مبحث ۷ — ژئوتکنیک و مهندسی پی
درسنامه — ژئوتکنیک لرزه‌ای
خلاصه‌یِ بندهایِ ۷-۷، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
دامنه‌یِ کاربرد و روشِ آیین‌نامه‌ایِ زلزله‌یِ طرح
•این فصل شاملِ ملاحظاتِ لرزه‌ای برایِ تعیینِ زلزله‌یِ طرح و اثراتِ ساختگاهی، روانگرایی و مخاطراتِ مرتبط، زمین‌لغزش و مخاطره‌یِ گسلشِ سطحی است.
•استفاده از شتاب‌هایِ پایه و طیف‌هایِ مربوط به انواعِ مختلفِ زمین بر اساسِ طبقه‌بندیِ مبحثِ ششم برایِ ساختمان‌هایِ مشمولِ این مبحث الزامی است؛ نحوه‌یِ اعمالِ اثراتِ ساختگاهی با در نظر گرفتنِ تأثیرِ لایه‌هایِ سطحی، طبقِ روش‌هایِ مبحثِ ششم و استانداردِ ۲۸۰۰، الزامی است.
مطالعاتِ ویژه‌یِ زلزله‌یِ طرح: تحلیلِ مخاطره‌پذیری
•برایِ برخی ساختمان‌ها (طبقِ استانداردِ ۲۸۰۰) باید مطالعاتِ خاصِ برآوردِ مخاطره‌پذیریِ زلزله و محاسبه‌یِ طیفِ ویژه‌یِ طراحی و ارائه‌یِ تاریخچه‌یِ زمانیِ شتابِ طراحیِ ساختگاه («زلزله‌یِ طرح») انجام گیرد؛ روشِ متعارف، «تحلیلِ احتمالاتیِ مخاطره‌پذیری» است که پارامترهایِ حرکتِ زمین (شتاب، سرعت، جابه‌جایی و پارامترهایِ طیفی/زمانی) را در سنگِ بسترِ لرزه‌ای محاسبه می‌کند.
•این مطالعه باید در پنج مرحله انجام شود: (الف) شناساییِ تمامیِ منابعِ لرزه‌زا، (ب) ارائه‌یِ رابطه‌یِ دوره‌یِ بازگشت و انتخابِ پارامترهایِ لرزه‌خیزی، (پ) انتخابِ روابطِ کاهیدگیِ مناسب، (ت) تعیینِ مخاطره‌پذیریِ زلزله در قالبِ منحنیِ مخاطره‌یِ زلزله، و (ث) ارائه‌یِ نگاشت‌هایِ تاریخچه‌یِ زمانیِ شتاب بر اساسِ پارامترهایِ حرکتی و طیفِ طرحِ ویژه‌یِ ساختگاه (با استفاده از نرم‌افزارهایِ معتبر در صورتِ نیاز).
تحلیلِ اثرِ ساختگاه
•اثرِ ساختگاه به دلیلِ سه عاملِ زیر به وجود می‌آید: قرارگیریِ لایه‌هایِ نرمِ رسوبی بر رویِ لایه‌هایِ سخت/سنگی، توپوگرافیِ سطحی، و توپوگرافیِ عمقیِ لایه‌هایِ رسوبی/سنگِ بستر.
•تأثیرِ لایه‌هایِ رسوبیِ سطحی: اگر لایه‌هایِ رسوبی افقی/تقریباً‌افقی باشند و توپوگرافیِ قابلِ‌ملاحظه‌ای نباشد، می‌توان از تحلیلِ یک‌بعدیِ خطیِ معادل استفاده کرد؛ برایِ ساختگاه‌هایِ با هندسه‌یِ سه‌بعدیِ محرز یا سازه‌هایِ مهم، باید از روش‌هایِ سه‌بعدیِ غیرِخطی استفاده شود. در شناساییِ ژئوتکنیکی باید سرعتِ موجِ برشی، مدولِ برشیِ حداکثر و منحنی‌هایِ تغییراتِ غیرِخطیِ مدول/میرایی تعیین شود؛ پارامترهایِ دینامیکیِ خاک ترجیحاً باید با نمونه‌هایِ دست‌نخورده و در محدوده‌یِ کرنشِ برشیِ متناسب اندازه‌گیری شود.
•تأثیرِ توپوگرافیِ سطحی: چنانچه ارتفاعِ شیب بیش از ۳۰ متر، زاویه‌یِ شیبِ دامنه بیش از ۱۵ درجه و سازه در یک‌سومِ فوقانیِ شیب قرار داشته باشد، حرکتِ زمین دچارِ بزرگ‌نمایی می‌شود و ضرایبِ پیشنهادیِ استانداردِ ۲۸۰۰ باید برایِ منظورکردنِ آن استفاده شود.
•تأثیرِ توپوگرافیِ عمقی: دره‌هایِ تنگِ پرشده از نهشته‌هایِ نرمِ خاکی، یا لبه‌یِ حوضه‌هایی که سنگِ بستر به‌صورتِ بیرون‌زدگی ظاهر می‌شود، نمونه‌هایِ شاخصِ اثرِ توپوگرافیِ عمقی‌اند؛ در چنین نقاطی، تحلیلِ سه‌بعدی با در نظر گرفتنِ هم‌زمانِ توپوگرافی و لایه‌هایِ رسوبی ضروری است و به‌کارگیریِ تحلیلِ یک‌بعدی مجاز نیست.
روانگرایی: ارزیابیِ پتانسیل
•روانگرایی به ناپایداریِ لایه‌هایِ خاکِ اشباع در اثرِ کاهشِ تنشِ مؤثر (ناشی از افزایشِ فشارِ آبِ حفره‌ای بر اثرِ تغییرشکلِ برشیِ زلزله) اطلاق می‌شود. آثارِ آن شامل: نشستِ عمومیِ زمین، کاهشِ ظرفیتِ باربریِ پی‌ها، غوطه‌وریِ سازه‌هایِ مدفون، گسترشِ جانبی، ناپایداریِ شیروانی‌ها، افزایشِ فشارِ جانبی بر دیوارهایِ نگهبان، و جوششِ ماسه.
•ارزیابیِ پتانسیلِ روانگرایی با روشِ تنشِ تناوبی و در دو مرحله انجام می‌شود. مرحله‌یِ اول (غربالِ اولیه): خاک‌هایِ مستعدِ روانگرایی معمولاً غیرِچسبنده‌اند (ماسه‌یِ تمیز، ماسه‌یِ سیلتی با خمیریِ کم، سیلتِ غیرِپلاستیک، شن)؛ خاک‌هایِ چسبنده عمدتاً در معرضِ خطر نیستند. علاوه بر شرایطِ خاک، خاک‌هایِ مستعدِ روانگرایی باید این معیارها را نیز داشته باشند: عمقِ لایه‌یِ مستعد کمتر از ۲۰ متر از سطحِ زمین یا کفِ پیِ سطحی، درصدِ ریزدانه کمتر یا مساویِ ۳۵٪ (FC ≤ ۳۵٪) یا اندیسِ پلاستیسیته‌یِ ریزدانه کمتر از ۱۵٪ (PI < ۱۵٪)، و دامنه‌یِ دانه‌بندیِ D50 ≤ ۱۰ میلی‌متر و D10 ≤ ۱ میلی‌متر.
•مرحله‌یِ دوم (محاسباتی): نسبتِ تنشِ تناوبیِ ناشیِ از زلزله (CSR) با نسبتِ مقاومتِ تناوبیِ خاک (CRR) مقایسه می‌شود؛ با تعریفِ FS = CRR/CSR به‌عنوانِ ضریبِ اطمینانِ روانگرایی، برایِ FS کمتر از ۱ وقوعِ روانگرایی محتمل است. مقدارِ CRR در این روش برایِ زلزله با بزرگایِ ۷٫۵ محاسبه می‌شود؛ برایِ بزرگایِ متفاوت، باید ضریبِ اصلاحیِ مناسب اعمال شود. در ساختگاه‌هایِ مهم، در صورتِ نبودِ دقتِ کافی، استفاده از آزمایشِ سه‌محوری یا برشِ ساده‌یِ تناوبی/دینامیکی بر نمونه‌هایِ دست‌نخورده توصیه می‌شود.
عوارضِ روانگرایی: نشست، گسترشِ جانبی و پیشگیری
•نشستِ ناشیِ از روانگرایی یکی از عوارضِ مهم است و توصیه می‌شود محاسبه‌یِ آن با استفاده از کرنشِ حجمی و روش‌هایِ معتبر انجام شود.
•گسترشِ جانبی از عوارضِ مهمِ روانگرایی است که می‌تواند به سازه‌هایِ مدفون، خطوطِ لوله و شمع‌ها آسیب برساند؛ در زمین‌هایِ با شیبِ ملایم یا دارایِ وجهِ آزاد (کانال، رودخانه، ساحل) احتمالِ وقوع وجود دارد. طراحیِ لرزه‌ایِ پی باید در سه حالت انجام و بزرگ‌ترین اثر اعمال شود: وقوعِ گسترشِ جانبی، وقوعِ فقط روانگرایی، و عدمِ وقوعِ هیچ‌کدام (با استفاده از طیفِ خاکِ نرم یا طیفِ مطالعاتِ ویژه بدونِ روانگرایی).
•چنانچه محاسباتِ پتانسیلِ روانگرایی، نشست یا گسترشِ جانبی نشان‌دهنده‌یِ وقوعِ قطعیِ روانگرایی و نشستِ غیرِمجاز یا گسترشِ جانبی باشد، باید با در نظر گرفتنِ ملاحظاتِ فنی/اجرایی/اقتصادی، روشِ مناسبی برایِ پیشگیری یا تقلیلِ عوارض به‌کار گرفته شود؛ طراحی و اجرایِ این روش‌ها باید توسطِ متخصصینِ ژئوتکنیکِ لرزه‌ای انجام شود.
ناپایداریِ شیب‌ها و زمین‌لغزش
•چنانچه ساختمان یا سازه‌ای در مجاورت یا رویِ شیب قرار گیرد، بررسیِ ناپایداریِ استاتیکی و لرزه‌ایِ شیب باید انجام شود. برایِ ساختمان‌هایِ با اهمیتِ کم و متوسط، روشِ شبه‌استاتیکی (نیروهایِ افقی/قائمِ زلزله همراه با نیروهایِ استاتیکیِ ثقلی و مقاوم) توصیه می‌شود؛ برایِ سازه‌هایِ با اهمیتِ بالا یا نیاز به محاسبه‌یِ تغییرشکلِ لرزه‌ای، باید از تحلیلِ تنش-تغییرشکل استفاده شود.
•ضرایبِ مؤلفه‌یِ افقی/قائمِ زلزله در روشِ شبه‌استاتیکی از تقسیمِ شتابِ زلزله بر شتابِ ثقل به دست می‌آیند و باید با ضریبِ اطمینانِ قابلِ‌پذیرش متناسب باشند؛ این ضرایب باید چنان تعیین شوند که جابه‌جاییِ دائمیِ مجازِ شیب (برایِ آسیب‌ندیدنِ سازه‌یِ رویی) به حداکثر ۵۰ میلی‌متر محدود شود.
•محاسبه‌یِ دقیقِ میزانِ جابه‌جاییِ لرزه‌ای، به‌ویژه برایِ ساختمان‌هایِ با اهمیتِ بالا، از تحلیل‌هایِ تنش-تغییرشکل به دست می‌آید؛ برایِ ساختمان‌هایِ متعارف و شیروانی‌هایِ تا ارتفاعِ ۳۰ متر، مقادیرِ استانداردِ ضرایب طبقِ نسبتِ شتابِ مبنایِ طرحِ استانداردِ ۲۸۰۰ در نظر گرفته می‌شود.
مخاطره‌یِ گسلشِ سطحی
•گسلشِ سطحی به جابه‌جاییِ بزرگِ برشی گفته می‌شود که با انتشارِ گسیختگیِ ناشیِ از جابه‌جاییِ گسل در لایه‌هایِ رسوبیِ سطحی ایجاد و به سطحِ زمین رسیده و سازه‌هایِ رویی را تحتِ‌تأثیر قرار می‌دهد.
•امکانِ ایجادِ گسلشِ سطحی در ساختگاهِ پروژه باید با نقشه‌یِ معتبرِ محدوده‌یِ گسلش یا با مطالعه‌یِ کارشناسِ مجرب مشخص شود؛ مناسب‌ترین راهکارِ کاهشِ خسارات، استفاده از کاربریِ مناسب در محدوده‌یِ ناحیه‌یِ گسیختگی است.
•این محدوده را می‌توان تا ۲۰ متر از طرفینِ خطِ اصلیِ گسلشِ سطحی در نظر گرفت؛ داخلِ این محدوده باید از کاربری‌هایی که حداقلِ ساخت‌وساز در آن انجام می‌گیرد استفاده شود.
جدولِ مرورِ سریع
مرجعِ الزامیِ روشِ آیین‌نامه‌ایِ زلزله‌یِ طرحطبقه‌بندیِ مبحثِ ششم و استانداردِ ۲۸۰۰
تعدادِ مراحلِ مطالعه‌یِ تحلیلِ مخاطره‌پذیریِ زلزلهپنج مرحله (شناساییِ منابع تا ارائه‌یِ نگاشت‌ها)
شرطِ بزرگ‌نماییِ توپوگرافیِ سطحیارتفاعِ شیب > ۳۰ متر، زاویه > ۱۵ درجه، سازه در ۱/۳ فوقانیِ شیب
عمقِ لایه‌یِ مستعدِ روانگرایی (معیارِ غربال)کمتر از ۲۰ متر از سطحِ زمین یا کفِ پیِ سطحی
معیارِ درصدِ ریزدانه/پلاستیسیته برایِ استعدادِ روانگراییFC ≤ ۳۵٪ یا PI < ۱۵٪
دامنه‌یِ دانه‌بندیِ خاکِ مستعدِ روانگراییD50 ≤ ۱۰ میلی‌متر و D10 ≤ ۱ میلی‌متر
بزرگایِ زلزله‌یِ مرجع برایِ محاسبه‌یِ CRR۷٫۵
معیارِ وقوعِ روانگراییFS = CRR/CSR کمتر از ۱
سه حالتِ طراحیِ لرزه‌ایِ پی در زمینِ مستعدِ گسترشِ جانبیبا گسترشِ جانبی؛ فقط با روانگرایی؛ بدونِ هیچ‌کدام — بزرگ‌ترین اثر ملاک است
حداکثرِ جابه‌جاییِ دائمیِ مجازِ شیب در روشِ شبه‌استاتیکی۵۰ میلی‌متر
محدوده‌یِ احتیاطیِ گسلشِ سطحی۲۰ متر از طرفینِ خطِ اصلیِ گسلش
برو به آزمونِ همین فصل