بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه به بررسی وضعیت تورمپذیري خاك شهر اردکان با استفاده از روشهاي زمین شناسی مهندسی پرداخته شد. در این روش منطقه مورد نظر با استفاده از تصاویر ماهوارهاي، نقشههاي زمین شناسی ناحیه و مطالعات قبلی صورت گرفته از نظر بافت، نوع املاح، آثار وشواهد سطحی پدیده تورم، وضعیت اقلیمی و مورفولوژیکی موثر بر پدیده تورم مورد مطالعه قرار گرفت، و در نهایت مناطقی که از نظر کیفی احتمال وجود پتانسیل تورم در آنها بیشتر بود شناسایی شد. بر این اساس سمت غرب شهر اردکان به عنوان مناطقی با پتانسیل تورم بیشتر معرفی شدند. نتایج این مطالعه برروي نقشه شهر اردکان نمایش داده شدهاست.
1 مقدمه
خواص مکانیکی اغلب خاكها با افزایش درصد رطوبت و درجه اشباع شدگی تغییر میکند. این پدیده براي اغلب مهندسان ژئوتکنیک شناخته شده است. ولی در برخی از خاكها بر اثر افزایش درصد رطوبت پدیده-هاي ویژهاي روي میدهد که بعضاً منجر به خسارت عمده در پروژههاي عمرانی میشود. که تحت عنوان خاك-هاي مسئله دار شناسایی میشوند - عسکري و فاخر،. - 1372 خاكهاي متورم شونده یکی از انواع خاك مسئلهدار است که مخلوطی از کانیهاي رسی و غیر رسیاند. مشخصات ژئوتکنیکی این خاكها توسط بخش رسی آنها کنترل میشود. این گروه از خاكها داراي مقدار قابل توجهی کانی مونتموریلونیت هستند که با آبگیري متورم شده و بر اثر از دست دادن آب منقبض میشوند.
این خاكها همه ساله خسارات هنگفتی را به سازهها و پی سازهها وارد میکند به طوري که خسارات ناشی از خاك متورم شونده در آمریکا سالانه هفت بیلیون دلار برآورد میشود که تقریًبا دوبرابر خسارات ناشی از سیل، طوفان و زلزله است - دهقان، . - 1384 به دلیل اهمیت وجود خاکهاي تورم پذیر و اثر آنها برروي سازههاي عمرانی مخصوصاً در پروژههاي بزرگ در این مطالعه به شناسایی خاكهاي متورم شونده با استفاده از روشهاي زمینشناسی مهندسی اقدام نمودیم. این نوع بررسیها میتواند دید کلی نسبت به وضعیت منطقه از نظر وجود خاكهاي تورم پذیر را ارائه کند.
2 مکانیسم تورم پذیري در خاكهاي رسی
وجود کانی مونتموریلونیت در خاك مهمترین عامل تورم پذیري خاك است. ساختمان کانی مونتموریلونیت از سه ورقه بسیار ظریف تشکیل شده است. به این ترتیب که در وسط ورقهاي از هشت وجهیها و در دوسوي آن ورقه اي متشکل از چهار وجهیهاي قرار گرفته است. هر هشت وجهی متشکل از یونهاي OH است که یک یون آلومینیوم را در برگرفتهاند و هر چهار وجهی از یک سیلیسیم در مرکز و چهار اکسیژن در اطراف تشکیل شده است. شبکه بلورین کانی مونتموریلونیت از قرارگیري تعداد زیادي از این لایه هاي ظریف در کنارهم ایجاد می شوند. پیوند این لایه ها بسیار ضعیف است و توسط اکسیژن برقرار میشود. این ساختمان ویژه مونتموریلونیت را قادر میسازد که مقدار زیادي آب یا مولکول-هاي قطبی دیگر را بین لایههاي خود جذب کند.
جذب آب در فضاي بین ورقهها بر اثر دو مکانیسم متفاوت صورت میگیرد. از یکطرف آب، که یک مولکول قطبی است، همواره تمایل دارد خود را با توجه به بار اتم و مولکولهاي اطرافش، جهتیابی نماید، که نتیجه آن هیدراتاسیون - آبگیري - یونهاست. به این ترتیب که در سطح یک ذره رس، اتم اکسیژن موجود در هر یک از چهاروجهیها، انتهاي مثبت مولکول آب را جذب میکند. به رطوبتی که به این نحو در سطح ذرات ایجاد میشود آب جذب شده یا آب جامد گفته میشود.
مکانیسم دیگري که طی آن آب وارد فضاي بین لایههاي ظریف رسی میشود ناشی از وجود اختلاف اسمزي بین آب واقع در بین لایههاي رسی و آب موجود در منافذ خاك است. به استثناي حالتی که آب حاوي نمکهاي محلول است، در بقیه موارد غلظت املاح موجود در بین لایههاي رس و آب موجود در منافذ خاك تا حدي با هم متفاوت است. در این حالت آب سعی میکند با رفتن به فضاي بین لایهها غلظت را متعادل کند و چون پیوند بین لایهها در کانی مونتموریلونیت بسیار ضعیف است، در نتیجه فشار اسمزي بر پیوند لایههاي رس غلبه کرده و آب وارد فضاي بین لایهها میشود. در چنین حالتی رس متورم شده و بر حجمش افزوده میشود - معماریان،. - 1384
3 روشهاي شناسایی
روشهاي مختلفی براي شناسایی خاك متورم شونده وجود دارد. یکی از مهمترین و کم هزینهترین روشها، شناسایی ظاهري و بررسیهاي صحرایی است. اهمیت این روش به حدي است که بدون انجام دقیق آن امکان نتیجهگیري غلط از نتایج آزمونهاي آزمایشگاهی وجود دارد. پس از شناسایی ظاهري خاك ضروريترین مرحله ارزیابی مستقیم پتانسیل تورم است. در این مطالعه به منظور شناسایی مناطق داراي پتانسیل تورم - خاك متورم شونده - از اطلاعات مربوط به عوامل زمین شناسی، اقلیمی، مورفولوژیکی و شواهد صحرایی استفاده شد. با استفاده از این روش، محدوده گسترش خاكهاي متورم شونده به طور مقدماتی و نسبی و در مقیاس ناحیهاي شناسایی میشوند. مراحل این روش شامل :
1-3 شناسایی خاكهاي ریزدانه در منطقه
پدیده تورم مربوط به کانیهاي رسی است. پس لازم است در ابتداي امر به شناسایی خاكهاي رسی و گسترش آنها اقدام شود. سپس مطالعات بعدي روي این لایههاي رسی انجام شود.
2-3 شناسایی منابع یون سدیم در منطقه
حضور یون سدیم درساختارکانی هاي رسی به عنوان یکی از عوامل اصلی موثر بر پدیده تورم مطرح است. با توجه به قدرت تبادل یونی پایین سدیم نسبت به سایر کاتیونها، لازمه حضور این یون در ساختار رسها، غلظت بالاي آن در محیط میباشد. منابع یون سدیم در یک منطقه میتواند شامل سنگهاي رسوبی حاوي نمک، سنگهاي آذرین سدیم دار یا آبهاي سطحی و زیر زمینی غنی از سدیم باشد - عسکري و سهرابی، . - 1379 در صورتی که کانیهاي خاك از نوع مافیک - سرشار از آهن و منیزیم - باشد و تحت شرایط هوازدگی قرار گیرند مقادیر زیادي سدیم و پتاسیم وارد خاك میشود - برزگر،.
3-3 بررسی وضعیت اقلیم منطقه
میزان املاح موجود در خاکها در شرایط اقلیمی مختلف، متفاوت است. در مناطق پر باران املاح خاك شسته میشوند. شسته شدن املاح خاك سبب تشکیل کانیهاي رسی غیر فعال و کاهش پتانسیل تورم خاك می-شود . همچنین در مناطق خشک امکان تشکیل کانی مونتموریلونیت که کانی موثر در پدیده تورم است بیشتر میباشد - عسکري و سهرابی، . - 1379 مناطقی که داراي دورههاي خشک طولانی و بعد از آن دورههاي آب و هوایی مرطوب هستند استعداد تورم پذیري بیشتري دارند.
4-3 بررسی تركخوردگی زمین درمنطقه
تورم و انقباض لازم و ملزوم یکدیگراند و با کاهش رطوبت تركهاي بزرگ در سطح خاك بوجود میآید. تركها در الگوي منظم، عریض و عمیق و به فواصل منظم هستند.
5-3 الگوي طبیعی زهکشی
ویژگی مناطق با خاك متورمشونده، عدم وجود الگوي منظم زهکشی است. زیرا جذب آب در این خاكها در حالت خشک به سبب تركهاي انقباضی بسیار زیاد است. اما به محض اینکه قدري رطوبت جذب کنند بسته شده و نفوذپذیري آنها کم میشود وآب سطحی بدون الگوي منظم براه میافتد. البته باید به اثر توپوگرافی در این موارد توجه شود.
