به اولين و مهمترين خواسته مهندسان طراح تبديل شده و سرانجام همين نياز فزاينده بوده است كه به تولد دانش جديدي بنام ژئوتكنيك منجر شده است .
امروز در ادبيات مهندسي ، ژئوتكنيك عبارت از تلفيقي از 3 دانش مكانيك خاك ، مكانيك سنگ و زمين شناسي مهندسي است مكانيك خاك و مكانيك سنگ رفتار فيزيكي و مكانيكي مواد تشكيل دهنده بخش خارجي پوساه زمين را مورد بررسي قرار مي دهند ، در صورتي كه زمين شناسي مهندسي بيشتر به بررسي زمين و تاثير فرآيند هاي فعال در آن بر سازه هاي مهندسي يا طرح هاي عمراني مي پردازد .
3-2- اهداف بررسي هاي ژئوتكنيكي
از هدف هاي اوليه يك بررسي ژئوتكنيكي تعيين وضعيت فضايي مصالح و آب زير زميني در زير و اطراف سازه است كه معمولاً به صورت نيم رخ زمين شناسي ، نمودار گمانه هاي حفاري و نيم رخ هاي ژئوفيزيكي ارائه مي شوند . بسياري از روش هاي اكتشافي مثل حفاري آزمايشي و يا حفر چاهك هاي آزمايشي تنها داده هاي مربوط به يك نقطه را بدست مي دهد ، در صورتي كه از روش هاي ژئوفيزيكي ، يا حفر ترانشه آزمايشي و تونل هاي داده هاي خطي حاصل مي شود .
البته داده هاي ژئوفيزيكي چون از راه دور كسب مي شوند با محدوديت هايي همراه است . با وجود اين براي تفسير و ارتباط اطلاعاتي كه از گمانه ها يا روش هاي ديگر بدست مي آيد ، مفيد واقع مي شوند . به توسط اكتشاف ژئوتكنيكي ، مصالح ، ساخت ها و فرآيدن هاي فعال در زمين مورد شناسايي قرار گرفته و گسترش فضايي يا دامنه فعاليت آن ها مشخص مي شود .
– روش هاي متداول در مهندسي ژئوتكنيك
ويژگي هاي مهندسي مصالح را به سه صورت غير مستقيم ، آزمايشگاهي و صحرايي مي توان تعيين كرد .
در آزمايشگاه هاي غير مستقيم ، مشخصات مهندسي سنگ و خاك به مرد روابط تجربي به دست مي آيد .
روش هاي مستقيم يا آزمون هاي آزمايشگاهي مختلف قادرند ويژگي هاي مهندسي مصالحي را كه نمونه هاي به هم نخورده آن ها تهيه شده است ، به دست دهند .
3-3- ويژگي هاي ژئوتكنيكي خاك ها
بررسي صحرايي خاك ها منجر به تهيه نمونه هايي مي شود كه ممكن است مستقيماٌ و به طور در جا ( در محل ) آزمايش شده يابراي بررسي به آزمايشگاه ارسال شوند . اندازه گيري ويژگي هاي خاك ها ، جهت شناسايي ، طبقه بندي و تعيين روابطي كه بين ويژگي هاي مختلف خاك وجود دارد و بالاخره تجزيه و تحليل ها و ارزيابي هاي مهندسي استفاده مي شود . ويژگي هاي قابل اندازه گيري خاك ها را نيز به 4 گروه ، ويژگي هاي اساسي ، ويژگي هاي شاخص ، ويژگي هاي هيدروليكي و ويژگي هاي مكانيكي تقسيم مي كنيم . مجموعه ويژگي هاي هيدروليكي و مكانيكي ، كه بنام ويژگي هاي مهندسي نيز گفته مي شود پايداري براي تمام تجزيه و تحليل هاي مهندسي اند .
3-4- ويژگي هاي اساسي و شاخص خاك
ويژگي هاي اساسي و شاخص خاك عمدتاً عبارت اند از : روابط وزني – حجمي ، چگالي – رطوبت ، چگالي نسبي ، دانه بندي ، درجه خميري بودن و مقدار مواد آلي .
روابط وزني معمول در مكانيك خاك عبارت اند از ميزان رطوبت و وزن مخصوص .
– ميزان رطوبت (W) كه ميزان آب نيز گفته مي شود به صورت وزن آب به وزن قسمت جامد تعريف مي شود :
– وزن مخصوص نيز واحد حجم خاك مي باشد :
– وزن مخصوص خشك به صورت زير تعريف مي شود :
( حجم ) v ( وزن قسمت جامد ) ws
– چگالي به صورت زير تعريف مي گردد : (جرم ) m
3-4-1- دانه بندي
دانه بندي به نحوه توزيع دانه هاي با اندازه مختلف در نمونه خاك اطلاق مي شود . براي تعيين دانه بندي معمولاً از يك سري الك استاندارد كه به روي هم قرار گرفته اند و به سمت پايين تر ريزتر مي شوند ، استفاده مي شود . در صورتي كه درصد وزني ذرات گذشته از هر الك را بر حسب اندازه ( قطر دانه ) رسم نماييم ، منحني دانه بندي حاصل مي شود ( شكل صفحه 31 طاعوني ) دانه بندي خوب به حالتي اطلاق مي شود كه هم اندازه ذرات ،‌در خاك وجود داشته باشد .
در صورتي كه همه ذرات كم و بيش يك اندازه باشد نمونه خاك از دانه بندي بد برخوردار است .
– اندازه مؤثر ، ضريب يك نواختي و ضريب دانه بندي
ميزان يكنواختي اندازه ذرات خاك را مي توان با تعيين ” ضريب يكنواختي ” Cu بدست آورد .
كه در آن D10 و D60 معرف اندازه ذراتي است كه به ترتيب 10% و 60% وزني كل ذرات خاك از آن ريزتر است . ضريب يكنواختي يك معرف خاكي است كه همه ذرات آن اساساً يك اندازه است هرچه ضريب يكنواختي بيشتر شود معرف دانه بندي بهتر است .
3-4-2-ضريب دانه بندي
Cu نمي تواند فقدان يا ناچيز بودن مقدار اندازه خاصي از دانه ها را در فاصله D30 و D60 دقيقاً مشخص كند . براي آگاهي از اين مسئله مي توان از ضريب دانه بندي استفاده كرد .
مقدار Cc نشانه اي از شكل منحني دانه بندي بين D30 و D60 است
3-4-3- خميرساني
ويژگي هاي خميرسازي رس ها و ديگر مواد چسبنده توسط حدودا تر برگ كه شامل حد رواني حد خميري واحد انقباض است ، تعيين مي شود .
حد رواني (LL) :
مقدار رطوبتي است كه خاك با رطوبت كمتر از آن از حالت مايع به حالت خميري تبديل مي شود حد رواني مستقيماً متناسب با تراكم پذيري خاك و از اين رو متناسب با تحمل بار و قابليت ترد خاك در حالت مرطوب است . حد رواني همچنين نشان دهنده توان انقباض و انبساط خاك مي باشد .
حد خميري ( PL) :
مقدار رطوبتي است كه با رطوبت هاي كمتر از آن خاك از حالت خميري به حالت نيمه جامد تبديل مي شود .
حد انقباض ( SL) :
مقدار رطوبتي است كه با رطوبت هاي كمتر از آن تغيير حجم ( كاهش حجم ) خاك متوقف مي شود .
شاخص رواني ( LI ) :
معمولاً در تعيين همبستگي ( كه ولاسيون ) به كار مي رود و به صورت زير تعريف مي شود .
شاخص خميري ( PI) :
با اختلاف بين حد مايع و حد خميري يك خاك اطلاق مي شود : PI= LL – PL
3-4-4- ويژگي هاي هيدروليكي خاك
از ويژگي هاي هيدروليك خاك به نفوذ پذيريي مي توان اشاره كرد : نفوذ پذيري به قابليت مواد براي عبور دادن مايعات گفته مي شود .
نفوذ پذيري ( K ): متأثر از عواملي چون دانه بندي ، تراكم ، تفلخل ، پوكي ، ميزان اشباع و لايه بندي است . علاوه بر اين ها چگالي نسبي در خاك هاي دانه اي و كاني شناسي و ساختمان هاي ثانوي در خاك هاي رسي بر نفوذپذيري تأثير مي گذارند .
مقدار ضريب نفوذپذيري K را مي توان با استفاده از جدول و نمودار يا آزمون هاي آزمايشگاهي يا صحرايي تعيين نمود .
3-4-5- ويژگي هاي مربوط به مقاومت گسيختگي خاك ( C و ? )
مقاومت خاك ها در برابر گسيختگي عمدتاً ناشي از اصطكاك (?) بين ذرات تشكيل دهنده آن است كه تابع مستقيقمي از نيروهاي عمودي است . عامل ديگر كه تنها در برخي از خاك هاي سيمان شده يا رسها ديده مي شود چسبندگي ( C ) نام دارد . چسبندگي از پيوند بين ذرات بر اثر نيروهاي الكترو شيميايي به وجود آمده و مستقل از نيروي عمودي وارد بر خاك است .
مقاومت سنگ توسط مقاومت برشي در امتداد سطح گسيختگي تأمين مي شود .
مدول الاستيسيته : که غالباً ضريب کشساني خوانده ميشود عبارتست از نقش محوري به کرنش محوري متناظر آن تحت باريک محوره .
عدد فعاليت خاک رس : عدد اکتيويته در خاکهاي ريز دانه چسبنده براي نشان دادن پتانسيل آنها به تغيير حجم بر حسب تغيير درصد رطوبت بکار ميرود .
در واقع عدد ااکتيويته خاک نسبت نشانه خيري (Index pelastic )1 به درصد ذرات . هر چقدر خاک فعالتر باشد تغيير حجم آن در اثر تغيير رطوبت بيشتر خواهد بود .
3-5-آزمون هاي تعيين پارامترهاي ژئوتكنيكي خاك
3-5-1- آزمون هاي تعيين حد رواني خاك(ASTMD423)
آزمون تعييين حد رواني (ASTMD423) در اين آزمون از ابزار ساده كاسا گراند استفاده مي شود كه حاوي پياله اي است كه با چرخاندن اهرم دستگاه از ارتفاع خاصي سقوط مي كند . به اين منظور مقداري از خاك مورد نظر را ، كه از الك شماره 40 عبور كرده است ، با آب مخلوط كرده و داخل پياله قرار مي دهيم و پس از صاف كردن سطح آن با شيارزن استاندارد ، شياري در آن ايجاد مي كنيم ، حال با چرخاندن اهرم و فروافتادن مكرر پياله تعداد ضربات لازم براي به هم آمدن شيار حاصله ( به طول 1 سانتي متر ) را مي شماريم . آزمايش را معمولاً با چند رطوبت مختلف انجام مي دهيم و از روي نمودار حاصل از نتايج به دست آمده ( رطوبت بر حسب تعداد ذره لازم ) ميزان LL را بدست مي آوريم بر طبق تعريف LL عبارت است از درصد رطوبتي است كه در آن براي بسته شدن و به هم آمدن شيار حاصله 25 ضربه لازم باشد .
3-5-2- آزمون تعيين حد خميري ( ASTMD424)
به اين منظور از فيتيله كردن خمير ايجاد شده از خاك مورد نظر استفاده مي كنيم . به اين ترتيب كه خمير خاك را در حد فاصل بين دست و سطح شيشه مي غلتانيم تا به صورت رشته اي در آيد بعد آن را به صورت گلوله اي در آورده دوباره عمل فيتيله كردن را تكرار مي كنيم . بر اثر تكرار اين چرخه به تدريج از رطوبت خاك كاسته مي گردد . در زماني كه فيتيله ها پس از رسيدن به قطر 2/3 ميلي متر ( اينچ حالت خميري خود را از دست داده و بشكنند ميزان رطوبت نمونه خاك را تعيين مي كنيم . بر طبق تعريف ،‌حد خميري به حداقل رطوبتي اطلاق مي شود كه در آن مي توان خاك را به صورت رشته هايي به قطر اينچ درآورد .
3-5-3-آزمون نفوذ استاندارد (ASTMD 1586) Standard penetration test [SPT]
به توسط نتايج اين آزمون مي توان ويژگي هاي چندي ، از جمله مقدار ? در خاك هاي دانه اي و ميزان سفتي در خاك هاي چسبنده را برآورد نمود . در اين آزمون كه معمولاً در داخل گمانه ها انجام مي شود ، نمونه گير دو كفه اي (Splite barrel) ( باقطر خارجي 2 و قطر داخلي اينچ )
توسط ضربات چکش 140 پاوندي ( پوندي ) که بطور آزاد از ارتفاع 130 اينچي فرود مي آيد ، به داخل خاک فرو مي رود تعداد ضربات لازم براي 15 سانتيمتر ( 16 اينچ ) نفوذ نمونه گير در خاک ثبت مي شود . معم.لاً تعداد ضربه هاي لازم براي دومين و سومين 15 سانتيمتر پيشروي بعنوان مقاومت نفوذ استاندارد يا عدد N در نر گرفته ميشود که در واقع ضربات لازم براي 30 سانتيمتر نفوذ نمونه گير به داخل خاک مورد نظر است . در نظر نگرفتن ضربات مربوط به 15 سلنتيمتر متداول به اين دليل است که همواره انکان وجود تراشه هايي در ته چاه و بر هم خوردگي خاک در خلال شستشو وجود دارد ( بمنظور ارزيابي تراکم خاک و در نهايت نشانه اي از مقاومت خاک )
– آزمون نفوذ مخروطي ( CPT ) :
( Eone Penterome Tre test ( ASTMD ) ) : در اين آزمون مقاومت خاک در برابر نفوذ ابزار مخروطي شکلqc) ) تعيين شده و با استفاده از آن مقادير ? و Su برآورده ميشود .
براي برآورد Su ، نيز ميتوان از روابط تقريبي زير استفاده کرد :
– براي رسهاي نرم تا سفت
– براي رسهاي سفت شکافدار
3-5-4-آزمون تحکيم
هدف از اين آزمون تحکيم دستيابي به روابط بين فشرده شدن خاک بر حسب بار وارد و فشرده شدن خاک بر اثر يک بار ثابت در طول زمان است . داده هاي بدست آمده از آزمون تحکيم را مي توان جهت برآورد ميزان نشست پي ساختمان ها ، سدها ، ÷ل ها و ديگر سازه هاي مهندسي به کار گرفت .
3- 6- خاک هاي مشکل آفرين
برخي از خاک ها در کارهاي مهندسي مشکل آفرين اند . مهم ترين خاک هاي مسئله ساز عبارت اند از :
الف ) خاک هاي منبسط شونده
ب ) خاک هاي فرئريزنده
ج ) رس هاي سريع يا حساس
د ) خا

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید