Correlation of Soils Properties carter Bentley 1991

اغلب از مهندسان و زمین شناسان انتظار می رود که رفتار خاک را پیش بینی کنند، حتی زمانی که نتایجی از  آزمایش های مربوطه در دسترس نیست یا کم است. این امر به ویژه در مورد پروژه های کوچک یا برای طرح های اولیه صادق است. هدف نویسنده در کتاب همبستگی خواص خاک جمع آوری مجموعه ای از مطالب کاربردی در جهت کمک به کسانی است که با این مشکل رو به رو هستند.

مباحث مربوط به همبستگی خواص خاک بسیار متنوع و پیچیده بوده و منابع زیادی نیز در این زمینه گردآوری شده است. این کتاب یکی از کتاب هایی است که گزینش مناسبی از روابط موجود در این زمینه داشته و می تواند برای مهندسین عمران و به ویژه مهندسین ژئوتکنیک در بسیاری از مسائل راهگشا باشد. اما اشاره به این نکته حائز اهمیت است که در همبستگی ها برخی ویژگی ها و شرایطی وجود دارد که اندازه گیری مستقیم آن ها دشوار است مانند حساسیت به سرما و پتانسیل تورم. بنابراین همچنان در این موارد تا حدودی عدم قطعیت وجود دارد. ضمناً توضیحاتی در مورد ارتباط مهندسی خواص مختلف در جهت توجیه همبستگی بین خواص مورد بحث قرار گرفته است.

فصل اول

مفاهیم درجه بندی و پلاستیسیته و استفاده از این ویژگی ها برای شناسایی، طبقه بندی و ارزیابی خاک ها، قدیمی ترین و اساسی ترین مفاهیم موجود در زمینه مکانیک خاک است. در حقیقت استفاده از این مفاهیم حتی پیش از مفاهیم مکانیک خاک مطرح بوده است و ایده اولیه این مفاهیم برای اولین بار توسط پدولوژیست ها مطرح شده است و پس از آن مهندسین مکانیک خاک از آن به عنوان مبنایی برای علم مکانیک خاک استفاده نمودند. در این فصل از کتاب همبستگی خواص خاک به موضوعاتی نظیر طبقه بندی خاک ها بر اساس اندازه، دانه بندی به کمک الک های مختلف و نیز حدود اتربرگ اشاره شده است.

فصل دوم

هدف از یک سیستم طبقه بندی خاک، گروه بندی خاک هایی با خواص یا ویژگی های مشابه است. از نقطه نظر مهندسی، بعضی از این ویژگی های مهم ژئوتکنیکی مانند نفوذپذیری، مقاومت برشی و تراکم پذیری را می توان نام برد.

اولین قدم برای طبقه بندی خاک، شناسایی آن است. این مرحله ممکن است صرفاً بر اساس انجام بازرسی های میدانی و یا  نتایج آزمایش های مختلف باشد. یک سیستم طبقه بندی کاربردی، سیستمی است که تنها از چند ویژگی که به راحتی اندازه گیری می شود به عنوان ابزار طبقه بندی استفاده گردد. ترجیحاً، این سیستم باید اجازه شناسایی با بازرسی یا آزمایش های دیگر را بدهد. آزمایش‌ های خاک باید تا حد امکان ساده باشند. از این نظر، آزمایش‌هایی که نیاز به نمونه‌های پراکنده دارند ترجیح داده می‌شوند. چرا که این موضوع سبب کاهش وابستگی ویژگی های اندازه گیری شده با ساختار توده خاک می شوند. بنابراین خواصی مانند دانه بندی، ترکیب کانی های تشکیل دهنده، محتوای مواد آلی و پلاستیسیته خاک به عنوان مبنایی برای یک سیستم طبقه‌بندی نسبت به ویژگی‌هایی مانند رطوبت، چگالی، مقاومت برشی و مقدار CBR ترجیح داده می‌شوند. علاوه براین طبقه بندی خاک ها با ویژگی های مشابه سبب می شود تا فرآیند شناسایی همبستگی بین ویژگی های مختلف خاک ها در گروه های مختلف تسهیل شود. این فصل از کتاب همبستگی خواص خاک به توضیح مبانی طبقه بندی خاک ها به ویژه سیستم طبقه بندی متحد، سیستم آشتو و نکات مربوط به آن پرداخته شده است.

فصل سوم

این فصل از کتاب به تبیین روابط موجود و همچنین دیگر نکات مربوط به مسئله تراکم به عنوان یکی از مفاهیم پایه ای در مکانیک خاک پرداخته است. در بخش های ابتدایی این فصل جزییات آزمایش نفوذ استاندارد (SPT)  و نحوه انجام آن شرح داده شده است. در ادامه با ارائه جداول مختلف میزان تراکم لازم برای دستیابی به بیشترین وزن مخصوص خشک و نیز رطوبت بهینه برای خاک های مختلف ذکر شده است.

فصل چهارم

ضریب نفوذ پذیری به عنوان مقدار جریان عبوری از واحد سطح نامیده می شود. مقدار این ضریب را با فرض خطی بودن رابطه بین گرادیان فشار و مقدار جریان می توان از قانون دارسی به دست آورد. در این فصل از کتاب ابتدا نویسنده به توضیح قانون دارسی پرداخته است. در قسمت بعدی به رابطه تیلور که یکی دیگر از روابط موجود برای محاسبه ضریب نفوذپذیری است، پرداخته شده است. در ادامه، محدوده متداول این ضریب برای خاک های مختلف ذکر شده است. علاوه براین خواننده می تواند از جدول ارائه شده در این فصل استفاده نماید تا با دانستن قطر ذرات (D₁₀) ضریب نفوذپذیری را به دست آورد.

فصل پنجم

نشست خاک ها در پاسخ به بارگذاری را می توان به طور کلی به دو نوع نشست الاستیک و نشست تحکیمی که  وابسته به زمان می باشد تقسیم کرد. نشست های الاستیک آنی بوده و برگشت پذیر هستند. می توان مقدار این نشست را به کمک تئوری الاستیک محاسبه نمود.

نشست ‌های تحکیمی هم در خاک های دانه‌ای و هم در خاک های چسبنده رخ می‌دهند. اگر چه زمان پاسخ برای خاک های دانه ای معمولا کوتاه است. این نشست ها وابسته به زمان بوده و در روند آن ها در خاک های چسبنده معمولا زمان بر است. تغییر شکل های ناشی از تحکیم غیرخطی بوده و تنها بخشی از آن قابل بازگشت است. خود نشست های تحکیمی به دو دسته نشست های تحکیمی اولیه و ثانویه تقسیم بندی می شوند.

تحکیم اولیه ناشی از تخلیه فشار آب از حفره های خاک تحت تأثیر فشار آب منفذی اضافی است که توسط بارگذاری اعمال شده است. تحکیم ثانویه اساساً پس از تخلیه کامل اضافه فشارآب حفره ای رخ می دهد، به عبارت دیگر فرآیند تحکیم ثانویه پس از پایان تحکیم اولیه بررسی می شود. نکته دیگر در ارتباط با تحکیم ثانویه این است که مکانیزم تحکیم ثانویه هنوز به طور کامل شناخته نشده است. تخمین نشست خاک های دانه ای نسبتا دشوار است چرا که به دست آوردن نمونه دست نخورده از خاک بسیار دشوار است بنابراین از روابط تجربی و غیرمستقیم برای محاسبه نشست این دسته از خاک ها استفاده می شود. البته آزمایش بارگذاری صفحه ای نیز ممکن است با این هدف در بعضی از موارد استفاده شود ولی تفسیر نتایج آن نسبتا مشکل است. این فصل از کتاب همبستگی خواص خاک به پدیده تحکیم و نشست ناشی از آن می پردازد.

فصل ششم

مبحث مقاومت برشی خاک ها از جمله مباحث مهمی است که همواره مورد توجه مهندسین می باشد. چرا که گسیختگی خاک ها تبعات بعضا جبران ناپذیری را می تواند به بار آورد. معیار گسیختگی موهر – کولمب یکی از شناخته شده ترین روابط موجود در این زمینه می باشد. در این فصل کتاب همبستگی خواص خاک، نویسنده ابتدا با بیان رابطه گسیختگی موهر – کولمب به تبیین پارامترهای موجود نظیر زاویه اصطکاک داخلی خاک و چسبندگی خاک می پردازد.

 در بخشی از این فصل، نویسنده به رفتار خاک ها در شرایط زهکشی شده و زهکشی نشده و حاکمیت تنش کل و تنش موثر و تاثیر آن در ضرایب مقاومت برشی خاک اشاره نموده است. در اثر اعمال بار در خاک های اشباع چسبنده نظیر رس ها که بلافاصله پس از بارگذاری امکان زهکشی وجود ندارد، ابتدا تمامی بار توسط ذرات آب موجود در بین ذرات جامد خاک تحمل می شود و تنش کل در خاک حاکمیت دارد اما با گذشت زمان و زهکشی آب، ذرات جامد خاک نیز به مرور به تحمل بار وارد شده کمک می کند و این امر سبب افزایش تنش موثردر خاک می گردد. در ادامه نیز جداولی در جهت تخمین مقاومت زهکشی نشده رس ها، حساسیت در رس ها و برخی کمیت های دیگر از روی حدود اتربرگ و به ویژه شاخص خمیری (PI) و شاخص روانی (LI) بیان شده است. در بخش پایانی فصل نیز جداول مربوط به تخمین ضریب فشار جانبی خاک ها به کمک ضریب پیش تحکیمی (OCR) و نیز زاویه اصطکاک داخلی خاک پرداخته شده است.

فصل هفتم

آزمایش CBR یکی از آزمایش رایج در طراحی روسازی می باشد و اولین بار در کالیفرنیا ایجاد و مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال در بسیاری از روابط تجربی شاهد همبستگی بین نتایج آزمایش CBR با پارامترهای مختلف خاک می باشیم. در این فصل از کتاب همبستگی خواص خاک به ارتباط بین طبقه بندی خاک، حد خمیری (PI) و نیز مقاومت برشی خاک با CBR خاک اشاره شده است.

فصل هشتم

خاک های انبساطی آنهایی هستند که تغییر حجم مشخصی را در اثر افزایش و یا کاهش رطوبت از خود نشان می دهند. چنین خواص تورمی محدود به خاک های حاوی مواد معدنی رسی است که مستعد نفوذ آب به ساختار شیمیایی خود هستند. تورم در رس ها و متعاقبا بالا آمدن زمین یک پدیده رایج در مناطقی با شرایط اقلیمی خاص است. در این مناطق شرایط آب و هوایی به نحوی است که خاک برای مدتی خیس شده و سپس خشک می شود. بیشترین میزان تورم در مناطق نیمه خشک رخ می دهد چرا که خاک در این مناطق در دوره های کوتاهی مرطوب بوده ولی مدت طولانی را خشک سپری می کند. این امر سبب تفاوت قابل توجهی در میزان درصد رطوبت خاک شده و شرایط را برای تغییر حجم زیاد خاک فراهم می نماید. البته فعالیت های انسانی و ساخت و ساز و نیز حذف پوشش گیاهی نیز در این فرآیند اثرگذار است.