پاورپوینت ساختمان خاک

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

ساختمان خاک

منظور از ساختمان خاک، آرایش هندسی ذرات خاک نسبت به یکدیگر است. پارامترهای زیادی از قبیل شکل، اندازه و ترکیب معدنی ذرات خاک، طبیعت و ترکیب آب خاک بر روی آن اثر می گذارند. در حالت کلی خاک ها را می توان در دو گروه: غیرچسبنده و چسبنده تقسیم بندی کرد.

ساختمان خاک های غیرچسبنده
به طور کلی ساختمان خاک های غیرچسبنده را می توان در دو گروه: دانه ای و لانه زنبوری (شش گوشه، مشبک) تقسیم بندی کرد. مطابق شکل زیر در ساختمان دانه ای ذرات خاک در تماس با ذرات مجاور خود در یک موقعیت ثابت هستند. شکل و اندازه توزیع ذرات خاک و موقعیت نسبی آن ها بر روی تراکم ذرات خاک تاثیر گذاشته، بنابراین محدوده تغییرات نسبت تخلخل زیاد خواهد بود.

اسلاید 2 :

در بررسی های آزمایشگاهی، آرایش های مختلفی برای ساختمان دانه ای خاک های غیرچسبنده نظیر، متناوب دوبل و متناوب منفرد ارائه شده است. مک گری (1961) با انجام آزمایشاتی، از طریق رسوب گذاری کره های فلزی هم اندازه، نسبت تخلخل متوسط حداقل را در حدود 0/6 به دست آورد. در آزمایشات او حدود 20% کره ها آرایش دوبل (e=0.43) و 80% آن ها آرایش منفرد (e=0.65) داشتند.

اسلاید 3 :

خاک های طبیعی متفاوت از کره های هم اندازه هستند چراکه نه اندازه ذرات آن ها با هم برابر است و نه شکل آن ها کره ای می باشد. در خاک های طبیعی ذرات ریزتر در فضای خالی ذرات درشتر قرار گرفته، بنابراین نسبت تخلخل خاک طبیعی کمتر از کره های برابر است. از طرفی نامنظم بودن شکل ذرات سبب افزایش نسبت تخلخل خواهد شد. با توجه به نکات فوق، محدوده ی تغییرات نسبت تخلخل در خاک های طبیعی، مشابه با کره های هم اندازه است.

در ساختمان لانه زنبوری، کمان های کوچک ذرات نسبتا ریز ماسه و سیلت تشکیل حلقه هایی را می دهند. نسبت تخلخل خاک هایی که دارای آرایش لانه زنبوری هستند، بزرگ می باشد و توانایی تحمل یک بار ساکن معمولی را دارند. اما تحت بارهای سنگین و یا ضربه، ساختمان آن شکسته و فرو می ریزند. شکل زیر آرایش ذرات در ساختمان لانه زنبوری را نشان می دهد.

اسلاید 4 :

ساختمان خاک های چسبنده
به منظور آشنایی با ساختمان خاک های چسبنده، شناخت نیروهای بین ذرات رس معلق در داخل آب از اهمیت ویژه ای برخوردار است. قبلا در مورد بار منفی سطح ذرات رس و لایه دوبل انتشار یافته در اطراف آن توضیح داده شد. هنگامیکه دو ذره رس در یک مخلوط به یکدیگر نزدیک می شوند، تمایل به رسوخ لایه های دوبل انتشار یافته در اطراف آن ها، منجر به دافعه بین ذرات می شود. در همین شرایط، نیروی جاذبه ناشی از پیوندهای واندروالسی بین ذرات بوجود می آید که مستقل از خصوصیات آب است. هر دو نیروی جاذبه و دافعه با کاهش فاصله بین ذرات کاهش می یابد، اما نرخ تغییرات آن ها متفاوت است. هنگامیکه فضای بین ذرات خیلی کوچک است، نیروی جاذبه بین ذرات بزرگتر از نیروی دافعه است. این نیروها مرتبط با کلوئیدها می باشد.

هنگامیکه ذرات رس به یکدیگر خیلی نزدیک می شوند، بارهای مثبت سطح ذرات توسط بارهای منفی سطح ذرات جذب می شوند.

رفتار رس در داخل یک مخلوط رقیق را درنظر بگیرید. با شروع پخش ذرات رس در داخل آب، ابتدا ذرات یکدیگر را دفع می کنند. در شرایطی که فضای بین ذرات بزرگ است نیروی دافعه قوی تر از نیروی جاذبه بین ذرات است. نیروی ناشی از شتاب ثقل بر روی هر ذره ناچیز است. ذرات منفرد ممکن است با سرعت بسیار ناچیزی ته نشین شوند یا در مخلوط به صورت معلق به دلیل حرکت برونی (حرکت زیگزاگ تصادفی ذرات کلوئیدی در داخل مخلوط) باقی بمانند. ذرات منفرد ته نشین شده نیز دارای ساختار پراکنده هستند و آرایش ذرات در کنار یکدیگر بیشتر به صورت جهت دار بوده و کمتر موازی یکدیگر هستند.

اسلاید 5 :

اگر ذرات رس در حین انتشار در داخل آب دارای حرکت نامنظم باشند، ممکن است ذرات در اثر تماس (گوشه با سطوح) با یکدیگر تشکیل توده هایی را بدهند که قابل روئیت هستند. در این شرایط ذرات توسط نیروی جاذبه الکترواستاتیکی ناشی از بارهای مثبت گوشه ها و بارهای منفی سطوح در کنار یکدیگر نگه داشته می شوند. به این تجمع ذرات فولوکولاسیون گویند. هنگامیکه این توده ها بزرگ می شوند، در اثر نیروی ثقل ته نشین می شوند. ذرات ته نشین شده در این شرایط دارای یک ساختار فولوکوله هستند.

هنگامیکه نمک به مخلوط آب و خاک رس اضافه می شود، یون ها سبب متلاشی شدن لایه دوبل اطراف ذرات خواهد شد و نیروی دافعه بین ذرات کاهش خواهد یافت. ذرات رس جذب یکدیگر شده و تشکیل توده هایی را داده و ته نشین خواهند شد.

رس هایی که دارای ساختمان فلوکوله هستند، سبک بوده و نسبت تخلخل آن ها بالاست. رس های ته نشین شده در دریاها به شدت فولوکوله هستند. بیشتر رسوبات ته نشین شده در آب شیرین کن ها نیز دارای ساختمانی بینابینی (بین پراکنده و فولوکوله) هستند.
شکل اسلاید بعد ساختار پراکنده، فولوکوله بدون نمک و فولوکوله با نمک را نشان می دهد.

اسلاید 7 :

در طبیعت کانی های رس معدنی خالص به ندرت یافت می شود. هنگامیکه خاکی حاوی 50% ذرات با اندازه 0/002 میلیمتر و یا کوچکتر باشد، اصطلاحا رس نامیده می شود. مطالعات انجام شده توسط محققین مختلف و با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی نشان داده اند که ذرات رس منفرد تمایل به تشکیل توده یا فولوکوله شدن در اندازه های بسیار ریز دارند. این واحد ها domain نامیده می شوند. Domain ها با یکدیگر تشکیل گروه داده، که این گروه ها cluster نامیده می شود. Cluster ها را با استفاده از میکروسکوپ های ضعیف می توان دید. این گروه ها در ابتدا توسط نیروهای بین ذرات ساخته می شوند. Cluster ها یکی یکی، تشکیل گروه داده، ped ها را تشکیل می دهند.

Ped ها را می توان بدون میکروسکوپ رویت کرد. گروه های ped با چشم غیرمسلح قابل رویت بوده و همراه با اتصالات و شکاف هایی هستند. همان طور که مشخص است خاک های چسبنده دارای ساختار پیچیده ای هستند. ساختارهای بزرگ از دیدگاه مهندسی مهم هستند و ساختارهای ریز به لحاظ پایه ای دارای اهمیت می باشند. شکل زیر ساختار مختلف خاک را نشان می دهد.

اسلاید 8 :

طبقه بندی خاک
خاک های مختلف با خصوصیات مشابه را می توان براساس رفتار مهندسی آن ها در گروه و زیرگروه ها طبقه بندی کرد. سیستم های طبقه بندی با یک زبان ساده و به طور مختصر، ویژه گی های کلی خاک ها را که به طور نامحدودی تغییر می کنند، بدون توضیحات جزئی بیان می کنند. بیشتر سیستم های طبقه بندی که برای کارهای مهندسی استفاده می شوند، از شاخص های ساده ای مثل منحنی دانه بندی و خمیرایی استفاده می کنند. اگرچه چندین سیستم طبقه بندی در حال حاضر استفاده می شود، اما هیچکدام را نمی توان به طور قطع برای هر خاکی و با هر کاربردی استفاده کرد، زیرا محدوده تغییرات خصوصیات خاک ها بسیار وسیع است.

به طور کلی، سیستم های طبقه بندی ارائه شده در گذشته را می توان در دو گروه کلی دسته بندی کرد.

1- سیستم طبقه بندی بافتی که مبتنی بر درصد توزیع اندازه ذرات ماسه، سیلت و رس در یک خاک مشخص است.

2- دسته دوم مبتنی بر رفتار مهندسی خاک است که برای آن، منحنی دانه بندی ذرات و خمیرایی خاک (یعنی حد مایع و شاخص خمیرایی) در نظر گرفته می شود. براین اساس دو سیستم طبقه بندی زیر به طور وسیعی استفاده می شوند:

الف: سیستم آشتو AASHTO (بیشتر در راهسازی استفاده می شود)

ب: سیستم متحد Unified (بیشتر در کارهای ژئوتکنیک استفاده می شود)

اسلاید 9 :

1- طبقه بندی بافتی

در یک نگاه کلی، بافت خاک اشاره به ظاهر سطح خاک دارد و متاثر از اندازه درصد ذرات منفرد خاک در آن است. همانطور که قبلا بیان شد، خاک ها را براساس اندازه به چهار گروه، شن، ماسه، سیلت و رس طبقه بندی می کنند. در بیشتر موارد، خاک های طبیعی شامل ترکیبی از چندین گروه اندازه ذرات هستند. سیستم های طبقه بندی بافتی مختلفی وجود دارد که در اینجا، سیستم طبقه بندی بافتی دپارتمان کشاورزی U S (USDA) معرفی می گردد. این سیستم مبتنی بر محدوده اندازه ذرات زیر است:

ماسه: ذرات با قطر بین 2 تا 0/05 میلیمتر
سیلت: ذرات با قطر بین 0/05 تا 0/002 میلیمتر
رس: ذرات با قطر کمتر از 0/002 میلیمتر

برای مثال خاک A را در نظر بگیرید که 30% ماسه، 40% سیلت و 30% رس داشته باشد. برای طبقه بندی بافتنی خاک، ابتدا اعداد 30، 40 و 30% را روی اضلاع مثلث بافت خاک مشخص کرده، این اعداد روی خطوط آبی امتداد داده تا در نهایت به یک نقطه برسند. ناحیه ای که این نقطه در آن واقع شده، بافت خاک را نشان می دهد. منحنی اسلاید بعد که مربوط به روش USDA است فقط مبتنی به درصد خاک عبوری از الک شماره 10 است. بنابراین اگر توزیع اندازه ذرات خاک طوری باشد که درصدی از ذرات خاک، قطر بزرگتر از 2 میلیمتر داشته باشد، باید محاسبات را تصحیح کرد. برای مثال خاک B دارای 20% شن، 10% ماسه، 30% سیلت و 40% رس است، محاسبات مربوط به تعیین بافت خاک مطابق اسلاید بعد تصحیح می گردد:

اسلاید 10 :

براساس درصدهای اصلاح شده بافت خاک رسی است.
اگرچه با توجه به درصد بالای شن می توان آن را رس شنی نامید.