خاک و پی کنکور ارشد

توضیحات

خاک و پی کنکور ارشد

دانلود خاک و پی کنکور کارشناسی ارشد

به هر توده متشکل از ذرات کانیهای ناپیوسته و یا با پیوند ضعیف ، خاک اطلاق می شود. این ذرات از متلاشی شدن سنگها پدید می آیند و فضای خالی بین آنها را آب و یا هوا پرمی کند.
روند تخریبی تشکیل خاک از سنگ ممکن است فیزیکی یا شیمیایی باشد. هوادیدگی مکانیکی نظیر عمل انجماد وذوب مکرر، سائیدگی سنگها توسط جریان آب باد و امواج در امتداد سواحل قطعات سنگی را به ذرات کوچکتری نظیر سنگ ریزه ، شن ، ماسه، سیلت لای ، و یا حتی ذرات خیلی کوچکتر تبدیل می نماید . این ذرات جدا از هم و نیز موادی که توسط باد و آب رسوب داده شده خاک را تشکیل می دهند. هوازدگی فیزیکی ( مکانیکی ) با انبساط و انقباض در اثر دما یا انجماد آبهای نفوذی به داخل خلل و فرج سنگ و افزایش حجم آن در نتیجه خرد شدن سنگ بوجود می آید.

این عوامل فیزیکی عبارتند از : یخ یخچالی ، باد ، آب رودخانه ها و دریاها. در این حالت ترکیب شیمیایی دانه های خاک بدست آمده همان ترکیب سنگ مادر است.

شکل این نوع دانه ها معمولاً مکعبی است و ممکن است گوشه دار ، نیم گرد یا گرد باشد. اندازه دانه ها در عمل از قلوه سنگ تا گرد سنگ متغیر است. ترتیب ساختمان این دانه های مکعبی تک دانه ای می باشد. در این حالت دانه ها بدون پیوند و چسبندگی در تماس مستقیم با یکدیگرند. بنابراین نحوه قرار گرفتن دانه های این ساختمان ممکن است شل ، متراکم و یا نیمه متراکم باشد.
هوازدگی شیمیایی تبدیل کانیهای اصلی سنگ به کانیهای جدید می باشد. آب و دی اکسید کربن هوا تشکیل اسید کربنیک داده و بر کانیهای سنگ اثر می گذارند. اسیدهای آلی حاصل از فاسد شدن مواد آلی هم در پیشبرد روند تخریبی کم اثر نیستند. تخریب شیمیایی سنگها به تشکیل ذرات ریز بلوری با اندازه کلوئیدی که کانیهای رسی 1نامیده می شوند می انجامد.

منشا خاک :
سنگهای تشکیل دهنده پوسته رویی زمین بر حسب منشا تشکیل آنها به سه گروه تقسیم می شوند :
– سنگهای آذرین
– سنگهای رسوبی
– سنگهای دگرگونی
سنگهای آذرین سنگهایی هستند که مستقیما از سرد شدن مواد مذاب آتشفشان تشکیل میابند.چنانچه مواد مذاب به کنی سرد شوند مینرال های مختلف به صورت بلورهای مجزا و درشت تبلور یافته و ساختمان گرانیتی سنگهای آذرین بوجود می آیند.چنانچه مواد مذاب با سرعت بیشتری سردشوند بلورهای خیلی ریز تشکیل می شوند که بوسیله یک ماده شیشه ای شفاف و چسب مانند پوشانیده می شوند. هین نوع سنگها را در اصطلاح فلسایت می نامند. اگر ماده مذاب با سرعت خیلی خیلی زیاد سرد شود مواد معدنی به بلورهای مختلف تجزیه نشده و بصورت یک ماده شیشه ای بدون شکل منجمد می شود مانند مواد خاکستر آتشفشانی سنگهای آذرین و سایر انواع سنگها بر اثر هوادیدگی مکانیکی و هوادیدگی شیمیایی به ذرات کوچکتر از نوع سنگ مادر و سایر مواد معدنی تجزیه می شوند. این ذرات کوچک و مینرال های جدید بعد از انتقال بوسیله آب و باد بصورت لایه هائی در سطح زمین رسوب می نمایند که بعدا ذرات متشکه آن توسط مواد چسبنده محلول و شناور در آب که بداخل لایه های مذکور نفوذ نموده است بهم می چسبند این عمل چسبیدن ذرات کوچکتر تحت فشار و وزن لایه های فوقانی سنگهای رسوبی را بوجود می آورد.
سنگهای دگرگونی از سنگهای آذرین و یا سنگهای رسوبی تحت فشار و حرارت زیاد حاصل می شوند. فشار و حرارت خیلی زیاد باعث تبلور مجدد مواد معدنی به بلورهای جدید می شود.
هوادیدگی مکانیکی نظیر عمل انجماد وذوب مکرر، سائیدگی سنگها توسط جریان آب باد و امواج در امتداد سواحل قطعات سنگی را به ذرات کوچکتری نظیر سنگ ریزه ، شن ، ماسه ، سیلت (لای ) ، و یا حتی ذرات خیلی کوچکتر تبدیل می نماید . این ذرات جدا از هم و نیز موادی که توسط باد و آب رسوب داده شده خاک را تشکیل می دهند که موضوع مورد بحث در علم مکانیک خاک 5 است.

طبقه بندی براساس شرایط ومحیط تشکیل خاک :
اغلب خاکها در شرایط ویژه ای که تشکیل می یابند دارای خصوصیات ویژه ای متفاوت با سایر خاکها خواهند بود، ولذا طبقه بندی آنها را نیز می توان براساس محل و شرایط ویژه تشکیل آن قرار داد. براین اساس انواع مختلف زیر دارای اهمیت خاص هستند.
خاکهای درجا : خاکهایی هستند که در همان محل تشکیل خود وبرروی سنگ مادر قرار دارند.این خاکها دارای عمق نسبتاً کم بوده واز جنس سنگ مادر می باشند.
خاکهای انتقالی : خاکهایی هستند که توسط عوامل مختلف مانند آب ، باد ، یخچالها و . . . از محل تشکیل به محل دیگری انتقال یافته و رسوب می نمایند. این خاکها عموماً دارای ضخامت نسبتاً زیاد و لایه بندی مشخص می باشند. خاکهای انتقالی خود بر حسب عامل انتقال دهنده به گروههای زیر تقسیم می شوند:
الف- خاکهای آبرفتی :

خاکهایی هستند عموماً درشت دانه متشکل از شن وماسه. این خاکها در اثر رسوب ذرات حمل شده توسط رودخانه، در دشت ها وجلگه های مسیر آن ایجاد می شوند.
عموماً دارای لایه بندی بوده و در هر لایه یکنواخت می باشند.
ب- خاکهای باد رفتی : خاکهایی هستند که توسط باد انتقال مییابند و عموماً از نوع ماسه ریز یا سیلت درشت می باشند.
خاکهای باد رفت ماسه ای تشکیل تپه های ماسه بادی متحرک را می دهند و خاکهای باد رفت سیلتی تشکیل خاکی موسوم به لس ٣را می دهند. این دسته از خاکها عموماً دارای چسبندگی بوده و به رنگ قهوه ای روشن می باشند. اندازه ذرات آن معمولاً بین ٠/٠١تا ٠/٠۵میلیمتر است چسبندگی ذرات آن بعلت وجود مواد بسیار ریزدانه چسبناک آهکی و رسی می باشد.

بعلت وجود سوراخهای قائم طویل در آن که اثرات ریشه های گیاهان است، نفوذپذیری آن در جهت افقی خیلی کمتر از جهت قائم می باشد. این رسوبات بعلت دارا بودن چسبندگی می توانند در سطوح شیبدار و قائم پایدار مانده و تا مدت زیادی پایداری خود را حفظ نمایند . این نوع خاکها هرگز نباید بحالت اشباع درآیند

چه در اینصورت چسبندگی بین ذرات از بین رفته و دچار نشست ناگهانی یا ریزش می شوند.
ج- خاکهای یخچالی :

این خاکها از رسوبات غیر لایه ای یخچالها حاوی رس ،سیلت ، ماسه ،شن ، سنگ ریزه ، قلوه سنگ ، لاشه سنگ و قطعات سنگی بزرگتر بطور مخلوط و غیر یکنواخت تشکیل می شوند . این رسوبات در مسیر یخچالهای طبیعی و در محل ذوب آنها تشکیل شده و عموماً درنواحی یخچالی یافت می شوند .

بزرگترین مشخصه آنها عدم یکنواختی و تجانس ذرات وهمچنین عدم وجود لایه بندی در خاک می باشد.

د- خاکهای رسوبی آب شیرین :

این خاکها عموماً از رسوبات مواد حمل شده توسط رودخانه در دریاچه های آب شیرین حاصل می شوند . معروف ترین آنها خاک رس منطبق یا Varved clayمی باشد که خاکی است مرکب از لایه های متناوب سیلت غیر آلی برنگ خاکستری روشن و رس سیلتی برنگ تیره تر . ضخامت این لایه ها بندرت از یک ونیم سانتیمتر تجاوز می کند . اما گاه ممکن است لایه های ضخیم تر نیز مشاهده شود. مواد متشکله این خاکها بوسیله آب حاصل از ذوب جبهه یخچالهای طبیعی به دریاچه های آب شیرین منتقل شده و رسوب می نماید .

این خاکها معمولاً خواص بد سیلت و رس نرم را همراه با هم دارا می باشند.
هـ – خاکهای رسوبی دریایی (آب شور) :

این خاکها از رسوب نواد معلق موجود در رودخانه ها که به دریاها حمل شده است ایجاد می شوند و عموماً ریزدانه بوده ، پس از تشکیل دارای لایه بندی مشخص می باشند.

بر حسب جنس ذرات معلق انواع زیر از این گروه را می توان تشخیص داد :
– مارل (مارن) : عبارتند از رسهای آهکی بسیار سخت و برنگ سبز که در کف دریاهای آب شور رسوب می کنند.
– خاک دیاتماس : خاکی است رسوبی متشکل از مواد بسیار ریزدانه و سفید رنگ پودر سیلیس که قسمت اعظم مواد متشکله آن دیاتم )جانوران تک سلولی دریائی و از انواع آلگ ها (می باشند .
– توف (کرکبود) : خاکی است ریزدانه که عموماً در آب دریاها رسوب نموده و منبع ان ذرات بسیار ریز خروجی از دانه های آتشفشانی )خاکستر آتشفشانی ( می باشد. این خاکها پس از تحکیم در کف دریا بصورت لایه های سنگی سبز رنگ در می آیند که از آن عموماً در کارهای ساختمانی استفاده می شود.
– بنتونیت یا گل حفاری : نوعی خاک رس دریائی با درصد خیلی زیادی از مونت موریلونیت می باشد و عموماً از تجزیه شیمیائیخاکستر آتشفشانی تشکیل می شود . بنتونیت خشک در مجاورت آب بیش از سایر انواع رس متورم می شود و بهنگام خشک شدن نیز بیش از همه انقباض پیدا می کند. این خاک بسیار چسبنده و پلاستیک می باشد. دوغاب بنتونیت دانسیته نسبی در حدود 1.3~1.5 g/cm3دارد و عموماً برای پایداری دیواره حفاری به خصوص محل شمعهای درجا استفاده میشود از معضلات ریختن بنتونیت در محل شمع میتوان به کاهش چسبندگی آرماتور و بتن )پوشاندن سطح جانبی آرماتور توسط بنتونیت ( کاهش کیفیت بتن )آمیخته شدن مقداری دوغاب بنتونیت( و از دست دادن مقاومت جداری شمع )تشکیل کیک توسط گل حفاری( اشاره نمود.
سنگ رس ، سنگ ماسه و سنگ لای نیز از انواع رسوبات دریائی می باشند .

و- خاکهای واریزهای (کوه ریز ) : این خاکها معمولاًدر دامنه شیب های طبیعی تند و در اثر ریزش قسمت هائی از کوهها حاصل می شود. از مشخصات عمومی آن عدم تجانس و یکنواختی ذرات و همچنین عدم وجود لایه بندی را می توان نام برد . این خاکها اکثراً سست و غیر متراکم هستند ( بدلیل ریزشی بودن )

ز- خاکهای دستی: این خاکها توسط انسان از محلی به محل دیگر حمل شده و به دو طریق کنترل شده و یا کنترل نشده ریخته می شوند. خاکهای دستی کنترل شده معمولاًدر زیر سازی راهها و باند فرودگاهها یا سایر عملیات ساختمانی مثل سدهای خاکی مورد استفاده قرار می گیرد . خاکهای دستی کنترل نشده معمولاً از خاکهای اضافی حاصل از تخریب ساختمانهای قدیمی و یا خاک حاص از گودبرداری و همچنین زباله و مواد زائدی که در بعضی نقاط روی هم انباشته می شود تشکیل می گردند. این خاکها بدلیل نامشخص بودن آن بهیچ وجه مورد اعتماد جهت عملیات ساختمانی و پی سازی نبوده و حتی الامکان از قرار گرفتن ساختمان روی آنها باید اجتناب نمود. مشخصات کلی این خاکها در درجه اول سست بودن و ریزش انها بهنگام حفاری و در درجه دوم وجود مواد و ذرات غیر طبیعی در آنها می باشد . تشخیص این نوع خاکها اغلب مشکل بوده و مهندس مربوطه باید دقت کافی جهت این شناسائی بعمل آورد. بقایای ساختمانهائی که در اثر عواملی چون زلزله یا سیل و غیره خراب شده اند نیز جزو خاکهای دستی بشمار می روند و دارای همان معایب می باشند .
ح- خاکهای صنعتی : این خاکها عموماً از مواد زائد بعضی از کارخانجات صنعتی مانند مواد زائد کوره بلند ذوب آهن تشکیل شده و در شرایط مشخصی مورد استفاده قرار می گیرند . بعنوان نمونه خاک اسلاگ را می توان نام برد که در تهیه بتن مورد استفاده قرار می گیرد .

کانی های رسی :
کانیهای رسی معمولا دارای ساختمان بلوری متشکل از دو بخش اساسی یعنی واحد چهاروجهی ٣و واحد هشت وجهی4 هستند. با توجه به نحوه قرار گرفتن این ذرات در کنار هم سه گروه اصلی کانی های رسی یعنی کائولینیت ۵و ایلیت ۶و مونتموریونیت 7پدید می آید. از دیگر کانیهای رسی میتوان ورمیکولیت ، ٨اتاپواگیت ٩و کلریت ١٠را نام برد. 

کائولینیت :
واحدهای ساختمانی این گروه ضخامتی حدود 7 Åدارند ومتشکل از یک لایه چهاروجهی ویک لایه هشت وجهی هستند. شمار زیادی از این لایه ها روی هم قرار می گیرند تا ذراتی به ضخامت

500 ~ 1000Aoتشکیل دهند نسبت قطر به ضخامت حدود ١٠تا ٢٠است.

پیوند بین واحدها از نوع پیوند هیدروژنی بوده، بنابراین شبکه نسبتا مستحکمی پدید می آوردکه به آسانی میتواند از نفوذ آب و شکافته شدن توسط آب جلوگیری به عمل آورد. از اینرو قدرت جذب آب پایینی دارد بنابراین توانایی جمع شدگی و بادکردن این گروه در برابر تغییر درصد آب نیز بسیار پایین است. رنگ کائولینیت سفید است و از آنها در ساخت ضروف چینی استفاده میشود.

ایلیت :
هر واحد ساختمانی ایلیت ضخامتی حدود (10Ao (10–10mدارد که متشکل است از یک هشت وجهی که بین دو لایه چهاروجهی قرارمی گیرد. لایههای ایلیت به وسیله یونهای پتاسیم بهم متصل هستند. هنگامیکه آلومینیوم سه بار مثبت جایگزین سیلیکن چهاربارمثبت درواحد چهاروجهی میشود یک بار منفی خنثی نشده باقی می ماندکه باعث ایجاد بار منفی در سطح رس میگردد. بنابراین یونهای پتاسیم برای برقرارکردن تعادل واز بین بردن کمبود بار با قرار گرفتن بین واحدهای ایلیت با آنها پیوند برقرار می کنند. پیوند یونهای پتاسیم اجازه میدهدکه این واحدها همانند شکل روبروی هم چیده شوند. اما این پیوند ضعیف تر از پیوند هیدروژنی در کائولینیت است. در نتیجه ذرات ایلیت ضخامتی حدودoA 200 ~ 300خواهند داشت و نسبت قطربه ضخامت نیز حدود ٢٠-۵٠است . بنابراین از آنجاییکه هریک از پولکهای رسی تقریباً به مقدار یکسانی در اطراف خود آب جمع میکنند،ایلیت بسیار مستعدتر از کائولینیت در جذب آب و جمع شدگی وباد کردن ظاهرمیشود.

مونت موریونیت :
واحدهای ساختمانی مونتموریونیت (اسمکتیت )بسیار شبیه گروه ایلیت است.با این تفاوت که علاوه بر جانشینی آلومینیوم ٣بار مثبت به جای سیلیکن ۴بار مثبت در واحدهای چهاروجهی بعضی از یون های منیزیم ٢بار مثبت و آهن ٢بار مثبت جایگزین آلومینیوم٣بار مثبت در واحدهای هشت وجهی می شوند. این تغییرات سبب می شود یک شبکه از بارهای منفی که مولکولهای آب وهرکاتیون موجود در شبکه کریستال را جذب می کنند بوجود آید.پیوند مولکول های آب با این گروه بسیار ضعیف تراز پیوند یونی پتاسیم در ایلیت است. از اینرو مونت موریونیت به آسانی شکسته شده وبه ذرات بسیار ریز تقسیم می شود که معمولا ضخامت حدود 10-30Åبا نسبت قطربه ضخامت ۴٠٠-٢٠٠دارند. از جمله ویژگی های این گروه قدرت بالای جذب آب ،جمع شدگی وباد کردن است.

یکی از اعضای خانواده مونتموریونیت ، بنتونیت (گل حفاری) است که خاصیت جذب آب بسیار بالا تا ۶برابر وزن خودش دارد.

سطح ویژه: ١
مقدار سطح جانبی کانیهای رسی در واحد جرم ، سطح ویژه نامیده میشود. از آنجاییکه هرچه نسبت قطر به ضخامت پولکهای رسی بیشتر باشد، سطح ویژه بیشتر خواهد شد، کائولینیت کمترین سطح ویژه و مونتموریونیت بیشترین سطح ویژه را در میان کانیهای رسی اصلی دارد. 

جذب آب :

سطح جانبی کانیهای رسی دارای بار الکتریکی منفی بوده و هنگامی که در تماس مستقیم با آب قرار میگیرد، یون های مثبت مولکول دو قطبی آب را جذب مینمایند. از لحاظ تراکم مولکولی آب در سه لایه در اطراف پولکهای رسی قرار میگیرد. لایه اول که دارای پیوند مولکولی با جداره میباشد، به صورت لایهای نازک و متراکم بوده و لایه جذب شده ٢نامیده میشود. لایه دوم که لایه دوگانه 3خوانده میشود، دارای تراکم مولکولی کمتر و ضخامت بیشتری نسبت به لایه جذب شده میباشد. در اطراف لایه های مذکور نیز آب بهصورت پراکنده قرار دارد.

با توجه به مطالب هرچه مقدار سطح ویژه کانی بیشتر باشد، سطح تماس رس با آب بیشتر خواهد شد و در نتیجه مقدار آب جذب شده در جداره کانی بیشتر خواهد شد. از این نظر از لحاظ مقدار جذب آب مونتموریونیت و کائولیت به ترتیب دارای بیشترین و کمترین مقدار آب جذب شده در بین سه نوع مهم کانیهای رسی هستند.

جزوات دانشگاهی و کنکور