جزوه مکانیک خاک

توضیحات

جزوه مکانیک خاک

روابط حجمی و وزنی :
اجزای تشکیل دهنده هر خاک نیمه اشباع عبارتند از ذرات جامد خاک ، آب و هوا . شکل زیر مدلی از قسمتهای مختلف تشکیل دهنده خاک را نشان می دهد :

با توجه به شکل بالا می توان روابط زیر را تعریف نمود:
– درصد رطوبت : نسبت وزن آب به وزن دانه های جامد خاک را درصد آب یا میزان رطوبت می گویند ، که به درصد بیان می شود:

-درجه اشباع : نسبت حجم آب داخل نمونه خاک به حجم کل فضای خالی خاک

برای خاکهای اشباع Sr =1وبرای خاکهای خشک S=0

– درصد تخلخل یا نشانه خلا : نسبت حجم فضای خالی خاک به حجم ذرات جامد خاک.

– درجه پوکی : نسبت حجم فضای خالی خاک به حجم کل خاک.

– درصد هوا : نسبت حجم هوا به حجم کل خاک

– جرم مخصوص ظاهری : جرم واحد حجم خاک

– چگالی دانه های جامد خاک : نسبت وزن مخصوص خاک به وزن مخصوص آب.

در جدول چگالی ذرات جامد خاکهای مختلف آورده شده است :

مقادیر eو ، Gsبرای یک نمونه خاک تا وقتی که تراکمی روی آن انجام نگیرد ، ثابت می ماند و به میزان رطوبت و درجه اشباعی آن بستگی ندارد.
بدیهی است هرگاه در مسائلی رطوبت ،نشانه خلاء ،درجه اشباعی ،درصد هوا و … به درصد بیان گردد ، در روابط فوق باید حتماً به همان صورت اعشاری جایگذاری شود .
–تراکم نسبی:
درجه تراکم خاکهای غیرچسبنده معمولاً بر حسب نسبت تخلخل آنها در مقایسه با نسبت تخلخل حداقل و حداکثر بیان می شود وبصورت زیر محاسبه می شود :

xنسبت تخلخل حداکثر یعنی وقتی که ذرات در پایین ترین حد تراکم قرار گرفته اند
 emin=نسبت تخلخل حداقل یعنی وقتی که ذرات در بالاترین حد تراکم قرار گرفته اند.
 e=نسبت تخلخل توده خاک یعنی وقتی که ذرات در حالت طبیعی قرارگرفته اند .
γd max=وزن واحد حجم خشک خاک در متراکم ترین حالت
γd min=وزن واحد حجم خشک خاک در سست ترین حالت
γd=وزن واحد حجم خشک خاک در حالت طبیعی

طبقه بندی خاکها بر اساس مقدار تراکم نسبی در جدول زیر آورده شده است:

برای تعیین نسبت تخلخل در متراکم ترین حالت آن ، مقداری ماسه را که قبلاً در کوره الکتریکی کاملا خشک شده باشد انتخاب وبصورت لایه هایی در یک قوطی به حجم و وزن معین می ریزیم . در هر لایه باید با ایجاد ارتعاش و ضربه سعی نمود که توده ماسه را به حداکثر تراکم رسانید. پس از پر شدن ظرف از ماسه وزن آ نرا دقیقا تعیین و پس از کاستن وزن ظرف به حجم آن تقسیم می نماییم ، رقم حاصل وزن واحد حجم خشک γd ماسه را نشان می دهد.

برای تعیین نسبت تخلخل در حالت حداقل تراکم نیز از همان ظرف فوق الذکر استفاده می کنیم ودر اینحالت ماسه را با یک قیف به آهستگی بداخل ظرف میریزیم در این حالت باید دقت شود که هیچگونه ضربه یا ارتعاشی به ظرف وارد نشود.پس از پر شدن ظرف مانند حالت قبل وزن واحد حجم آن تعیین واز همان رابطه فوق نسبت تخلخل آن محاسبه می گردد.
به عنوان مثال برای ماسه غیر متراکم سست مقدار تراکم نسبی بسیار کوچک است درحالیکه برای ماسه متراکم این مقدار بسیار بزرگ است . مقادیر تیپ تخلخل حداکثر و حداقل در جدول آورده شده است

عدد فعالیت اکتیویته :اکتیویته خاک به صورت زیر تعریف میشود:

که در آن درصد رس به نسبت وزنی ذرات خاک کوچکتر از ٢میکرون اطلاق میگردد. اکتیویته کانیهای مهم رسی در محدوده اعداد مندرج در جدول میباشد.

خاکهای مشکل ساز:
برخی از خاکها در کارهای مهندسی مشکل آفرین هستند. مهمترین خاکهای مسأله ساز عبارتند از:
الف خاکهای منبسط شونده، ب خاکهای فروریزنده ،ج رسهای سریع یا حساس ،د خاکهای مستعد روانگرایی
خاکهای منبسط شونده :
این خاکها جزء گروه خاکهای رسی بوده و معمولاً 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 مونتموریونیت هستند که با آبگیری متورم شده و بر اثر از دست دادن آب منقبض میشود. به جز مکانیسم هیدراتاسیون آبگیری یونها، مکانیسم دیگری که طی آن
آب وارد فضای بین لایههای ظریف رسی میشود ناشی از وجود اختلاف فشار اسمزی مابین آب واقع در بین لایههای رسی و آب موجود در منافذ خاک است. به استثنای حالتی که آب حاوی مقدار زیادی نمکهای محلول است، در بقیه موارد غلظت املاح موجود در آب بین لایه های رس و آب موجود در منافذ خاک تا حدی با هم متفاوت است. در اینجا آب سعی میکند با رفتن به فضای بین لایه ها میشود.

در چنین حالتی رس متورم شده و بر حجمش افزوده میشود. زمانی که رس مونتموریونیتی خشک میشود، کشش موئینه در آن افزایش مییابد، که نتیجه آن ایجاد یک حالت مکش در خاک است.

در صورتی که خاک به اندازه کافی خشک شود فشار موئینه منافذش بر اثر فشار اسمزی آن فزونی خواهد گرفت و به این ترتیب آب در حد فاصل بین لایه های رس را ترک میکند و در نتیجه خاک منقبض میشود. با توجه به مطالب فوق در رسهای مونتموریونیتی چرخه های خشک و مرطوب شدن، تغییرات متفاوت حجم را به همراه دارد که همین فرآیند عامل اصلی خسارت ناشی از این موارد است.
خاکهای فروریزنده :
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 حشک یافت میشوند و مانند خاکهای منبسط شونده، تا زمانی که رطوبت خاک تغییر نکند، مشکلی برای سازه ها ایجاد نمیکنند. خاکهای فروریزنده اغلب مصالحی در حد ماسه، لای و رس هستند که در محیط های خشک در پای دامنه کوهها بر جای گذارده شده اند.

این خاکها که به صورتی نیمه پایدار ته نشین شده اند، بر اثر آبگیری و اشباع به صورت ناپایدار در می آیند. به نظر میرسد که ساخت خاک در حالت نیمه اشباع، به علت کشش سطحی آبی که در محل تماس بین ذرات قرار دارد، پابرجاست. بر اثر آبگیری و اشباع خاک منافذ از آب پر شده و کشش سطحی صفر میشود و خاک فرو میریزد.