگاه شریف انجام دادیم و که در آنها نیروهای وارده بر شمع ها را در هنگام بروز پدیده روانگرایی برای حالت های مختلف به دقت بررسی کردیم و نتایج و مشاهدات آزمایش ها، بسیار جالب و متفاوت با دستورالعمل ها بود.
دکتر حائری در مورد چالش های کار این گونه توضیح می دهد: آزمایش ها در محفظه بزرگی انجام می شد که آماده سازی آن کار بسیار دشواری بود به ویژه آنکه ما بر خلاف متر عمول از یک دیواره شفاف هم در این محفظه استفاده کرده بودیم، این دیواره کمک می کرد علاوه بر داده های 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 می شد اما نتایج حاصله ارزش این زحمت را داشت به گونه ای که فهمیدیم به طور مثال وقتی شمع ها در حین حرکت خاک پشت سر هم قرار می گیرند هر یک دقیقا چه نیرویی را تحمل می کنند، این در حالیست که دستور العمل ها فرض کرده اند نیروهای یکسان به شمع ها در چنین فرآیندی وارد می شود.
چنین نتایج دقیقی برای بسیاری از محققان و مهندسان در سرتاسر دنیا که علاقمند به بهبود ایمنی سازه ها هستند اهمیت فراوانی دارد و ما هم اکنون در حال تدوین نتایج و انتشار آن ها در مجلات بین المللی و استفاده از آن ها در راهنماهای طراحی هستیم.
استاد دانشگاه صنعتی شریف خاطرنشان کرد: اگرچه کار انجام شده کار بزرگی بوده است اما هنوز راه طولانی تا شناخت کامل مساله 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.
