خاکهای مشکل آفرین در کارهای عمرانی از نظر مهندسین
انواع خاک مشکل آفرین :
قسمت اعظم سطح زمین را رسوبات و مصالح ناپیوسته طبیعی ، که بطور کلی به آنها خاک می‌گوییم پوشانده است. خاک از یک طرف جایی است که سازه خود را به رو یا داخل آن بنا می‌کنیم و از طرف دیگر ماده‌ای است که آن را به عنوان مصالح ساختمانی در کارهای عمرانی به خدمت می‌گیریم. خاکهای موجود در طبیعت بسیار متنوع اند و هر یک از آنها رفتاری خاص در کاربردهای مهندسی از خود نشان می‌دهند. این تنوع رفتار ویژگیهای مهندسی ، متاثر از عوامل گوناگونی است.
به عنوان مثال نحوه منشا گرفتن و تشکیل شدن یک خاک تاثیر بارزی بر ویژگیهای مهندسی آن بر جای می‌گذارد. به این ترتیب ، بسته به اینکه خاک بطور برجا درست شده یا اینکه آبرفتی ، بادی ، واریزه‌ای باشد یا تغییرات ثانوی را تحمل کرده باشد از ویژگیهای مهندسی متفاوتی برخوردار است. برخی از خاکها در کارهای مهندسی مشکل آفرینند. مهمترین خاکهای مسئله ساز عبارتند از : خاکهای منبسط شونده ، خاکهای فروریزنده ، رسهای سریع یا حساس و خاکهای مستعد آبگونگی.
خاکهای منبسط شونده
این خاکها جزو گروه خاکهای رسی بوده و معمولا مخلوطی از کانیهای رسی و غیر رسی اند. مشخصات ژئوتکنیکی این خاکها توسط بخش رسی آنها کنترل می‌شود. این گروه از خاکها دارای مقدار ، قابل توجهی کانی مونتمور یونیت اند که با آبگیری متورم شده و بر اثر از دست دادن آب منقبض می‌شود. تغییر حجم این خاکها بر اثر تغییرات رطوبت یکی از مهمترین مسایل و مشکلاتی است که مهندسان با آن روبرو هستند، به نحوی که شاید بتوان این پدیده را مشکل جهانی به حساب آورد.
بررسیها نشان داده است که خسارتهای ناشی از عملکرد منفی این نوع خاک بیش از هریک از بلایای زمین شناسی دیگر است. به عنوان مثال در ایالات متحده آمریکا ، خاکهای منبسط شونده سالیانه بیش از 2.3 میلیارد دلار خسارت به بار می‌آورند و این دو برابر مقدار خسارتی است که توسط مجموعه چند عامل مخرب دیگر مثل طوفان و سیل و زمین لرزه ایجاد می‌شود. برخی از مهمترین عوامل موثر در تورم پذیری رسها در زیر آمده است.
· رسها اغلب اندازه کلوئیدی (0.001 میلیمتر) دارند. در نتیجه سطح مخصوص ،· یعنی میزان سطح پیرامونی ذرات در واحد حجم ،· بسیار زیاد است. با توجه به این نکته رسها قادرند آب زیادی را به سطح ذراتشان جذب کنند.
· مقدار کربنات خاک نشانه· ای از شرایط فیزیکی و شیمیایی محیط خاک است. کربناتها در خاک عمدتا به صورت کلسیت ،· اند. کربناتها نقش سیمان را به عهده دارند و با به هم چسباندن ذرات ریز رس ،· ذرات و دانه· های درشت تری را بوجود می· آورند. در نتیجه این عمل از قابلیت خمیری خاک کاسته شده و در مقابل مقاومت خاک افزایش می· یابد.
· آب و هوا مهمترین عامل محیطی موثر برخاکهای منبسط شونده است،· زیرا این عامل است که عمق سطح ایستابی و منطقه فعال رطوبت خاک را کنترل می· نماید،· مشکل خاکهای منبسط شونده در اقلیمهای مرطوب ،· که سطح ایستابی نزدیک زمین است،· کمتر دیده می· شود. در مقابل ،· در نواحی خشک سطح ایستابی در اعماق زیاد قرار داشته و در نتیجه تاثیر کمی بر مقدار رطوبت خاک در نواحی سطحی دارد.
· گیاهان ،· مخصوصا درختان بزرگی که نزدیک پی سازه· ها قرار گرفته· اند،· ممکن است به علت جذب آب ،· مخصوصا در فصول خشک ،· کاهش حجم زیادی را در خاکهای مستعد بوجود آورند. اعمال تنشهای متناوب توسط گیاهان یا تورم ناشی از قرارگیری سازه بر روی یک رس خشک شده ،· فرآیندهایی وابسته به زمان اند. اغلب رسها ،· نفوذپذیری کمی دارند که بر اثر تورم ،· مقدار آن بیش از پیش کاهش می· یابد.
· توپوگرافی ،· مخصوصا وجود دامنه· های پرشیب ،· از موادی است که در زمان طراحی سازه به روی خاکهای منبسط شونده باید مورد توجه قرار گیرد. در خاکهای منبسط شونده واقع در دامنه· ها ،· نوع خاصی از خزش صورت می· گیرد. به این نحو که در خلال تورم خزش ایجاد شده عمود بر شیب دامنه و در خلال انقباض به موازات نیروی گرانشی است. در نتیجه مولفه برآیند این دو در جهت شیب دامنه قرار می· گیرد.
خاکهای فرو ریزنده
برخی از خاکها به محض آنکه از آب اشباع می‌شوند حجمشان به سرعت کاهش می‌یابد. این مصالح در طبیعت اغلب به صورت نیمه اشباع یا خشک یافت می‌شوند و مانند خاکهای منبسط شونده ، تا زمانی که رطوبت خاک تغییر نکند، مشکلی برای سازه‌ها ایجاد نمی‌کنند، خاکهای فرو ریزنده اغلب مصالحی در حد ماسه ، لای و رس هستند که در محیطهای خشک در پای دامنه کوهها بر جای گذارده شده‌اند.
این خاک که به صورتی نیمه پایدار ته نشین شده‌اند، بر اثر آبگیری اشباع به صورت ناپایدار در می‌آیند. به نظر می‌رسد که مسافت خاک در حالت نیمه اشباع ، به علت کشش سطحی آب که در محل تماس بین ذرات قرار دارد، پابرجاست. بر اثر آبگیری و اشباع خاک منافذ از آب پرشده و کشش سطحی صفر می‌شود و خاک فرو می‌ریزد.
خاکهای آبگونه شونده
خاکهای مستعد آبگونگی (روانگرایی) ماسه‌های ریزدانه و لایهایی ( منظور سیلت میباشد) هستند که از تراکم کمی برخوردار بوده و معمولا به حالت اشباع می‌باشند. در صورتی که این خاکها تحت تاثیر بارگذاری لرزشی ، مانند زمین لرزه‌های طبیعی یا زمین لرزه‌های القایی قرار گیرند، خاک به سرعت متراکم می‌شود. متراکم شدن سریع باعث افزایش ناگهانی فشار آب بین ذره‌ای می‌گردد که در نتیجه آن مقاومت برشی به سرعت کاهش می‌یابد، تا حدی که گاه مقاومت برشی به صفر رسیده و خاک مانند مایعات جریان می‌یابد.
رسهای سریع
رسهای سریع یا رسهای حساس معمولا نهشته‌های یخچالی در حد رس هستند که در کشورهای اسکاندیناوی و در امتداد رودخانه سن لوران در شرق کانادا یافت می‌شوند. مکانیسم گسیختگی این خاکها هنوز مورد بحث است. تحقیقات آزمایشگاهی اخیر نشان داده است که پودر سنگ نخی از کوارتز با یک رطوبت ثابت می‌تواند هم به صورت مایع و هم به صورت جامد عمل کند. این ویژگی با سرعت تنجش نمونه کنترل می‌شود. به این ترتیب که در سرعتهای کم تنجش رفتار اجسام جامد را داشته و در سرعتهای زیاد تنجش (ضربه) مانند مایعات عمل می‌کند.
