Soil properties and their correlations

هدف کتاب مشخصات خاک و همبستگی میان آن ها، ارائه خلاصه ای از خصوصیات مختلف مکانیک خاک که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، می باشد. علاوه بر این نویسنده سعی کرده است تا روابط و همبستگی های موجود در بین مشخصه ها و خواص مهندسی مختلف را توضیح می دهد.

به طور کلی کتاب مشخصات خاک و همبستگی میان آن ها شامل:

1. خلاصه ای از روابط همبستگی رایج بین متغیر های (پارامتر های) مختلف
2. بحث در مورد قابلیت اطمینان، دقت در همبستگی های مختلف
3. توصیه های عملی در مورد چگونگی استفاده از خواص خاک در ارزیابی و طراحی پروژه های ژئوتکنیکی، از جمله مفاهیم اساسی، و محدودیت های استفاده از آن ها که باید در نظر گرفته شوند.
4. توصیفی از نحوه اندازه گیری خصوصیات خاک، و نحوه تاثیرگذاری آن بر روی نتایج

توجه نویسندگان در توصیف خواص مختلف، ایجاد آگاهی مناسب در این موضوع بوده است چرا که بسیاری از مهندسین ژئوتکنیک و زمین شناسان مهندسی تجربه عملی کمی یا حداقلی از آزمایشات آزمایشگاهی دارند و اغلب از روش های مورد استفاده برای به دست آوردن خواص مختلف خاک و البته اثرات عملکرد ضعیف و نامناسب خاک بی اطلاع هستند.

در این کتاب همچنین به خواصی از خاک که در تجزیه و تحلیل های ژئوتکنیکی مختلف استفاده می شود، پرداخته شده است.

نویسنده امیدوار است که دانشجویان و مهندسان جوان تر درک عمیقی از مکانیک خاک و استفاده از متغیرهای مختلف در پروژه های ژئوتکنیکی بدست آورند.

بسیاری از روابط همبستگی موجود در مکانیک خاک در دهه های اولیه پس از معرفی و رونق مکانیک خاک ایجاد شده است. اعتبار بسیاری از این روابط با انجام آزمایش های مختلف و استفاده از آن در پروژه های مختلف، تأیید شده است و دیگر نیازی به حصول اطمینان بیشتر در این موارد حس نمی شود. این کتاب طیف وسیعی از روابط همبستگی قدیمی و جدید در زمینه موضوعات مختلف مکانیک خاک را شامل می شود. با این وجود، هدف نویسنده تمرکز بیشتر بر روی روابط همبستگی ای است که در عمل کاربرد بیشتری دارد چرا که هدف این کتاب ارائه یک کار پژوهشی و تحقیقاتی نیست. جهت کمک به راحتی مخاطب و عدم نیاز به محاسبات ریاضی گسترده، در این کتاب بسیاری از همبستگی ها به شکل نمودار در اختیار مخاطب قرار گرفته است.

نویسنده همچنین سعی کرده است تا به آیین نامه های طراحی موجود خیلی ورود نکند و کار را مستقل از این آیین نامه ها نگه دارد، اما در برخی موارد به ناچار به ارجاع برخی از موارد به آیین نامه های رایج بسنده شده است.

پیش‌بینی و توصیه نویسنده این است که همبستگی ها به دو صورت استفاده شوند:

• اول، برای به دست آوردن مقادیر یک ویژگی در خاک در محلی که اطلاعات چندانی از آن در دست نیست و خصوصیاتی از خاک منطقه اندازه‌گیری نشده است.
• ثانیاً، برای ارائه تعیین مقادیر برخی از خصوصیات، علاوه بر متغیرهایی که مقادیرشان به صورت مستقیم تعیین شده است.

در مورد اول، مقادیر به دست آمده از همبستگی‌ ها باید با احتیاط در نظر گرفته شوند به ‌ویژه در مواردی که متغیر مورد نظر از داده های حیاتی طراحی محسوب می شود. در مورد دوم، وجود اطلاعات بیشتر سبب می شود تا میزان احتیاط کمتری در مقایسه با مورد اول نیاز باشد و یا حتی مهندس می تواند با کمک چند رابطه همبستگی موجود و استفاده از داده های موجود، از دقیق تر بودن مقدار تعیین شده اطمینان حاصل نماید.

در ادامه خلاصه ای از مطالب هر فصل از کتاب مشخصات خاک و همبستگی میان آن ها جهت آشنایی بیشتر مخاطب ارائه گردیده است:

فصل 1:

هدف این فصل معرفی خواصی است که معمولاً اندازه‌گیری می شوند. در این فصل همچنین توضیحات کلی درباره نحوه اندازه‌گیری آنها ارائه می شود. این فصل به مهندسان و زمین‌ شناسانی که برنامه‌ آزمایش ها را مشخص می‌کنند، اما ممکن است تجربه کمی از کار آزمایشگاهی خاک داشته باشند، اجازه می دهد تا درک روشنی از روش‌ های رایج برای انجام آزمایش ‌هایی که برنامه ریزی می‌کنند، در کنار مشکلات احتمالی، داشته باشند. این موضوع به آنها کمک می کند تا مناسب ترین آزمون ها را انتخاب کنند و هنگام ارزیابی نتایج، مشکلات یا کاستی های مربوط به روش های مختلف آزمون را کاملاً درک کنند. همچنین ممکن است پیچیدگی برخی آزمایش ها را برای تعیین ویژگی ‌های به ظاهر ساده درک کند.

فصل 2:

مفاهیم مربوط به حدود اتربرگ (حد روانی، حد خمیری و …)، دانه بندی ( هیدرومتری و دانه بندی) و البته طبقه بندی و شناسایی خاک ها از پایه ای ترین و مهم ترین مباحث مکانیک خاک است. در این فصل از کتاب به برخی از همبستگی های موجود در این مباحث مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

فصل 3:

در این فصل مبحث تراکم و نکات مربوط به آن که یکی از دروس پرکاربرد مکانیک خاک است بیان گردیده است. به طور کلی چگالی را می توان به دو صورت تعریف کرد:

• چگالی جرمی، جرم در واحد حجم (کیلوگرم بر متر مکعب و …).
• چگالی وزنی، که اغلب با عنوان وزن مخصوص یا وزن واحد یا وزن در واحد حجم (یعنی kN/m3) شناخته می شود.

در فصل سوم کتاب نکات مربوط به وزن مخصوص در شرایط مختلف نظیر وزن مخصوص خشک، وزن مخصوص اشباع و رطوبت بهینه، درجه اشباع و … به همراه روابط همبستگی میان آنها در شرایط مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

فصل 4:

این فصل از کتاب مشخصات خاک و همبستگی میان آن ها به نکات مربوط به ضریب نفوذ پذیری در خاک های مختلف اختصاص دارد. در این فصل محدوده ضریب نفوذ پذیری انواع خاک های ریزدانه و درشت دانه نیز برای کمک به مخاطب برای دستیابی به دیدی بهتر نسبت به این موضوع بیان شده است.

فصل 5:

نشست خاک در پاسخ به بارگذاری را می توان به طور کلی به دو نوع تقسیم کرد: نشست الاستیک و نشست تحکیمی. نشست های الاستیک آنی بوده و بلافاصله پس از اعمال بار رخ می دهند. این نشست ها قابل بازگشت هستند و می توان مقدار آنها را با استفاده از روابط نظریه الاستیک خطی محاسبه نمود. نشست ‌های تحکیمی غالباً در خاک‌ های رسی رخ می دهند. وقوع نشست های تحکیمی زمان بر بوده و تنها مقداری از آنها قابل بازگشت است. نشست تحکیمی خود به دو دسته نشست تحکیمی اولیه و ثانویه تقسیم بندی می شود. در فصل پنجم از این کتاب، نویسنده به بررسی نکات مربوط به تحکیم و نشست خاک در اثر تحکیم می پردازد.

فصل 6:

قبل از بررسی جزئیات مقاومت برشی خاک، شاید ارزش این را داشته باشد که به سوال زیر پاسخ دهیم:

چرا مقاومت خاک بر حسب مقاومت برشی آن اندازه گیری می شود، زمانی که سایر مواد، مانند فلزات و مصالح بنایی مانند بتن و آجر، بر حسب مقاومت کششی یا فشاری مستقیم اندازه گیری می شوند؟

علت این موضوع می تواند تا حدودی به تفاوت و تنوع بیشتر در مواد تشکیل دهنده خاک باشد. این امر سبب می شود تا شرایط در خاک در مقایسه با سایر مواد متفاوت باشد و نتیجتاً خاک رفتار متفاوتی را نسبت به فولاد و بتن از خود نشان دهد.

مبحث مقاومت برشی خاک ها و متغیرهای مقاومتی نظیر زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی از مهمترین متغیرهایی هستند که در  تحلیل های ژئوتکنیکی استفاده می شوند. بنابراین، یک اشتباه کوچک در تعیین این مقادیر می تواند روند طراحی پروژه را به طور کلی تحت تاثیر قرار دهد. به عنوان مثال در موضوع پایدارسازی گودهای عمیق، مشخصات سازه های نگهبان بر اساس مقاومت خاک محل تعیین می شود. در فصل 6 کتاب، خواننده به خوبی با روابط همبستگی موجود در زمینه مقاومت برشی خاک ها آشنا می شود.

فصل 7:

موضوع این فصل کتاب آزمایش CBR می باشد که هم در ژئوتکنیک و هم در راهسازی کاربرد دارد. شمار قابل توجهی از روابط همبستگی بین نتیجه آزمایش CBR و متغیرهای مختلف خاک وجود دارد که در این فصل نویسنده به آن پرداخته است.

فصل 8:

خاک های منبسط شونده خاک هایی هستند که با افزایش یا کاهش رطوبت، تغییر حجم مشخصی را نشان می دهند. چنین ویژگی های تورمی، محدود به خاک های حاوی مواد معدنی رسی است که مستعد نفوذ مولکول های آب به ساختار شیمیایی خود هستند.

تورم خاک رس و متعاقب آن بالا آمدن زمین، یک پدیده سالانه رایج در مناطقی است که شرایط آب و هوایی غالب منجر به خیس شدن و خشک شدن فصلی قابل توجهی می شود. موضوع این فصل از کتاب خصوصیات انقباضی و انبساطی خاک ها و نکات مربوط به آن است.

فصل 9:

پدیده ذوب و یخبندان یکی از مواردی است که همواره اثرات مخربی را در خاک و سنگ از خود به جای گذاشته است. کاهش ظرفیت باربری از رایج ترین پیامدهای این پدیده است. در این فصل از کتاب مشخصات خاک و همبستگی میان آن ها به این موضوع پرداخته شده است.

فصل 10:

برخی از مواد، به ویژه مواد دور ریخته شده قدیمی (معادن انباشت زغال سنگ)، ممکن است حاوی مواد کربنی کافی برای ایجاد خطر احتراق باشند. در تمامی موارد، خطر به نسبت مواد قابل احتراق موجود و نسبت فضاهای خالی هوا که منبع اکسیژن هستند، بستگی دارد که باعث سوختن می شود.

اقدامات اصلاحی شامل پوشاندن مواد نزدیک به سطح برای عایق سازی آن از گرمای هر گونه آتش سوزی سطحی و حفاری مواد عمیق‌تر و آزادتر و ته نشینی مجدد آن در لایه‌ های به خوبی متراکم برای کاهش محتوای فضای خالی هوا است. این موارد در این فصل به خوبی پوشش داده شده است.

فصل 11:

پایداری بسیاری از پی ها و سازه های ژئوتکنیکی نه تنها به خواص پی و خاک اطراف آن بستگی دارد، بلکه به چسبندگی و اصطکاک در فصل مشترک خاک و سازه نیز بستگی دارد، در حالی که اصطکاک خود به تنش ها و اندرکنش بین سازه و خاک بستگی دارد. با این حال، در حالی که اندازه گیری خواص خاک، از جمله مقاومت برشی، طبیعی است، اندازه گیری مستقیم اندرکنش بین سازه ها و خاک مجاور به ندرت در تحقیقات معمول زمین اندازه گیری می شود. این فصل از کتاب مشخصات خاک و همبستگی میان آن ها، مقادیر معمولی را برای خواص مرتبط با اندرکنش خاک – سازه و در صورت لزوم، روابط بین این مقادیر و خواص خاک ارائه می دهد.