زمین شناسی مهندسی پی های کارستی

1- تراکم متفاوت و نشست (Differential Compaction and Settling )

2- فرسایش زیر سطحی یا رگاب (Subsurface Erosion or Piping )

3- ایجاد فروچاله ها (Sinkholes )

1- تراکم متفاوت و نشست

به طور معمول با ایجاد ساختمان در یک محل وزن ناشی از آن به پی وارد می شود که در مناطق کارستی با مسائل ویژه ای همراه است . چنانچه سنگ کف از نوع کارست برجی – بریده (Cutter- Pinnacle Karst ) باشد، مرز تماس خاک با سنگ کف ناهموار و نامنظم خواهد بود. در این شرایط، آب در امتداد صفحات لایه بندی ، درزه ها و شکستگی ها سنگ کف را حل خواهد کرد و درزه های حل شده بصورت بریدگی های عمودی در می آیند. زمانی که ساختمان احداث می شود، وزن ساختمان خاک را فشرده کرده و مقداری گسترش می دهد . در نتیجه ، ساختمان نشست می کند . این موضوع عادی است و مسأله ای ایجاد نخواهد کرد ؛ زیرا نشست یکنواخت است . ولی زمانی که پی ساختمانی روی کارست برجی و بریده قرار می گیرد ، بخشی از پی توسط برج و بخشی توسط بریدگی های پر شده از خاک حمایت می شود . نتیجه آن نشست غیر یکنواخت است که در دیواره های پی و کف ساختمان ترک تولید می کند . این موضوع در ساختمان های بزرگ مانند مراکز خرید ، ساختمان های تجاری و اداری بزرگ در مناطق کارستی باید مورد توجه باشد ؛ ولی برای ساختمان های معمولی مانند منازل مسکونی چندان مد نظر نخواهد بود .

2- فرسایش زیر سطحی یا رگاب

پدیده رگاب ، فرسایش زیر سطحی خاک است که به وسیله گردش آب در خاک ایجاد می شود و مجاری زیر زمینی شبیه به لوله تولید می کند . رگاب تحت تأثیر اندازه ذرات خاک است . اندازه ذرات خاک از کمتر از 002/0 میلی متر برای رس ها تا چندین سانتیمتر برای شن ها متغیر است . این پدیده به طور عمومی در خاک های ریز دانه در حد ماسه ریز ، سیلت و رس های درشت دانه اتفاق می افتد .

لوله های نتیجه شده از رگاب، قطری معادل چند میلیمتر تا چند سانتیمتر دارند ، اما قطرشان می تواند به یک متر یا بیشتر هم برسد . این لوله ها یا مجاری ممکن است در محل هایی خیلی نزدیک به سطح ایجاد شوند و یا این که چند متر زیر زمین گسترش داشته باشند . رگاب ممکن است در محل های کارست بریده – برجی و نیز در بعضی نواحی غیر کارستی هم مشکل ایجاد کند .

رگاب می تواند در حفرات موجود در خاک سرباره (Overburden ) توسعه پیدا کند . این پدیده زمان پمپاژ آب و با کاهش سطح آب زیر زمینی شتاب پیدا می کند ؛ زیرا سرعت حرکت آب زیر زمینی با پمپاژ افزایش می یابد و این افزایش سرعت قادر است که پدیده فرسایش زیر سطحی را تشدید کند .

افزایش حجم آب وارد شده به خاک که به واسطه فعالیت انسانی و یا با دوره های طولانی بارندگی صورت می گیرد در ایجاد پدیده رگاب نقش مهمی ایفا می کند . در سازندهای دارای تناوب مارن ، ماسه سنگ با میان لایه های ژیپس مانند سازند آغاجاری پدیده رگاب با انحلال ژیپس اتفاق می افتد و در نتیجه لوله های انحلالی با قطر کم ایجاد می شود . ایجاد سازه های سنگین بر روی این نوع سنگ پی ممکن است به رمبیدن (Collapse ) زمین زیرسازه منجر گردد .

3- ایجاد فروچاله ها

1-3 – علائم تشکیل

علائم شکل گیری فروچاله ها را می توان به طور خلاصه به موارد زیر محدود کرد :

1- دیدن لغزش ، کج شدن حفاظ توری یا هر علامت عمودی کج شده مانند درختان و یا تیرهای چراغ برق

2- ترک در دیواره ساختمان ، پیاده روها که ممکن است شاخص نشست زمین در محل باشد .

3- پر شدن گودی ها از آب باران و ایجاد استخرهای طبیعی از علائم هشدار دهنده محسوب می گردد .

4- پائین افتادن سطح آب های زیر زمینی

5- آشفته شدن آب چاه ، در بعضی موارد در مراحل اولیه ایجاد یک فروچاله ، آب چاه های مجاور آشفته می شود .

باید توجه داشت که این علائم در مناطق غیر کارستی هم می تواند برای پیش بینی وقوع نشست زمین و یا ایجاد فروچاله ها به کار گرفته شود .

ورود گاز کربنیک در آب میزان انحلال سنگ را افزایش داده و به افزایش عرض ترک ها به میزان زیاد ( حدود یک متر ) منجر می گردد. زمانی که این ناپیوستگی های توسعه یافته در بالای سطح آب های زیرزمینی قرار می گیرند برای انتقال خاک به سمت پائین مسیرهای مناسبی خواهند بود . حرکت روبه پائین این خاک ها موجب تشکیل ترک هایی در خاک می گردد. چنین فرآیندی تشکیل فروچاله های شرق نیروگاه شهید مفتح در شمال شهرستان همدان را موجب گردیده است.

شرایط رطوبت خاک روباره هم در مقاومت خاک بسیار مؤثر است . عوامل زیادی می توانند بر روی رطوبت خاک اثر بگذارند که آب و هوا ، بافت خاک ، کانی شناسی خاک ، تبخیر ، پوشش گیاهی و عمق سطح ایستابی جزو آنها محسوب می شوند. برای مثال ، فرض کنید یک خاک حفره دار در چند متری زیر سطح زمین به دنبال یک دوره بارندگی زیاد آنقدر افزایش رطوبت پیدا کند که مقاومت خاک کاهش یافته و رمبیدن خاک اتفاق بیفتد . در بعضی موارد ، وزن آب اضافی حاصل از بارندگی می تواند موجب رمبیدن گردد. از طرفی در یک دوره خشک ، خشک شدن موجب تقلیل مقاومت خاک می شود ؛ زیرا انقباض ناشی از کاهش رطوبت خاک ترک هایی در آن به وجود می آورد که کاهش مقاومت و رمبیدن را سبب می گردد . رطوبت بعضی از خاک ها مناسب است ، به شکلی که مقاومت خاک را افزایش و قابلیت فرسایش آن را تقلیل می دهد. اما مقادیر زیاد افزایش رطوبت می تواند به کاهش مقاومت خاک منجر شده و رمبیدن را موجب شود .

سطح ایستابی و رطوبت خاک به طور طبیعی در طول سال در پاسخ به الگوهای بارندگی ، تبخیر و پوشش گیاهی نوسان دارد . آب زیرزمینی ساکن نیست و از میان منافذ و ترک های سنگ کف با یک شیب آبی معین از تراز بالا به تراز پائین حرکت می کند . پمپ یک چاه یا یک گروه از چاه های موجود ، مخروط افت ایجاد شده توسط پمپاژ بقدر کافی بزرگ باشد به ایجاد فرو چاله کمک خواهد کرد . همچنین ، احتمال وقوع پدیده رگاب در خاک را افزایش خواهد داد. در چنین شرایطی ، آب در چاه های مجاور کم شده و چشمه ها خشک می شوند . با کم شدن مقاومت حمایت کننده های زیر پی ، نشست ساختمان اتفاق می افتد .

چنین مواردی در اثر پدیده خشکاندن (Dewatering ) و پمپاژ بیش از حد (Over pumping ) چاه ها اتفاق خواهد افتاد ، در روستای همه کسی در دشت آبرفتی شهرستان همدان در نواحی شمال شرقی ( منطقه فامینین ) و شمال غربی( منطقه کبودرآهنگ ) چنین پدیده ای در حال انجام است که به ایجاد فروچاله های متعددی منجر شده است. باید توجه داشت که خشکاندن توسط پمپاژهای قوی تنها علت ایجاد فروچاله نیست . در بررسی های انجام شده در ناحیه میسوری (Missouri ) در امریکا در یک دوره تقریباًپنجاه ساله مشخص شد که 50% رمبیدن به علت عوامل طبیعی و 50% به فعالیت های انسان مربوط بوده است . در این میان ، معدنکاری و زهکشی متناوب از مهم ترین عوامل انسانی در ایجاد فرو چاله ها می باشند.(جدول4).

جدول 4 : عوامل ایجاد فروچاله ها در یک دوره 50 ساله در ناحیه میسوری در امریکا (قبادی،1386، ص185).

عوامل طبیعی

51 مورد

معدنکاری

46 مورد

زهکشی متناوب

24 مورد

تزریق آب

10مورد

خشکاندن محل

7 مورد

ایجاد بزرگراه

3 مورد

انفجار

2مورد

ریزش های طبیعی در یک دوره زمانی طولانی معادل چند هزار سال اتفاق می افتد در صورتی که فعالیت های انسانی مانند زهکشی در کوتاه مدت موجب ایجاد فروچاله خواهد شد .

منبع: جزوه اموزشی ژئومورفولوژی کارست دکتر نگارش دانشیار گروه جغرافیا دانشگاه سیستان و بلوچستان

زمین شناسی مهندسی پی های کارستی

مطالب مشابه :

آزمایشهای فیلتراسیون در طراحی فیلتر برای سدهای خاکی و سنگریزه‌ای

مقدمه اي بر کنترل تراوش سد به روش ديوار آببند

زمین شناسی مهندسی پی های کارستی

بعضی اصطلاحات ابخیزداری

سدهای خاکی

علل رایج تخریب سدهای خاکی . . .

یک پروژه کامل(سد سازی)

سد خاکی