مقاله مکانیک خاک

تعداد صفحات: ۱۲ | قابل ویرایش

ترکیب و طبقه‌بندی خاک

خاک از سه بخش تشکیل شده است، آب، هوا و قسمت جامد، که مجموع آب و هوا، منافذ گویند. و روابط زیر بین آنها حاکم است:

خاک‌ها از متلاشی شدن سنگ‌ها پدید می‌آیند و فضای خالی بین ذرات خاک از آب یا هوا (سیالات) پر شده است. پیوند ضعیف بین ذرات خاک معمولاً به علت رسوب کربنات‌ها و یا اکسیدها و یا به سبب وجود مواد آلی و یا پیوندهای بین مولکولی است.

اگر مواد حاصل از متلاشی شدن سنگ‌ها در محل اصلی خود باقی بمانند، خاک حاصل از نوع برجا و در صورتی که مواد متشکل به محل دیگری حمل و به جای گذاشته شوند، خاک از نوع انتقالی است. نیروی ثقل، باد، آب و یخچال‌های طبیعی، عوامل جابجا شدن خاک‌ها می‌باشند.

روند تخریبی تشکیل خاک از سنگ ممکن است فیزیکی و یا شیمیایی باشد. روند تخریب فیزیکی به صورت فرسایش حاصل از عمل باد، آب و یخچال‌ها، جاذبه و سقوط و یا خرد شدن ناشی از تناوب ذوب و انجماد آب موجود در حفره‌ها و ترک‌های داخل سنگ صورت می‌گیرد.

در این حالت، ذرات خاک پدید آمده همان ترکیب شیمیایی سنگ مادر را دارا هستند. مانند ماسه که از تخریب فیزیکی ماسه سنگ یا کوارتز حاصل می‌شود. خاک‌های بوجود آمده از این طریق دارای شکل‌های گرد، تیز گوشه، ورقه‌ای و یا سوزنی هستند که می‌توان به خاک‌های درشت دانه شنی و ماسه‌ای در این مورد اشاره نمود.

در روند تخریب شیمیایی نوع کانی سنگ مادر بر اثر عواملی از قبیل آب (به ویژه اگر قدری اسیدی یا قلیایی باشد)، دی اکسید کربن، اکسیژن و سایر عوامل دستخوش تغییر می‌شود و ساختمان خاک حاصل به لحاظ ساختار شیمیایی متفاوت با سنگ مادر است.

شناسایی و طبقه‌بندی خاک ها

در مهندسی پی و پی‌سازی، خاک‌ها به دو دسته مهم، یعنی ریزدانه و درشت دانه تقسیم می‌شوند که می‌توان تعبیر خاک‌های چسبنده و غیرچسبنده (اصطکاکی) را نیز به ترتیب برای آنها بکار برد. خاک‌های ریزدانه از تخریب شیمیایی سنگ پدید می‌آیند و ذرات آنها با چشم دیده نمی‌شوند.

مقاومت برشی آنها عمدتاً از طریق پارامتر چسبندگی (C) حاصل می‌شود. تراکم آنها دشوار است و عمده نشست ناشی از بارگذاری در آنها وابسته به زمان است. این خاک‌ها دارای قابلیت آبگذری و یا ضریب نفوذپذیری پایینی هستند و غالباً توان باربری و سختی کمتری نسبت به خاک‌های درشت دانه دارند.

رفتار خاک‌های ریزدانه با جذب آب تغییر می‌کند. از طرف دیگر، خاک‌های درشت دانه دارای نفوذپذیری و زه‌کشی قابل توجه می‌باشند و از مصالح مناسب جهت کاربرد در صنعت راهسازی، زهکشی و فیلتر، بتن و آسفالت به شمار می‌آیند. به استثنای ماسه‌های شل و غیرمتراکم. این خاک‌ها معمولاً توان باربری و سختی مناسب با قابلیت تغییرات حجمی کم در بارگذاری استاتیکی دارند.

آب در خاک

وجود آب در خاک به خصوص در مورد خاک‌های ریزدانه در رفتار آنها اثر می‌گذارد و حرکب آب در خاک، حتی در خاک‌های درشت دانه ممکن است ناپایداری خاک را به همراه داشته باشد، ولی در خاک‌های ریزدانه اثری جدی روی مقاومت آنها دارد. به گفته کارل ترزاقی (۱۹۳۹)

«مشکلات در مهندسی ژئوتکنیک صرفاً به سبب ذرات جامد خاک در توده خاک نیست، بلکه مربوط به سیالات موجود در فضاهای خالی است و بر روی یک سیاره بدون آب نیازی به علم مکانیک خاک نمی‌باشد».

از عوارض وجود آب در خاک می‌توان به پدیده‌های کاهش تنش موثر و در نتیجه کاهش مقاومت برشی، تقلیل توان باربری، مویینگی، کاپیلاریته، انقباض و تورم خاک‌های ریزدانه، نشست تحکیمی خاک‌های ریزدانه، رمبندگی و واگرایی، پدیده رگاب یا فرار آب از سازه‌های خاکی، روانگرایی، جوشش ماسه‌ای و نیروی پرکنندگی (برکنش) را نام برد.

وضعیت آب زیرزمینی در خاک اغلب پیچیده بوده و نیاز به بررسی و رفتارسنجی جهت ملاحظه در مهندسی پی دارد. آب در زیرزمین به صورت سفره آزاد یا آب ثقلی، سفره‌های تحت فشار یا آرتزین و نیز سفره‌های موقتی بین لایه‌ای یافت می‌شود.

در حالت معمول همان سفره آزاد یا آب ثقلی با سطح افقی در ارزیابی‌ها و مطالعات بکار گرفته می‌شود. در زیر سفره‌های آزاد آب، خاک اشباع می‌باشد. اصطلاح فشار آب منفذی و حفره‌ای مربوط به فشار آب در داخل منافذ و فضاهای خالی خاک بوده که مجموع فشارهای هیدرواستاتیک و فشار منفذی اضافی است.

شرح ازمایش:

این ازمایش مخصوص خاکهای چسبنده است و خوبی این ازمایش این است که میتوان ان را در همان محل ازمایش انجام داد.مقاومتی که خاکهای چسبنده دارند به نیروی وارده  ذرات به هم بستگی دارد.نمونه هامی توانند دست خورده یا دست نخورده یا دست سازتهیه شوند.

برای تهیه نمونه دست نخورده به محل مورد نظرمیرویم رینگ نمونه برداری را کاملا روغن کاری کرده تا نمونه هنگام خروج براحتی خارج شود. رینگ را روی زمین گذاشته و توسط نمونه کوب که به صورت سقوط ازاد به رینگ ضربه وارد میکند قالب را به داخل زمین فرو می بریم و با دو پیچگوشتی توسط دو سوراخ قسمت فوقانی ان را در می اوریم.

رینگ نمونه را داخل جک نمونه درار قرار داده و قالب نمونه را نیز بالای جک قرار میدهیم پس از اعمال نیرو و وارد شدن خاک به داخل نمونه در قسمتی که برای برش در بالای جک گذاشته شده با کاردک برشی ایجاد کرده قالب نمونه را برداشته و دو سر ان را با خاک اضافی که از رینگ باقی مانده پر و صاف میکنیم و از خاک اضافی مقداری را  برای تعیین درصد رطوبت وزن کرده و داخل دستگاه اون میگذاریم.

نمونه را از خاک جدا می کنیم وقطر طول ان را توسط کوبیسم اندازه مگیریم وسپس ان را داخل دستگاه ازمایش میگذاریم وا ن را روشن کرده و در تغییر مکان های مختلف نیرو را میخوانیم و در ۵ تغییر مکان های مختلف مقدار نیرو را قرائت و یادداشت میکنیم.