ઇજનેરી ભૂસ્તરશાસ્ત્ર

ઇજનેરી ભૂસ્તરશાસ્ત્ર (engineering geology) : સિવિલ ઇજનેરી અને ભૂસ્તરશાસ્ત્રને સાંકળતી વિજ્ઞાનની વિશિષ્ટ શાખા. સિવિલ ઇજનેરીના વ્યવસાય માટે ઇજનેરી ભૂસ્તરશાસ્ત્રનું જ્ઞાન પાયાના જ્ઞાન તરીકે વિશ્વભરમાં સ્વીકારાયું છે. બંધ, જળાશય, ધોરી માર્ગો, પુલો અને બંદરોના બાંધકામ જેવી અગત્યની, વિશાળ અને ભારે સિવિલ ઇજનેરી પરિયોજનાઓ ખડકો અને માટી પર જ બાંધવાની હોય છે. ઇજનેરે જે ભૂમિતળમાં બાંધકામ કરવાનું હોય છે તેની સંપૂર્ણ જાણકારી પ્રાપ્ત કરવી જરૂરી હોય છે. ભૂમિના ઢાળની સ્થિરતા, જમીનનું અવતલન (subsidence), ભૂકંપની તથા પૂરની અસર વગેરેની માહિતી ઇજનેરી પરિયોજનાની પરિકલ્પના (design) અને અમલ ઉપર ઘણી અસર કરે છે. આ બાબતોને અવગણવામાં આવે તો તે પરિયોજનાને પરિપૂર્ણ કરવામાં વિલંબ તથા ખર્ચમાં વધારો થાય છે અને ઇજનેરી રચના નિષ્ફળતામાં પરિણમે તેવી શક્યતા રહે છે. આથી સ્થળ પસંદ કરતાં પહેલાં ભૂસ્તરની સઘન તપાસ કરવામાં આવે છે.

ભૂસ્તરશાસ્ત્ર પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ, તેનું બંધારણ, તેનાં આંતરિક તથા બાહ્ય પડની રચના, તેમાં ઉદભવતી રચના-કૃતિઓ વગેરેનો ખ્યાલ આપે છે. પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ થયા બાદ તેના પર આંતરિક તેમજ બાહ્ય પરિબળો સતત કાર્ય કરતાં રહ્યાં છે. ભૂકંપ, જ્વાળામુખી, ભૂસ્ખલન (landslide) વગેરેની અસરો તથા તેનાથી થતાં નુકસાન જોઈ શકાય છે. પર્વતો તથા મહાસાગરોની ઉત્પત્તિ પણ જોઈ શકાય છે. પૃથ્વીની રચના થયા બાદ તેના પર હવા, પવન તથા વરસાદની અસરો થવાથી સતત ફેરફારો થયા કરે છે. આના પરિણામે પૃથ્વીની સપાટી પર ઘસારો તથા નવરચના થયા કરે છે. આને કારણે ઉદભવતી ભૂરચનાઓ શહેરી તથા ગ્રામવિસ્તારના વિકાસમાં કેવી રીતે ઉપયોગી બની શકે તે બાબતને આવરી લેતી પર્યાવરણ-ઇજનેરી (environmental engineering) તથા નગરભૂમિ-ભૂસ્તરશાસ્ત્ર(urban geology)નો વિકાસ થયો છે.

બંધ, જળાશયો, નહેરો, મિનારા, સુરંગ, ટાંકીઓ, ધોરી માર્ગ, રેલવે, નદી અને રસ્તા પરના પુલો, મકાનો, બંદરો, બુગદાં, પાળા (embankment) અને પ્રતિધારક સંરચના (retaining structure) જેવાં ભારે બાંધકામ માટી અને ખડક પર કરવામાં આવે છે. આવાં બાંધકામ અંગેનું આયોજન, સ્થળની પસંદગી, પાયા માટેનું ખોદકામ, માલસામાનની પસંદગી, યોજના અંગેનો અંદાજી ખર્ચ વગેરે પ્રશ્નોના નિરાકરણ માટે સૂચિત વિસ્તારોનો ભૂસ્તરીય તથા ભૌગોલિક અભ્યાસ જરૂરી છે. આ અભ્યાસથી યોજનાની સહીસલામતી અંગેનો ખ્યાલ મેળવી શકાય છે અને સંભવિત નુકસાન અટકાવવા માટે જરૂરી પગલાં પણ લેવાનું શક્ય બને છે. આમ, ભૂસ્તરશાસ્ત્રનું જ્ઞાન પરિયોજનાના યોગ્ય આયોજન, વાસ્તવિક ડિઝાઇન અને કરકસરભરી કાર્યવ્યવસ્થા(execution)માં ઉપયોગી બને છે.

આયોજનના સ્તરે (i) પરિયોજનાના સ્થળની પસંદગી; (ii) સ્થાનાકૃતિ (topography), ભૂઆકૃતિવિદ્યા (geomorph-ology) તથા ભૂજલ-પરિસ્થિતિને કારણે પરિયોજના ઉપર લદાતી મર્યાદાઓ; (iii) બાંધકામ માટેના માલસામાનની ઉપલબ્ધિ અને (iv) ભૂસ્તરીય અન્વેષણ માટે લઘુતમ સ્થાનોની પસંદગી વગેરે બાબતો પરત્વે ભૂસ્તરશાસ્ત્ર મદદરૂપ બને છે.

પરિયોજનાની ડિઝાઇન નક્કી કરતી વખતે કઠણ ખડકોની હાજરી, સપાટીથી તેમનું ઊંડાણ તથા સપાટીની સરખામણીમાં તેમનો ઢાળ (તિર્યક્તા, slope) તથા ખડકોના યાંત્રિક ગુણો (ભાર ઝીલવાનું સામર્થ્ય, અપરૂપણ-shear-સામર્થ્ય, પ્રત્યાસ્થતા-elasticity, પારગમ્યતા અને ખવાણ તથા વિઘટન-પ્રતિરોધકતા), સંરચનાને લગતી નબળી સપાટીઓ અને પ્રદેશો વગેરે બાબતો ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે. પરિયોજનાના બાંધકામ (રચના) વખતે રેતી, કપચી, ભાંગેલ ખડક તથા પથ્થર અંગેની ભૂસ્તરીય માહિતીની ઘણી ઉપયોગિતા છે. ભૂસ્તરીય ર્દષ્ટિએ સંવેદનશીલ પ્રદેશોમાં બાંધકામ કરતી વખતે ભૂસ્તરશાસ્ત્રનું જ્ઞાન ઘણું ઉપયોગી છે. કિનારાના પ્રદેશોમાં ખડકો ઉપર તરંગો, પ્રવાહો અને દરિયાઈ પર્યાવરણની થતી અસરોનો ખ્યાલ રાખવો જરૂરી હોય છે. ભૂકંપી વિસ્તારમાં બાંધકામ કરતી વખતે તે ક્ષેત્રનો ભૂતકાલીન ભૂકંપી ઇતિહાસ નજર સમક્ષ રાખવો આવશ્યક હોય છે. તેથી પરિયોજનાને આવી અસરોથી કેટલું જોખમ છે અને આ જોખમ નિવારવા માટે સહીસલામતીનાં કેવાં પગલાં લેવાં જોઈએ તેનો ખ્યાલ આવી શકે છે.

નગર-આયોજન અને પ્રદેશ-આયોજન જે તે પ્રદેશનાં કુદરતી લક્ષણો (features) સાથે સુમેળ ધરાવે તેવું હોવું જોઈએ અને આ સુમેળ લાંબો સમય જળવાય તેવો હોવો જોઈએ. આ માટે જે તે પ્રદેશના ભૂસ્તરીય માળખાની માહિતી જરૂરી છે. પાણી અંગેના આયોજન માટે સપાટી ઉપરના જલ તથા ભૂમિજલ અંગેનું જ્ઞાન આવશ્યક છે. આ માટે ખડકોની જલસહ્યતા અને ખડકમાંનાં જળના પ્રવાહોની ગતિ જેવી ભૂસ્તરીય જાણકારી ઘણી ઉપયોગી બને છે. પાણી અંગેના આયોજન માટે સમગ્રલક્ષી (integrated) અભિગમ અપનાવાય છે. જલસ્રોતો ઉપરાંત જલની વહેંચણી, તેનો કરકસરયુક્ત ઉપયોગ, જલપ્રદૂષણ, ગંદા પાણીનો નિકાલ અને જલસ્રોતોની પુન:પૂર્તિ (replenishment) વગેરે બાબતો તેમાં આવરી લેવાય છે.

ભૂમૂલ્યાંકન, સમુદ્રશાસ્ત્ર, અંતરીક્ષ-અન્વેષણ, પરમાણુ-વિસ્ફોટનો ઔદ્યોગિક કે ઇજનેરી હેતુઓ માટે ઉપયોગ વગેરે બાબતો પણ સીધી કે આડકતરી રીતે ભૂસ્તરીય જ્ઞાન ઉપર આધાર રાખે છે. આ જ્ઞાનના ઉપયોગથી પર્યાવરણ પર થતી લાંબા ગાળાની દૂષિત અસરોને સીમિત કરી શકાય છે.

ખનિજ અને ઇંધન પદાર્થોની ખોજ, ભૂજળ-પ્રાપ્તિ, બંદરીય વિકાસ, જમીનવિકાસ, બાંધકામમાં વપરાતા માલસામાનનાં પ્રાપ્તિસ્થળોની જાણકારી, ભૂપાત (landslide) અને ભૂકંપ વગેરે બાબતો અંગે માહિતી મેળવવા માટે ભૂસ્તરશાસ્ત્ર ઘણું ઉપયોગી છે.

ભૂસ્તરીય તપાસનો મુખ્ય હેતુ ભૂસ્તરીય સંરચનાઓ, ભૂજળસ્થિતિ, સ્તરવિન્યાસ (stratigraphy) વગેરે અંગેની માહિતી મેળવવાનો હોય છે. કોઈ પણ સૂચિત વિસ્તારમાં યોગ્ય સ્થળની પસંદગી માટે સપાટી પરના તથા સપાટીની નીચેના ભાગની વિગતવાર ભૂસ્તરીય તપાસ (અન્વેષણ) કરવાનું અત્યંત આવશ્યક ગણાય છે. ભૂસ્તરીય અન્વેષણનો હેતુ જે તે વિસ્તારનાં ભૂસ્તરીય બંધારણ, ખડકવિદ્યા (lithology) અને ભૂજળપરિસ્થિતિ સઘન ભૂસ્તરીય સર્વેક્ષણ દ્વારા સમજીને પ્રદેશોની બંધારણીય લાક્ષણિકતા નક્કી કરવાનો હોય છે.

આવાં સર્વેક્ષણો તે પ્રદેશમાંથી સુગ્રથિત (consolidated) કે અગ્રથિત (unconsolidated) સામગ્રીની લાક્ષણિકતા, વિસ્તાર, જાડાઈ અને ગેડ (fold), સ્તરભંગ તથા મુખ્ય સાંધા(jointing)ની લાક્ષણિકતાઓનો ખ્યાલ આપે છે. ખુલ્લા મેદાનમાં અસ્તિત્વ ધરાવતા ખડકોની તપાસ ખડકવિદ્યા અનુસાર કરાય છે. આ અભ્યાસથી તે પ્રદેશમાં આવેલા ખડકોનો પ્રકાર, ખનિજ-રચના, બંધારણ અને કણરચના તથા ઘનત્વ અને ખવાણ સામેની પ્રતિરોધકતાનો ખ્યાલ આવે છે. ભૂજળપરિસ્થિતિની તપાસનું લક્ષ્ય તે પ્રદેશના ભૂજળસ્તરને તેમજ પ્રદેશમાં મળી આવતી સામગ્રીની પારગમ્યતા (permeability) નક્કી કરવાનું છે.

ઇજનેરી હેતુ માટે ભૂસ્તરીય અન્વેષણ સામાન્ય રીતે બે તબક્કે નક્કી કરવામાં આવે છે : પ્રાથમિક અન્વેષણ અને વિગતવાર અન્વેષણ. પ્રાથમિક અન્વેષણમાં મુખ્યત્વે સપાટીનું સર્વેક્ષણ કરવામાં આવે છે, જ્યારે વિગતવાર અન્વેષણમાં સપાટીની નીચે મુજબની ઘનિષ્ઠ તપાસ પણ કરવામાં આવે છે.

1. સપાટી–અન્વેષણ : સૌપ્રથમ સૂચિત વિસ્તારની ભૌગોલિક માહિતી જેવી કે સ્થળની ઊંચાઈ, નદી, રસ્તા તથા સપાટીના ઢોળાવો વગેરે મેળવવામાં આવે છે. સપાટી પર મળતા પદાર્થો-ખડકો અને માટી-ના આધારે તેમના નકશા તૈયાર કરવામાં આવે છે. આ નકશાઓમાં ભૂસ્તરીય માહિતી પણ દર્શાવવામાં આવે છે. પદાર્થોના નમૂનાનું પરીક્ષણ કરીને ગુણધર્મોની જાણકારી મેળવવામાં આવે છે. નકશામાં કેટલીક જગ્યા માટેના આડછેદ તૈયાર કરી સપાટીની નીચે ભૂસ્તરીય સંરચના વિશેની જાણકારી મેળવાય છે. સૂચિત વિસ્તારનાં જુદાં જુદાં સ્થળોની આ રીતે તપાસ કરી યોગ્ય સ્થળ પસંદ કરાય છે.

2. અધસ્તલ–અન્વેષણ : સપાટીના નીચેના ભાગની ભૂસ્તરીય માહિતી મેળવવાની રીતને અધસ્તલ અન્વેષણ કહે છે. સૂચિત વિસ્તારમાંથી પસંદ કરેલી જગ્યા માટે ભૂસ્તરીય તપાસ બે રીતે થઈ શકે છે :

(अ) પ્રત્યક્ષ પદ્ધતિ : આ પદ્ધતિમાં સપાટી પર અજમાયશી ખાડાઓ અને ખાઈઓ કરી તેમાં દેખાતાં ખડકો, માટી, સંરચના વગેરેનું અવલોકન કરવામાં આવે છે. નમૂનાઓનું પ્રયોગશાળામાં પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિમાં ઊંડાઈનું મહત્વ હોતું નથી. જો ઊંડાઈનું મહત્વ હોય તો તેવી જગાઓ માટે ગીલમીટ વેધન(Auger-boring)ની પદ્ધતિથી નમૂનાઓ મેળવી તેમનું પરીક્ષણ કરવું જરૂરી બને છે. કઠણ ખડકોની માહિતી મેળવવાની હોય તો શારકામ અથવા શારડીકામની રીત વપરાય છે. આ પદ્ધતિમાં જે નમૂના મળે છે, તેને અંત:સ્થ પદાર્થ કે કોર (core) કહે છે. આ પદ્ધતિમાં સ્થળ પર છિદ્રોની જગા તથા તેમની વચ્ચેના અંતરની પસંદગી મેળવવાની માહિતી ઉપર આધાર રાખે છે. શાર-છિદ્રો સીધાં કે ત્રાંસાં હોય છે. જુદાં જુદાં શાર-છિદ્રોમાંથી મળેલા કોરના અભ્યાસ પરથી ભૂસ્તરીય માહિતી મેળવી શકાય છે.

(आ) પરોક્ષ પદ્ધતિ : ખાસ પ્રકારનાં સાધનો વડે જમીનની સપાટીના નીચેના ભાગમાં રહેલા પદાર્થોનાં ભૌતિક માપ આડકતરી રીતે મેળવવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિને ભૂભૌતિક (geophysical) પદ્ધતિ કહે છે. આ પદ્ધતિ કાચી ધાતુનો જથ્થો, ક્ષાર-ગુંબજો (salt domes), ખડક પરના અધિભાર(over-burden)ની જાડાઈ, ભૂસ્તરીય સંરચનાઓ તથા ભૂજળસ્થિતિ જાણવાના કામમાં ઉપયોગી છે. આ પદ્ધતિથી ખડકના પ્રકારો કે ખનિજો ગણી શકાતાં નથી; પરંતુ ચુંબકતા, ગુરુત્વ, વિદ્યુત-અવરોધકતા ભૂકંપ-ગતિ તથા કિરણોત્સર્ગ જેવા તેમના ભૌતિક ગુણધર્મો વિશે જાણી શકાય છે. આ માટે ચુંબકીય, ગુરુત્વીય, વિદ્યુતીય, ભૂકંપીય અને કિરણોત્સર્ગી પદ્ધતિઓ પ્રચલિત છે. આ પદ્ધતિઓમાંથી વિદ્યુતીય અને ભૂકંપીય પદ્ધતિઓ ઇજનેરી રચનાના સ્થળની પસંદગી તથા ભૂજળ-શોધ માટે ખાસ કરીને વપરાય છે.

(1) વિદ્યુતીય પદ્ધતિઓ : પૃથ્વીના પોપડાના વિવિધ પદાર્થો(માટી, ખડક)ની પ્રતિરોધકતા, વિદ્યુત-રાસાયણિક ક્રિયાશીલતા તથા પરાવૈદ્યુતતા (dielectrical) જેવા વિદ્યુત-ગુણધર્મોમાં ભિન્નતા જોવા મળે છે. આ ગુણોની ભિન્નતાનો ઉપયોગ કરીને પોપડામાં રહેલા પદાર્થોની પ્રકૃતિ અંગે માહિતી મેળવી શકાય છે. ઇજનેરી કાર્યમાં વિદ્યુત-પ્રતિરોધ વધુ વપરાય છે.

ઇલેક્ટ્રૉડ દ્વારા બહારથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે, જેનાથી ઉત્પન્ન થતો વિદ્યુત-વિભવ (electrical potential) વૉલ્ટમીટર વડે માપવામાં આવે છે અને નીચે દર્શાવેલ સૂત્રની મદદથી વિદ્યુત-પ્રતિરોધકતા શોધી કાઢવામાં આવે છે :

ખડકોની વિદ્યુત-પ્રતિરોધકતા વધુ હોય છે, જ્યારે માટીની ઓછી હોય છે. ખડકોની ઊંડાઈ તથા ભૂસ્તરીય સંરચનાઓ જાણવા માટે આ પદ્ધતિ વપરાય છે.

(2) ભૂકંપીય પદ્ધતિ : જ્યારે ભૂકંપ-તરંગ એક ખડકમાંથી બીજા ખડકમાં પસાર થાય છે ત્યારે તેની ગતિ બદલાય છે. તરંગોનો સપાટી પર પહોંચવાનો સમય ભૂકંપકેન્દ્રો પર ભૂકંપમાપક સાથે જોડેલા નોંધણીપત્રકમાં નોંધાય છે. તરંગોની ઝડપ ઘન પદાર્થોમાં વધુ અને નરમ તથા અગ્રથિત પદાર્થોમાં ઓછી હોય છે. આ પદ્ધતિ તેલ, વાયુ, ભૂજળ તથા ખડક પરના અધિભારની જાડાઈ અંગેનો અંદાજ મેળવવા માટે ઉપયોગી છે. આ ઉપરાંત ગુરુત્વાકર્ષણ અને ચુંબકીય પદ્ધતિઓ પણ વપરાય છે.

ઇજનેરી પરિયોજનાઓ માટી કે ખડકાળ ભૂમિ પર રચાતી હોય છે અને ખડકોના ખવાણનું અંતિમ પરિણામ પણ માટી હોય છે. આથી માટી અને ખડકોનું જ્ઞાન ઇજનેરને લાભપ્રદ નીવડે છે. બંધની રચના જેવા ભારે બાંધકામમાં ઊંડે સુધી લઈ જવાતા પાયાની આધારશિલાની ખવાણ પરત્વેની પ્રતિક્રિયા એ સ્થળની પસંદગી માટે મહત્વનું પરિબળ બની રહે છે. આથી સૂચિત પરિયોજના માટેનું સૂચિત સ્થળ કેટલે અંશે ખવાણથી અસર પામેલું છે કે પામી શકે તેવું છે અને બાંધકામમાં વપરાનારી સામગ્રી પર તે સ્થળનું પર્યાવરણ કેવી અસર પાડશે તે ઇજનેરે અવશ્ય ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ. આવી આવશ્યકતાઓ સ્પષ્ટ થતાં સમસ્યાનો ઉકેલ સરળ બને છે. વળી સખત ખડક પર પાયાનું નિર્માણ કરતાં પહેલાં તેની ઉપરનું છૂટું, નબળું જે કોઈ પડ હોય તે બધું દૂર કરવું જોઈએ. વળી તે સ્થળની પર્યાવરણીય અસરો સામે ટકી શકે તેવી સામગ્રીની પસંદગી કરવી જરૂરી બને છે.

રેતાળ અને રણપ્રદેશમાં પવન સાથે દૂર દૂર રેતી ખેંચાઈ આવે છે અને જંગલ, ખેતર વગેરેને દાટી દે છે. તેથી જીવન મુશ્કેલ બને છે. આવા પ્રદેશોમાં રેતીનું આક્રમણ અટકાવવા વિવિધ ઉપાયો (જેવા કે રેતીમાં ટકી શકે તેવી વનસ્પતિનું વાવેતર, પરિયોજનાનું દીવાલોથી રક્ષણ તથા રેતીમાં ક્રૂડ તેલ નાખવું વગેરે) કરવા જરૂરી છે. માટે લોએસ (loess) ઉપર બાંધકામ કરવા માટે પાણીથી ભીંજાતાં બેસી જવાનું તેનું લક્ષણ ધ્યાનમાં રાખવું જરૂરી છે, કારણ કે આમ થતાં પાયો હચમચી શકે છે.

આ રીતે હવામાન, રસાયણ, પવન, જળપ્રવાહ, ધોધ, નદીઓ, સમુદ્ર, બરફપ્રવાહ વગેરેને કારણે થતું ખવાણ, ધોવાણ અને પૂરણ જે તે પ્રદેશોની ખાસિયત ગણાય અને બાંધકામના પાયા, તેમાં વાપરવાની સામગ્રી અને સ્થળપસંદગી માટે આ બાબતો ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી બને છે.

હિમનદીના પ્રદેશના નિક્ષેપો વિષમાંગ પ્રકારના હોય છે. ઉપરના સારા સ્તરની નીચે બેસી જાય તેવા પ્રકારની સંપીડ્ય (compressible) માટીના સ્તરો હોવાની શક્યતા રહે છે. આથી આવા પ્રદેશોની યોગ્યતા બાબત શંકાશીલ રહેવું સલાહભરેલું છે, જેથી સલામતીનાં યોગ્ય પગલાં લઈને પરિયોજનાનું આયોજન કરી શકાય.

કોઈ પણ પરિયોજના માટે જમીનનું બંધારણ ચકાસ્યું ન હોય તો જમીન ઉપર કે અંદર થયેલું બાંધકામ નિષ્ફળ જવાની શક્યતા રહે છે. બોગદું ઉતારતાં, બંધનું સ્થળ પસંદ કરતાં કે ધોરી માર્ગ બાંધતાં પહેલાં સ્થળ પરની ભૂમિમાં સ્તરની ગેડ (folds) લક્ષમાં રાખવી જરૂરી છે. ગેડની અસર આ પ્રમાણે જણાવી શકાય : (i) ગેડ ખડકમાં અભિવૃત્તિ(altitude)ના ફેરફારો પ્રેરે છે અને તેને કારણે અમુક સ્તરોની પુનરાવૃત્તિ અથવા કોઈ નિશ્ચિત રેખામાં અણધાર્યા પ્રકારના ખડકોની શક્યતા રહે છે. (ii) ગેડ શીર્ણન માટે પણ કારણરૂપ બને છે. આવી અસર અગત્યની છે, કારણ કે શીર્ણ ખડકો બોગદાની છત કે ફરસ અથવા બંધના પાયા માટે નબળા અને અસલામત ગણાય. આવી ક્રમિત ગેડવાળા પ્રદેશોનો ઝીણવટપૂર્વક અભ્યાસ કરવો જોઈએ. બને તો અન્ય સારા સ્થળની પસંદગી કરવી જોઈએ. (iii) ગેડને કારણે શીર્ણ થયેલા ખડકો પારગમ્ય બને છે, જે બુગદા અને બંધ માટે મુશ્કેલીરૂપ ગણાય. બુગદા બાબતમાં આવા ખડકોના ખોદકામ વખતે ભૂમિસ્થિત જળ અંદર ધસી આવે અને બંધમાં નીચેથી જળનું ભારે સ્રવણ શરૂ થાય. (iv) ગેડવાળા ખડકો સામાન્ય રીતે સારા એવા તણાવ હેઠળ હોય છે. તેમાં ખોદાણકાર્ય જોખમી બની શકે છે. ખોદાણને લીધે ઊર્જા મુક્ત થાય છે અને સાથોસાથ ખડકો ખસવા લાગે છે, જેના કારણે ખડકનો સ્ફોટ પેદા થાય છે.

ભૂતકાળમાં ખસેલા સંસ્તરવાળાં સ્થળો અને ભાવિમાં ખસવાની શક્યતાવાળા સ્તરના ભંગ અંગેની સમજણ સિવિલ ઇજનેર માટે આવશ્યક છે. આવા સ્તરભંગ ત્રણ બાબતે વિચારી શકાય : (i) આવા પ્રદેશોની ચકાસણી વખતે સ્તરભંગથી ખડકો પર શી અસર થઈ હશે અને સૂચિત પરિયોજનાના પાયા, બાજુઓ, અન્ત્યાધાર ટેકા (abutment) અથવા છત માટે આવા ખડકો કેટલા પ્રમાણમાં યોગ્ય ગણાય ? (ii) ભૂતકાળના સ્તરભંગને કારણે આવા ખડકો જો વ્યાવહારિક રીતે બિનઉપયોગી ન થયા હોય, એટલે કે કેટલીક કરકસરયુક્ત માવજત આપ્યા પછી આવા ખડકો પર ઇજનેરી રચના સંભવિત હોય તો ભવિષ્યમાં આવી રચના સલામત રહેશે ? તે જ સ્થળ પર ફરી સ્તરભંગની સંભાવના નથી ? (iii) સ્તરભંગની દિશામાં થતાં સંચલનની શક્યતા અંગે જો કાંઈ નિશ્ચિત જાણી શકાતું ન હોય અને પરિયોજનાના નિશ્ચિત સ્થળ અંગે બીજો કોઈ વિકલ્પ ન હોય ત્યારે રચનાની ડિઝાઇનમાં કેટલો સલામતી ઘટક (safety factor) લેવો ?

સ્તરભંગના પરિણામે ખડકોમાં થતા અપરૂપણ અને સંપીડન (shearing and crushing) તેમને નબળા અને અસ્થાયી તો બનાવે છે જ, ઉપરાંત પારગમ્ય પણ બનાવે છે. આથી સ્તરભંગવાળા ખડકો બંધ તથા જળાશયો માટેના પાયા અને અન્ત્યાધાર ટેકા (એબટ્મેન્ટ) તરીકે ઘણા નબળા ગણાય છે. અપરૂપણ અને સ્તરભંગ પામેલા પ્રદેશો જળપ્રવાહને સરળ માર્ગ કરી આપે છે, જે બંધ અને જળાશયોની નીચેથી જળસ્રવણ કરે છે અને બુગદાને એકરેખીય (linear) કરવામાં મુશ્કેલી પેદા કરે છે. આવા અપરૂપિત પ્રદેશોમાં જ્યારે જળની પ્રચુર માત્રા થાય અને તેને ધોરી માર્ગ, બંધ કે બુગદાનો ભાર ઝીલવાનો હોય ત્યારે સર્પણ (slippage) એકદમ સરળ બને છે. સ્તરભંગથી પેદા થયેલા અવશેષો તેમજ માટી પર ઊભું કરેલું બાંધકામ નિષ્ફળ નીવડે છે. આથી ઇજનેરે સૌપ્રથમ સ્તરભંગ શોધી કાઢવા જોઈએ અને સ્થળ પરના ખડકો પરની તેની અસર ઘનિષ્ઠ રીતે તપાસી લેવી જોઈએ. અપરૂપિત વિસ્તારની સંખ્યા, પ્રમાણ અને નમનકોણને સૌપ્રથમ ગણતરીમાં લેવાં જોઈએ અને બને તો આવા પ્રદેશોથી પરિયોજનાને દૂર રાખવી જોઈએ. સ્તરભંગ છતાં જ્યાં ખડકો વ્યાવહારિક રીતે બિનઉપયોગી બન્યા ન હોય ત્યાં નબળું દ્રવ્ય ખોદી કાઢી અને સિમેન્ટ/કૉંક્રીટના દાટાથી પૂરણ કરી સુધારી શકાય છે; પરંતુ આના પર કરેલાં બાંધકામની ભાવિ સલામતી અંદાજે જ આંકી શકાય. આથી આવા પ્રદેશોના સંચલનજન્ય (tectonic) ઇતિહાસનો ઘનિષ્ઠ અભ્યાસ આવશ્યક બની રહે છે. ભૂતકાળમાં થયેલા સ્તરભંગની આવૃત્તિ, સંચલનજન્ય પટા સાથે તે પ્રદેશની પરિસ્થિતિ અને ભૂતકાલીન વિક્ષેપની માત્રા જેવી સમસ્યાઓની તપાસ કરવી પડે. આ બધી બાબતો ગણતરીમાં લીધા પછી પણ તે સ્થળના બંધારણમાં હલચલ નહિ જ થાય તેવા પુરાવા હોવા છતાં સલામતીનો ઘટક ગણતરીમાં લેવો જ જોઈએ, જેથી કદાચ કાંઈ અઘટિત બને તોપણ નુકસાન ઓછું થાય.

ભૂસ્તરના સાંધાઓ ઘણી ઇજનેરી સંક્રિયાઓ પર અસર કરે છે. ખાસ કરીને બંધ, જળાશય અને બુગદા જેવી રચનાઓમાં ખડકોના સાંધાને લગતી ખાસિયતોનો ઘનિષ્ઠ અભ્યાસ અને તપાસ થવાં જોઈએ. ખડકની નિર્બળતા માટે સાંધાઓને હમેશાં મૂળ સ્રોત ગણવામાં આવે છે, જે જળસ્રવણને સરળ બનાવે છે. જો બંધ કે જળાશયનો પાયો અધિક સાંધાવાળા ખડક પર લેવાયો હોય તો તેમાંથી ભારે જળસ્રવણ થવા માંડે છે. તેવી જ રીતે બુગદાની રચનામાં છત અને બાજુના ખડકો વધુ તૂટેલા હોય તો ભૂમિજળની સમસ્યા વધુ તીવ્ર બની શકે છે.

ડુંગરાળ પ્રદેશોમાં ખડકોના જથ્થાઓને અસ્થાયી બનાવવામાં સાંધાઓ અસરકારક ભાગ ભજવે છે. ધોરી માર્ગોની નીચેથી કે આવી રચનાઓની દિશામાં અવારનવાર ખડક ખસવાનાં કારણોમાં સાંધા જેવા કેટલાક ઘટક કામ કરે છે. અલગ અલગ પરિયોજનામાં સાંધાઓની માવજત અલગ અલગ હોય છે. સ્રવણ-નાબૂદી માટે સામાન્ય રીતે ભરાઈ (grouting) કરવામાં આવે છે. જ્યારે બુગદાની છતના ખડકોમાં સાંધાઓ ઘણા હોય અને બુગદાની રચના માટે અસલામત નીવડે તેમ હોય ત્યારે બુગદામાં અસ્તર (lining) આવશ્યક બની જાય છે. આમ, પરિયોજનાના સૂચિત સ્થળ માટે ખડકોના સાંધાનો પ્રકાર, ફેલાવો અને સાતત્યની પૂરતી જાણકારી ઇજનેર માટે અતિઆવશ્યક બની રહે છે.

ખડકોના ઇજનેરી ગુણધર્મ : ખડકોના પ્રાકૃતિક તળમાંથી ખોદ્યા સિવાય સ્થળ પર જ કે ખોદ્યા પછી ઇજનેરી ઉપયોગમાં લઈ શકાય તેવા ગુણધર્મ. સૂચિત ઇજનેરી પરિયોજના માટે પ્રાકૃતિક તળ કે ખડકજથ્થાની ગુણવત્તા અને બીજા ગુણધર્મો, જ્યાં છે ત્યાં જ ઉપયોગમાં લેવાની યોગ્યતા કે ક્ષમતા ધરાવે છે કે નહિ તે જાણ્યા બાદ જ તે સ્થળને ખોદ્યા સિવાય યોજનાના કામમાં લઈ શકાય. તેવી જ રીતે ઇમારતી પથ્થર, રસ્તાના પથ્થર, કૉંક્રીટ માટે જોઈતી સામગ્રી વગેરે રૂપે બાંધકામ-સામગ્રીના કામમાં આવી શકે તેવા ગુણધર્મો ધરાવતા હોય, તો તે ખડકો ખોદી કાઢીને ઉપયોગમાં લઈ શકાય.

ઇજનેરી બાંધકામમાં ગ્રૅનાઇટ અને તેના જેવા અન્ય અગ્નિકૃત ખડકોમાંના ઘણા ખડકો જ્યાં પ્રાપ્ય હોય ત્યાં વિસ્તૃત ઉપયોગમાં લેવાય છે. ગ્રૅનાઇટ, સાયનાઇટ્સ અને ડૉલેરાઇટ ઘણું સારું સંદલન સામર્થ્ય (crushing strength) ધરાવતા હોવાથી ઘણાંખરાં બાંધકામ માટે એ આધારભૂત ગણાય છે. બેસાલ્ટ અને અન્ય ગાઢા રંગના અગ્નિકૃત ખડકો ફક્ત માર્ગના પથ્થરો તરીકે જ પસંદ કરવામાં આવે છે. આધારશિલા, આડા ટેકા (બંધ અને જળાશયમાં) કે દીવાલ અને બુગદાના છતના ખડક તરીકે સ્ફટિકીય, સુગ્રથિત અને સામાન્ય રીતે અભેદ્યતા જેવા ગુણધર્મોને કારણે અગ્નિકૃત ખડકો હંમેશાં સુરક્ષિત હોય છે. ભૂજળ અનામત સાચવવા માટે તે ખડકો બિલકુલ અયોગ્ય છે. પેગ્મેટાઇટ્સ અને પેરિડોટાઇટ્સ જેવા કેટલાક ખડકો કીમતી ખનિજના ધારક હોવાથી તે ખાસ આર્થિક અગત્ય ધરાવે છે.

પૃથ્વીના ભૂપૃષ્ઠના સકળ ક્ષેત્રનો 75 % જેટલો વિસ્તાર જળકૃત ખડકોથી આવરાયેલો છે. ખડકોનો આ એવો પ્રકાર છે, જેની સાથે સિવિલ ઇજનેરને મહદ્અંશે કામ પાડવું પડે છે. આથી જળકૃત ખડકોની મહત્વની લાક્ષણિકતા અને વિશિષ્ટતાઓની જાણકારી સિવિલ ઇજનેર માટે હિતાવહ છે. આવા ખડકો સૂચિત બાંધકામને ધારણ કરી શકે તેમ છે કે નહિ અથવા તે ધોરી માર્ગો તથા જળાશયોના બાંધકામ માટે યોગ્ય ગણાય કે નહિ તે તેણે જોવું જોઈએ. તેલ અને જળભંડારોને સાચવવા માટે તે ઘણા અગત્યના ખડકો છે.

ખડકનું સામર્થ્ય/મજબૂતાઈ આધાર-સમતલોની હયાતી, ગાળો અને નમનકોણ, ખડકની છિદ્રાળુતા અને પારગમ્યતા; આધાર-સપાટીમાં રહેલાં હાનિકારક ખનિજો અને ખડકોની બંધારણીય ખાસિયતો જેવા ગુણધર્મો સઘન પરીક્ષણ માગી લે છે.

મહેન્દ્ર ત્રિવેદી