شناسایی تهران تا عمق 30 متر زیر زمین

به گزارش پارس به نقل از  مهر ،در زلزله سال 1382 بم که حدود 31 هزار کشته و 30 هزار مجروح بر جای گذاشت، بیشترین عامل تخریب، تشدید اثر زلزله به دلیل ویژگی های رفتاری خاک منطقه و مصالح ساختمانی نامناسب بود. 

بیشترین عامل تخریب در زلزله سال 1906 سان فرانسیسکو  نیز با حدود 3 هزار کشته و تخریب کامل 80 درصد شهر، عدم مهار آتش سوزی گسترده به دلیل شکسته شدن تاسیسات آبرسانی در نتیجه روان گرایی خاک بوده است. روانگرايي خاك و عدم استفاده از شمع‌ هاي عميق عامل بیشترین خسارات زلزله سال 1964 نیگاتا بوده است. تاثیرپذیری مستقیم خسارت های زلزله از نوع و رفتار خاک در تمام زمین لرزه های بزرگ دنیا، امری ثابت شده است و تنها به همین چند مورد ختم نمی شود.

حکایت حیرت انگیزی است اینکه بشر با علم به احتمال وقوع زلزله در هر لحظه از عمرش، آن هم بدون هرگونه پیش آگاهی، باز هم در ابنیه ای سکونت می کند که به هیچ وجه از استحکامش در برابر یک زلزله با شدت متوسط هم مطمئن نیست. شاید ماجرای عجیب تر در غفلتی نهفته است که گاهی گریبان مسوولان و تصمیم سازان دارای قدرت مداخله در کنترل پروژه های مهندسی را هم می گیرد.

در کنار اقداماتی نظیر راه اندازی و تجهیز سوله های مدیریت بحران، ارائه آموزش های خود امدادی در مواقع بحران به شهروندان و حتی مواردی همچون پیش بینی تسهیلاتی به منظور نوسازی بافت های فرسوده که در دایره اقدامات شهرداری تهران در حوزه پیشگیری و مقابله با بحران می گنجد، مرکز مطالعات ژئوتکنیک و مقاومت مصالح سازمان مشاور فنی و مهندسی شهر تهران نیز با علم به اهمیت و ضرورت تهیه نقشه‌ های پهنه‌ بندی ژئوتکنیکی براي تحقق توسعه پايدار شهري و نقش آن در کاهش خسارات زلزله احتمالی و سوانحی نظیر فرونشست های زمین، با تشکیل گروه مطالعات سطحي و زير سطحي، ماموریت اجرای آزمایشی طرحی به منظور تهیه نقشه های ژئوتکنیکی را به این گروه واگذار کرده است.

اگر تهران بلرزد...

زلزله همیشه و همه ‌جا ویرانگراست و در کشور ما ویرانگرتر. در ایران به رغم اینکه روی کمربند زلزله قرار دارد، اصول و استانداردهای اولیه ساخت و ساز رعایت نمی‌شود و در نتیجه ساختمان‌ ها در برابر زلزله به ‌شدت آسیب‌پذیر هستند. این عبارات، نظر «بهرام عکاشه» پدر علم زلزله شناسی ایران است.

خدا کند چنین نشود اما اگر تهران بلرزد... ! از همین امروز باید در فکر زلزله احتمالی که در کمین تهران است، باشیم و برای کاهش خسارات آن چاره ای بیاندیشیم. اطلاع از وضعيت عمومي و مشخصات اوليه فيزيكي و مكانيكي خاك در شهرتهران، مي‌تواند براي روشن شدن دورنماي وضعيت ژئوتكنيك خاك در پروژه‌هاي بزرگ منطقه مفيد واقع شده و در تصميم‌گيري برای نوع و تعداد آزمايش ‌های جزئی تر و تکمیلی مکانیک خاک در هنگام اجرای پروژه های عمرانی و ساختمانی موثر باشد. به عبارت دقیق تر، موجود بودن اطلاعات تفصيلي ژئوتكنيك و علوم زمين در محيط GIS تنها راه پاسخگويي به مشكلات توسعه شهري است.
بهره گیری از این اطلاعات می تواند به جلوگیری از فرونشست های زمین بر اثر اجرای پروژه های ساختمانی و گودبرداری ها نیز منجر شود؛ موضوعی که این روزها بیش از هر زمان دیگری نقل محافل عمومی است و چاره اندیشی برای مقابله با آن، به یک مطالبه همگانی تبدیل شده است.

کاربرد نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی

تولید نقشه های ژئوتکنیکی برای وجب به وجب عرصه شهر تهران، پروژه بزرگی است که در صورت اجرا می تواند کاربردهای متعددی در تصمیم گیری های مربوط به توسعه شهری ایفا کند. پیش بینی پدیده های خطرزای زمین شناسی، انتخاب نوع مناسب پي و طراحي ساخت و ساز، ارزیابی هزینه ساخت و بیمه پروژه های ساختمانی، تشریح اسناد برنامه ریزی پروژه ها و نیز ارزیابی و برنامه ریزی برای محیط های مختلف مطابق با شرایط مهندسی، از جمله کاربردهای این نقشه ها است.

انتخاب مناسب ترین گزینه ها برای پهنه های بلند مرتبه سازی در ابرشهری نظیر تهران، یکی دیگر از کاربردهای مهم نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی است. برابر مفاد طرح تفصیلی شهر تهران، ابنیه با ارتفاع بیش از 12 طبقه در زمره ساختمان های بلندمرتبه قرار دارند و انجام آزمایش های مکانیک خاک پیش از اجرای پروژه های انبوه سازی و بلندمرتبه سازی نیز الزامی است. تولید نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی شاید حتی طرح های فرادست شهرسازی را نیز دستخوش تغییراتی کند تا پهنه های بلندمرتبه سازی با دقت بیشتری تعیین شوند.

پیشینه مطالعات ژئوتکنیک در تهران

وجود پیشینه مطالعات ژئوتکنیک در نقاطی که پروژه های عمرانی پایتخت طی سالهای گذشته در آنها اجرا شده است، مرکز مطالعات ژئوتکنیک و مقاومت مصالح را بر آن داشت تا با بهره گیری از اطلاعات موجود در شهرداری تهران، نسبت به اجرای مرحله آزمایشی طرح تولید نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیک اقدام کند.

مهندس «یحیی رضایت» رییس مرکز مطالعات ژئوتکنیک و مقاومت مصالح سازمان مشاور فنی و مهندسی شهر تهران، با بیان اینکه به منظور آگاهی از شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی اعماق زمین، معمولا به کمک دستگاه های مکانیزه گمانه‌ هایی حفر می‌شود، می گوید: «گمانه» در واقع چاه قائمی است که توسط وسایل مکانیکی در خاک یا سنگ حفر می‌شود و از چاهک هایی که به روش دستی برای برداشت نمونه خاک زیرسطح زمین حفر می شود، عمیق تر است. حداکثر عمق چاهک ها تا حدود 30 متر است اما گمانه ها تا عمق 60 متر هم حفاری می شوند.

کسب اطلاعات تا عمق 30 متری زیر زمین

آن گونه که رییس مرکز مطالعات ژئوتکنیک و مقاومت مصالح می گوید، تا سال 1391 بیش از 2600 گمانه و چاهک برای انجام آزمایش های ژئوتکنیک و مکانیک خاک با هدف مطالعات پیش از اجرای پروژه های عمرانی شهرداری تهران در نقاط مختلف پایتخت حفر و بر اساس نمونه های برداشت شده، اطلاعاتی از شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی در لایه های زیرسطحی زمین بعضا تا عمق 50 متر به دست آمده است. نقشه پراکندگی این گمانه ها تولید شد و در گام بعد منطقه 10 که به واسطه اجرای پروژه های عمرانی و ساختمانی گوناگون دارای 88 گمانه و چاه دستی بوده و موقعیت آنها به دقت مشخص شده است، به عنوان مطالعه موردی و پایلوت طرح تولید نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی انتخاب شد.

تهیه نقشه های مختلف زمین شناسی

مطالعه موردی صورت گرفته در منطقه 10 شامل مواردی همچون ایجاد بانک اطلاعات جامع ژئوتکنیک به منظور تسهيل در امر مديريت و نظارت بر اكتشافات ژئوتكنيكي و عوارض زيرسطحي شهر تهران و امكان دسترسي سريع كاربران به بانك اطلاعات است. همچنین توليد نقشه‌هاي پهنه‌ بندي از جمله نقشه های ضخامت خاك دستي، توزیع انواع خاك، ضریب نفوذ استاندارد خاک (SPT)، چگالی خاک و تراز آب های زیرسطحی برای تعيين كاربري‌ ها، با توجه به ساختار زمين‌شناسي مهندسي منطقه و تعيين حجم و نوع عمليات ژئوتكنيكي مورد نياز جهت مطالعات دقيق‌تر ساختگاه پروژه ها، از دیگر نتایج این مطالعه موردی است.
افزون بر این، تولید نقشه تعيين نوع زمين بر اساس نوع خاك به منظور شناسايي ويژگي های رفتاری و خواص ديناميكي خاك و رده بندي نوع زمين بر اساس آيين نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد 2800) یکی دیگر از کاربردهای عینی و ملموس مطالعات صورت گرفته است.

مراحل کار در مرحله آزمایش شامل ایجاد بانک داده های ژئوتکنیکی، پردازش داده ها برای ورود به نرم افزار ArcGIS ، تهیه 16 نقشه در این نرم افزار و در نهایت تحلیل نقشه ها، اصلاح و تهیه خروجی نهایی بوده است. البته برای به دست آوردن خروجی نهایی با خطای کمتر ، باید فاصله گمانه ها بیشتر از 250 متر نباشد و این در حالی است که پراکندگی گمانه ها و چاهک های موجود در منطقه 10 در اغلب نقاط فاقد این ویژگی بود. بنابراین آنچه حاصل شده، بهترین نتیجه ممکن نیست اما ارزش این مطالعات، به بررسی امکان عملیاتی شدن طرح تهیه نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیک در کل تهران و طراحی فرایند علمی چنین پروژه ای است.

خروجی نهایی مرحله آزمایشی

تولید نقشه های پهنه بندی ضخامت خاك دستي، توزیع ضرایب نفوذ استاندارد خاک (SPT) ، توزیع خاک بر اساس رده بندی به روش یونیفاید (USCS) ، توزیع دانسیته (چگالی) خاک ، پهنه های هم عمق آب های زيرسطحي و نیز نوع زمين طبق آيين‌نامه 2800 استاندارد ايران، توانست دورنمای وضعیت ژئوتکنیک خاک منطقه و تصمیم گیری در مورد تعداد گمانه های مورد نیاز برای دستیابی به تهیه نقشه ای با مقیاس بزرگ تر را عیان سازد.

فقدان اطلاعات کافی برای پهنه بندی ها

اکنون که ضرورت تهیه نقشه‌ های پهنه ‌بندی ژئوتکنیکی براي تحقق توسعه پايدار شهري روشن است، بد نیست به موانع و ملزومات اجرایی چنین پروژه ای اشاره کنیم. شاید نخستین و مهمترین مساله ای که با آن مواجه هستیم، فقدان گمانه ها و چاهک های کافی است. اگرچه حدود 12 آزمایش مکانیک خاک در بیش از 2600 گمانه و چاهک دستی حفاری شده توسط مجموعه شهرداری تهران صورت گرفته و نتایج آنها در مرکز مطالعات ژئوتکنیک و مقاومت مصالح سازمان مشاور فنی و مهندسی موجود است اما بی تردید صرفا با بهره گیری از این نتایج، در عرصه بیش از 600 کیلومتر مربعی ابرشهر تهران نمی توان به پهنه بندی های دقیق ، علمی و قابل استناد در زمینه وضعیت زمین و نوع خاک دست یافت. واقعیت آن است که حفر هر گمانه و چاهک، صرفا داده های یک نقطه خاص را در اختیار مجریان پروژه قرار می دهد و برای به دست آوردن خروجی نهایی، نیازمند پراكندگي قابل قبول اطلاعات ژئوتكنيكي در نقاط مختلف شهر تهران هستیم.

مهندس رضایت راه حل این مشکل را، تعامل با سایر نهادهایی که اطلاعات مربوط به مکانیک خاک تولید و گردآوری کرده اند، می داند. او در این رابطه چنین توضیح می دهد: مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی وزارت راه و شهرسازی، یکی از مهمترین نهادهای خارج از مجموعه شهرداری تهران است که حفر گمانه و انجام آزمایش های ژئوتکنیکی در نقاط مختلف پایتخت را به اقتضای ضرورت انجام داده و نتایج آن موجود است.

اطلاعات 13 هزار نقطه تهران در اختیار دولت

رییس مرکز مطالعات ژئوتکنیک و مقاومت مصالح با اشاره به برگزاری جلسات مشترک با مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی در وزارت راه و شهرسازی، می گوید: اجرای پروژه تهیه نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی بدون گردآوری اطلاعات تمام گمانه ها و چاهک های حفر شده در تهران طی دوره کوتاه مدت ممکن نیست و به همین خاطر از مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی درخواست کرده ایم که اطلاعات خود را در اختیار شهرداری نیز قرار دهد.

آن گونه که مهندس رضایت می گوید، اطلاعات حدود 13 هزار گمانه و چاهک دستی در اختیار مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی قرار دارد که در صورت اضافه شدن به اطلاعات موجود شهرداری تهران، بخش مهمی از مسیر برای تولید نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیک پیموده می شود.

لزوم همکاری سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور

اما تعامل موثر مرکز مطالعات ژئوتکنیک و مقاومت مصالح با مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تمام مشکلات پیش روی تهیه نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی را حل نمی کند. تهیه نقشه های مذکور نیازمند نقشه های زمین شناسی بزرگ مقیاس از کل سطح شهر تهران است؛ نقشه هایی که هم اکنون در سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور وجود ندارد چراکه این سازمان تاکنون تنها  نقشه های کوچک مقیاس و متوسط مقیاس زمین شناسی تهران را تهیه کرده است.

مهندس رضایت با اشاره به اینکه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور توانایی تولید نقشه های بزرگ مقیاس زمین شناسی از شهر تهران را دارد و پیش از این برای برخی دیگر از شهرهای کشور این قبیل نقشه ها را تولید کرده است، می گوید: پهنه بندی های ژئوتکنیکی باید به عنون لایه های اطلاعاتی روی نقشه های زمین شناسی حداقل با مقیاس 25000/1 بارگذاری شود. تهیه چنین نقشه هایی نیازمند همکاری سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور بوده و در این زمینه تاکنون جلساتی با مسوولان این سازمان برگزار شده است.

اطلاعات نقشه های زمین شناسی

اطلاعات نقشه های زمین شناسی حاوی موضوعاتی نظیر مقاومت تراکمی و برشی، سهولت گودبرداری، سیستم های ناپیوستگی بوده و داده های آزمایش های شیمی، SPT، دانسیته، درصد رطوبت و رده بندی خاک طبق طبقه بندی USCS به صورت نقطه ای در آن نمایش داده می شود.
مهندس رضایت پیش بینی می کند در صورت اجرایی شدن پروژه تولید نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی با مقیاس 25000/1 در تهران با تعامل سایر دستگاه ها، در گام بعدی بتوان نقشه های دقیق تری با مقیاس بزرگتر تولید کرد تا بتواند در کم و کیف ساخت و سازهای کوچک هم مورد استناد قرار بگیرد.

ساخت و ساز بر اساس وضعیت زمین

واقعیت آن است که ارزش اقتصادی تولید نقشه های پهنه بندی ژئوتکنیکی به اندازه ای است که اجرای آن را حتی اگر هزینه بر باشد، توجیه می کند. این نقشه ها با فراهم کردن اطلاعات تفصیلی از مشخصات فیزیکی و مکانیکی بستر زیرسطحی شهر تهران، علاوه بر اینکه نوعی هشدار و پیش آگاهی در خصوص شرایط پهنه های مختلف شهر در هنگام وقوع بحران ارائه خواهد کرد، می تواند دورنمایی از نقاط مستعد پایتخت برای اجرای پروژه های بزرگ ساختمانی نیز ارائه کند. در واقع می توان به مدد بهره مندی از این تقشه ها، شرایط انواع ساخت و سازهای شهری در نقاط مختلف پایتخت را سنجید و با توجه به وضعیت خاک لایه های زیرسطحی، بهترین و مطمئن ترین شکل توسعه شهری را محقق ساخت.