تبلیغات
مهندسی عمران - مکانیک خاک (1)
مهندسی عمران

لینکدونی

آرشیو

← آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

مکانیک خاک (1)

مکانیک خاک

مکانیک خاک شاخه‌ای از مهندسی[۱] است که به توضیح رفتار خاک می‌پردازد. علم مکانیک خاک متفاوت از مکانیک سیالات و مکانیک اجسام صلب است به این دلیل که خاک محیطی است ناهمگون و متشکل از سیالات (معمولا هوا و آب) و ذرات گوناگون (معمولا رس، ماسه یا شن) یا گاهی مواد آلی، مایعات، گازها و ....[۲][۳][۴][۵] مکانیک خاک، مانند مکانیک سنگ، پایهٔ علمی لازم برای تحلیل و طراحی در مهندسی خاک و پی، یکی از زیرشاخه‌های مهندسی عمران، را فراهم می‌کند.[۶] مکانیک خاک برای تحلیل تغییر شکل‌ها، یا حرکت سیالات در سازه‌های طبیعی یا ساختگی (دست‌ساز بشر) که از خاک ساخته شده‌اند یا زیربنای خاکی دارند و یا سازه‌هایی که در زیرخاک مدفون شده‌اند بکار می‌رود.[۷] مانند پی ساختمان‌ها و پل‌ها، دیوارهای حائل، سدها و سامانهٔ خطوط لولهٔ مدفون در زمین. اصول مکانیک خاک در دیگر رشته‌های مهندسی مانند مهندسی زمین‌شناسی، خاک، سازه‌های دریایی، کشاورزی، هیدرولوژی و رشته فیزیک خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ذرات تشکیل‌دهندهٔ خاک و چگونگی ایجاد آن‌ه

تشکیل

اولین دلیل تشکیل خاک، هوازدگی سنگ است. تمام انواع سنگ‌ها(سنگ‌های دگرگون، آذرین و رسوبی) به قسمت‌های کوچکتر برای تشکیل خاک تقسیم می‌شوند. هوازدگی بر سه نوع است: هوازدگی فیزیکی، هوازدگی شیمیایی و هوازدگی زیستی.[۲][۳][۴] فعالیت‌های بشری مانند حفاری، انفجار[۸] (مثلا انفجار سنگ‌ها برای ساخت تونل) و ازبین بردن مواد پسماند، نیز ممکن است باعث تولید خاک شود. با گذشت بازه‌های زمین‌شناسی خاک‌های دفن‌شده در اعماق زمین ممکن است در اثر دما و فشار بسیار بالا، به سنگ‌های دگرگون یا رسوبی تغییر پیدا کنند و اگر ذوب شوند و دوباره سخت شوند، آنگاه یک چرخه کامل زمینی را طی کرده‌اند و به سنگ آذرین تبدیل شده‌اند.[۴]

هوازدگی فیزیکی شامل مراحلی مانند: تاثیرات دما بر روی سنگ، یخ‌زدگی و ذوب شدن مجدد آب در ترک‌های سنگ، اثرات باران و باد می‌شود.
هوازدگی شیمیایی شامل تجزیهٔ مادهٔ تشکیل‌دهندهٔ سنگ و تبدیل آن به کانی (مادهٔ معدنی) دیگر می‌باشد. مثلا معادن رس می‌توانند از هوازدگی فلدسپار که متداول‌ترین کانی در سنگ‌های آذرین است تشکیل شده باشد.
متداول ترین کانی تشکیل‌دهندهٔ لای و ماسه، کوارتز است که آن را سیلیس نیز می‌نامند و نام شیمیایی آن سیلیس یا اکسید سیلیسیم است. دلیل اینکه فلدسپار بیشتر در سنگ‌ها یافت می‌شود و سیلیسیم در خاک‌ها، این است که فلدسپار حل‌شدنی‌تر از سیلیس است.
لای، ماسه و شن، در اصل تکه‌های کوچک سنگ‌های خردشده‌اند.
براساس اتحادیهٔ دسته‌بندی انواع خاک[۹]، اندازهٔ ذرات لای بین ۰٫۰۰۲ تا ۰٫۰۷۵ میلی‌متر و بزرگی ذرات ماسه بین ۰٫۰۷۵ تا ۴٫۷۵ میلی‌متر می‌باشد.
دانه‌های شن که تکه‌های خردشده سنگ‌اند اندازه‌ای بین ۴٫۷۵ تا ۱۰۰ میلی‌متر دارند.
دانه‌های بزرگتر از شن را خرده‌سنگ و تخته‌سنگ می‌نامند.[۲][۳]

توزیع بزرگی دانه‌ها

نوشتار اصلی: دانه‌بندی خاک

خاک از مخلوطی از ذرات با اندازه‌ها، شکل‌ها و کانی‌های مختلف تشکیل شده‌است. از آنجایی که اندازه دانه‌های خاک آشکارا بر رفتار خاک تاثیر می‌گذارد از اندازه دانه‌ها و نحوه توزیع اندازه‌های مختلف دانه‌های خاک در دسته‌بندی انواع خاک استفاده می‌شود. توزیع اندازه دانه‌ها نسبت حضور دانه‌ها با اندازه‌های مختلف در خاک را نشان می‌دهد و اندازه دانه‌ها معمولا در نموداری تجمعی نمایش داده می‌شود مثلا درصد دانه‌های کوچکتر از یک اندازه مشخص را بدست می‌دهد. بزرگی دانه D۵۰ به معنی اندازه‌ای است یا بزرگی دانه‌ای است که ۵۰٪ دانه‌های نمونه خاک از آن کوچکتر است. رفتار خاک بخصوص میزان توانایی خاک در هدایت آب از اندازه دانه‌ها به ویژه دانه‌های کوچکتر تاثیر می‌گیرد به همین دلیل عنوان اندازه موثر به D۱۰، اندازه‌ای که ۱۰٪ دانه‌های خاک از آن کوچکترند، داده شده‌است.

خاکی که دارای محدودهٔ دانه‌بندی وسیع با توزیع ملایم است، خاک خوب‌دانه‌بندی شده می‌نامند. اگر عمدهٔ دانه‌های نمونهٔ خاک، محدودهٔ باریکی از اندازه‌ها باشند آن خاک را یکنواخت دانه‌بندی شده می‌نامیم. اگر در منحنی دانه‌بندی خاک فاصله‌های خالی (دارای گسستگی) بود مثلا اگر در یک نمونه خاک مخلوطی از دانه‌های شن (دانه‌های درشت) و دانه‌های بسیار ریز باشد در این حالت یک فضای خالی یا گسستگی در منحی خاک وجود خواهد داشت زیرا که یک سری از اندازه دانه‌ها در منحنی دانه‌بندی وجود نخواهند داشت. این نوع خاک و خاک با دانه‌بندی یکنواخت هر دو را خاک‌های بددانه‌بندی شده می‌نامیم. روش‌هایی برای اندازه‌گیری توزیع اندازه دانه‌ها در خاک وجود دارد، در روش سنتی که در مهندسی خاک از آن‌ها استفاده می‌شود استفاده از الک و آزمایش آب‌سنجی است.

آزمایش الک

الک‌های مورد استفاده در آزمایش دانه‌بندی خاک

معمول است که برای بدست آوردن توزیع اندازه دانه‌های شن و ماسه از آزمایش الک استفاده شود. روند این کار در ASTM C 136 توضیح داده شده‌است. برای این کار از دسته‌ای از الک‌ها که سوراخ‌های کف آن‌ها دارای اندازه دقیق و مشخص است و این شبکه بندی کف الک به کمک سیم صورت گرفته‌است استفاده می‌شود. به این ترتیب که مجموعه الک‌ها را بر روی هم قرار می‌دهند، الک با سوراخ‌های بزرگتر در بالا و الک‌های ریزتر را در پایین قرار می‌دهند پس از آن خاک خشک که تمام کلوخه‌های آن شکسته شده و تنها دانه‌های خاک در آن حضور دارد را بر روی الگ بالایی می‌ریزند و الک را برای مدت معلومی (استاندارد) تکان می‌دهند تا دانه‌های خاک از آن عبور کند واضح است که دانه‌های با اندازه کوچکتر از سوراخ‌های الک عبور می‌کنند و دانه‌های بزرگتر بر روی سیم‌های الک باقی می‌مانند. این روش برای دانه‌های درشت‌تر خاک منطقی است ولی برای دانه‌های کوچکتر از یک حدی مناسب نیست زیرا دانه‌های بسیار ریز خاک به یکدیگر می‌چسبند و درنتیجه روش الک دیگر جواب‌های مناسبی نخواهد داشت. اگر میزان دانه‌های ریز خاک زیاد باشد ممکن است مجبور شویم اول از روی خاک و دانه‌های خشن آن آب عبور دهیم و پس از شسته شدن ذرات بزرگتر و از بین رفتن کلوخه‌ها، شروع به الک کردن کنیم.

مجموعه‌ای از الک‌های با اندازه‌های مختلف در دسترس است. مرز میان ماسه و لای به دلخواه انتخاب می‌شود. مطابق سامانه اتحادیه دسته‌بندی خاک برای جداکردن ماسه از شن از الک شماره 4# (۴ سوراخ در اینچ) استفاده می‌شود اندازه سوراخ‌های این الک ۴٫۷۵ میلی‌متر می‌باشد و برای جدا کردن ماسه از لای و رس از الک شماره 200# که اندازه سوراخ‌های آن ۰٫۰۷۵ میلی‌متر است استفاده می‌شود. مطابق استاندارد انگلیسی ۰٫۰۶۳ میلی‌متر مرز میان ماسه و لای و ۲ میلی‌متر مرز میان ماسه وشن است.[۴]

آزمایش آب‌سنجی

برای دسته‌بندی خاک‌های ریزدانه، دانه‌های ریزتز از ماسه، از حدود اتربرگ آن‌ها استفاده می‌شود و نه از اندازه دانه‌ها. اما اگر برایمان مهم باشد که اندازه دانه‌ها و توزیع آن‌ها را نیز بدانیم آزمایش هیدرومتری روش کارآمدی برای این منظور است. به این ترتیب که مخلوطی از دانه‌های خاک را در آب می‌ریزیم و مخلوط رقیق آب با دانه‌های معلق خاک را در یک شیشه استوانه‌ای می‌ریزیم و استوانه آب را برای مدت طولانی رها می‌کنیم تا دانه‌های معلق خاک دیگر در آب حرکت نکنند. در این حالت از یک آب‌سنج برای اندازه‌گیری چگالی دانه‌های معلق به عنوان تابعی از زمان استفاده می‌شود. برای دانه‌های رس ممکن است چند ساعت طول بکشد تا در آب آرام شوند و برای دانه‌های ماسه چند ثانیه کافی باشد. مباحث تئوری این موضوع و رابطه میان سرعت ته‌نشینی ذرات و اندازه آن‌ها در قانون استوکس بیان شده‌است. جزئیات آزمایش آب‌سنجی در ASTM گفته شده‌است.

برخی ذرات رس ممکن است هرگز در آب آرامش نیابند، این رویداد به دلیل حضور حرکت‌های برانی در آب است. این دسته از دانه‌های خاک در گروه کلوئیدها قرار می‌گیرند.

انتقال

خاک یا خرده سنگ‌هایی که در اثر عوامل مختلف در مقابل سنگ تولید شده‌اند (رسوب کرده‌اند)، تحت تاثیر فرایند انتقال قرار می‌گیرند، بخشی از آنها از مقابل سنگی که از آن تشکیل شده‌اند کنار می‌روند و توسط عوامل مختلف از محل دور می‌شوند و گروهی در همان جا که سنگ مادر قرار داشت باقی می‌مانند. آن دسته که آنحا باقی می‌مانند را خاک پس‌مانده می‌نامند، گرانیت تجزیه شده مثال خوبی از گروه خاک‌های پس‌مانده‌است. سازوکارهایی که باعث جابجایی خاک‌های تولید شده می‌شوند عبارتند از: گرانش زمین، یخ، جریان آب و باد. وزش باد می‌تواند باعث جابجایی ریگ‌های روان و بادرُفت شود. جریان آب بسته به سرعت آن می‌تواند سنگدانه‌های با اندازه‌های مختلف را جابجا کند. بنابراین خاک‌های منتقل شده بوسیله آب را بر اساس اندازهٔ دانه‌های آن‌ها دسته‌بندی می‌شوند. لای و رس ممکن است در یک دریاچه ته‌نشین شوند و در مقابل شن و ماسه که درشت ترند در بستر رودخانه جمع شوند. خاک‌هایی که در اثر فرسایش بادی ایجاد شده‌اند نیز خود به خود بر اساس اندازه دانه‌ها دانه‌بندی می‌شوند. خوردگی در بستر یخچال‌های طبیعی به اندازهٔ کافی قوی است که بتواند سنگ‌های بزرگ را به اندازهٔ خاک دچار فرسایش کند. خاک‌های جابجاشده در اثر ذوب شدن یخ، خاک‌های خوب‌دانه‌بندی شده هستند و بیشتر اندازه‌های دانه‌ها را در خود جای داده‌اند. گرانش نیز می‌تواند قطعه سنگ‌های بزرگ را به تکه‌های کوچک‌تر خرد کند، این قطعه سنگ‌ها با سقوط از بالای کوه‌ها به سمت زمین در سطح زمین خرد می‌شوند و آنجا تبدیل به خاک می‌شوند، به خاکی که از این طریق ایجاد می‌شود را کوهرُفت می‌نامند.[۲][۳]

ساز و کار انتقال سنگریزه‌ها بیشترین تاثیر را بر شکل دانه‌ها دارد. برای مثل دانه‌هایی که در بوسیله جریان رودخانه منتقل شده‌اند بیشتر گردگوشه‌اند و دانه‌هایی که در اثر عواملی مانند گرانش ایجاد شده‌اند تیزگوشه‌اند.

ترکیبات خاک

کانی‌شناسی

خاک‌های لای، شن و ماسه، براساس اندازه دانه‌هایشان دسته‌بندی می‌شوند. درنتیجه ممکن است در هردسته انواع گوناگونی از کانی‌ها وجود داشته باشد. کانی کوارتز به‌دلیل پایداری زیادی که نسبت به سایر کانی‌ها دارد متداول‌ترین کانی تشکیلردهنده ماسه و لای است. پس از آن، میکا و فلدسپار بیشتر درمیان کانی‌های لای و ماسه یافت می‌شوند. کانی‌های تشکیل‌دهنده شن، معمولا شبیه کانیرهای تشکیل‌دهنده سنگ مادر (سنگی که دچار فرسایش شده) است.

رس بیشتر از کانی‌های مونتموریونیت یا اسمکتیت، ایلیت و کائولینیت یا کائولین تشکیل‌شده‌است. این کانی‌ها تمایل به تشکیل صفحات و لایه‌هایی در بین خود دارند این صفحه‌ها طولی حدود ۷-۱۰ متر تا ۶-۱۰ × ۴ متر و ضخامتی حدود ۹-۱۰ متر تا ۶-۱۰ × ۲ متر دارند و این لایه‌ها سطح مخصوص[۱۰] نسبتا بزرگی دارند. سطح مخصوص (SSA) برابر است با نسبت مساحت دانه به جرم آن. کانی‌های رسی معمولا سطح مخصوصی بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ مترمربع بر گرم دارند.[۴] به دلیل اینکه این سطح مخصوص بزرگ دانه‌های رسی بر خواص شیمیایی، الکتروستاتیکی و اندرکنش‌های واندروالس آن‌ها تاثیر می‌گذارد، رفتار مکانیکی دانه‌های رسی به میزان آب موجود در حفرات خالی خاک و یون‌های موجود در آب حفره‌ای بسیار حساس است.[۲]

کانی‌های خاک از اتم‌های اکسیژن، سیلیسیم، هیدروژن و آلومینیوم به شکل‌های مختلف کریستالی تشکیل شده‌اند. این عناصر به همراه کلسیم، سدیم، پتاسیم، منیزیم و کربن حدود ۹۹٪ دانه‌های جامد خاک را تشکیل می‌دهند.

روابط میان جرم و حجم

نمایش جرم و حجم در فازهای مختلف خاک، شامل دانه‌های جامد، آب و فضای خالی.

برای توضیح روابط میان هوا، آب و دانه‌های جامد خاک روابط زیادی وجود دارد. در این بخش به توضیح برخی از این روابط می‌پردازیم.[۳][۷]

V_a ،V_w و V_s به ترتیب بیانگر حجم آب، هوا و دانه‌های جامد در مخلوط خاک‌اند.
W_a ،W_w و W_s به ترتیب بیانگر وزن آب، هوا و دانه‌های جامد در مخلوط خاک‌اند.
M_a ،M_w و Ms به ترتیب بیانگر جرم آب، هوا و دانه‌های جامد در مخلوط خاک‌اند.
\rho_a ،\rho_w و \rho_s به ترتیب بیانگر چگالی آب، هوا و دانه‌های جامد در مخلوط خاک‌اند.

یادآوری می‌شود که چگالی نسبی برابر است با نسبت چگالی یک ماده به چگالی آب خالص \rho_w = 1 g/cm^3.

چگالی نسبی عبارت است از: G_s = \frac{\rho_s} {\rho_w}
تذکر: وزن مخصوص یا وزن واحد حجم که با نماد \gamma نمایش داده می‌شوذ، از ضرب چگالی \rho در شتاب جاذبه زمین g بدست می‌آید.


چگالی، چگالی توده و چگالی مرطوب \rho، نام‌های مختلف چگالی مجموعه (مخلوط) فازهای مختلف خاک شامل دانه‌های جامد، آب و هوا با هم است، جرم کل شامل جرم دانه‌های جامد و آب تقسیم بر حجم کل شامل حجم دانه‌های جامد، آب و هوا (جرم هوا صفر در نظر گرفته شد.)

\rho = \frac{M_s + M_w}{V_s + V_w + V_a}= \frac{M_t}{V_t}

چگالی خشک، \rho _d، برابر است با جرم بخش جامد خاک بر مجموع حجم بخش جامد و هوا.

\rho_d = \frac{M_s}{V_s + V_w + V_a}= \frac{M_s}{V_t}

چگالی شناور، \rho '، از کم کردن چگالی آب از چگالی مخلوط خاک بدست می‌آید.

\rho ' = \rho\ - \rho _w

\rho _w، چگالی آب است.
درصد رطوبت، w، برابر است با نسبت جرم آب به جرم بخش جامد. به راحتی با وزن کردن نمونه خاک قبل و بعد از قرار دادن آن در کوره، دو وزن خشک و مرطوب خاک بدست می‌آید. روند این کار به خوبی در ASTM توضیح داده شده‌است.

w = \frac{M_w}{M_s} = \frac{W_w}{W_s}

نسبت خلاء، e، برابر است با حجم فضای خالی خاک به حجم دانه‌های جامد آن.

e = \frac{V_V}{V_S} = \frac{V_V}{V_T - V_V} = \frac{n}{1 - n}

پوکی، n، برابر است با نسبت حجم فضای خالی خاک به حجم کل.

n = \frac{V_v}{V_t} = \frac{V_v}{V_s + V_v}= \frac{e}{1 + e}

درجهٔ اشباع، S برابر است با نسبت حجم آب به فضای خالی خاک.

S = \frac{V_w}{V_v}

با توجه به تعریف‌های بالا، برخی روابط پرکاربرد که از طریق عملگرهای جبری بدست می‌آیند عبارتند از:

\rho = \frac{(G_s+Se)\rho_w}{1+e}
\rho = \frac{(1+w)G_s\rho_w}{1+e}
w = \frac{S e}{G_s}

تنش موثر و فشار آب حفره‌ای در صورت بی‌حرکت بودن آب

نوشتار اصلی: تنش موثر

برای فهم مکانیک خاک، لازم است تا بفهمیم تنش و برش بین فازهای مختلف خاک چگونه عمل می‌کنند. گاز و مایع، هیچکدام در مقابل برش از خود مقاومت نشان نمی‌دهند. مقاومت برشی خاک تنها از اصطکاک و چسبندگی بین دانه‌های جامد آن بدست می‌آید. اصطکاک به تنش‌های تماسی میان دانه‌های خاک بستگی دارد. تنش عمودی از طرف دیگر بین بخش مایع و جامد خاک تقسیم می‌شود. حفره‌های هوا در خاک نسبتا قابل فشرده شدن‌اند، بنابراین سهم کمی از تنش را تحمل می‌کنند و اگر این حفره‌ها از آب پر باشند از آنجایی که در مسائل مهندسی فرض این است که آب غیرقابل فشرده شدن است، بنابراین باید برای تحمل فشار، آب از حفره‌های خاک، خارج شود درنتیجه دانه‌های خاک به یکدیگر نزدیک‌تر می‌شوند.

قانون تنش موثر که اولین بار بوسیله کارل ترزاقی معرفی شد بیان می‌دارد که تنش موثر σ' یا متوسط تنش میان دانه‌های جامد خاک را می‌توان بوسیله کم کردن فشار آب حفره‌ای از تنش کل بدست آورد:

\sigma' = \sigma - u\,

که σ تنش کل و u، فشار آب حفره‌ای است. بدست آوردن σ' منطقی به نظر نمی‌رسد. تذکر: تفاوت میان فشار و تنش در اینجا مهم است. فشار در تمام جهت‌ها وارد می‌شود در حالی که تنش در یک نقطه در جهت‌های مختلف می‌تواند مقادیر مختلف داشته باشد. در مکانیک خاک، تنش فشاری و فشار را مثبت و تنش کششی را منفی در نظر می‌گیریم؛ که این قرار داد با قراردادهای موجود در مکانیک جامدات در باره علامت‌های تنش متفاوت است.

تنش کل

تنش کل در یک نقطه در زیر سطح زمین که با نماد \sigma_v نشان داده می‌شود، به طور متوسط برابر است با وزن هرآنچه بالای آن است در یکای سطح. برای مثال تنش عمودی در زیر سطح یک لایه یکنواخت با چگالی \rho و ضخامت H برابر است با:

\sigma_v = \rho g H = \gamma H

که g شتاب جاذبه زمین و \gamma یکای وزن لایه بالایی است. اگر چند لایه از خاک یا آب روی نقطه مورد نظر وجود داشته باشد، تنش عمودی برابر است با مجموع حاصل ضرب‌های ضخامت هر لایه در یکای وزن آن. تنش کل با افزایش عمق و چگالی لایه‌های خاک افزایش می‌یابد.

تنش افقی را نمی‌توان به این روش محاسبه کرد.

فشار آب حفره‌ای

نوشتار اصلی: فشار آب حفره‌ای

حالت ایستایی آب

آب در اثر نیروی کشش سطحی از لولهٔ مویین بالا رفته‌است. فشار آب، u، در بالای سطح آزاد آب (داخل لوله) منفی و در زیر سطح آن مثبت است.

اگر در آب حفره‌ای موجود در خاک (آب موجود در فضاهای خالی خاک) جریانی وجود نداشته باشد در این حالت فشار آب در حالت سکون یا هیدروستاتیک مورد بحث است. سطح آب در عمقی قرار دارد که فشار در آن نقطه برابر با فشار هوای بیرون (محیط) است. در شرایط ایستایی آب، فشار آب به صورت خطی نسبت به عمق زیر سطح آب افزایش می‌یابد:

u = \rho_w g z_w

که  \rho_w چکالی آب و z_w عمق زیر سطح آب است.

پدیدهٔ مویینگی در خاک

اگر یک لولهٔ مویینه را در ظرف آب قرار دهیم، در اثر وجود نیروی کشش سطحی، سطح آب در داخل لولهٔ مویینه بالاتر از سطح آزاد قرار می‌گیرد؛ به همین ترتیب آبی که در خاک وجود دارد در فضای حفره‌های خاک نفوذ می‌کند و از سطح آزاد آب بالاتر می‌رود. در واقع، ممکن است خاکی که در فاصله‌ای بالاتر از سطح آب زیرزمینی قرار دارد در اثر همین پدیده، به صورت موضعی اشباع شود. هرچه در ارتفاع خاک بالاتر رویم از میزان رطوبت خاک کاسته می‌شود. اگر آبی که در فضاهای مویینهٔ خاک وجود دارد حرکت نکند از قانون فشار آب در حالت ایستایی، u = \rho_w g z_w پیروی می‌کند؛ البته باید توجه داشت که z_w در فاصله‌های بالای سطح آزاد آب منفی در نظر گرفته می‌شود. بنابراین فشار ایستایی آب در بالای سطح آزاد آن منفی است. ضخامت ناحیه‌ای که در اثر مویینگی اشباع شده بسته به اندازهٔ فضاهای خالی موجود در خاک دارد (اندازهٔ حفره‌های موجود درخاک) اما معمولا ضخامت این ناحیه حدود چند سانتی‌متر برای ماسه و چند ده متر برای لای و رس است.[۴]

نیروی میان‌دانه‌ای ناشی از کشش سطحی.علت

اینکه چرا آب از یک کاخ ماسه‌ای خیس یا یک توپ رسی مرطوب خارج نمی‌شود را باید در کشش سطحی آب جستجو کرد. فشار منفی آب باعث می‌شود تا آب به دانه‌های خاک بچسبد و دانه‌ها را به سمت یکدیگر هول دهد؛ اصطکاک میان دانه‌های جامد باعث می‌شود تا یک کاخ ماسه‌ای پایدار باشد؛ حال در صورتی که این کاخ مرطوب به زیر سطح آب برده شود فشار منفی آب از بین می‌رود و کاخ فرو می‌ریزد. در رابطهٔ تنش موثر، \sigma' = \sigma - u اگر فشار آب منفی باشد، تنش موثر بزرگتر از صفر می‌شود حتی روی یک سطح آزاد (سطحی که تنش عمودی کل روی آن صفر است). فشار حفره‌ای منفی دانه‌های خاک را به سمت هم هول می‌دهد و میان دانه‌ها نیروی فشاری (دانه به دانه) ایجاد می‌کند.

فشار حفره‌ای منفی در خاک رسی بسیار قوی‌تر از فشار حفره‌ای در ماسه‌است. کاهش حجم خاک پس از ازدست دادن آب و یا تورم خاک پس از بدست آوردن خاک همگی ناشی از وجود فشار آب حفره‌ای در خاک است. این جمع شدگی و تورم خاک می‌تواند آسیب‌های جدی به سازه بویژه سازه‌های سبک و راه‌ها وارد کند.


دسته‌بندی خاک

مهندسان راه و ساختمان براساس آزمایش‌های کاربری که بر روی نمونه‌های به هم ریختهٔ خاک (خشک شده، الک شده یا قالب بندی شده) انجام داده‌اند دانه‌های خاک را دسته‌بندی کرده‌اند. این دسته بندی، تنها اطلاعاتی در مورد خود دانه‌های خاک می‌دهد و در مورد ساختار خاک یا باربری فشاری آن یا اندازهٔ فضاهای خالی میان دانه‌ها یا توزیع رطوبت درون خاک به ما آگاهی نمی‌دهد.

دسته‌بندی دانه‌های خاک

در آمریکا و دیگر کشورها، برای دسته‌بندی خاک معمولا از سامانهٔ متحد دسته‌بندی خاک استفاده می‌شود. دیگر دسته بندی‌ها عبارتند از استاندارد بریتانیا (BS۵۳۹۰) و سامانهٔ دسته‌بندی خاک آشتو.[۴]

یادآوری می‌شود که آشتو بیش‌تر در راه‌سازی کاربرد دارد.

دسته‌بندی ماسه و شن

در سیستم طبقه بندی متحد خاک، شن (با نماد G) و ماسه (با نماد S) براساس اندازهٔ دانه‌ها و توزیع دانه‌بندی دسته‌بندی می‌شوند. در USCS شن به زیرشاخه‌های شن خوب‌دانه‌بندی شده (با نماد GW)، شن بددانه‌بندی شده (با نماد GP)، شن با مقدار زیادی لای (با نماد GM)، شن با مقدار زیادی رس (با نماد GC)، تقسیم می‌شود. این دسته‌بندی برای ماسه نیز دقیقا به همین ترتیب است و ماسه به دسته‌های SM، SP، SW و SC تقسیم می‌شود. ماسه‌ها و شن‌هایی که در آن‌ها مقداری کمی دانه‌های ریز وجود داشته‌باشد و این مقدار قابل صرف‌نظر کردن نباشد در زیرشاخه‌های میانی مانند SW-SC قرار می‌گیرند.

حدود اتربرگ

لای و رس، که اغلب با عنوان خاک ریزدانه از آن‌ها یاد می‌شود، بر اساس حدود اتربرگشان دسته‌بندی می‌شوند؛ حدود اتربرگ عبارتند از حد روانی (با نماد LL یا w_lحد خمیری (با نماد PL یا w_p) و حد جمع‌شدگی (با نماد SL) که حد روانی از سایرین پرکاربردتر است. حد جمع‌شدگی برابر است با میزان آبی که خاک می‌تواند ازدست دهد ولی دچار جمع‌شدگی یا کاهش حجم نشده باشد. (کاهش حجمی که در حالت خشکی دچارش می‌شود.)

دسته‌بندی لای و رس

طبق سامانهٔ متحد دسته‌بندی خاک (USCS)، لای و رس، بر اساس ترسیم مقدار نشانهٔ خمیری و حد روانی خاک بر روی جدول حالت خمیری (صفحهٔ شطرنجی) در دسته‌های مختلف قرار می‌گیرند. خط A بر روی این جدول رس (با نماد C در USCS) را از لای (با نماد M) جدا می‌کند. LL=٪۵۰ خاک با خمیری بالا (با نماد H) را از خاک با خمیری کم (با نماد L) جدا می‌کند. خاکی که ویژگی‌هایش آن را در بالای خط A قرار دهد و LL>٪۵۰ داشته باشد، مثلا، در دستهٔ CH قرار می‌گیرد. سایر دسته‌های موجود برای لای و رس عبارتند از: ML و CL و MH. اگر حدود اتربرگ در ناحیهٔ سایه‌خورده قرار گیرند، در آن حالت خاک در دسته‌های دوگانهٔ CL-ML جای می‌گیرد.

What is the Ilizarov method?
سه شنبه 17 مرداد 1396 12:17 ق.ظ
Thanks a lot for sharing this with all folks you really realize what you are speaking about!
Bookmarked. Kindly additionally seek advice from my web site =).
We can have a hyperlink trade contract between us
Berry
دوشنبه 9 مرداد 1396 09:34 ب.ظ
It's a shame you don't have a donate button! I'd without a doubt donate to this outstanding
blog! I guess for now i'll settle for book-marking and adding
your RSS feed to my Google account. I look forward to
fresh updates and will talk about this site with my Facebook group.
Chat soon!
Josette
دوشنبه 25 اردیبهشت 1396 06:27 ق.ظ
I'm truly enjoying the design and layout of your website.
It's a very easy on the eyes which makes it much more pleasant for me
to come here and visit more often. Did you hire out
a developer to create your theme? Great work!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر

درباره وبلاگ

مدیر وبلاگ : reza

آخرین پست ها

جستجو

نویسندگان