تسييل التربة هي الظاهرة التي تفقد فيها التربة صلابتها وقوتها بفعل قوة الزلزال أو بسبب ظروف التحميل السريع. يحدث تسييل التربة في التربة المشبعة بالكامل.
مبدأ التسييل للتربة وأسبابه
التربة في الحالة الطبيعية تكون متكتلة ومترابطة بشكل وثيق مع بعضها البعض. يتم هذا الترابط أو التكتل بسبب قوى التلامس لكل جزيئاتها. يساهم هذا الترابط البيني في زيادة قوة ومقاومة التربة.
عندما تكون التربة في الحالة المشبعة، تمتلئ المسام والتربة بالماء بالكامل. تؤثر جزيئات الماء الموجودة في التربة بالضغط على الجسيمات والجزيئات المجاورة. يزداد ضغط الماء الذي تمارسه جزيئات الماء هذه مع حركة التحميل السريع أو قوى الزلزال. أثناء التميع (التسييل)، يصبح ضغط الماء مرتفعًا بما يكفي لمواجهة قوة التجاذب بين جزيئات التربة. هذا موضح في الشكل ١ والشكل ٢ أدناه.
 |
| شكل ١ |
يوضح الشكل ١ (أ) جزيئات التربة الموجودة في الحالة غير المستثارة. يُظهر العمود الأزرق الموجود على اليسار حجم ضغط المياه المسامية في عينة التربة.
يوضح الشكل ١ (ب) القوى التي تنشأ بين جزيئات التربة أثناء تفاعلها.
 |
| شكل ٢ |
يوضح الشكل ٢ حالة التربة عند ارتفاع ضغط الماء. هنا، يقال أن التربة في حالة مشبعة تمامًا حيث يؤدي زيادة ضغط الماء إلى طفو حبيبات التربة كما هو موضح في الشكل ٢. يقلل هذا النشاط العائم من التفاعل بين حبيبات التربة. هذا يزيد من فرص التميع أو التسييل.
إن حدوث التميع (التسييل) هو نتيجة لتطبيق الحمل السريع وتفكك الرمل السائب المشبع وجزيئات التربة المفردة غير المحكمة (المفككة). تحت تأثير قوة الزلزال أو حالة التحميل السريع، لا يوجد وقت لطرد المياه من مسام التربة. بدلاً من طردها أو إخراجها، يتم منع جزيئات التربة من الاقتراب من بعضها البعض للترابط.
هذا يزيد من ضغط الماء داخل نظام التربة. يكون ضغط الماء الناتج مرتفعًا جدًا مقارنة بقوى الترابط والتلامس داخل جزيئات التربة. هذا ينعم ويضعف التربة.
بخلاف الزلازل وتطبيق الأحمال الكبيرة، يمكن أن يحدث تسييل التربة بسبب ممارسات أخرى عند البناء مثل التفجير، والتذبذب الاهتزازي، والضغط الديناميكي.
أضرار التسييل في التربة
يمكن أن تؤدي ظاهرة التسييل إلى العديد من التأثيرات في التربة والهياكل. هي كالتالي:
١- فوران أو غليان الرمل
عندما يحدث التسييل تحت سطح رملي مضغوط بالكامل، فإن ضغط الماء تحت هذا السطح يجعل الماء ينفجر مثل فوهة البركان. هذه المياه تخرج في شكل الماء المغلي. وهذا ما يسمى غليان أو فوران الرمل.
٢- الأضرار بالهياكل البحرية
الإسالة أو تسييل التربة يكون شائع في أنواع التربة المغمورة. تسبب هذه الظروف أضرارًا جسيمة عند بناء الجسور، والهياكل التي تدعم رواسب التربة المغمورة.
٣- فشل السدود والجدران الاستنادية
تخضع التربة الداعمة للسدود والجدران الاستنادية لعملية تسييل، مما يؤدي إلى انهيار هذه الهياكل. نظرًا لأن الهياكل تفقد القدرة على التحكم في المياه الضخمة، فإنها تؤدي إلى حدوث فيضانات لا يمكن السيطرة عليها.
٤- الانهيارات والانزلاقات الأرضية السطحية
يمكن أن التسيل إلى حدوث انزلاقات في التربة وتحركات في طبقاتها من الصخور وغيرها.
٥- فشل الهياكل تحت تأثير الزلازل
يؤدي التسييل الذي تتبعه قوى الزلزال إلى فقدان الهياكل لاستقرارها. يحدث للهياكل إما الانقسام أو الانزلاق مما يؤدي إلى انهيار كامل لها. أظهرت سجلات الزلازل السابقة فشلًا كبيرًا في هياكل البناء بسبب التسييل. لن يكون عندها متسع من الوقت يكفي لإخلاء المباني مما يؤدي إلى خسائر فادحة في الأرواح والممتلكات تحت هذه المخاطر.
أهمية دراسة تسييل التربة
بعد حدوث التسييل، لن تعد التربة تتصرف كشبكة غير نشطة من الجزيئات. تقل قوة وصلابة التربة المُسالة بشكل كبير، مما يؤدي غالبًا إلى مجموعة متنوعة من الإخفاقات الهيكلية، وبالتالي، لن تعد الأرض المسالة تعتبر مستقرة وصالحة لبناء الهياكل فوقها. ليس لديها القدرة على تحمل حتى وزنها الذاتي ولا وزن الهياكل أعلاها. هياكل المباني التي يتم تشييدها فوق هذا النوع من التربة سوف تنقلب وتنهار كما هو موضح في الشكل أدناه.
 |
| فشل هيكل البناء بسبب تسييل التربة في إزميت، تركيا |
ومن ثم فمن الضروري للغاية معرفة أهمية دراسة التميع أو التسييل حتى يتم اتخاذ الاحتياطات الكافية قبل البناء. يساعد فهم فرص واحتماليات إسالة التربة في تحديد طريقة المعالجة التي يجب اختيارها لجعل التربة خالية من التسييل. هذا يساعد على تشييد أقوى وأكثر أمانًا للهيكل.
طرق تقليل مخاطر تسييل التربة
هناك ثلاث طرق أساسية لتقليل مخاطر التسييل:
١- بتجنب تسييل التربة سريعة التأثر
يجب تجنب البناء على تربة قابلة للإسالة. من الضروري توصيف التربة في موقع البناء المعين وفقًا للمعايير المختلفة المتاحة لتحديد إمكانية وفرص حدوث التميع للتربة في هذا الموقع.
٢- بناء هياكل مقاومة للتسييل
في حالات معينة، لا يمكن تجنب البناء فوق الأرض التي تظهر فرص التميع. ومن ثم، يجب تصميم أساسات الهياكل بطريقة لمقاومة تأثيرات التميع مثل أساسات الخوازيق والأساسات المترابطة الجاسئة واللبشة القوية. الأسباب الرئيسية لبناء الهياكل فوق التربة القابلة للتسييل هي قيود المساحة والظروف المادية وأسباب أخرى.
٣- تحسين التربة
يضمن ذلك التخفيف من مخاطر التميع من خلال تحسين قوة التربة وكثافتها وخصائص التصريف. يمكن القيام بذلك باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات تحسين التربة سنتناولها فيما بعد.
اقرأ أيضا: التربة الانهيارية وطرق معالجتها الفعالة قبل البناء