فرادرسفرونشست زمین چیست؟ – از علت تا پیامدها به زبان ساده
فرونشست، حرکت رو به پایین سطح زمین است که معمولا به علت خروج رطوبت از درون توده خاک رخ می‌دهد. بر اثر این پدیده، سازهها و زیرساخت‌های سطحی به درون زمین کشیده می‌شوند و به طور جدی آسیب می‌بینند. پیامدهای اقتصادی و اجتماعی فرونشست، باعث کاهش کیفیت زندگی انسانها می‌شود. البته اهمیت این پدیده فقط به دلیل اثرات زیان‌آور آن بر روی زندگی انسانها نیست. فرونشست بر روی زندگی حیوانات، گیاهان و به طور کلی، زیست‌بوم یک منطقه نیز اثر منفی می‌گذارد. از این‌رو، مطالعه این پدیده و یافتن راه‌حل‌های عملی برای پیشگیری و مقابله با آن، یک موضوع بسیار مهم در حوزه‌های مرتبط با علوم زمین و مهندسی سازه به شمار می‌رود. در این مقاله از مجله فرادرس، قصد داریم به بررسی ویژگی‌های پدیده فرونشست زمین بپردازیم. همچنین، اثرات مخرب، پارامترهای موثر، نشانه‌های رخ دادن و روش‌های مقابله با فرونشست را نیز مورد بررسی قرار می‌دهیم.
حرکت زمین چیست و چه انواعی دارد؟
«حرکت زمین» (Ground Movement)، جابجایی بخشی از خاک زمین به دلیل عوامل طبیعی یا انسانی است. بالاآمدگی، زمین‌لغزش، تحکیم و فرونشست، انواع اصلی حرکت زمین هستند.
انواع پدیده‌های مرتبط با حرکت زمین به صورت زیر تعریف می‌شوند:
- «بالاآمدگی» (Heave): جابجایی رو به بالای زمین بر اثر انبساط خاک
- «زمین‌لغزش» (Landslip): جابجایی مورب و رو به پایین زمین بر اثر ریزش شیب
- «تحکیم» (Settlement): جابجایی رو به پایین زمین بر اثر فشرده شدن و بار ناشی از وزن سازه‌های بالایی طی چندین سال
- «فرونشست» (Subsidence)
در ادامه، به معرفی فرونشست، به عنوان یکی از مهمترین انواع حرکت زمین، مخصوصا برای سازه‌های مهندسی می‌پردازیم.
فرونشست زمین چیست؟
«فرونشست» (Subsidence)، جابجایی عمودی و رو به پایین زمین است که معمولا بر اثر خروج آب، نفت، گاز طبیعی یا مواد معدنی از درون زمین رخ می‌دهد.
منشا این پدیده می‌تواند عوامل انسانی نظیر پمپاژ آب، شکست هیدرولیکی (استخراج نفت و گاز)، معدنکاری یا عوامل طبیعی مانند زلزله، فرسایش، فروچاله و غیره باشد.
محدوده رخداد فرونشست، از نواحی بسیار کوچک نظیر گوشه حیاط یک ساختمان تا نواحی بسیار بزرگ مانند سطح یک استان تغییر می‌کند. در این پدیده، جابجایی افقی زمین بسیار کم یا حتی صفر است. با این وجود، اندازه‌گیری تغییرات ناشی از آن توسط سیستم‌های GPS، برداشت دوره‌ای سطح مبنای ژئودزی یا نصب حسگرهای تراز آب‌های سطحی و زیرزمینی انجام می‌گیرد.
فرونشست زمین به چه علت است ؟
هنگام خروج سیالات از درون فضای خالی بین ذرات خاک در اعماق، وزن لایه‌های بالایی باعث حرکت رو به پایین زمین می‌شود. فرونشست زمین، علت‌های طبیعی و انسانی متعددی دارد. از فرآیندهای اصلی تاثیرگذار بر روی رخداد این پدیده می‌توان به انحلال سنگهای کربناته موجود در لایه‌های پایینی توسط آب‌های زیرزمینی، فشردگی تدریجی رسوبات، خروج گدازه از زیر پوسته زمین، معدنکاری، پمپاژ سیالات زیرزمینی به سطح (آب و نفت) یا حرکت تکتونیکی زمین اشاره کرد. در بخش‌های بعدی، به توضیح بیشتر راجع به هر یک از دلایل فرونشست خواهیم پرداخت.
مطالعه فرونشست زمین چه اهمیتی دارد؟
اهمیت مطالعه پدیده فرونشست را می‌توان به این صورت بیان کرد: فرونشست زمین، شهرها را به درون خود می‌کشد و سازهها را می‌بلعد. بسیاری از شهرهای بزرگ و کوچک دنیا با مشکلات ناشی از این پدیده دست و پنجه نرم می‌کنند. به همین دلیل، فرونشست زمین به یکی از مهمترین چالش‌های زمین‌شناسان، مهندسان ژئوتکنیک، نقشه‌برداران، مهندسان عمران، مهندسان معدن، کارشناسان مدیریت شهری، مالکان سازهها و به طور کلی، عموم مردم تبدیل شده است. علاوه بر تخریب سازهها، فرونشست زمین بر روی کمیت و کیفیت منابع آب زیرزمینی نیز تاثیر می‌گذارد.
پیامدهای فرونشست زمین چه هستند؟
فرونشست زمین، پیامدهای اجتماعی، محیط زیستی و اقتصادی زیادی را در پی دارد. به عنوان مثال، آسیب به زیرساخت‌هایی نظیر راه، هزینه‌های قابل‌توجهی را به کشور تحمیل می‌کند و بر روی اقتصاد نیز تاثیر می‌گذارد. این مسئله، بر روی کیفیت زندگی مردم اثر منفی می‌گذارد. به علاوه، فرونشست زمین با کاهش ظرفیت آبخوان‌ها، باعث ایجاد مشکل در سیستم‌های تامین و توزیع آب می‌شود. مناطق نزدیک به ساحل نیز در صورت مواجه با این پدیده، به زیر آب می‌روند. اگر این مناطق، مسکونی باشند، فرونشست زمین می‌تواند یک فاجعه را در پی داشته باشد. در بخش‌های بعدی، به طور جامع در مورد پیامدهای فرونشست زمین صحبت خواهیم کرد.
اثرات مخرب فرونشست زمین
کاهش ظرفیت آبخوان‌ها، تخریب زیرساخت‌ها، تغییر در سیستم‌های آبی و زهکشی، افزایش سیل در نواحی ساحلی و تخریب اکوسیستم، از مهمترین اثرات منفی فرونشست هستند. در ادامه، به تشریح هر یک از این اثرات می‌پردازیم.
تاثیر فرونشست بر ظرفیت آبخوان
یکی از پیامدهای مهم فرونشست زمین، تغییر در میزان آبی است که یک آبخوان می‌تواند در خود جای دهد. فرونشست، با جابجایی رو به پایین خاک، فاصله بین لایه‌های رسی و سنگ بستر را کمتر می‌کند. به این ترتیب، فضای موجود برای ذخیره آب کاهش می‌یابد. کاهش ظرفیت آبخوان، حتی در صورت ثابت ماندن میزان تخلیه و مصرف آن، اتمام سریع‌تر ذخایر آبی را در پی دارد. این مسئله باعث آسیب رسیدن دائمی به آبخوان و سیستم آب‌رسانی منطقه می‌شود.
تاثیر فرونشست بر روی زیرساخت ها
فرونشست زمین می‌تواند به ساختمان‌ها، راه‌ها و سیستم‌های آب و فاضلاب آسیب برساند. این پدیده، باعث فشرده شدن سنگ‌ها و رسوبات لایه‌های پایینی زمین یا اصطلاحا «فشردگی آبخوان» (Aquifer Compaction) می‌شود. فشردگی آبخوان، معمولا در آبخوان‌های متشکل از رس و سیلت رخ می‌دهد. در هنگام رخ دادن این پدیده، پیوستگی سطح زمین از بین می‌رود و خاک لایه‌های بالاتر به پایین کشیده می‌شود.
هنگامی که میزان آب خروجی از آبخوان بیشتر از آب ورودی به آن باشد، زمین شروع به جابجایی می‌کند. با جابجایی و تغییر وضعیت سطح زمین، زیرساخت‌های روی آن آسیب می‌بینند. ساختمان‌ها به سمت ناحیه فرونشست منحرف می‌شوند؛ فونداسیون سازهها ترک برمی‌دارند؛ و جاده‌ها تغییر شکل می‌دهند.
فرونشست‌های بزرگ، بر روی ساختار کلی جوامع تاثیر می‌گذارند. این پدیده‌های مخرب، نه تنها باعث ایجاد سیل در نواحی نزدیک به ساحل می‌شوند، بلکه مناطق دور از ساحل را نیز با خطر سیل رو به رو می‌کنند. در واقع، هیچکس از پیامدهای اقتصادی و یا اجتماعی فرونشست زمین در امان نیست.
تاثیر فرونشست بر سیستم های آبی و زهکشی
پمپاژ بیش از حد آب زیرزمینی و فرونشست زمین، دبی جریان و کیفیت آب را کاهش می‌دهد. این کار باعث افزایش احتمال نفوذ مواد شیمیایی به اعماق زمین و آلوده شدن آب آشامیدنی می‌شود. از دیگر اثرات فرونشست بر سیستم آبی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تخریب اکوسیستم
- تغییر جریان زهکشی
- گسترش محدوده سیلاب
فرونشست زمین، اکوسیستم نواحی ساحلی زیادی را تحت تاثیر قرار می‌گیرد. تغییر در سیستم‌های آبی و طغیان آب در نواحی ساحلی، به جانوران و گیاهان آسیب می‌رساند. این مسئله، گونه‌های محلی را مجبور به ترک محل زندگی‌شان می‌کند.
تاثیر فرونشست بر طغیان آب در نواحی ساحلی
در بخش‌های قبلی، بارها به تاثیر فرونشست بر سیلاب در نواحی ساحلی اشاره کردیم. در صورت فرونشست نواحی ساحلی، طغیان آب هنگام بالا آمدن سطح آب به یک مشکل همیشگی تبدیل می‌شود.
تاثیر فرونشست بر تخریب زندگی جانوری و گیاهی
اکوسیستم‌های ساحلی، حساسیت بسیار بالایی به پدیده فرونشست دارند. بسیاری از حیوانات و گیاهان، قادر به تحمل تغییرات بزرگ اکوسیستم نیستند. سیلاب‌های ناشی از فرونشست، به زندگی این موجودات زنده آسیب می‌رسانند. به این ترتیب، حیوانات به مجبور حرکت به سمت نواحی دور از ساحل و خشکی‌ها یا نواحی دوردست می‌شوند.
علاوه بر این، فرونشست با کاهش کیفیت آب یک منطقه، حیات وحش آن منطقه را با خطر رو به رو می‌کند. اگر کاهش کیفیت آب، به دلیل ورود مواد شیمیایی به درون آن باشد، احتمالا از بین رفتن زندگی بسیاری از موجودات زنده وجود خواهد داشت. فرونشست زمین، تاثیر قابل‌توجهی بر روی نواحی ساحلی و نزدیک به آب دارد. با این وجود، اکوسیستم‌های نواحی غیرساحلی نیز تحت تاثیر این پدیده قرار می‌گیرند. بنابراین، پیشگیری از رخ دادن فرونشست و اتخاذ تمهیدات مناسب برای مقابله با آن، اهمیت بالایی برای حفظ کیفیت زندگی انسانها و دیگر موجودات زنده دارد.
علائم فرونشست زمین چه هستند؟
علائم فرونشست زمین و اثرات مخرب این پدیده بر روی زیرساخت‌ها، به سادگی قابل تشخیص هستند. با این وجود، هنگامی که فرونشست در نواحی وسیع و با مقیاس بزرگ رخ می‌دهد، تشخیص آن دشوار می‌شود.
هنگامی که زیرساخت‌ها تحت تاثیر فرونشست زمین قرار می‌گیرند، معمولا نشانه‌های زیر در آن‌ها به نمایش درمی‌آید:
- ترک در دیوار یا فونداسیون سازهها
- پیاده‌رو، جاده یا مسیرهای بتنی نامتوازن
- کف‌های نامتوازن یا گود
- ساختمان‌های مایل
مشکلات بالا، نشانه‌های اصلی فرونشست به شمار می‌روند و می‌توانند باعث به وجود آمدن مشکلات دیگر شوند. همان‌طور که اشاره کردیم، علائم فرونشست‌های بزرگ، به سادگی قابل مشاهده نیستند. برای پیدا کردن این علائم باید به تغییرات منطقه توجه کرد. برخی از این تغییرات عبارت هستند از:
- افزایش سیلاب در نواحی غیرساحلی
- سیلاب‌های بزرگ و غیرعادی در نواحی ساحلی
- زمین‌های نامتوازن و گود
با استفاده از تجهیزات مخصوص می‌توان موارد بالا را کنترل کرد و در صورت مشاهده تغییرات غیرعادی، اقدامات پیشگیرانه را انجام داد.
علائم فرونشست در ساختمان ها
ترک، یکی از متداول‌ترین علائم وجود مشکل در ساختمان‌ها است. اغلب ترک‌های موجود بر روی دیوار خانه‌ها، هیچ خطری ندارند. با این وجود، اگر این ترک‌ها دارای مشخصات زیر باشند، احتمال فرونشست و پیامدهای مخرب ناشی از آن افزایش می‌یابد:
- بازشدگی بیشتر ترک در قسمت بالایی نسبت به قسمت پایینی
- بازشدگی بیش از 3 میلی‌متر
- حضور ترک در هر دو طرف دیوار و امکان مشاهده آن از بیرون خانه
- نزدیکی ترک به نواحی ضعیف از جمله درها، پنجره‌ها یا دیگر نقاط اتصال المان‌های مختلف
یکی دیگر از نشانه‌های فرونشست زمین با توجه به وضعیت ساختمان، چین‌خوردگی کاغذ دیواری است. البته این مسئله به دلیل تعریق هوا نیز رخ می‌دهد اما اگر اثری از تعریق نباشد، علت آن می‌تواند فرونشست باشد. علاوه بر ترک (با مشخصات بالا) و چین‌خوردگی کاغذ دیواری، چفت نشدن در و پنجره در چارچوب‌شان نیز از علائم فرونشست هستند. ترک‌های ناشی از فرونشست زمین معمولا در نزدیکی این بازشونده‌ها به وجود می‌آیند. همین موضوع، چفت شدن آن‌ها را با مشکل مواجه می‌کند.
پارامترهای موثر بر فرونشست زمین چه هستند؟
پارامترهای متعددی از جمله جنس خاک، وضعیت درختان، نشت آب، استخراج نفت، وضعیت فونداسیون، معدنکاری، اقلیم، برداشت آب زیرزمینی، وجود سنگهای محلول در آب و غیره بر روی رخ دادن فرونشست زمین و پیامدهای ناشی از آن تاثیر می‌گذارند. در این بخش، به معرفی این پارامترها می‌پردازیم.
تاثیر نوع خاک بر فرونشست زمین چیست ؟
نوع خاک، یکی از مهمترین و اصلی‌ترین عوامل موثر بر فرونشست زمین است. هنگام مطالعه بر روی فرونشست، خاک‌ها را به دو دسته زیر تقسیم می‌کنند:
- خاک چسبنده: مانند رس و سیلت
- خاک غیر چسبنده: ماسه و شن
در ادامه، نحوه تاثیر خاکهای چسبنده و غیرچسبنده بر روی فروشست را بررسی می‌کنیم.
تاثیر خاک چسبنده بر روی فرونشست
یکی از ویژگی‌های شاخص خاکهای چسبنده مانند رس و سیلت (لای)، قابلیت جذب آب است. اگر رطوبت محیط اطراف این خاک‌ها زیاد باشد، آب به درون آن‌ها نفوذ می‌کند و باعث افزایش حجم توده خاک می‌شود. در صورت فراهم شدن شرایط خروج آب از درون خاک، حجم آن کاهش یافته و احتمال فرونشست زمین افزایش می‌یابد.
حرکت زمین در نواحی دارای خاکهای چسبنده به فصل بستگی دارد. در فصل تابستان، به دلیل گرمای هوا و نرخ بالای تبخیر، آب از درون خاک خارجی شده و باعث کاهش حجم زمین می‌شود. در فصل زمستان و با افزایش میزان بارندگی، آب بار دیگر به فضای متخلخل درون خاک نفوذ می‌کند و حجم زمین را افزایش می‌دهد. سازه‌های روی خاکهای چسبنده، معمولا با مشکل ترک‌خوردگی در تابستان و بسته شدن ترک‌ها در زمستان مواجه می‌شوند.
جمع شدگی خاک
در صورت عدم بارندگی در مدت طولانی، تاثیر منفی انقباض و انبساط خاک بر روی سازه افزایش می‌یابد. در این شرایط، عدم بارندگی در فصول سرد، تراکم خاک را در پی دارد. به این ترتیب، با گرم‌تر شدن هوا در تابستان، جمع‌شدگی بیشتر خاک رخ می‌دهد. این مشکل می‌تواند فونداسیون را جابجا کرده و آسیب‌های شدیدی را به سازه وارد کند. وجود درخت و فضای سبز در اطراف سازه، اثر منفی «جمع‌شدگی خاک» (Soil Shrinkage) را بیشتر خواهد کرد.
برآمدگی خاک
خاکهای چسبنده، علاوه بر مشکل فرونشست می‌توانند دلیل برآمدگی نیز باشند. «برآمدگی» (Heave)، پدیده‌ای است که باعث بالا آمدن سطح خاک نسبت به وضعیت اولیه خود می‌شود. بارندگی‌های مداوم، سیل یا شکستن لوله‌های انتقال آب، از دلایل انبساط خاکهای چسبنده و رخ دادن برآمدگی هستند. البته بریدن درختان نیز می‌تواند باعث ایجاد این پدیده شود.
تاثیر خاک غیرچسبنده بر روی فرونشست
خاکهای غیرچسبنده مانند شن و ماسه، نفوذپذیری بالاتری نسبت به رس و سیلت دارند. به همین دلیل، جریان آب به جای جذب شدن، از درون آن‌ها عبور می‌کند. خاکهای غیرچسبنده، به شدت خاکهای چسبنده بر روی جمع‌شدگی و برآمدگی زمین تاثیر نمی‌گذارند. با این وجود، احتمال شسته شدن آن‌ها بر اثر شکستن لوله‌های انتقال آب، نشت یا سیل وجود دارد. در مجموع، نوع خاک منطقه، ویژگی بسیار مهمی است که باید پیش از اجرای سازه‌های مهندسی، مطالعات جامعی بر روی آن صورت گیرد.
تاثیر درختان ناحیه بر فرونشست زمین چیست ؟
وضعیت (وجود یا عدم وجود) فضای سبز یک ناحیه، تاثیر بسزایی بر روی فرونشست زمین آن ناحیه دارد. بسیاری تصور می‌کنند که وجود درخت در اطراف سازه‌های می‌تواند باعث فروشست زمین زیر آن‌ها و افزایش خطر ریزش شود. این تصور تا حدی درست است. با این وجود، در برخی از موارد، عدم حضور درخت نیز می‌تواند تاثیر منفی بر روی پایداری شرایط زمین و امنیت سازه داشته باشد.
به منظور بررسی تاثیر فضای سبز بر روی خاک، باید پارامترهای زیر را مورد بررسی قرار داد:
- نوع درخت: بلوط، بید، ون، سپیدار، چنار و افرا، متداول‌ترین درخت‌های تاثیرگذار بر روی فرونشست زمین هستند.
- فاصله درخت تا محل مورد مطالعه: فاصله ایمن یک درخت تا محل اجرای سازهها، به نوع و ابعاد آن بستگی دارد. به عنوان مثال، فاصله ایمن یک درخت گردوی ۱۸ متری تا سازه، حدود ۱۴ متر در نظر گرفته می‌شود. با رعایت فواصل ایمن، احتمال اثرگذاری منفی درختان بر روی فرونشست کاهش می‌یابد.
- تعداد درختان و درختچه‌های بزرگ: درختان و درختچه‌های بزرگ بیشتر باشد، آب بیشتری را از درون زمین به درون خود جذب می‌کنند. این مسئله، خطر فرونشست را افزایش می‌دهد.
- نوع خاک: در صورت رسی بودن خاک، وجود درخت باعث جذب رطوبت زمین و جمع‌شدگی آن می‌شود. به عبارت دیگر، حضور درخت در زمین‌های رسی، احتمال فرونشست را افزایش می‌دهد.
- آب و هوا: در آب و هوای گرم و خشک، ریشه درختان فاصله بیشتری را برای پیدا کردن آب و جذب آن طی می‌کند. این مسئله، تراکم بیشتر خاک را در پی دارد.
تاثیر نشت آب بر فرونشست زمین چیست ؟
نشت آب از لوله‌ها و دیگر تجهیزات انتقال جریان آب، از دیگر دلایل اثرگذار بر روی فرونشست زمین است. این عامل، به دو صورت زیر عمل می‌کند:
- شستن ذرات ریز: افزایش فضای متخلخل درون توده خاک بر اثر شسته شدن ذرات ریز خاکهای غیرچسبنده
- اشباع خاک: افزایش آب درون خاکهای چسبنده
تاثیر برداشت آب زیرزمینی بر فرونشست چیست؟
حفر چاه آب و برداشت بیرویه آب‌های زیرزمینی، یکی از مهمترین دلایل انسانی فرونشست است. با افزایش جمعیت شهرها، مصرف آب نیز افزایش می‌یابد. در صورتی که هیچ قانون و نظارتی بر روی حفر چاه‌ها و برداشت آب از درون آن‌ها وجود نداشته باشد، سطح آب زیرزمینی به مرور کاهش می‌یابد. به مرور زمان، افراد برای دسترسی به آب، مجبور به حفر چاه‌های عمیق‌تر می‌شوند. همین موضوع، کاهش بیشتر سطح آب‌زیرزمینی را به همراه دارد.
کاهش سطح آب، باعث تغییر در تنش موثر بین ذرات خاک می‌شود. به این ترتیب، حجم رس و لای در توده خاک کاهش می‌یابد و سطح زمین به سمت پایین حرکت می‌کند. در صورت رخ دادن این پدیده در کنار عارضه‌هایی نظیر فروچاله، اثرات مخرب فرونشست بر روی سطح بیشتر خواهد بود. تنها راه پیشگیری از فرونشست زمین در این شرایط، جلوگیری از حفر چاه‌های اضافی و برداشت بیرویه از آن‌ها است.
تاثیر کیفیت فونداسیون بر فرونشست زمین چیست ؟
پی و شالوده کم‌عمق و ساده، بیشتر از دیگر انواع پی‌ها در معرض خطر فرونشست قرار دارند. بیشترین تغییر دما و تغییر وضعیت آب‌های زیرزمینی، در نواحی نزدیک به سطح رخ می‌دهد. از این‌رو، اگر فونداسیون سازه، نزدیک به سطح زمین باشد، احتمال آسیب‌های ناشی از فرونشست (مخصوصا در خاکهای رسی) بیشتر خواهد بود.
فونداسیون‌های سازه‌های قدیمی، معمولا دارای عمق کم و مصالح انعطاف‌پذیر هستند. همین مسئله، احتمال جابجایی‌های فصلی را در این نوع سازهها افزایش می‌دهد. از دیگر عوامل موثر بر فرونشست سازهها می‌توان به توسعه غیریکپارچه آن‌ها اشاره کرد. به عنوان مثال، همان‌طور که اشاره کردیم، سازه‌های قدیمی معمولا دارای فونداسیون‌های کم‌عمق و منعطف هستند. توسعه این سازهها با فونداسیون‌های عمیق و صلب، جابجایی نامتوازن و ترک‌خوردگی را در پی خواهد داشت.
تاثیر استخراج نفت و گاز بر فرونشست چیست؟
استخراج نفت و گاز طبیعی از درون زمین، یکی از دلایل اصلی فرونشست زمین در مقیاس‌های بزرگ است. ذخایر نفت و گاز، باعث تعادل فشار و تنش‌های ناحیه‌ای می‌شوند. پس از خارج کردن این سیالات از درون زمین، تعادل فشار و تنش‌های ناحیه‌ای برهم می‌خورد. به این ترتیب، به دلیل افت فشار در اعماق زمین و افزایش تنش روباره از سمت لایه‌های بالایی، پدیده‌هایی نظیر زمین‌لرزه و فرونشست رخ می‌دهد.
استخراج از میدان گازی اسلوخترن در کشور هلند، طی حدود ۶۰ سال، باعث کاهش سطح زمینی به مساحت ۲۵۰ کیلومتر مربع به اندازه ۳۰ سانتیمتر شد. در ایالت کالیفرنیای آمریکا نیز استخراج نفت، سطح شهر لانگ بیچ را طی ۳۴ سال، به اندازه ۹ متر کاهش داد و خسارتی نزدیک به ۱۰۰ میلیون دلار به زیرساخت‌های این شهر وارد کرد.
تاثیر معدنکاری و حفر تونل بر فرونشست زمین چیست ؟
استخراج مواد معدنی زیرزمینی، باعث ایجاد حفره‌های بزرگ در دل زمین می‌شود. عدم پر کردن این حفره‌ها با مواد مناسب، فرونشست‌های شدید را بر روی سطح زمین و نواحی اطراف معدن به همراه دارد. به همین دلیل، پیش از اجرای سازهها، باید تاریخچه معدنکاری منطقه را مورد مطالعه قرار داد.
به عنوان مثال، یکی از دلایل تاخیر در بهره‌برداری از مترو شهر اصفهان، گذر تونل‌های مترو از زیر بناهای تاریخی این شهر و امکان آسیب رسیدن به آن‌ها بر اثر فرونشست زمین بود. این مسئله در شهرهای تهران و کرج نیز چالش‌های مختلفی را برای به اتمام رساندن پروژه‌های زیرزمینی ایجاد کرده است.
تاثیر آب و هوا بر فرونشست زمین چیست ؟
اقلیم و شرایط آب و هوایی یک منطقه، تاثیر بسزایی بر روی فرونشست خاک (مخصوصا خاکهای رسی) دارد. آب و هوای گرم و خشک، باعث انقباض و ترک فونداسیون سازهها بر روی زمین رسی می‌شود. در صورت وجود درخت در اطراف سازه، وضعیت بدتر خواهد بود. انقباض طولانی مدت زمین، از دلایل مهم فرونشست در آب و هوای گرم است.
تاثیر انحلال زمین بر فرونشست چیست ؟
مواد سنگی یا خاکی محلول در آب، از دیگر دلایل فرونشست زمین هستند. این نوع فرونشست، معمولا در نواحی متشکل از کانی‌هایی نظیر ژیپس، هالیت و کلسیت رخ می‌دهد. تماس طولانی مدت این مواد با آب، باعث حل شدن آن‌ها و ایجاد حفره‌های بزرگ درون زمین (حفره‌های کارستی) می‌شود. اگر سقف حفره‌های ایجاد شده، مقاومت کافی را نداشته باشند، فرو می‌ریزند و لایه‌های بالایی زمین را در خود می‌بلعند. این پدیده، از دلایل ایجاد فروچاله‌هایی به عمق چندصد متر است.
تاثیر پدیده های زمین شناسی بر فرونشست زمین چیست ؟
پدیده‌های زمین‌شناسی نظیر گسل‌خوردگی، زلزله و آتشفشان، از عوامل طبیعی فرونشست زمین هستند. گسل‌خوردگی، از پدیده‌های مهم زمین‌شناسی است که باعث فرونشست سطح زمین در مقیاس‌های بزرگ می‌شود. در این پدیده، شکستگی‌های پوسته زمین، بر روی یکدیگر می‌لغزند. تصویر زیر، اجزای یک گسل نرمال را نمایش می‌دهد. در گسل نرمال، کمر بالا به سمت پایین حرکت می‌کند. جابجایی کمر بالا در این نوع گسل، یکی از انواع فرونشست (فرونشست تکتونیکی) به شمار می‌رود.
زمین‌لرزه، از دیگر پدیده‌های زمین‌شناسی است که به شکل‌های مختلف باعث فرونشست زمین می‌شود. این پدیده نیز مانند گسل‌خوردگی، معمولا نواحی بزرگ را تحت تاثیر قرار می‌دهد. زمین‌لرزه، بر اثر حرکت ناگهانی دیواره‌های گسل بر روی یکدیگر به وجود می‌آید. حرکت زمین بر روی امتداد گسل می‌تواند فرونشست‌های وسیع را در پی داشته باشد. لرزش زمین، باعث فشردگی و تراکم رسوبات غیرتحکیم‌یافته می‌شود. همین موضوع، حرکت سریع سطح زمین و فرونشست را در پی دارد.
یکی دیگر از پدیده‌های زمین‌شناسی موثر بر روی فرونشست، آتشفشان است. افزایش فشار، دما و لرزش‌های ناشی از حرکت سیالات ماگمایی، لایه‌های سطح زمین را با تغییر رو به رو می‌کنند. این تغییرات می‌توانند باعث حرکت سطح زمین به سمت پایین یا همان فرونشست شوند.
روش های پیشگیری از فرونشست زمین چه هستند؟
روش‌های پیشگیری از اثرات مخرب فرونشست زمین، به عامل احتمالی رخداد این پدیده بستگی دارد. برخی از عوامل طبیعی فرونشست قابل کنترل نیستند. با این وجود، پیش از اجرای ساخت یک سازه یا خرید آن، باید به آن‌ها توجه کرد.
اولین قدم برای پیشگیری از پیامدهای فرونشست زمین، ارزیابی احتمال رخ دادن آن است. این کار، با پاسخگویی به سوالات زیر انجام می‌شود:
- آیا زمین مورد نظر، دارای مقدار زیادی رس است؟
- آیا در نزدیکی زمین مورد نظر، درخت وجود دارد؟
- در صورت وجود درخت در نزدیکی زمین مورد نظر، آیا درختان در فاصله ایمن واقع شده‌اند؟
- آیا امکان اشباع شدن خاک در زمین مورد نظر وجود دارد؟
- آیا امکان خشک شدن کامل زمین مورد نظر و محدوده اطراف آن وجود دارد؟
- آیا تا بحال لوله‌کشی تاسیسات شهری در نزدیکی زمین مورد نظر، نشتی داشته‌‌اند؟
- آیا تابحال در نزدیکی زمین مورد نظر، فعالیت‌های معدنکاری (مخصوصا معدنکاری زیرزمینی) صورت گرفته است؟
- آیا حفر و برداشت از چاه‌های اطراف زمین مورد نظر، بیش از اندازه است؟
پاسخ مثبت به هر یک از سوال‌های بالا، احتمال وقوع فرونشست زمین و آسیب به سازه‌های ساخته شده در محدوده زمین مورد نظر را افزایش می‌دهد. در صورت منفی بودن پاسخ سوالات بالا، باید به فکر پیشگیری بود. روش‌های مختلفی برای پیشگیری از فرونشست وجود دارد که در ادامه به توضیح مهمترین آن‌ها می‌پردازیم.
مدیریت درختان نزدیک به سازه
برای پیشگیری از فرونشست باید از کاشت درخت و درختچه در نزدیکی سازه خودداری کرد. البته در صورت وجود درخت در نزدیکی سازه، نیازی به قطع سریع آن‌ها نیست. این کار می‌تواند باعث اشباع زمین از آب شود. به عبارت دیگر، هم کاشت درختان و هم قطع درختان بر روی وقوع فرونشست تاثیر می‌گذارند.
درختان نزدیک به سازه، باید به طور مرتب هرس شوند. این کار، به منظور جلوگیری از رشد بیش از حد ریشه‌ها و نفوذ آن‌ها به عمق صورت می‌گیرد. نفوذ ریشه‌های درخت به اعماق زمین و نزدیکی سازه، اثرات مخربی را به بار خواهد آورد.
نگهداری از تاسیسات لوله کشی
آب باران و سیلاب می‌تواند زمین زیر سازه را اشباع و مستعد فرونشست کند. نشت آب و فاضلاب از تاسیسات ساختمان نیز همین اثرات را در پی دارد. بهترین روش برای پیشگیری از فرونشست ناشی از نشت آب و فاضلاب، بازدید سالانه تاسیسات لوله‌کشی و اطمینان از عدم اشباع خاک است.
رعایت قوانین و دستورالعمل ها
آخرین نکته برای پیشگیری از فرونشست زمین، یک مسئله واضح، یعنی اجراس سازه بر اساس قوانین و دستورالعمل‌ها است. توسعه یک سازه بدون توجه به قوانین، یکی از متداول‌ترین دلایل آسیب‌های ناشی از فرونشست به شمار می‌رود. بنابراین، توجه به آن یک نکته حیاتی محسوب می‌شود.
روش های مقابله با فرونشست زمین زیر ساختمان چه هستند؟
در صورت وجود مشکل فرونشست یا وجود نشانه‌های آن، بهترین کار، مشورت با افراد متخصص برای شناسایی منشا مشکل و ارائه راه‌حل برای رفع مشکل است. در این بخش، به معرفی برخی از متداول‌ترین روش‌های مقابله با فرونشست زمین می‌پردازیم.
بیرون کشیدن یا مدیریت درختان
اگر منشا مشاهده علائم فرونشست، وضعیت درختان نزدیک به سازه باشد، با بیرون کشیدن یا هرس کردن درختان، مشکل رفع خواهد شد. البته برای تصمیم‌گیری راجع به این اقدامات (انتخاب بین بیرون کشیدن یا هرس کردن درختان)، به مشورت با متخصصان سازه و فضای سبز نیاز دارد.
رفع نشتی لوله ها
اگر دلیل ظاهر شدن نشانه‌های فرونشست، نشت آب از تاسیسات آب و فاضلاب باشد، یک لوله‌کش می‌تواند مشکل را برطرف کند. البته باید پس از تعمیر لوله‌ها، ترک‌های سازه را بررسی کرد. ادامه ترک‌خوردگی، به نشانه باقی ماندن علت اصلی فرونشست است.
شمع کوبی
شمع‌کوبی، پیچیده‌ترین و گران‌ترین روش برای مقابله با فرونشست است. این روش معمولا در آخرین مرحله و در صورت کارساز نبودن روش‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روش شمع‌کوبی، زمین زیر سازه، حفاری شده و با مواد مقاوم در برابر فرونشست پر می‌شود. البته در شرایط وخیم، حتی شمع‌کوبی نیز نمی‌تواند تمام مشکلات ناشی از فرونشست را به طور کامل برطرف کند.
تفاوت فرونشست با دیگر جابجایی های زمین
هنگام تعریف فرونشست و تحکیم، از عبارت «جابجایی عمودی و رو به پایین زمین» استفاده می‌شود. با وجود این شباهت، پدیده‌های تحکیم و فرونشست، تفاوت‌های متعددی دارند. در این بخش به مرور تفاوت فرونشست با انواع جابجایی‌های زمین می‌پردازیم.
تفاوت بین فرونشست و تحکیم چیست؟
وزن سازه باعث فشردگی زمین و حرکت رو به پایین آن می‌شود. به این حرکت زمین، تحکیم می‌گویند. این پدیده نسبتا رایج، معمولا در ۱۰ سال ابتدایی از پایان ساخت سازه رخ می‌دهد. ترک‌های ناشی از تحکیم، معمولا خطر جدی برای سازه را به همراه ندارند. البته در صورتی که عرض این ترک‌ها به بیش از ۱۵ میلی‌متر برسد، نیاز به بازرسی المان‌های سازه‌های و اطمینان از عملکرد صحیح آن‌ها وجود دارد.
تفاوت اصلی تحکیم با فرونشست، علت و بازه زمانی رخ دادن آن‌ها است. وزن سازه، مهمترین عامل تحکیم محسوب می‌شود. در صورتی که مهمترین عامل فرونشست، خروج سیال از درون خاکهای زیر زمین است. تحکیم به طور تدریجی و معمولا در بلندمدت رخ می‌دهد. در صورتی که بازه زمانی رخ دادن فرونشست، نسبتا کوتاه است.
تفاوت بین فرونشست و بالاآمدگی چیست؟
بالاآمدگی، پدیده‌ای برعکس تحکیم و فرونشست است. در این پدیده، زمین زیر سازه، به سمت بالا حرکت می‌کند و باعث جابجایی فونداسیون، دیوار و کف سازه می‌شود. متداول‌ترین دلیل رخ دادن بالاآمدگی، اشباع خاک زیر سازه، محبوس شدن آب بین ذرات و افزایش حجم توده خاک است. خاک منبسط شده، فونداسیون را به سمت بالا (به صورت عمودی یا مایل) هدایت می‌کند. به این ترتیب، بالاآمدگی رخ می‌دهد.
تفاوت بین فرونشست و زمین لغزش چیست؟
تقسیم‌بندی انواع جابجایی‌های زمین، بر اساس جهت جابجایی انجام می‌گیرد. فرونشست، تحکیم و بالاآمدگی، جابجایی‌های عمودی زمین هستند. به جابجایی‌های مایل زمین، زمین‌لغزش می‌گویند. این پدیده، معمولا بر اثر فرسایش خاک یا احداث سازه در کنار شیب (شیروانی) رخ می‌دهد. نیروی ثقل توده خاک و سازه‌های اطراف آن، از عوامل مهم در زمین‌لغزش به شمار می‌رود.
فرونشست زمین در ایران
فرونشست، یکی از مشکلات جدی برای شهرهای ایران به شمار می‌رود. بیش از ۹۸ درصد زمین‌های ایران مستعد وقوع این پدیده هستند. حدود ۱۱ درصد از مساحت ایران، در زون فرونشست قرار دارند. این پدیده، جان و مال میلیون‌ها ایرانی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. علاوه بر این، تاسیسات و زیرساخت‌های شهری نیز در معرض پیامدهای ناشی از فرونشست زمین قرار دارند.
تهران، خراسان رضوی و اصفهان، بیشتر از دیگر استان‌های ایران با خطر فرونشست زمین رو به رو هستند. در این میان، احتمال رخ دادن فرونشست در خراسان رضوی و در آینده نزدیک، بیشتر است. مشخصات کمی فرونشست تهران، اصفهان و خراسان رضوی به صورت زیر است:
- فرونشست تهران
- میانگین سالانه: ۴ سانتیمتر
- نواحی بحرانی: ۳۶ سانتیمتر در سال
- فرونشست اصفهان
- میانگین سالانه: ۱۱ سانتیمتر
- نواحی بحرانی: ۱۷ سانتیمتر در سال
- فرونشست خراسان رضوی
- میانگین سالانه: ۱۴ سانتیمتر
- نواحی بحرانی: ۱۹ سانتیمتر در سال
آمار بالا، برای داشتن یک دید کلی از فرونشست در استان‌های مذکور ارائه شده‌اند. برخی از مطالعات، ارقام بالاتر یا پایین‌تر را ارائه می‌کنند. فرونشست بیش از ۴ میلی‌متر در سال، به عنوان نرخ بحرانی فرونشست در نظر گرفته می‌شود. نرخ فرونشست در ایران، برابر با ۶ سانتیمتر در سال است. البته شهر جاکارتا در کشور اندونزی، هر ساله بیش از ۳۰ سانتیمتر فرونشست (بیشترین نرخ فرونشست در جهان) را تجربه می‌کند.
از عوامل موثر بر روی فرونشست زمین در ایران می‌توان به سدسازی‌های غیراصولی، تغییرات اقلیمی، حفر و برداشت غیرقانونی از چاه‌ها و استفاده نامناسب از آب برای مصارف صنایع و بخش کشاورزی اشاره کرد. کاهش پیوست سطح آب‌های زیرزمینی در ایران، کاهش دائمی منابع آب زیرزمینی و تبدیل دشت‌های حاصلخیز به کویر را در پی دارد. علاوه بر این، فرونشست، باعث کاهش کیفیت آب آشامیدنی در ایران شده و ما را بیشتر از پیش با مشکل کم‌‌آبی مواجه کرده است.
سوالات متداول در رابطه به فرونشست زمین
در این بخش، به برخی از پرتکرارترین سوالات در رابطه به فرونشست زمین به طور خلاصه پاسخ می‌دهیم.
تعریف فرونشست زمین چیست؟
به حرکت عمودی و رو به پایین زمین که به صورت تدریجی یا ناگهانی و به دلیل خروج سیالات از درون خاکهای اعماق زمین رخ می‌دهد، فرونشست می‌گویند.
دلایل فرونشست زمین چیست ؟
خاکهای چسبنده، ریشه درختان، نشت آب، استخراج نفت، معدنکاری، فونداسیون سطحی، تغییرات اقلیمی، برداشت بیرویه آب زیرزمینی و وجود سنگهای محلول در آب، از مهمترین دلایل فرونشست زمین هستند.
فرونشست زمین چه مشکلاتی را در پی دارد؟
تخریب زیرساخت‌ها، تخریب سازهها، کاهش منابع آب زیرزمینی، تغییر در سیستم‌های آبی و زهکشی، افزایش سیلاب و تخریب اکوسیستم، از مهمترین مشکلات ناشی از فرونشست زمین به شمار می‌روند.
روش های پیشگیری از فرونشست زمین زیر سازه چیست؟
مدیریت فضای سبز اطراف، بررسی نشت لوله‌های زیرزمینی و رعایت قوانین اجرای سازه، از روش‌های اصلی پیشگیری از فرونشست زمین محسوب می‌شوند.
فرونشست چه فرقی با تحکیم دارد؟
فرونشست، به دلیل خروج سیالات (مخصوصا آب) از لایه‌های پایینی زمین رخ می‌دهد اما دلیل اصلی رخ دادن تحکیم، وزن سازه و تراکم لایه‌های خاکی زیر آن است.
تفاوت فرونشست با زمین‌لغزش چیست؟
جابجایی مورب و رو به پایین زمین با عنوان زمین‌لغزش شناخته می‌شود. در این پدیده، توده خاک دارای حرکت افقی است. بر خلاف زمین‌لغزش، تقریبا هیچ حرکت افقی هنگام فرونشست زمین رخ نمی‌دهد.
کدام شهرهای ایران در خطر فرونشست قرار دارند؟
تهران، خراسان شمالی و اصفهان، مستعدترین شهرهای ایران برای فرونشست هستند.
فرونشست زمین در ایران چقدر است؟
فرونشست زمین در ایران، سالانه ۶ سانتیمتر است.
فرونشست زمین در تهران چقدر است؟
میانگین سالانه فرونشست زمین در تهران، بیش از ۱۳ سانتیمتر است.
فرونشست زمین در اصفهان چقدر است؟
میانگین سالانه فرونشست زمین در اصفهان، بیش از ۱۱ سانتیمتر است.
فرونشست زمین در همدان چقدر است؟
نرخ فرونشست زمین در برخی از شهرهای همدان به بیش از ۲۰ سانتیمتر در سال می‌رسد.
فرونشست زمین در شهریار چقدر است؟
نرخ فرونشست زمین در شهریار تهران، حدودا برابر با ۲۰ سانتیمتر در سال است.
بزرگترین فرونشست زمین در جهان کدام است؟
بزرگترین فرونشست زمین در جهان در شهر شانگهای چین و در محدوده ۱۷۰۰ کیلومتر مربع رخ داده است.
