Soil Mechanics – Arnold Verruijt

کتاب مکانیک خاک وروجیت دوره مقدماتی مکانیک خاک در گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی دلفت است. این کتاب حاوی مقدمه ای بر اصول و روش های اصلی مکانیک خاک است. مانند تجزیه و تحلیل تنش ها، تغییر شکل ها و پایداری. مهم ترین روش های تعیین پارامترهای خاک در آزمایشگاه و در محل نیز شرح داده شده است. برخی از اصول اولیه مکانیک کاربردی که اغلب مورد استفاده قرار می گیرند در ضمیمه ها ارائه شده است. تقسیم بندی فصل ها به گونه ای است که یک فصل را می توان در یک سخنرانی واحد، تقریباً بررسی کرد.

مقدمه

مکانیک خاک علم تعادل و حرکت در توده خاک است. در اینجا خاک به عنوان ماده هوازده در لایه های بالایی پوسته زمین شناخته می شود. مواد هوازده نشده در این پوسته را سنگ می گویند و مکانیک آن رشته مکانیک سنگ است. به طور کلی تفاوت بین خاک و سنگ تقریباً در این است که در خاک ها می توان با ابزارهای ساده مانند بیل یا حتی با دست حفر کرد. اما این امر در سنگ غیر ممکن است، ابتدا باید با تجهیزات سنگین مانند چکش یا دستگاه حفاری مکانیکی خرد شود. فرآیند هوازدگی طبیعی در سنگ تحت تأثیر طولانی مدت خورشید، باران و باد صورت می گیرد. این فرآیند با شکستن سنگ ها با سیکل های پیاپی ذوب و یخبندان آب موجود در شکاف های کوچک در سنگ تحریک می شود. سنگ های درشت ایجاد شده در کوهستان به صورت ثقلی و به کمک رودخانه ها به پایین دست منتقل می شوند. در رودخانه های جاری، مواد مواد بزرگ در سرعت های بالا و مواد کوچکتر در سرعت های کم، ته نشین شده و رسوب می کنند. این بدین معنی است که شن در قسمت بالایی بستر رودخانه و مواد ریزتری مانند ماسه و سیلت در قسمت پایین رودخانه یافت می شود.

یکی از نیاز های بشر استفاده از زمین های موجود برای ساخت سازه های مختلف نظیر ساختمان ها، خانه ها، جاده ها و پل ها می باشد. بشر در محدوده وسیعی از این موارد با خاک و سنگ سر و کار دارد بنابراین این وظیفه مهندس ژئوتکنیک است که رفتار خاک و سنگ را در نتیجه این فعالیت های انسانی پیش بینی کند و راهکاری مناسب و البته مقرون به صرفه برای مشکلات احتمالی نظیر نشست یک جاده یا یک راه آهن تحت تأثیر وزن خود و بار ترافیکی، ریزش گود های مختلف، نشست پی ها و بسیاری از موارد دیگر ارائه دهد. این موضوع یکی دیگر از مواردی است که نیاز به علم ژئوتکنیک و مکانیک خاک را توجیه می نماید.

در حقیقت حوادث رخ داده به ویژه گسیختگی پی ها در کشورهای مختلف و نیاز به تجزیه و تحلیل رفتار خاک مقدمات توسعه مکانیک خاک در آغاز قرن بیستم را فراهم نمود.

یکی از دانشمندانی که در امر توسعه مکانیک خاک نقش مهمی را ایفا نمود ترزاقی بود که با ارائه نظریه تنش موثر یکی از مهمترین مفاهیم پایه در مکانیک خاک را پی ریزی نمود.

مکانیک خاک به شاخه‌ای متمایز و مجزا از مکانیک مهندسی تبدیل شده است، زیرا خاک‌ها دارای یک سری ویژگی های خاص هستند که ماده را از سایر مواد متمایز می‌کند. توسعه آن نیز البته با طیف گسترده کاربردهای مهندسی خاک در مهندسی عمران تحریک شده است، زیرا همه سازه ها نیاز به یک پایه سالم دارند و باید بارهای آن را به خاک منتقل کنند. مهم ترین خواص ویژه خاک در این فصل به اختصار توضیح داده خواهد شد. در فصل های بعدی، با تمرکز بر روش های کمی تجزیه و تحلیل، با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

خصوصیات و ویژگی خاک ها در بسیاری از موارد با سایر مواد متفاوت است. علاوه بر این، گستردگی دامنه کاربرد خاک ها در مهندسی عمران سبب شده است تا رفتار خاک ها در شاخه ای مجزا تحت عنوان ژئوتکنیک مورد بررسی قرار گیرد. برخی از این ویژگی ها عبارتند از:

• وابستگی سختی خاک به سطح تنش
• مقاومت و تغییرشکل برشی متفاوت خاک ها در شرایط مختلف
• تاثیر قابل توجه آب بر روی رفتار خاک ها  
• ناشناخته بودن وضعیت تنش های اولیه در خاک
• تغییر پذیری (امکان تفاوت خصوصیت رفتاری خاک ها در دو نقطه با فاصله نزدیک به هم)

در کتاب مکانیک خاک وروجیت نویسنده سعی دارد تا در طی 49 فصل اصول مکانیک خاک و ژئوتکنیک را برای خواننده تبیین نماید. نحوه فصل بندی کتاب به نحوی تنظیم شده است که خواننده ابتدا با نحوه طبقه بندی خاک ها و سیستم سه فازی و روابط وزنی – حجمی در خاک آشنا می شود تا یک شناخت کلی از خاک حاصل شود. در فصول بعدی مباحث تنش در خاک ها و نیز نکات مربوط به محاسبه تنش کل و تنش موثر در خاک مطرح شده است. علاوه بر این موضوع، مقدمات بحث فشار آب حفره ای، تراوش و حرکت آب در خاک، قانون دارسی و نیز نکات شبکه جریان در کتاب مکانیک خاک وروجیت به شکلی مفید و خلاصه مطرح شده است. از دیگر مباحث مطرح شده می توان به خزش، نظریه دانشمندان مختلف و روابط محاسبه توزیع تنش در عمق خاک در اثر اعمال بار خارجی، روابط تنش و کرنش در خاک ها و رفتار آن در اثر بارگذاری و باربرداری، پدیده تحکیم اولیه و تحکیم ثانویه اشاره نمود. پس از آشنایی خواننده با این موارد، مبانی تعیین مقاومت برشی خاک ها بیان می شود و انواع آزمایش سه محوری و نیز آزمایش برش مستقیم به عنوان آزمایش های رایج در این زمینه شرح داده می شود. پس از آن ظرفیت باربری خاک ها و نظریه مطرح دانشمندان مختلف به شکلی مناسب با ذکر روابط موجود در چند فصل توضیح داده شده است. همانطور که گفته شده رفتار خاک ها به مقدار زیادی به شرایط تنش و بار اعمال شده به آن بستگی دارد به همین دلیل مباحث مربوط به مسیر تنش در شرایط زهکشی شده و زهکشی نشده در خاک ها و تاثیر آن در روابط ظرفیت باربری و مقاومت برشی از دیگر مسائل مهمی است که در کتاب مکانیک خاک وروجیت به آن پرداخته شده است. محاسبه فشار جانبی خاک ها یکی از مواردی است که در خاک ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است و نمود آن را در روش های مختلف پایدارسازی گود ها نظیر دیوار حائل می توان مشاهده نمود. به همین دلیل در بخش هایی از این کتاب نویسنده به توضیح ماهیت تنش های جانبی و نحوه محاسبه فشار جانبی محرک و مقاوم با استفاده از تئوری رانکین و تئوری کولمب که از نظریه های شناخته شده در این زمینه است پرداخته است. در ادامه نکات مربوط به سپرها (شیت پایل ها) برای تفهیم فشار جانبی شرح داده شده است. اما بخش های پایانی کتاب به توضیح برخی از آزمایش های برجای متداول، ظرفیت باربری پی های سطحی، شمع ها و نیز روابط پایداری شیروانی ها اختصاص دارد.