भूकंप मार्गदर्शक सूचना ३१
जमिनीचे द्रवीभवन : भूकंपाच्या हादर्‍यांमुळे शिथील आणि संपृक्त (saturated) वालुकामय (संसंजनहीन – Cohesionless) जमिनीमध्ये एक विशिष्ट प्रकारची परिस्थिती निर्माण होते. भूकंपाच्या क्षितिज समांतर दिशेतील हालचाली मूळ खडकांकडून त्यांच्यावर स्थिरावलेल्या मातीच्या स्तरांकडे हस्तांतरित होतात. शिथिल आणि संपृक्त वालुकामय जमिनीमध्ये मातीच्या कणांमधील पोकळ जागांमध्ये पाणी साचून राहते. भूकंपाच्या तीव्र हादर्‍यांदरम्यान मातीचे कण घट्ट होण्याचा प्रयत्न करतात ज्यामुळे त्यांच्यात साठलेले पाणी संपीडित होते परंतु, पाणी अ-संपीड्य (Incompressible) असल्यामुळे ते बाहेर पडण्याचा प्रयत्न करते. परंतु, पाण्याला मातीमधून बाहेर पडणे तितकेसे सोपे नसते. (आकृती १ अ).
या प्रक्रियेमध्ये मातीतील रंध्र जलदाब (pore water pressure) प्रमाणाबाहेर वाढल्यामुळे तिचे परिणामी प्रतिबल (effective stress) अतिशय कमी किंवा शून्य देखील होऊ शकते. मातीचे सामर्थ्य साधारणपणे, तिच्या परिणामी प्रतिबलावर अवलंबून असते. परंतु, जर हे परिणामी प्रतिबल शून्य झाले तर मातीचे कर्तनी सामर्थ्य (shear strength) देखील संपूर्णतः लोप पावते आणि सहसा घन स्वरूपात असलेली माती द्रव स्वरूपात रूपांतरित होते. या प्रक्रियेला द्रवीभवन (liquefaction) असे संबोधले जाते. भूकंपादरम्यान अशा प्रकारच्या मातीवर बांधलेल्या इमारती कोसळून पडतात किंवा जमिनीमध्ये खचतात (आकृती १ आ).
भूकंपादरम्यान मातीची वैशिष्ट्ये आणि भूकंपाच्या हादऱ्यांची वैशिष्ट्ये यांच्यावर आधारित जमिनीच्या काही ठराविक खोलीवर कर्तनी प्रतिबले निर्माण होतात. ज्या खोलीदरम्यान ही प्रतिबले जमिनीच्या कर्तनी प्रतिबल धारणक्षमतेपेक्षा अधिक असतात त्या खोलीवर जमिनीचे द्रवीभवन होते (आकृती २).
द्रवीभवनाचे भौतिक परिणाम : द्रवीभवनामुळे वालुकामय माती आणि पाण्याचे मिश्रण द्रवाप्रमाणे कार्य करते, परिणामी जमीन सपाट बनते. यामुळे मातीचे बंधारे कोसळून पडतात किंवा लहान तलावातील पाण्याची पातळी कमी होते. याचा इमारतींवर धोकादायक परिणाम घडून येतो.
१) इमारतींचे निमज्जन आणि उत्प्रेरण (sinking and uplifting) : ज्यावेळी जमिनीचे द्रवीभवन होते त्यावेळी इमारतींचे निमज्जन (धसणे / खचणे) किंवा अवतालन (settlement) होते (आकृती ३). काहीवेळा इमारतीचे काही भाग इतर भागांच्या तुलनेत अधिक जास्त खचतात त्यामुळे इमारत एका बाजूला कलंडते. ज्यावेळी इमारतींची घनता द्रवीभवन झालेल्या मातीपेक्षा कमी होते त्यावेळी खजलेल्या इमारती उत्प्रेरित (वर खेचल्या जातात) होतात आणि माती-पाण्याच्या द्रवीभवन झालेल्या पृष्ठभागावर तरंगतात.
२) उतारांचा भंग आणि पार्श्वीय प्रसरण (slope failures and lateral spreading) : मूलतः शिथील आणि तीव्र उताराची जमीन (७५ % पेक्षा अधिक) असलेल्या भागात जेव्हा खालच्या मृदेच्या स्तराची बल घेण्याची क्षमता नष्ट पावते तेव्हा तिच्या वरील मृदेचा स्तर पार्श्वीय दिशेने घसरतो/प्रसरण पावतो. यामुळे जमिनीच्या अनेक मीटर अशा मोठ्या भूभागादरम्यान भूस्खलन होण्याची शक्यता वाढते (आकृती ४ अ). ज्या घन किंवा शिथील जमिनीचा उतार सौम्य असतो (< ~ 3%) त्या ठिकाणी जमिनीच्या मोठ्या भागाची पुढच्या दिशेने हालचाल होते. त्याचवेळी तिच्या मागच्या भागाचे विभाजन होते. अशा भागातील इमारती खचतात किंवा अस्थिर होतात (आकृती ४ आ). पार्श्वीय दिशेने प्रसरण पावणार्‍या जमिनींमुळे इमारतींच्या किंवा पूलांच्या पायाधारांवर मोठ्या प्रमाणावर अनपेक्षित प्रतिबले निर्माण होतात आणि त्यांना क्षति पोहोचते.
द्रवीभवनावर परिणाम करणारे घटक : जमिनीची द्रवीभवन होण्याची शक्यता खालील घटकांवर अवलंबून असते.
१) मातीची वैशिष्ट्ये : समश्रेणित (Uniformly-graded) , संपूर्ण संपृक्त (fully-saturated), संसंजनहीन (cohesionless), वालुकामय माती, सुश्रेणित (well-graded) मृत्तिकेपेक्षा अधिक द्रवीभवन प्रवण असते. तसेच सूक्ष्म वाळू (fine sand), जाडसर वाळू, खडेयुक्त माती, गाळयुक्त किंवा चिकणमाती (coarse sands, gravelly soils, silts or clays) इ. पेक्षा अधिक द्रवीभवन प्रवण असते. थोड्या प्रमाणात चिकणमाती मिसळलेल्या वाळूच्या जमिनीची देखील द्रवीभवन होण्याची शक्यता जास्त असते. तसेच शिथील जमिनीमध्ये देखील घट्ट/घन जमिनीपेक्षा द्रवीभवन होण्याची मोठ्या प्रमाणावर शक्यता असते.
२) भूकंप लहरींची वैशिष्ट्ये : भूकंपाच्या तीव्र लहरींमुळे मातीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर विकृती आणि प्रतिबले निर्माण होतात. परिणामी, तिचे द्रवीभवन होण्याची शक्यता वाढते. तसेच अधिक कालावधीच्या तीव्र लहरींमुळे देखील जमिनीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर चक्रीय (cyclic) विकृती आणि प्रतिबले निर्माण होतात याचा परिणाम म्हणून देखील जमिनीचे द्रवीभवन होण्याची शक्यता वाढते.
३) भूगर्भीय स्थिती : काही विशिष्ट प्रकारच्या भूगर्भीय प्रक्रियांमुळे सुश्रेणित मातीचे कण शिथिलपणे विषमगुणी (Aeolian), प्रवाही (Fluvial) किंवा सलूढ इ. विविध प्रकारे साठले जातात आणि हे सर्व प्रकार मातीचे द्रवीभवन होण्याची शक्यता अनेक पटींनी वाढवितात.
द्रवीभवनाच्या परिणामांपासून सुरक्षेसाठी उपाय :
- मातीची द्रवीभवन-विरोधी क्षमता वाढविणे उदा., शिथील मातीला घन करण्याचे प्रयत्न करणे. यासाठी कंपित संपीडन (Vibro compaction), आघात संपीडन (impact compaction) किंवा दाब रंध्रपूरण (Pressire Grouting) पद्धतींचा वापर केला जातो. तसेच द्रवीभवन प्रवण मातीच्या जागी चांगल्या प्रतिच्या मातीचे कंपित पद्धतीने पुनःस्थापन (Vibro-replacement) करण्याची देखील उपाययोजना करता येऊ शकते (आकृती ५ अ)
- २) मातीच्या स्तरांमध्ये पाण्याचा निचरा होण्यासाठी दगडी स्तंभांची उपाययोजना करून तिच्या कणांमधील रंध्रपूरण दाब कमी करणे किंवा मातीच्या पृष्ठभागावर अधिभार (surcharge) निर्माण करून तिची परिरुद्धता (confinement) वाढविता येते (आकृती ५ आ) ज्यायोगे मातीच्या स्तरांवर होणारे भूकंपाचे दुष्परिणाम कमी होतील.
- ३) द्रवीभवन होण्याची शक्यता असणार्‍या मातीच्या स्तरांना पूर्णपणे काढून टाकणे किंवा अशा प्रकारच्या जमिनींमध्ये स्थिरक स्थूणांचा (Anchored piles) पायाधरांसाठी वापर करणे (आकृती ५ इ).
संदर्भ :
- IITK – BMTPC – भूकंपमार्गदर्शक सूचना ३०, ३१.
समीक्षक : सुहासिनी माढेकर
