کتاب شناسایی خاک های مسئله دار و روش های بهسازی خاک

• ارائه انواع روش های آزمایشگاهی و تجربی شناسایی خاکی های مسئله دار 
• طراحی و اجرای انواع روشهای بهسازی خاک
• طراحی و اجرای انواع دیوارهای حائل 
• طراحی براساس آیین نامه های داخلی و  FHWA
• شامل مثل های کاربردی و برنامه نویسی با MATLAB

لزوم رعایت مسائل زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی در ساخت و سازهای شهری…

 در سال‌های اخیر، رشد جمعیت و افزایش تقاضا جهت تهیه مسکن و توسعه صنعت ساختمان، با توجه به ساخت و ساز در شهرهای بزرگ، بدون رعایت مسائل زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی، مشکلات فنی و مهندسی زیادی مانند ریزش و یا ترک خوردگی ساختمان‌ها، نشست ناهمگون ساختمان، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی که در نقاط پست می‌تواند به دلیل ایجاد تورم ساختگاه مشکلاتی برای پی ساختمان‌ها به‌وجود آورد را به همراه داشته باشند.

♦ خاک‌های مسئله دار چه نوع خاک‌هایی هستند؟

در سال‌های اخیر رشد جمعیت و توسعه شهرنشینی سبب افزایش ساخت‌وساز در شهرها شده است. خاک‌های مسئله‌دار، خاک‌هایی هستند که در پروژه‌های عمرانی مشکلات فنی و مهندسی زیادی در حین ساخت یا هنگام بهره‌برداری آن، همچون ریزش و یا ترک خوردگی ساختمان‌ها، نشست ناهمگون را برای پی ساختمان‌ها می‌تواند به‌وجود آورد که نتیجه آن، تخریب موضعی و یا از بین رفتن کل سازه می‌باشد.

این خاک‌ها دارای خصوصیاتی مانند ظرفیت باربری کم و مقاومت برشی پایین هستند. عدم بهسازی خاک‌های مسئله‌دار می‌تواند سبب آسیب دیدن سازه‌های موجود روی آن‌ها مانند روسازی راه‌ها، فرودگاه‌ها، ساختمان‌های بلندمرتبه و … شود. برخی از انواع مهم خاک‌های مسئله‌دار شامل خاک‌های رمبنده، خاک‌های واگرا، خاک‌های روانگرا و خاک‌های متورم‌شونده می‌باشد که در ادامه به آن‌ها پرداخته خواهد شد.

♦ انواع خاک‌های مسئله دار :

• خاک‌های رمبنده:

معمولاً ساختاری باز داشته و پیوند بین ذرات آن ضعیف می‌باشد. این خاک‌ها در شرایط آب و هوایی خشک، مستعد کاهش حجم چشم‌گیر در هنگام اشباع شدن هستند.

نشست‌ خاک‌های رمبنده در اثر اشباع شدن به کاهش ظرفیت باربری خاک‌های بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک منجر می‌شود. پراکندگی خاک‌های رمبنده شامل بسیاری از نقاط ایران از جمله شمال شرق، بخش قابل توجهی از جنوب (یزد، کرمان، سیستان و بلوچستان)، اطراف تهران (ورامین) و زنجان می‌باشد.

• پدیده روانگرایی:

خاک‌ها یکی از مشکلاتی است که در ساخت سازه‌های مختلف بر روی خاک‌های ماسه‌ای اشباع یا نزدیک به اشباع و همچنین خاک‌های دارای ثبات کم مانند لای، ماسه بسیار سست و بدون چسبندگی و خاک‌های رس بسیار حساس، رخ می‌دهد.

اگر یک توده ماسه اشباع شل تحت لرزش‌های شدید ناشی از زلزله قرار گیرد، تمایل به تراکم و کاهش حجم خواهد داشت. اگر امکان زهکشی سریع این نهشته وجود نداشته باشد، امکان کاهش حجم فوری خاک وجود نداشته و در نتیجه فشار آب حفره‌ای سریعا افزایش خواهد یافت.

با افزایش نوسانات، افزایش فشار آب حفره‌ای به حدی می‌رسد که با فشار سربار برابر شده و در نتیجه تنش موثر صفر می‌شود. از آنجایی‌که مقاومت برشی خاک‌های غیر چسبنده نسبت مستقیم با تنش موثر دارد، توده ماسه هیچگونه مقاومت برشی نداشته و در حالت آبگونگی قرار می‌گیرد.

• خاک‌های واگرا:

خاک‌های ریزدانه خاصی هستند که به محض تماس با آب، به سرعت شسته می‌شوند. استفاده از این نوع خاک تا کنون منجر به خرابی‌های زیادی در سدهای خاکی و خاکریزها شده است.

این خاک‌ها (که عموماً از نوع رس بوده) در صورت قرار گرفتن در معرض جریان آب، به سهولت شسته شده و فرسایش می‌یابند. در این گونه خاک‌ها با جریان یافتن آب در ترک‌های خاک، ذرات رس در آب معلق شده و فرسایش می‌یابند. یون سدیم قابل تعویض خاک، عامل اصلی ایجاد واگرایی در خاک‌های رسی می‌باشند.

در این‌گونه خاک‌های ریزدانه ابتدا کانی‌های رسی در مجاورت آب دچار جداشدگی شده و ترک‌های ریزی در پیکره کانی‌های رسی مجتمع ایجاد می‌شود. سپس با جریان یافتن آب به داخل این شکاف‌های ریز فرسایش مکانیکی نیز ایجاد می‌گردد.

در مراحل بعدی با گسترش این شکاف‌ها آب شستگی یا رگاب و نهایتاً موجب فرسایش شدید و تخریب سازه می‌گردد. بدین‌ترتیب واگرایی را می‌توان یک پدیده فیزیکی-شیمیایی دانست که در آن عواملی مانند نوع کانی‌های تشکیل دهنده خاک‌های رسی، نوع و غلظت نمک‌های محلول در آب منفذی موثر، خصوصیات شیمیایی آب و دیگر عوامل موثر می‌باشد.

• خاک‌های تورم‌پذیر:

خاک‌هایی هستند که در اثر افزایش رطوبت، تغییر حجم افزایشی قابل توجهی از خود بروز می‌دهند. فشار ناشی از تورم خاک‌ها می‌تواند موجب خرابی کامل ساختمان‌های سبک و پوشش کانال‌های آبیاری و کف‌سازی‌ها شود.

در واقع این خاک‌ها در جهت کاملاً مخالف با فرایند تحکیم عمل می‌کنند، یعنی به‌جای از دست دادن آب و کاهش حجم، آب را جذب کرده و افزایش حجم پیدا می‌کنند. عوامل متعددی از جمله رطوبت، نسبت تخلخل اولیه، نوع کانی‌های رسی، واحدهای درشت ساختاری و همینطور سربار موجود، در پتانسیل تورمی یک خاک متورم شونده نقش دارند.

تغییر حجم این گونه خاک‌ها عمدتاً تحت تاثیر مقدار و نوع کانی‌های رسی قرار دارد، به‌ طوری که تغییر حجم در مقیاس‌های زیاد همواره با وجود مقادیر بسیار زیادی از رس‌های فعال همراه می‌باشد. وقتی‌که این خاک‌ها در اثر کاهش رطوبت خشک می‌شوند، پدیده انقباض روی داده و افزایش رطوبت بعدی موجب تورم آن‌ها و در نتیجه جذب آب حفره‌ای می‌گردد.

♦ کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک حاضر شامل چهار فصل به شرح زیر می‌باشد:

در فصل اول مقدمه‌ای بر شناسایی خاک‌های مسئله‌دار و اهداف استفاده از بهسازی خاک تشریح شده است.

در فصل دوم روش‌های شناسایی خاک‌های مسئله‌دار با استفاده از روابط تجربی و آزمایشگاهی بیان گردیده است.

فصل سوم شامل کلیه نکات اجرایی، طراحی و چگونگی انجام روش‌های پرکاربرد بهسازی خاک می‌باشد.

در فصل چهارم نیز به بررسی استفاده از دیوارهای حائل در سازه‌ها و نکات اجرایی و طراحی آن‌ها پرداخته شده است.

در ضمن مسائلی حل شده به روش عددی و همراه با کدنویسی روش طراحی در برنامه MATLAB به انتهای هر بخش از مطالب کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک جهت استفاده مهندسین گرامی آورده شده است.

♦ لزوم بهسازی خاک :

در اکثر پروژه‌های عمرانی با انواع خاک‌ها و با مشخصات فنی متفاوت مواجه می‌شویم که بسیاری از این خاک‌ها جهت احداث سازه‌هایی با اهمیت زیاد مانند راهسازی، تونل و…  نیازمند بهسازی می‌باشند.

از این‌رو این نوع خاک‌ها جهت آمادگی برای ساخت و ساز نیازمند بهسازی می‌باشند. در واقع بازسازی کنترل‌ شده خاک درجا برای استفاده مجدد در یک ساختار جدید ژئوتکنیکی و یا بهبود وضعیت ساختار فعلی، از جمله اهداف بهسازی می‌باشد. بهسازی خاک، اصلاح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی یک خاک جهت تامین یک رشته اهداف از پیش تعیین‌شده می‌باشد.

جهت بهسازی خاک روش‌های گوناگونی بر اساس خاک منطقه مورد مطالعه پیشنهاد شده که می‌توان به تراکم سطحی، تراکم دینامیکی، روش‌های ارتعاشی عمیق، اختلاط عمیق، تزریق در خاک، استفاده از ریزشمع‌ها، الکترواسمزی، انجماد، خاک مسلح، انفجار و افزودن انواع مواد از قبیل: سیمان، نانو، پلیمر، قیر وافزودنی‌های شیمیایی نوین و سایر افزودنی‌ها اشاره نمود که انتخاب هریک از این روش‌ها بستگی به عوامل متعددی از جمله نوع خاک، درصد ریزدانه، مساحت و عمق بهسازی، مقاومت و تراکم‌پذیری خاک مورد مطالعه، نوع تجهیزات، مصالح و هزینه بهسازی دارد.

♦ هدف از بهسازی خاک چیست؟

هدف از بهسازی زمین افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست‌پذیری خاک‌های طبیعی و خاکریزهای مصنوعی در برابر بارهای وارده و کاهش نفوذپذیری آن‌هاست. به‌طورکلی روش‌های گوناگون بهسازی در مناطق مختلف با اهداف بهبود کیفی زمین، علاج بخشی خاک‌های مسئله‌دار، پایدارسازی، حفاری‌ها، کنترل آب زیرزمینی و کنترل آلودگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

♦ دیوار حایل چست و چه کاربردی دارد؟

دیوار حایل، دیواری است که فشار ناشی از وضعیت موجود در اختلاف تراز به وجود آمده به علت خاکریزی، خاکبرداری و یا عوامل طبیعی را به صورت پایدار حفظ نماید. دیوار سیل‌بند دیواری است که علاوه بر آن، وظیفه محافظت منطقه‌ای را از ورود سیلاب به آن، برعهده دارد.

به علاوه دیوارهای ساحلی نیز وجود دارند که وظیفه آن‌ها محافظت منطقه ساحلی از خسارات ناشی از ضربه امواج و بالا آمدن آب دریا در حین طوفان است. سطح دیوارهای ساحلی دارای هندسه و انحنای خاصی برای استهلاک انرژی امواج برخوردکننده است. اختلاف عمده دیوارهای حایل معمولی با دیوارهای سیل‌بند و یا ساحلی، وجود آب در دو مورد اخیر به عنوان عامل فرسایش دهنده و ایجاد کننده اضافه فشار خارجی است.

♦ انواع دیوار حائل کدامند؟

به‌طورکلی، انواع دیوارهای حائل شامل: دیوار حائل وزنی، دیوارهای گابیونی، دیوارهای گهواره‌ای، دیوار حائل مخزنی، دیوار حائل طره‌ای، دیوار حائل طره‌ای پشت‌ بنددار، دیوارهای حائل طبقه‌ای، دیوارهای حائل نیمه وزنی و … می‌باشد. 

♦ موضوعاتی که در کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک به آن‌ها می‌پردازد شامل:

فصل اول کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک / کلیات

فصل دوم کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک / شناسایی خاک‌های مسئله‌دار

فصل سوم کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک / روش‌های بهسازی خاک

فصل چهارم کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک / دیوارهای حائل