نشست ساختمان و راه‌های جلوگیری از آن
نشست ساختمان چیست؟
نشست ساختمان یکی از مشکلات رایج در سازه‌هاست که می‌تواند ناشی از عوامل مختلفی مانند تراکم نادرست خاک، نشست نامتقارن فونداسیون، یا توزیع نامناسب بارهای وارده باشد. این پدیده نه‌تنها باعث ترک‌خوردگی دیوارها و کف‌ها می‌شود، بلکه در بلندمدت می‌تواند به پایداری سازه آسیب جدی وارد کند.
برای کاهش این خطرات، روش‌های مختلفی از جمله بهسازی خاک، طراحی مناسب فونداسیون و استفاده از مصالح مقاوم در کف سازی مانند اسکرید به کار گرفته می‌شود.
تعریف نشست (Settlement) در علم ژئوتکنیک
نشست یا Settlement در علم ژئوتکنیک به تغییر مکان عمودی یا پایین‌رفتگی سازه یا زمین به‌دلیل تغییر در وضعیت تنش یا حجم خاک زیر سازه گفته می‌شود. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که خاک نتواند بارهای وارده از سازه را بدون تغییر شکل دائمی تحمل کند، بنابراین دچار فشردگی، تغییر حجم یا جابجایی می‌شود. نشست ممکن است تدریجی یا ناگهانی باشد و معمولاً در اثر بارگذاری، تغییرات رطوبت، زهکشی یا فعالیت‌های انسانی ایجاد می‌شود.
نشست‌ها به‌طور کلی به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
- نشست یکنواخت: در این نوع، تمام بخش‌های ساختمان به طور یکنواخت فرومی‌روند. اگرچه سازه به‌طور کلی پایین می‌رود، ولی آسیب زیادی نمی‌بیند.
- نشست ناهمگون: یکی از خطرناک‌ترین انواع نشست است که در آن، بخش‌هایی از ساختمان بیشتر از سایر بخش‌ها فرومی‌روند و باعث ترک خوردن دیوارها و کف می‌شوند.
- نشست ناگهانی: نشستی شدید و سریع که معمولاً به دلیل حفره‌های زیرزمینی یا شکست ناگهانی خاک اتفاق می‌افتد.
عوامل مؤثر بر نشست ساختمان
نشست زمین تحت تأثیر مجموعه‌ای از مکانیسم‌های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی در خاک رخ می‌دهد. مهم‌ترین این مکانیسم‌ها عبارت‌اند از:
۱. فشردگی مکانیکی خاک (Mechanical Compression)
در اثر بارگذاری خارجی (مثلاً وزن ساختمان)، ذرات خاک به یکدیگر نزدیک‌تر می‌شوند و هوای بین ذرات یا آب از منافذ خارج شده و خاک فشرده می‌شود. این مکانیزم در خاک‌های دانه‌ای به‌صورت آنی و در خاک‌های ریزدانه به‌صورت تدریجی دیده می‌شود.
۲. تحکیم (Consolidation)
در خاک‌های ریزدانه مانند رس، آب محبوس در بین ذرات خاک تحت فشار قرار می‌گیرد و به مرور زمان خارج می‌شود. این فرآیند باعث کاهش حجم خاک و در نتیجه نشست می‌شود. تحکیم تابعی از پارامترهایی نظیر ضریب تحکیم، ضریب نفوذپذیری و میزان بارگذاری است.
۳. تجزیه یا حل شدن مواد معدنی در خاک
در برخی مناطق، به‌ویژه مناطقی با خاک‌های آهکی یا گچی، حل شدن تدریجی مواد معدنی توسط آب‌های زیرزمینی می‌تواند باعث ایجاد حفره و در نهایت نشست یا فرونشست شود. این نوع نشست، اغلب ناگهانی و خطرناک است.
۴. تغییرات میزان رطوبت خاک (Shrinkage and Swelling)
در خاک‌های رسی، تغییرات میزان رطوبت باعث انبساط یا انقباض خاک می‌شود. در فصل خشک، خاک منقبض و در فصل مرطوب منبسط می‌شود که این چرخه باعث ایجاد نشست‌های تکراری و ترک در سازه می‌شود.
۵. فعالیت‌های انسانی (Anthropogenic Factors)
حفاری، استخراج نفت و گاز، برداشت بی‌رویه آب زیرزمینی، احداث تونل یا مترو از جمله عواملی هستند که تعادل تنش در زیرزمین را به‌هم زده و باعث نشست می‌شوند. این عوامل به‌ویژه در مناطق شهری بسیار شایع‌اند.
۶. بارگذاری غیر یکنواخت و طراحی نادرست پی
در صورتی که بارهای وارد شده به پی به‌صورت نامتقارن باشند یا طراحی پی متناسب با نوع خاک نباشد، نشست‌های موضعی یا نامتقارن به‌وجود می‌آیند که می‌توانند باعث کج‌شدگی یا ترک در سازه شوند.
۷. فرسایش یا شسته شدن خاک زیر پی (Soil Erosion)
نشتی لوله‌ها، نشت آب باران به زیر پی یا جریان‌های زیرسطحی می‌توانند خاک را از زیر پی شسته و باعث ایجاد فضای خالی و نشست ناگهانی شوند. این نوع نشست یکی از دلایل رایج ترک در کف ساختمان یا پیاده‌روهاست.
راه های جلوگیری از نشست ساختمان
برای پیشگیری از نشست، نخستین گام انتخاب نوع مناسب پی است. در ساختمان‌های سبک با خاک مقاوم، پی سطحی مانند پی نواری یا گسترده کفایت می‌کند. اما در شرایط خاک ضعیف یا سازه‌های سنگین، استفاده از شمع‌های بتنی یا فولادی، پی‌های مرکب (شمع و رادیه) یا حتی ستون‌های سنگی یا خاک سیمان توصیه می‌شود. یکی از راهکارهای مؤثر، بهسازی خاک است. بهسازی می‌تواند به شکل مکانیکی مثل تراکم دینامیکی، تراکم ارتعاشی، یا به شکل شیمیایی از طریق تزریق دوغاب سیمانی، ژئوپلیمرها یا سایر ترکیبات تثبیت‌کننده انجام شود. این روش‌ها باعث افزایش تراکم خاک، کاهش نفوذپذیری و بالا بردن ظرفیت باربری می‌شوند.
در کنار طراحی صحیح پی و بهسازی خاک، اجرای سیستم زهکشی اصولی نیز اهمیت فراوانی دارد. نفوذ آب‌های سطحی یا بالا آمدن سطح آب زیرزمینی می‌تواند باعث کاهش مقاومت خاک و وقوع نشست ناگهانی شود. با طراحی شیب‌بندی مناسب، استفاده از لوله‌های زهکش، چاه‌های جمع‌آوری و هدایت آب‌های سطحی، می‌توان تأثیر این عامل را به حداقل رساند.
در این میان، یکی از بخش‌های کلیدی که کمتر مورد توجه قرار گرفته ولی نقش بسیار مهمی در توزیع یکنواخت بار و کاهش تمرکز تنش ایفا می‌کند، لایه اسکرید است. اسکرید به لایه‌ای گفته می‌شود که معمولاً از ملات سیمانی یا ترکیبات خودتراز تشکیل شده و به عنوان سطح نهایی یا زیرکار برای نصب کف‌پوش ها بر روی دال بتنی اجرا می‌شود. این لایه نه‌تنها نقش ترازکننده و صاف کننده دارد، بلکه در صورت انتخاب ترکیب مناسب، می‌تواند مقاومت فشاری بالا و دوام طولانی‌مدت داشته باشد.
تفاوت نشست و فرونشست زمین
در حالی که نشست به تغییر مکان جزئی یا کلی خاک در زیر سازه اشاره دارد، فرونشست (Subsidence) معمولاً پدیده‌ای با مقیاس وسیع تر و ناگهانی تر است که می‌تواند کل یک منطقه را تحت‌تأثیر قرار دهد.
فرونشست معمولاً بسیار خطرناک تر است چرا که علاوه بر زیرساخت‌ها، منابع آبی و طبیعی یک منطقه را تهدید می‌کند و بازگشت ناپذیر است.
تعریف نشست‌های اولیه، تحکیم و ثانویه
۱. نشست اولیه (Immediate or Elastic Settlement)
نشست اولیه بلافاصله پس از بارگذاری و در اثر فشردگی ارتجاعی ذرات خاک ایجاد می‌شود. این نوع نشست معمولاً در خاک‌های درشت‌دانه نظیر ماسه و شن دیده می‌شود، زیرا این خاک‌ها دارای زهکشی بالا هستند و فشار آب حفره‌ای در آن‌ها سریعاً تخلیه می‌شود.
این نشست عمدتاً وابسته به ویژگی‌های الاستیک خاک است و معمولاً مقدار آن کمتر از سایر انواع نشست است. از آن‌جا که نشست اولیه در زمان کوتاهی اتفاق می‌افتد، طراحان باید در محاسبات بهره‌برداری اولیه سازه آن را مدنظر قرار دهند.
۲. نشست تحکیمی (Consolidation Settlement)
نشست تحکیمی معمولاً در خاک‌های ریزدانه مانند رس اتفاق می‌افتد و فرآیندی زمان‌بر است. در این نوع نشست، آب موجود در منافذ خاک تحت بارگذاری از میان شبکه منافذ بیرون رانده می‌شود که این عمل باعث کاهش حجم خاک و در نتیجه نشست می‌شود. نرخ و مقدار نشست تحکیمی تابع پارامترهایی همچون ضریب نفوذپذیری، ضریب تحکیم (Cv)، ضخامت لایه رس و میزان بار وارد بر خاک است.
این نوع نشست معمولاً در بازه زمانی چند ماه تا چند سال ادامه می‌یابد و در سازه‌های حساس مانند سدها یا ساختمان‌های بلندمرتبه، بررسی و کنترل آن بسیار حیاتی است.
۳. نشست ثانویه (Secondary Compression or Creep)
نشست ثانویه پس از پایان مرحله تحکیم و خروج کامل آب از منافذ خاک رخ می‌دهد. این نشست ناشی از بازآرایی مجدد ذرات خاک، تغییرات بلندمدت در ساختار درونی خاک و خزش در مصالح است. برخلاف نشست تحکیمی، نشست ثانویه عمدتاً وابسته به زمان و مستقل از فشار آب حفره‌ای است.
این نوع نشست به‌ویژه در خاک‌های آلی و رس‌های نرم اهمیت دارد و می‌تواند تا چندین سال پس از ساخت سازه ادامه یابد. در برخی پروژه‌ها، مقدار نشست ثانویه حتی از نشست تحکیمی بیشتر است.
4.نشست یکنواخت (Uniform Settlement)
در صورتی که نشست در تمام نقاط زیر سازه با میزان یکسان و به‌صورت هم‌زمان اتفاق بیفتد، به آن نشست یکنواخت گفته می‌شود. در چنین حالتی، اگرچه سازه دچار تغییر مکان عمودی می‌شود، اما تنش‌های ثانویه یا ترک‌های سازه‌ای ایجاد نخواهد شد. این نوع نشست معمولاً در سازه‌های کوچک یا زمانی که پی بر بستر کاملاً متراکم و همگن قرار گرفته، رخ می‌دهد.
5.نشست ناهمگون یا نامتقارن (Differential Settlement)
در مقابل، زمانی که میزان نشست در بخش‌های مختلف سازه متفاوت باشد، نشست ناهمگون رخ می‌دهد. این پدیده می‌تواند پیامدهای شدیدی بر عملکرد سازه داشته باشد. نشانه‌های نشست ناهمگون شامل ترک‌های مایل در دیوارها، باز نشدن در و پنجره‌ها، تغییر شیب کف‌ها و در موارد شدید، کج‌شدن یا واژگونی سازه است. این نشست ممکن است به دلیل تفاوت در بارگذاری، ناهمگنی خاک زیرین، اجرای غیراصولی پی، یا نشت آب در بخشی از خاک رخ دهد.
به‌عنوان نمونه، اگر یک ساختمان بلندمرتبه دارای زیرزمین در یک سمت باشد ولی در سمت دیگر روی زمین طبیعی قرار گیرد، اختلاف در سختی بستر خاک و بارگذاری می‌تواند منجر به نشست ناهمگون و در نتیجه ترک‌های سازه‌ای شود.
چگونه اسکرید از نشست ساختمان جلوگیری می‌کند؟
- توزیع یکنواخت بارها: اسکرید با پوشش دادن سطح زیرین، فشارهای وارده از طبقات بالا یا تجهیزات سنگین را به‌صورت یکسان در تمام نقاط فونداسیون پخش می‌کند و از نشست‌های نامتقارن جلوگیری می‌نماید.
- جلوگیری از ترک‌خوردگی: با استفاده ازالیاف پلیمری یا فولادی در ترکیب اسکرید، مقاومت کششی افزایش یافته و از ایجاد ترک‌های ریز که می‌توانند به مرور زمان گسترش یابند، ممانعت به عمل می‌آید.
- اصلاح نقاط ضعف خاک: در مواردی که خاک زیرین مقاومت کافی ندارد، اسکریدهای تقویت‌شده (مانند اسکریدهای مسلح با مش فولادی) به‌عنوان لایه‌ای محکم عمل کرده و از فرورفتگی‌های موضعی جلوگیری می‌کنند.
- کاربرد در سیستم‌های گرمایش از کف: اسکرید به‌عنوان پوشش محافظ لوله‌های گرمایشی، علاوه بر انتقال حرارت، از تغییر شکل‌های حرارتی در کف جلوگیری می‌کند.
در نتیجه، اسکرید نه‌تنها یک روش مدرن برای کف سازی صاف و باکیفیت است، بلکه به‌عنوان یک عامل مقاوم ساز در کاهش نشست ساختمان و افزایش عمر سازه نقش کلیدی ایفا می‌کند. انتخاب نوع مناسب اسکرید (خودتراز شونده، مسلح، یا سبک) بسته به شرایط خاک و بارهای وارده، می‌تواند تفاوت چشمگیری در عملکرد نهایی سازه ایجاد نماید.
سوالات متداول
۱. آیا اسکرید می‌تواند به تنهایی مانع نشست شود؟
خیر، اسکرید تنها یکی از اجزای موثر در پایداری کف است و باید همراه با طراحی مناسب پی و بهسازی خاک به کار رود.
۲. چه نوع خاکی بیشترین خطر نشست را دارد؟
خاک‌های رسی و مارنی در صورت تغییر رطوبت دچار تغییر حجم و نشست می‌شوند.
۳. آیا امکان ترمیم نشست بعد از ساخت وجود دارد؟
بله، با استفاده از روش‌هایی مانند تزریق دوغاب یا underpinning می‌توان نشست را ترمیم کرد.
