مکانیک خاک ؛ بررسی آزمایشات و تجهیزات مربوط به مکانیک خاک در ساخت و ساز
۱

مکانیک خاک Soil mechanics شاخه‌ای از مهندسی است که به توضیح رفتار خاک می‌پردازد. علم مکانیک خاک متفاوت از مکانیک سیالات و مکانیک جامدات است به این دلیل که خاک محیطی است ناهمگون و متشکل از سیالات (معمولاً هوا و آب) و ذرات گوناگون (معمولاً رس، ماسه یا شن) یا گاهی مواد آلی، مایعات، گازها و …

مکانیک خاک ، مانند مکانیک سنگ، پایه علمی لازم برای تحلیل و طراحی در مهندسی خاک و پی، یکی از زیرشاخه‌های مهندسی عمران، را فراهم می‌کند. 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. مانند پی ساختمان‌ها و پل‌ها، دیوارهای حائل، سدها و سامانه خطوط لوله 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.

بررسی های مورد نیاز برای مکانیک خاک

بررسی‌های مکانیک خاک انجام بررسی های محلی در مورد زمین‌شناسی عمومی، مشخصات خاک محل و سطح آب‌های زیرزمینی می باشد و به ویژه باید وجود و عمق خاک‌های مسئله‌داری نظیر خاک‌های دستی را مشخص نمایند. توصیه‌های فنی در مورد نوع پی، مقاومت مجاز خاک‌ زیر پی و نشست‌های مورد انتظار و پارامترهای طراحی دیوارهای حایل دیگر بخش‌های ضروری گزارش مکانیک خاک را تشکیل می‌دهند.

همچنین با توجه به عمق گودبرداری مورد نیاز و مشخصات ساختمان‌ها و دیگر تأسیسات مجاور نظیر معابر، خطوط گاز، فاضلاب و… باید خطر گودبرداری ارزیابی شده و روش گودبرداری، شیب ایمنی گودبرداری، مراحل گودبرداری، نیاز به سازه نگهبان، نوع سازه نگهبان و روش طراحی و اجرای آن به تفصیل بیان شود. برای این کار لازم است که مشخصات ساختمان‌ها و تأسیسات مجاور به تفصیل برداشت شده و در گزارش ارائه گردد.

البته گاه می‌توان مشخصات ساختمان‌ها و تأسیسات مجاور را در این مرحله به صورت تخمینی تعیین کرد و تعیین دقیق آنها را به مرحله طراحی گودبرداری واگذار نمود که در این صورت مشاور باید این موضوع را به روشنی در گزارش بیان نماید. همچنین خطرات احتمالی نظیر چاه‌ها، قنات و حفره‌های زیرزمینی دیگر باید شناسایی شده و عمق، موقعیت و تأثیر آنها بر ساختمان و نحوه مقاوم‌سازی آنها جهت رفع خطر به تفصیل بیان گردد.

از موارد دیگری که در گزارش بیان می‌شود تعیین نوع زمین جهت برآورد تأثیر آن بر نیروهای زلزله طراحی ساختمان است که تأثیر زیادی در ایمنی لرزه‌ای و هزینه‌های ساختمان دارد.

مکانیک خاک
مکانیک خاک

مشاور باید با توجه به شیب زمین و مشخصات زمین‌شناسی محل اسکان بروز ناپایداری‌هایی نظیر رانش زمین، ریزش سنگ، جریان گل و نظایر آنها را به طور اجمالی بررسی نموده و در صورتی که خطرات فوق در محل مطرح باشند، به تفصیل این موارد را بررسی نموده و توصیه‌های اجرایی در مورد رفع خطرات آنها بر ساختمان ارائه نماید. همچنین مشاور باید با توجه به بررسی کلی و اجمالی عکس‌های هوایی و نقشه‌های پایه امکان وجود خطراتی نظیر گسل فعال و روانگرایی حین زلزله را بررسی نموده و در صورت نیاز بررسی‌های تفصیلی‌تری را در مورد آنها انجام دهد.

در کل بهتر است برای ساختن هر ساختمانی با هر تعداد طبقه ای این مسئله را هم در نظر گرفت، به ویژه اگر عمق گودبرداری بیش از 5/1 متر باشد، حتماً بررسی های مکانیک خاک را انجام دهید زیرا این بررسی ها اگر به درستی انجام شوند، ایمنی ساختمان و عملیات ساختمانی را تضمین کرده و حتی می‌توانند از طریق تعیین دقیق مقاومت خاک و نوع زمین تأثیر زیادی در بهینه کردن و جلوگیری از افزایش هزینه‌ها در موارد غیرضروری داشته باشند.

معمولاً برای انجام بررسی های مکانیک خاک، شرکت انجام دهنده بررسی‌ها بعد از بررسی عکس‌های هوایی و نقشه‌های پایه محل و بازدید و بررسی محلی، گمانه‌ یا گمانه هایی را حفر و از خاک نمونه‌برداری می‌کند و نمونه‌ها را برای انجام آزمایش به آزمایشگاه می‌فرستد. همچنین همراه با حفاری، آزمایش هایی نیز در محل انجام می شود.

حتماً باید فرد متخصصی از شرکت در هنگام حفاری ها و انجام آزمایش‌های محلی حاضر باشد و شرایط حفاری، آزمایش های محلی و نمونه برداری را کنترل کند. بعد از انجام آزمایش های آزمایشگاهی شرکت باید گزارش بررسی‌ها را تهیه و ارائه کند.

گزارشات می بایست به طور کامل تهیه شده باشد و در صورت لزوم گزارش را توسط فردی متخصص کنترل کنید و رفع نواقص آن را از شرکت انجام دهنده آزمایش بخواهید. به‌ویژه باید توصیه‌های کاملی در مورد انجام گودبرداری و حفاظت گود از ارائه شده باشد. به خاطر داشته باشید که هرگونه نقص در این قسمت می‌تواند مخارج زیادی را در جریان گودبرداری به شما تحمیل کرده و یا باعث ریزش گود و ایجاد خسارت شود. مهندس محاسب ساختمان باید این گزارش را در طراحی پی و نحوه گودبرداری مورد استفاده قرار دهد.

بنابراین از وی بخواهید که در حد موارد استفاده خود از گزارش، کیفیت و محتویات آن را کنترل کند و در صورتیکه اشکال یا ابهامی به نظر وی رسید جهت برطرف کردن به شرکت مکانیک خاک اعلام کند.

باید توجه شود گاه قسمت‌های ضعیفی در خاک وجود دارند که با حفر گمانه‌ها به خوبی وجود آنها مشخص نمی‌شود. تغییرات ضخامت خاک دستی و یا نهرها و مسیل‌های پر شده از این دسته هستند. در این گونه موارد بررسی عکس‌های هوایی قدیمی که پستی و بلندی‌ها یا مسیل‌های قدیمی را نشان می‌دهند می‌تواند در شناسایی قسمت‌های ضعیف مؤثر باشد. همچنین نظارت یا کنترل یک زمین‌شناس یا متخصص خاک بعد از عملیات گود‌برداری و ترجیحاً در زمان گودبرداری برای تشخیص این نقاط ضعف مؤثر خواهد بود

آزمایشات و تجهیزات مکانیک خاک

برخی آزمایش های مورد نیاز از آزمایشگاه خاک جهت امر احداث ساختمان یا امور عمرانی شامل موارد ذیل می باشد.

 

نام آزمايش بر اساس استاندارد نوع آزمايش هدف از آزمايش
تعيين درصد رطوبت  خاك

Water Content

Determination

ASTM D 2216-90

AASHTO T 265-81

رطوبت خاك به صورت درصدي از وزن خشك آن بيان‌ مي‌شود تعيين درصد وزني رطوبت در خاك نسبت به دانه‌هاي خشك مي‌باشد
حد رواني

Liquid limit

AASH TO 84,90-81

ASTM D 4318-87

قابل استفاده در طبقه‌بندي خاكهاي ريز دانه رسي و قضاوت در مورد كاربرد آنها تعيين درصد رطوبتي است كه در آن مخلوط آب و خاك از حالت خميري به حالت مايع در مي‌آيد
حد خميري

Plastic Limit

AASH TO T89,90-81

ASTM D 89,90-81

قابل استفاده براي طبقه‌بندي خاك‌هاي ريزدانه رسي و قضاوت در مورد كاربرد آنها تعيين حداقل درصد رطوبتي است كه در آن خاك به صورت خميري شكل‌پذير در مي‌آيد.
حد انقباض

Shrinkage Limit

AASHTO T 92-81

ASTM D 427-87

بيانگر مقدار تغيير حجم المان خاك در اثر تغيير درصد رطوبت مي‌باشد تعيين درصد رطوبتي است كه كمتر از آن حد، خاك با كاهش درصد رطوبت تغيير حجم ندهد
هم ارز ماسه (SE)

Sand Equivalent

AASHTO T 176-81

ASTM D 2419-87

قابل شناسايي براي مصالح دانه‌اي مورد كاربرد در  لايه‌هاي روسازي راه و مخلوط‌هاي بتني و آسفالت تعيين نسبت حجم ماسه به كل حجم خاك است
دانه‌بندي خاك (سرند)

Particle size Analysis

(mechanical Method)

ASTM D 422-87

AASHTO 88-81

مورد استفاده در تحليل اندازه دانه‌ها جهت طبقه‌بندي مهندسي خاكها جداسازي دانه‌هاي خاك در اندازه‌هاي مختلف است كه هر بخش به صورت درصدي از كل نمونه بيان مي‌شود
هيدرومتري

Hydrometer Analysis

AASHTO T87-86, T88-90

ASTM D421-58, D 422-63

تعيين دانه‌بندي خاكهايي با اندازه‌ دانه‌هاي كوچك
(لاي ورس)
تكميل منحني دانه‌بندي  بخش ريزدانه (عبوري از لاك 200 (  mm075/0) مي‌باشد
تراكم

Compaction

AASHTO T 99-90 (S)

ASTM D 698-78 (S)

مورد استفاده در خاكريزي بزرگراه‌ها و فرودگاه‌ها و سدهاي خاكي كاهش ميزان تخلخل خاك است. وجود آب تا ميزان مشخصي سبب تسهيل اين عمليات مي‌گردد. اين حد رطوبت و وزن مخصوص خشك بيشينه خاك پس از به كاربردن ميزان معيني انرژي كوبشي حاصل مي‌گردد.
تعيين وزن واحد حجم خشك خاك  در محل به روش مخروط ماسه ASTM D1556-82

AASH TO T 191-86

مورد استفاده براي تعيين مقدار كوبيدگي خاك در بزرگراه‌ها و فرودگاه‌ها و سدهاي خاكي براي بدست آوردن وزن واحد حجم خشك خاك در حالت طبيعي يا يك لايه خاك كوبيده شده با استفاده از ماسه كاليبره شده
نفوذ‌پذيري

Coefficient of

Permeability

AASHTO T 215-81

ASTM D 2434-87

تعيين ضريب نفوذ‌پذيري خاك در راه‌سازي، ساختمان-سدسازي، هيدروليك، زهكشي‌ها ومناطقي كه تراز آب زيرزميني بالا است تعيين ضريب نفوذپذير خاك  K
آزمايش با بار ثابت

Constant-Head Method

AASHTO T 215-81

ASTM D 2434-87

قابل استفاده براي تعيين مقدار k  در فيلترهاي سدها و زهكشها و تغذيه مصنوعي آبرفتها اين آزمايش مي‌تواند با شيب هيدرليكي ثابت اغلب براي خاكهاي درشت دانه و دانه‌اي انجام گيرد
آزمايش با بار افتان

Falling-Head Method

ASTM D 2434-87

AASHTO T 215-81

قابل استفاده براي تعيين خاك مناسب مغزه يا پوشش نفوذ‌ناپذير سد و همچنين براي پوسته پايين خاكريز نفوذ‌پذير سد اين آزمايش مي‌تواند با شيب هيدروليكي متغير اغلب براي خاكهاي ريز ‌دانه انجام گيرد
آزمايش با روش تحكيم قابل استفاده براي خاكهاي چسبنده رسي كه ضريب نفوذ‌پذيري آنها خيلي كم باشد اين آزمايش مي‌تواند در جهت قائم در خاكهاي ريزدانه رسي متراكم انجام گيرد
تحكيم

Consolidation

AASH TO T 216-83

ASTM D 2435-90

مورد استفاده براي برآورد سرعت و مقدار نشست تحكيمي سازه‌ها واقع بر خاكهاي رسي و فشار پيش تحكيمي تعيين پارامترهاي مؤثر در پيش‌بيني شدت نشست وميزان آن در سازه‌هاي متكي بر خاكهاي چسبنده اشباع
تك محوري محصور نشده

Unconfined Compression

AASH TO T 208-90

ASTM D 2166-87

مورد استفاده براي بررسي مقاومت برشي تقريبي خاكهاي چسبنده بر حسب تنش كل اندازه‌گيري تقريبي مقاومت برشي يك خاك چسبنده
سه محوري

Triaxial

ASTM D 4767-88

ASTM D 2850-87

AASHTO T 234-90

مورد استفاده براي انواع خاك‌ها (چسبنده و دانه‌اي) براي بدست آوردن پارامترهاي مقاومت برشي خاك است c وf  – C يا f
برش مستقيم

Direct shear

AASH TO T 236-90

ASTM D 3080-90

مورد استفاده در كليه مسائل مربوط به پايداري خاك از جمله شيروانيها و شيب‌ها و باربري شالوده‌ها تعيين پارامترهاي مقاومت برشي خاك

f و C

CBR

نسبت باربري كاليفرنيا

California Bearing Ratio

AASH TO T 193-81

ASTM D 1883-87

مورد استفاده براي تعيين ضخامت‌هاي مورد نياز روسازي‌هاي انعطاف‌پذير بزرگراه‌‌ها و فرودگاه‌ها به روش تجربي براي تعيين ظرفيت باربري خاك متراكم شده مي‌باشد.
تعيين Gs

Specific Gravity of Soil Solids

AASH TO T 100-81

ASTM D 854-87

قابل استفاده براي خاك و مصالح دانه‌اي مورد كاربرد در آزمايشات و مخلوط‌هاي بتني و آسفالت تعيين نسبت وزن مخصوص بخش جامد خاك به وزن مخصوص آب مي‌باشد.

 

  • برخی از تجهيزات و دستگاه های مورد نیاز در آزمايشگاه مكانیک خاک به شرح ذیل می باشد :

 

نام دستگاه شرح عملكرد دستگاه
برش مستقيم روش آزمايشگاهي براي تعيين پارامترهاي مقاومت برشي خاك (C. f)
دستگاه فشاري تك محوري تعيين ميزان مقاومت فشاري غيرمحصور و تعيين مقاومت برشي تقريبي خاك چسبنده
دستگاه سه محوري آزمايش سه محوري بر روي نمونه‌هاي استوانه‌اي پوشانده شده در قشاي لاستيكي با حضور فشار جانبي
دستگاه  C.B.R تعيين نسبت باربري كاليفرنيا به منظور تعيين ظرفيت باربري خاك متراكم شده
دستگاه تحكيم آزمايش تحكيم يك بعدي به منظور تعيين پارامترهايي از خاكهاي چسبنده اشباع كه براي محاسبه سرعت و مقدار نشت تحكيمي مورد نياز مي‌باشد
دستگاه كاساگرانه تعيين درصد رطوبتي كه در آن خمير خاك به حالت سيال در مي‌آيد
دستگاه تكان‌دهنده سرندها (شيكر) وسيله‌اي براي جداسازي دانه‌هاي خاك توسط الكهاي استاندارد در يك دوره زماني
قالب تراكم قالبي استوانه‌اي به قطر 4 يا 6 اينچ جهت تراكم خاك

گمانه زنی یا سنداژ چیست؟

گمانه زنی روشی برای تهیه نمونه خاک به صورت ماشینی و بدون دخالت دست و با کمترین اثر گذاری و دستکاری بر روی نمونه خاک تهیه شده می باشد.گمانه از دل خاک و از طبقه بندی طبیعی خاک تهیه می شود.

جهت شناسایی نوع و جنس زمین ، قبل از شروع عملیات ساختمانی باید از موقعیت و وضع قشر های مختلف زمین ، سطح آب های زیر زمینی و وضعیت شیمیایی خاک زیر شالوده تا آنجا که احتیاج است کاملا آگاه و مطمئن شویم. به همین جهت در زمین های مورد نظر لازم است گمانه های دستی و یا ماشینی حفر نمود تا نوع و جنس زمین و ضخامت قشر های متشکله و غیره آن را بدست آورد.در هنگام گمانه زنی رعایت موارد ذیل می بایست مد نظر باشد:

  • به طور معمول و تجربه مهندسی ، یک و نیم برابر ارتفاع ساختمان ، خاک زیر شالوده تحت تاثیر قرار می گیرد. توصیه می گردد تا این ارتفاع مقاومت خاک مورد بررسی قرارگیرد.
  • در ساختمان های متعارف حداقل عمق گمانه دو الی سه متر در نظر گرفته شده است
  • بهتر است محل گمانه ها خارج از محل پی و یا در قسمت هایی که تنش حداقل است حفر گردد. در غیر اینصورت لازم است چاهک ها با مصالح مناسب و به نحو مناسب تر پر شود تا تفاوتی در مقاومت خاک زیر شالوده به وجود نیاید. که این مورد باعث می گردد:
    • در موقع بتن ریزی و پر نمودن این قسمت ، با افزایش هزینه رو به رو خواهیم شد
    • در صورت عدم دقت در پر کردن محل گمان ها ، ممکن است نشست ساختمان در نقاط مختلف یکسان نباشد.

[porto_block id=”17802″ name=”basicmaterialrelatedprodusct”]

1

  1. Ariamehr Moradi 30 فروردین 1397 پاسخ دادن

    جالب بود 🤔

دیدگاه شما چیست

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

0

بالا

X