4-1. مقدمه
قبلاً توضیح داده شده است که یک خاک را توسط اجزای مشخصی نظیر شن، ماسه، لای و رس تعیین می‌کردیم. که این اصل بر میانگین اندازه دانه‌ها یا ذرات استوار است.
اکثر خاکهای طبیعی از مخلوط شدن 2 یا چند نوع از آنها ایجاد می‌شوند، که امکان وجود ترکیبات آلی نیز در آنها است.
ذره کوچکتر یک مخلوط خاکی در تعیین خصوصیات خاک نسبت به ذرات بزرگتر برتری دارد به عنوان مثال: ماسه‌های روان، ماسه‌های رسی و غیره.
به خاکی که در حد مقدار مواد ماسه، لای و رس آنها تقریباً برابر باشد لوام (خاک گلدانی) گفته می‌شود.
تفاوت بین خاکی که از دانه‌های درشت و زبر تشکیل شده و خاکی که از دانه‌های ریز تشکیل شده در فصلهای 3 و 1 مطرح شده است.
در این فصل روشهای مشخص برای شناسایی طبیعت انواع خاک، به خوبی روشهای معمول برای دسته‌بندی خاکها همراه با مطالب کمکی مرتبط با موضوع بحث با برخی جزئیات مطرح خواهد شد.
2-4. شناسایی خاکها
نحوه تشخیص دانه‌درشت یا دانه‌ریز بودن خاکها به این نحوه است که آیا می‌توان تک‌تک ذرات خاک را با چشم غیرمسلح دید یا نه.
بنابراین اندازه ذرات به خودی خود برای تشخیص میان شن و ماسه کافی به نظر می رسد. اما تشخیص میان لای و رس با این روش عملی نیست.
شناسایی خاکها می‌تواند آسانتر شود اگر شخص بتواند شن را از ماسه و ماسه را از لای و لای را از رس تشخیص دهد. در ادامه روشهای تشخیص آنها خلاصه‌وار آمده است.
نحوه تشخیص شن از ماسه
اگر اندازه خاک بین mm75/4 تا mm80 باشد، شن نامیده می‌شود و اگر اندازه ذرات خاک بین mm075/0تا mm75/4 باشد، ماسه نامیده می‌شود. (رجوع به: 1970-1498 دسته‌بندی و شناسایی خاکها برای {مقاصد} مهندسی عمومی).
این محدودیت اگرچه در طبیعت اختیاری هستند ولی پذیرفته شده‌اند. همچنین شکل ذرات نیز دارای اهمیت است و ممکن است با اسامی angular، sub-angular، rounded توصیف شوند. شناسایی شن از ماسه در صورت امکان بهتر است شامل بخش شناسایی ترکیب کانی‌ها نیز باشد.
نحوه تشخیص ماسه از لای
ذرات ریز ماسه را نمی‌توان با آزمایشهای ساده از لای تشخیص داد. لای ممکن است کمی تیره به نظر آید.
به هر حال تفاوت آن دو را با تست پراکندگی (dispersion)* می‌توان فهمید. نحوه تست اینگونه است که یک قاشق پر از نمونه را در یک ظرف شیشه‌ای از آب می‌ریزیم اگر ماده ماسه باشد در یک یا دو دقیقه رسوب می‌کند ولی اگر لای باشد بین 15 دقیقه تا یک ساعت طول می‌کشد تا ته‌نشین شود. سرانجام در هر دوی این موارد چیزی در آب به صورت معلق باقی نمی‌ماند و همه ذرات رسوب می‌کنند.
نحوه تشخیص لای از رس
آزمایشهای میکروسکوپی ذرات فقط در لابراتورها امکان‌پذیر است. تعدادی تست ساده برای مواقعی که دسترسی به لابراتورها وجود ندارد طراحی شده است.
1. آزمون لرزش
مقداری از ماده را روی دستمال ریخته و آن را تکان می‌دهیم (می‌لرزانیم) اگر ماده لای باشد آب روی سطح آن قرار می‌گیرد و سطح آن روشن و شفاف می‌شود اگر ماده خمیر مانند شد رطوبت آن دوباره وارد خاک شده و روشنایی سطح آن از بین خواهد رفت.
اگر ماده رس باشد آب نمی‌تواند به راحتی حرکت کند و به همین دلیل تیره و کدر به نظر می‌رسد.
اگر ماده مخلوطی از لای و رس باشد سرعت نسبی پایدار ماندن روشنایی سطح می‌تواند مقدار لای موجود در آن را به صورت تقریبی نشان دهد. این آزمون همچنین با نام dilatancy نیز معروف است.
2. آزمون مقاومت
یک کلوخ (briquette) کوچک از ماده را آماده و خشک می‌کنیم سپس سعی می کنیم که آن را بشکنیم، اگر به آسانی شکسته شد، ماده لای است. اگر ماده رس باشد برای شکسته شدن نیروی بیشتری را می‌طلبد. همچنین اگر ماده لای باشد می‌توان در سطح کلوخ ذرات جدا شده ماده را پاک کرد. وقتی خاک مرطوب بین انگشتان فشرده شود رس سطح صابونی مانندی را پدید می‌آورد و لیس است به آرامی خشک می‌شود و ذرات سطح آن به آسانی جدا نمی‌شوند.
3. آزمون لوله
تلاش می‌کنیم از خاک مرطوب شده رشته‌ای به قطر حدود mm3 بسازیم. اگر ماده لای باشد این کار امکان‌پذیر نیست و از هم می‌پاشد. اگر ماده رسی باشد چنین رشته‌ای را می‌توان حتی با طول حدود cm30 نیز درست کرد. و حتی می‌توانیم آن را از یک طرف گرفته و بلند کنیم (وزنش را تحمل می‌کند) نام دیگر این آزمون Toughness است.
4. آزمون پراکندگی
یک قاشق پر از خاک را در یک ظرف شیشه‌ای پر از آب می‌ریزیم. اگر نمونه لای باشد ذرات در مدت 15 دقیقه تا 1 ساعت ته‌نشین می‌شود. اگر نمونه رسی باشد سوسپانسیونی ایجاد می‌شود که پایداری آن ساعتها و حتی روزها طول می‌کشد و Provided Flocculadion اتفاق نمی‌افتد.
چند نمونه آزمون متنوعی در ادامه معرفی شده است.
خاکهای محتوی مواد آلی و رنگ آنها
خاکهای محتوی مواد آلی که مرطوب و تازه باشند معمولاً دارای بوی خاصی هستند که نشانه تجزیه مواد آلی است. و به آسانی با گرما دادن قابل تشخیص است. روش دیگری برای شناسایی این خاکها تیرگی آنها است.
آزمون اسیدی
در این تست از هیدروکلریک اسید استفاده می‌کنند و یک بررسی مقدماتی برای وجود کلسیوم کربنات است برای خاکهایی که میزان استحکام و خشکی بالایی دارند، یک واکنش قوی می‌تواند میزان کلسیم کربنات را بهتر مشخص کند (نسبت کلویید رس)
آزمون نور
زمانی که یک کلوخ خشک یا نمناک به وسیله چاقو بریده شود اگر سطح آن درخشنده شود نوع آن خاک رسی انعطاف‌پذیر خواهد بود ولی اگر سطح آن مات باشد یا رس انعطاف‌ناپذیر است یا لای. شناختن خاکها نیاز به تجربه قابل ملاحظه‌ای دارد داشتن اطلاعات و آگاهی درباره زمین‌شناسی منطقه در این مرحله می‌تواند بسیار گرانبها باشد.
روشهای شناسایی که در بالا ارائه شد ممکن است در دسته‌بندی مقدماتی خاکها به کار آید در بخشهای بعدی بررسی خواهد شد.
3-4. طبقهبندی خاک (The Need)
رسوبات طبیعی خاک هرگز از نظر مشخصات اختصاصی همجنس و متشابه نیستند. اختلافات متنوعی در مشخصات و چگونگی رفتار آنها مشاهده شده است. رسوبات که مشخصات تقریباً متشابهی دارند عموماً ممکن است در یک گروه دسته‌بندی شوند.
دسته‌بندی خاکها یک نیاز است زیرا از طریق آن می‌توان درباره مشخصات متوسط یک گروه خاک یا یک نوع خاک نظریه‌هایی را به صورت تقریبی ارائه داد. که در جریان پروژه‌های مهندسی خاک باعث سهولت کارها می‌شوند.
از دیدگاه مهندسی دسته‌بندی خاکها می‌تواند بر اساس تناسب آنها برای استفاده به عنوان ماده‌ای برای پی‌ریزی و یا به عنوان ماده‌ای برای ساخت و ساز صورت گیرد. تفاوتهایی میان نظرات مهندسین در مورد اهمیت دسته‌بندی خاکها و نتایج کلی مشخصات گروه‌ها وجود دارد این تفاوتها به دلیل دیدگاه‌های متفاوت است و نیز در اصل ناشی از مشکلات گروه‌بندی خاکها از دید و نظر شاخه‌های متنوع و مهندسی خاک است بنابراین اجتناب‌ناپذیر است که در هر نوع گروه‌بندی ممکن است مواردی به دلیل قرار گرفتن در مرزهای طبقهبندی در بیش از یک گروه قرار گیرند.
به طور مشابه، در یک طبقهبندی دیگر از خاکها، یک نوع خاک می‌تواند در گروه کاملاً متفاوتی قرار گیرد. بر این اساس دسته‌بندی صرفاً باید به عنوان یک راهنمای مقدماتی برای چگونگی رفتار با خاک (که نمی‌تواند تنها از دسته‌بندی خاکها به طور کامل پیش‌بینی شود) ایجاد شود.
آزمایشهای مهندسی خاکم مشخص و مهم ضرورتاً باید در ارتباط با استفاده خاک در هر نوع پروژه مهم رهبری شوند. زیر ا خصوصیات متفاوت خاک نسبت به موقعیتهای مختلف باعث ر فتارهای متنوعی می‌شود درک رفتار و واکنش خاک می‌تواند امر بسیار مهمی‌باشد.
4-4. دسته‌بندی مهندسی خاکها ـ کیفیت مطلوب
خواسته‌های عمومی یک سیستم ایده‌آل و مؤثر برای گروه‌بندی به ترتیب زیر است:
الف) سیستم باید عملی باشد.
ب) باید ساده باشد و عامل درونی (ذهنی) در درجه‌بندی خاک باید حذف شود.
ج) خصوصیات لحاظ شده باید برای مهندسی معنی‌دار باشد.
د) باید نمایش دقیقی از پیشامدهای احتمالی خاک تحت شرایط خاص را نشان دهد.
هـ)باید بر اساس اصطلاحات عمومی و پذیرفته شده تنظیم شود تا همگان به راحتی آن را بفهمند.
چ) در نحوه دسته‌بندی‌ها باید آزمایشهای عملی نیز تعریف شوند (حداقل چند آزمایش ساده مورد نیاز است).
و) در طبقهبندی خاکها مرزهایی که در آنها تغییرات مهم و شناخته شده‌ای اتفاق می‌افتد تا حد امکان باید دقیق و نزدیک به هم طراحی شوند.
ر) در میان مهندسین باید پذیرفته شدنی باشد.
برای یک سیستم دسته‌بندی خاک موارد بالا بلندپروازانه به نظر می‌رسد و نمی‌توان تک‌تک آنها را انتظار داشت. زیرا خاک در طبیعت ماده‌ای پیچیده است و قرار دادن آن در یک گروه زیاد ساده نیست.
بنابراین یک سیستم دسته‌بندی مهندسی خاک احتمالاً فقط برای آن دسته از پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک رضایت‌بخش بوده که به صورت امیدوار کننده‌ای توسعه پیدا کرده‌اند.
5-4. سیستم طبقهبندی ـ چند مورد عمومی دیگر
تعدادی از سیستم‌های طبقهبندی خاک برای اهداف مهندسی تکمیل شده‌اند. تعداد مشخصی از آنها در ارتباط با تناسبشان در پروژه‌های خاص مهندسی خاک به طور مخصوص توسعه پیدا کرده‌اند. (بعضی به صورت مقدماتی در خصوصیات و بعضی نیز به زور کامل‌تر).
تعدادی از دسته‌بندی‌های عمومی که در آینده با جزئیات بیشتری بحث خواهند شد در پائین مرتب شده‌اند.
1. طبقهبندی مقدماتی گونه‌های خاک و یا دسته‌بندی توصیفی
2. دسته‌بندی زمین‌شناسی و یا دسته‌بندی بر اساس نژاد
3. دسته‌بندی بر اساس ترکیب و ساختار خاک
4. دسته‌بندی بر اساس اندازه ذرات خاک (بافت و ترکیب).
5. دسته‌بندی بر اساس هم‌شکل بودن
6. سیستم هندسی و استاندارد دسته‌بندی خاک
1-5-4. آشنایی با گونه‌های مختلف خاک برای درک اساسی رفتار خاکها ضروری است.
در این قسمت خاکها توصیف می‌شوند ا اسامی:
Boulders, Gravel, Sand, Silt, clay, Rouck flour, Peat, chinaclay, Fill, Bentonite. Black cotton soil's, Boulder clay, caliche, Hardpan, Laterife, Loam, Loess, marl, moorum, Topsoil, Varvedelay.
همه این موارد غیر از نه تای اول در بحث 1 شرح داده شده‌اند.
تخته سنها، شنها و ماسه‌ها به گروه خاکهای با ذرات درشت تعلق دارند (با توجه به اندازه ذرات می‌توان آنها را تشخیص داد) بین ذرات آنها جاذبه یا چسبندگی دیده نمی‌شود و ممکن است خاکهای این گروه را بی‌جاذبه یا بدون اثر چسبندگی نیز بنامند. (اندازه ذرات در دستور کاهش قرار دارد).
به خاکهایی لای گفته می‌شود که اندازه ذرات آنها کوچکتر از ماسه باشد. اگر مواد آلی نداشته باشد پودر سنگ نامیده می‌شود و عمدتاً انعطاف‌پذیر نیستند. اگر مرطوب باشد ممکن است کمی اثر انعطاف‌پذیری از خود نشان دهد. و اگر به صورت تخت و پهن باشد ممکن است کمی‌توانایی فشرده شدگی داشته باشد.
لای‌های آلی دارای مقداری از مواد آلی تجزیه نشده هستند. تیره‌رنگ هستند. بوی مخصوص دارند و درجاتی از انعطاف‌پذیری و فشرده شدگی را نیز دارا می‌باشند.
رس از ذراتی تشکیل شده که اندازه آنها از mm002/0 کوچکتر هستند. انعطاف‌پذیری و چسبندگی بالایی دارند. بستگی به میزان انعطافضان ممکن است به نامهای رس لاغر یا رس چاق نیز خوانده شوند. اینها اساساً محصول ثانوی آب و هوا است. از اثر طولانی و مداوم آب روی مواد معدنی سیلیکات ایجاد می‌شود.
سه تا از مواد معدنی عبارتند از کائولینیت، ایلیت، مریلونیت. ماده آلی موجود در رس پیت نام دارد. تشکیل شده از ماده آلی ترکیب شده با کربن با رنگ تیره‌اش تشخیص داده می‌شود. بوی فاسد شدگی می‌دهد. Fibrous nature جاذبه ذرات بسیار پائینی دارد. توانایی فشردگی بالایی دارد و بسیار نایاب است.
chinalclag که kaolin نیز نامیده می‌شود کاملاً سفید رنگ است و در صنعت سرامیک‌سازی کاربرد دارد.
2-5-4. دسته‌بندی زمین‌شناسی و یا دسته‌بندی نژادی
خاکها ممکن است بر اساس نژادشان دسته‌بندی شوند. نژاد یک خاک ممکن است بر اساس مواد تشکیل دهنده آن و یا طبق نظر مسئولین بر اساس وضعیت فصلی آن تعیین شود.
بر اساس مواد تشکیل دهنده، خاکها به دو گروه زیر تقسسیم می‌شوند.
1. خاکهای غیر آلی
2. خاکهای آلی
1. زندگی گیاهی
خاکهای آلی
2. زندگی حیوانی
خاکها به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند.
1. خاکهای ته‌نشین شده
2. خاکهای انتقال یافته {الف) خاکهای رسوبی به وسیله آب، ب) خاکهای aeo line جابجا شده به وسیله باد، پ) خاکهای سرد و منجمد جابجا شده به وسیله کوه‌های یخ، ت) خاکهای ته‌نشین شده در حوضچه‌های آب، ث) خاکهای دریایی}
این موارد در بخش I بررسی شده‌اند. فراتر از دایره زمین‌شناسی، خاکها به وسیله خرد شدن صخره‌ها و تغییرات آب و هوایی تشکیل شده‌اند. بر اثر فشردگی تغییر شکل یافته و بر اثر گرما و فشار اثر چسبندگی پیدا کرده‌اند.
3-5-4. دسته‌بندی ساختاری
بستگی به متوسط اندازه ذرات و شرایط شکل‌گیری خاکها و ته‌نشینی در حالت طبیعی ممکن است بر پایه ساختارشان به صورت‌های زیر دسته‌بندی شوند:
1. خاکهایی که از یک نوع ذره تشکیل یافته‌اند.
2. خاکهایی که ساختاری شبیه لانه زنبوری دارند.
3. خاکهایی که ساختار flocculaent دارند.
این موارد نیز همراه با جزئیات در بخش 1 بررسی شده‌اند.
4-5-4. دسته‌بندی بافتی یا اندازه ذرات
در این نوع دسته‌بندی، دسته خاکها بر اساس اندازه ذراتشان تعیین می‌شود. گونه‌هایی مانند: شن و ماسه، لای و رس به عنوان شاخص‌هایی برای اندازه ذرات، کاربرد داشته‌اند. چون خاکها مخلوطی از ذرات با اندازه‌های مختلف هستند. بهتر است که آنها را با نامهای به اندازه ماسه، به اندازه لای و غیره بنامیم. تعدادی از این نوع دسته‌بندی قبلاً بررسی شده‌اند ولی معمولاً آنها به شرح زیر است.
1. دفتر ایالات متحده خاکها و جاده‌ها سیستم (PRA) ایالات متحده آمریکا
2. دسته‌بندی بین‌المللی طراحی شده در کنگره بین‌المللی خاک در واشنگتن در سال 1927.
3. انجمن تکنولوژی ماساچوست (MIT) سیستم دسته‌بندی ایالت متحده آمریکا
4. دسته‌بندی استاندارد هندی
این موارد به صورت نموداری در صفحه بعدی نشان داده شده‌اند.
اگر سیستم دسته‌بندی صرفاً بر اساس اندازه ذرات باشد، دسته‌بندی بافتی نامیده می‌شود.
مورد 1 در بالا از این جمله است. نمودار هرمی آن نیز رسم شده است.
هر نوع خاکی که از سه جزء ماسه، لای و رس تشکیل شده باشد رامی‌توان با یک نقطه در نمودار هرمی نشان داد به طو مثال خاکی که از 25 درصد ماسه، 25 درصد لای و 50 درصد رس تشکیل شده باشد را می‌توان با نقطه‌ها نشان داد.
نواحی خاصی بر روی نمودار برای نشان دادن نمونه‌هایی مانند Saud، Silt و clay و Sandy clay و silty clay، Loam، Sandy loam و غیره نشان‌گذاری شده‌اند.
این نقاط به صورت دلخواه انتخاب شده‌اند.
دسته‌بندی بافتی یا دسته‌بندی بر اساس اندازه ذرات، کامل نیست و اطلاعاتی از قبیل انعطاف‌پذیری و استحکام را شامل نمی‌شود.
5-5-4. سیستم دسته‌بندی همسان خاکها
این سیستم توسط الف) کازا گراند توسعه پیدا کرد و در سال 1942 توسط هیئت مهندسین ایالات متحده به عنوان دسته‌بندی Airfield مورد پذیرش قرارگرفت. بعدها در سال 1957 برای استفاده دانشگاه اصلاح شد و به نام دسته‌بندی همسان خاکها تغییر نام داد.
در این سیستم (جدول 1-4) خاکها به سه گروه تقسیم‌بندی می‌شوند.
mm 2.0 1.0 0.50 0.25 0.10 0.05 0.005
رس لای خیلی ریز ریز متوسط درشت شن ریز شن
ماسه
سیستم طبقهبندی اداره خاک U.S. و P.R.A
mm 2.0 1.0 0.5 0.2 0.1 0.05 0.02 0.006 0.002 0.0006 0.0002
خیلی ریز ریز درشت ریز درشت ریز درشت ریز متوسط درشت خیلی درشت شن
رس لای
ماسه
طبقهبندی جهانی
یک اصطلاح سوئدی است که برای لای یخ زده یا پودر سنگهایی که دارای حالت پلاستیکی اندکی می‌باشد استفاده می‌شود.
mm 300 80 20 4.75 2.00 0.425 0.075 0.002
رس لای ریز متوسط درشت ریز درشت سنگ فرش تخته سنگ
ماسه شن
طبقهبندی I.S. (IS: 1496-1970)
mm 2.0 0.6 0.2 0.06 0.02 0.006 0.002 0.0006 0.0002
ریز متوسط درشت ریز متوسط درشت ریز متوسط درشت شن
رس لای ماسه
طبقهبندی M.I.T
ساختار 1-4 طبقهبندی اندازه دانه‌ها
1. بالای 50 درصد ذرات درشت خاک بر روی الک شماره 200 ASTM باقی می‌ماند.
2. بیش از 50 درصد ذرات ریز خاک از الک شماره 200 ASTM می‌گذرد.
3. ترکیبات خاک
اولین و دومین دسته از خاکها ممکن است به واسطه خاصیت شکل‌پذیریشان نسبت به طبقات دیگر متمایز باشند.
سومین دسته ممکن است به آسانی توسط رنگ و بو و ماهیت شناخته شود.
اجزاء هر خاک نشان و علامت مخصوصی دارد.
C: رس S: ماسه O: آی M: لای G: شن Pt: پیت
نمودار مثلثی
ذرات درشت خاک تقسیم می‌شوند به دانه‌بندی خوب (W) و دانه‌بندی بد (P) و به دو عامل ضریب یکنواختی (Gu) و ضریب خمیدگی (Cc) بستگی دارد.
شن خوب دانه‌بندی شده Cu > 4
ماسه خوب دانه‌بندی شده Cu > 6
خاک خوب دانه‌بندی شده 1 تا 3 Cc
ذرات ریز خاک به دو دسته تقسیم می‌شوند
الف) خاصیت پلاستیکی کم (L) که محدوده مایع آنها کمتر از 50% می‌باشد.
ب) خاصیت پلاستیکی زیاد (H) که محدوده مایع آنها بیش از 50% می‌باشد.
به طور کلی توضیح و شناسایی و طبقهبندی خاک بر اساس استاندارد هندی برای مهندسی هدفی می‌باشد.
مقررات قابل توجهی در این سیستم در پائین آورده شده است:
خاک به سه قسمت تقسیم می‌شود.
قسمتهای اصلی علائم اختصاری اسم مخصوص ضوابط طبقهبندی روش شناسایی
خاک دانه‌درشت GW شن با دانه‌بندی خوب و مخلوط شن و ماسه با درجه خوب یا نه خیلی ریز D60/D10= نزدیک 4 محدوده وسیع در ذرات بزرگ و مقدار قابل توجهی از ذرات با سایز متوسط
بیش از 50% بر روی الک شماره 200 باقی می‌ماند ASIM
50% از قسمتهای بزرگ باقی می‌ماند بر روی الک 4 GP شن با دانه‌بندی بد و مخلوط درجه پائین شن و ماسه بدون هیچ ضابطه‌ای برای GW عمدتاً تک سایز یا یک محدوده با همان سایز متوسط
GM شن و لای، مخلوط شن و ماسه، رس حدود (....) نقطه، زیر خط A و شاخص پلاستیکی کمتر از 4 Np (Non Plastic)
شن شسته، شن همراه با خاک Gc شن رسی، مخلوط شن و ماسه و رس
محدوده وسیع در ذرات بزرگ و مقدار قابل توجهی از ذرات با سایز متوسط
Sp ماسه بد دانه‌بندی شده و ماسه شنی با درجه پائین بدون ضابطه Sw عمدتاً تک سایز یا یک محدوده با همان سایز متوسط
ماسه شسته، ماسه و خاک SM ماسه و لای، مخلوط ماسه و لای حدود (....) نقطه، زیر خط A شاخص پلاستیکی کمتر از 4 Np (Non plastic)
Sc ماسه رسی، مخلوط ماسه رس حدود (.......) نقطه بالای خط A و شاخص پلاستیکی بالاتر از 7 ذرات پلاستیکی
دانه ریز خاک، 50% یا بیشتر از الک شماره 200ASIM می‌ذرد. روند شناسایی بر تقسیم‌بندی کوچکتر از الک شماره 40 ASIM
لای و رس ML لای غیرآلی، ماسه دانه‌ریز، پودر سنگ لای یا رس با دانه‌های ریز ماسه
کمتر از 50% محدوده مایع VL رس غیرآلی، پلاستیکی کم تا متوسط، شن رسی، مایه رسی، لای رسی.
OL لای آلی، لای رسی آلی، پلاستیکی کم
MH لای غیر آلی، لای الاستیک
لای و رس CH رس غیرآلی با پلاستیکی بالا رس چاق
محدوده مایع بیشتر از 50% OH رس آلی از پلاستیکی متوسط تا زیاد
رس آلی Pt پیت، کود، خاک آلی تشخیص توسط رنگ و بو و ...
نمودار
2. خاکهای دانه‌ریز
بیش از 50% کل مواد با وزنشان کوچکتر از اندازه الک MSI 75 می‌باشند.
3. خاکهای دارای مواد آلی و دیگر مواد مختلف خاک.
این خاکها شامل درصد زیادی از مواد آلی فیبری مثل خاک پیت و ذرات گیاه رستنی می‌باشند. به علاوه، خاکهای خاص شامل سنگال، خاکستر و دیگر مواد غیر خاکی با کمیت کافی در این تقسیم‌بندی قرار دارند.
خاکهای ذره درشت
به 2 زیرمجموعه تقسیم می‌شوند.
a) شن و سنگ‌ریزه: بیش از 50% ذرات درشت بیش از 75/4 میلیمتر در اندازه الک است.
b ماسه: بیش از 5% ذرات درشت کوچکتر از 75/4 میلیمتر اندازه الک است.
خاکهای دانه‌ریز به 3 مقوله تقسیم می‌شوند.
a) گل و لای و خاکهای رسی با نفوذ و هماهنگی کمتر: حد مایع کمتر از 35% است.
b) گل و لای و خاکهای رسی با هماهنگی متوسط: حد مایع بیشتر از 35% و کمتر از 50% است.
c) در گل و لای و خاکهای رسی با هماهنگی بالا، حد مایع بزرگتر از H50 است. خاکهای دانه‌درشت در گروه‌های اصلی خاک به بخشهای بیشتری تقسیم می‌شوند. و خاکهای نرم به 9 گروه اصلی خاک تقسیم می‌شوند که خاکهای آلی و دیگر مواد مختلف خاک در یک گروه قرار دارند. زیر تقسیم‌های مختلف، گروه‌ها و نمادها آنها در جدول 2-4 نشان داده شده است.
طبقهبندی مرزی خاکهای دانه‌درشت
خاکهای دانه‌درشت با 5 تا 12 درصد نرمی که در موارد خط حاشیه بین سنگ‌ریزه‌های تمیز و کثیف یا شنها وجود دارد در نظر گرفته شده‌اند به عنوان مثال Gw-Gc، Sp-SM به طور مشابه موارد خطی هستند که در شن و سنگ‌ریزه‌های کثیف دیده می‌شود که IP بین 4 و 7 است به عنوان مثال GM-Gc یا SM-SC که این احتمال وجود دارد که خط مرزی وجود داشته باشد. قوانین برای طبقهبندی درست در اینچنین مواردی طبقهبندی غیرپلاستیکی است. به عنوان مثال، شن و سنگ‌ریزه با 10 درصد نرمی Cu، 20، و Cc ،20 و Ip از 1 به Gw-GM تقسیم می‌شوند.
تقسیم‌بندی ملاک‌ها برای خاکهای نرم
جدول مربوط به تغییر شکل‌پذیری برای گروه‌بندی خاکهای دانه‌نرم بر اساس تستهای آزمایشگاهی تشکیل اصولی را می‌دهند. گل و لای‌های آلی و خاک رس‌ها متفاوت از خاکهای غیرآلی هستند که در همان مکان قرار دارند و متوسط رنگ و مزه می‌توان تشخیص داد. در مورد هرگونه شک و تردیدی، مواد ممکن است روی گاز خشک شوند و دوباره با آب مخلوط شوند و دوباره در مرز مایع تست شوند. تغییر شکل خاکهای آلی دانه نرم به طور قابل توجهی با گاز کاهش می‌یابد. خشک کردن روی گاز بر مرز مایع خاکهای غیرآلی اثر می‌گذارد. در مرز مایع کاهشی وجود دارد که پی از خشک کردن توسط گاز به مقدار کمتر از مرز مایع می‌رسد و قبل از خشک کردن شناسایی آن مثبت است.
طبقهبندی مرزی برای خاکهای دانه‌نرم
خاکهای دانه‌نرم کاهش می‌یابند یا از لحاظ عملی روی خط A، 35=Wl خط و 5=Wl هستند و این خطوط اختصاص به طبقهبندی مناسب مرزی دارند. خاکهایی در مسیر A یا از لحاظ عملی روی آن دارای اندکی تغییر شکل‌پذیری بین 4 و 7 می‌باشند و به Ml-CL تقسیم می‌شوند.
خاکهای رسی غیرآلی در محیطی با سازگاری بالا هستند. و توسط فشردگی و خواص تورم بالا مشخص می‌شوند. زمانی که در رده تغییر شکل‌پذیری قرار می‌گیرند در بالای خط A قرار دارند. برخی ممکن است در پائین خط A قرار داشته باشند. کائولین به عنوان گل و لای غیرآلی عمل می‌کند و معمولاً در پائین خط A است. و مثل ML، MI، MH گروه‌بندی می‌شود گرچه این خاک رسی از قسمت شنی مواد معدنی است. روشهای گروه‌بندی برای خاکهای دانه‌درشت و نرم با استفاده از این سیستم ممکن است تشکیل یک نمودار جریان را دهد که در شکل‌های 5-4 و 6-4 نشان داده شده است.
تناسب نسبی برای اهداف مهندسی
ویژگی گروه‌های مختلف خاک طوری است که مناسب با مقدار جاده‌ها، خطها هوایی مواد اصلی، زیرگروه هماهنگی و گسترش است. و تجهیزات (از لحاظ کیفی) از وزن خشک واحد، مقدار CBR و واحدهای زیرگروه در جدول مشخص شده است. ویژگی‌ها متناسب با زیرسازی هستند. مقادیر به عنوان ماده تراکم، ویژگی‌های تراکم و موادی برای کنترل شیب و تراوش لازم است. که قابلیت تراوایی و وزن خشک واحد هم مشخص است. ویژگی ها متناسب با کانال، تراکم، قابلیت کارایی و مواد ساختمانی و قدرت و نیروی کششی است که تراکم و اشباع می‌شود و این از لحاظ کیفی بیان شده است. این اطلاعات برای اهداف راهنمایی یا نشان دادن خوب بودن خاک بر اساس IS پیشنهاد شده است. طرح‌های بزرگ و مهم لازم است و تحقیقات عملکرد خاک اول از همه با جزئیات بیان شده‌اند. مقایسه‌ای بین گروه‌بندی مؤسسه استاندارد و گروه‌بندی یکسان وجود دارد که نشان دهنده نکات زیادی از تشابه است که فقط برخی نقاط به ویژه در طبقهبندی خاکهای نرم متفاوت هستند.
6-4. مثالهای مشخص
مثال 1-+4
2 خاکم S1 و S2 در آزمایشگاه به منظور ثبات آنها آزمایش شدند. اطلاعاتی به صورت زیر موجود است:
s2 خاک s1 خاک s1
20% 18% WP مرز پلاستیک
60% 38% WL مرز مایع
5 10 IF اندکس جریان
50% 40% W مقدار طبیعی رطوبت
a) کدام خاک دارای حالت پلاستیکی بیشتری است؟
b) کدام خاک دارای مواد اصلی بهتری در هنگام آجدار کردن است؟
c) کدام خاک دارای قدرت پایداری بهتری به عنوان عملکرد آب است؟
e) چه مواد آلی در این خاکها وجود دارد؟
شکل صفحات 121 و 122
مکان این خاکها را روی نمودار تغییرپذیری طراحی کنید و آنها را در گروه مؤسسه استاندارد طبقهبندی نمایید.
200= (18-38)=WP-W1=IP برای خاک S1 اندکس تغییرپذیری (a)
40= (20-60)=Wp-Wl=IP برای خاک S2
واضح است که خاک S2 حالت پلاستیکی بیشتری دارد. همان‌طوری که در طبقهبندی Burmistef میزان تغییرپذیری گفتیم مرزهای S1 بین تغییر شکل‌پذیری کم تا متوسط و S2 بین تغییرشکل‌پذیری متوسط تا بالا است.
برای خاک IC=S1
برای خاک IC=S2
چون اندکس ثبات برای خاک S1 منفی است روی آجدار بودن می‌باشد. خاک S2 احتمالاً دارای ماده پی‌ریزی بهتری است
10= برای خاک S1 IF
5= برای خاک S2 IF
چون اندکی جریان برای خاک S2 کوچکتر از S1 است پس 2 دارای قدرت پایداری بهتری به عنوان محتوی آب می‌باشد.
20=10/20=IF/IP= برای خاک S1 IT
8=5/40=برای خاک S2 IT
چون اندکس مقاومت و پایداری برای خاکهای S2 بزرگتر است پس قدرت پایداری بهتری در محدوده پلاستیک می‌باشد. چون تغییر شکل‌پذیری برای هر دو خاک پائین است احتمال وجود مواد آلی کم است.
این نتایج ممکن اشست تقریباً از موارد زیر اثبات شود:
خاکها روی نمودار تغییرشکل‌پذیری که در شکل 7-4 نشان داده شده است علامت‌گذاری شوند.
شکل ص 123
به ترتیب S1 و S2 در منطقه CI و CH هستند.
مثال 2-4
نمونه خاک دارای مرز مایع 20 درصدی و مرز پلاستیکی 12 درصدی است. اطلاعات زیر از تجزیه و تحلیل الک به دست آمده است.
عبور % اندازه الک
100 میلیمتر 032/2
85 میلیمتر 422/0
38 میلیمتر 075/0
چون بیش از 50% مواد بزرگتر از m75 هستند خاک دانه‌درشت می‌باشد. طبقه بندی خاک تقریباً مطابق با طبقهبندی یکسان یا طبقه بندی مؤسسه استاندارد است. 100 درصد مواد از الک 032/2 میلیمتری می‌گذرند مواد 075/0 میلیمتری هم از الک عبور می‌کنند. چون این دانه از این الک می‌گذرند 100 درصد دانه‌درشت از الک عبور می‌کند.
چون بیش از 50% دانه درشت از این الک می‌گذرد به عنوان شن و ماسه گروه‌بندی شده است.
چون بیش از 12 درصد مواد از الک m75 گذشتند باید SM یا SC باشند. هم‌اکنون می‌بینید که اندکس تغییر شکل‌پذیری IP 8=(12-20) است و بزرگتر از 7 می‌باشد. اگر مقدار WL و IP روی نمودار تغییر شکل‌پذیری طراحی شود این نقاط در بالای خط a هستند که روبه کاهش می‌باشند.
بنابراین خاک به عنوان SC در گروه‌بندی مؤسسه استاندارد طبقهبندی شده است و ممکن است به راحتی بررسی شود.
خلاصه نکات مهم
1. روشهای تعمیم یافته شامل شناسایی خاکها در آزمایشگاه و از زمین هستند و به منظور طبقه بندی خاکها در نظر گرفته شده‌اند. و رسوب و ته‌نشین خاک طبیعی به طور گسترده در خواص و عملکرد مهندسی متفاوت است.
2. مشخصه‌های مطلوب طبقهبندی خاک از لحاظ مهندسی مبهم است و تقریباً غیر ممکن است که شامل یک سیستم متناسب است.
3. روشهای طبقهبندی شامل طبقهبندی زمین‌شناسی و توصیفی است و توسط ساختار آن طبقهبندی می‌شود.
4. طبقهبندی بافتی به عنوان بخشی از سیستم‌های منظم مثل طبقهبندی یکسان خاک است.
5. طبقهبندی استاندارد هندی خاک شامل شباهتهای زیادی به طبقه بندی یکسان خاک است گرچه در برخی جاها به ویژه با توجه به طبقهبندی خاکهای نرم متفاوت است.
6. اندازه ذره یک ملاک اولیه برای طبقهبندی خاکهای دانه‌درشت است در حالیکه ویژگی تغییرشکل‌پذیری در نمودار تغییر شکل‌پذیری ملاک اولیه برای طبقهبندی خاکهای دانه‌نرم است.
5-1. مقدمه
رسوبات خاک طبیعی همواره شامل آب هستند. تحت شرایط خاص، نم خاک یا آب موجود در خاک ساکن نیست یا توانایی حرکت در خاک را دارد. حرکت آب در خام بر روی خواص و رفتار خام، به صورتی نسبتاً قابل ملاحظه تأثیر می‌گذارد. آب خاک می‌تواند در عملیات ساختمانی و عملکرد ساختمان کامل شده نفوذ داشته باشد. آب رسوبی اغلب در طول عملیات ساختمانی مورد توجه قرار می‌گیرد؛ روشی که در آن، حرکت آب در خاک می‌تواند اتفاق بیافتد و در نتیجه، تأثیرات آن جاذبه‌ای قابل توجه در تمرین مهندسی فنی و تخصصی است.
5-2. نم خاک و روشهای وقوع آن
حضور آب در فضاهای خالی یک توده خاک «آب خاک» نامیده می‌شود. بخصوص، اصطلاح نمناک برای مشخص کردن آن بخش از خرده آب سطحی استفاده شده است که فضاهای خالی در خاک بالای بستر آب رسوبی را اشغال می‌کند. آب خاک ممکن است به طور وسیع در سخنرانی به شکل‌های «آب آزاد» یا آب گرانشی یا آب نگاه داشته شده، باشد. اولین نوع برای حرکت در فضای سوراخی ریز در توده خاک، تحت نفوذ جاذبه، آزاد است؛ دومین نوع آن است که در مجاورت سطح دانه‌های خاک با نیروهای خاص جاذبه نگاه داشته می‌شود.
5-2-1. آب گرانشی
آب گرانشی، آب موجود در مازاد نمی است که خاک می‌تواند آن را نگه دارد. این آب به صورت یک مایع جابجا می‌شود و به وسیله نیروی گرانشی می‌تواند جریان داشته باشد. آب گرانشی توانایی انتقال فشار هیدولیکی را دارد.
آب گرانشی می‌تواند به اجزای a) آب آزاد (بخش اصلی آب)، b) آب مویینه‌ای تقسیم شود. آب آزاد ممکن است بیشتر متمایز شده باشد به عنوان :
1. آب سطحی آزاد
2. آب رسوبی.
a) آب آزد (بخش اصلی آب): این آب آزاد سطحی ممکن است از نزولات آسمانی، زهاب آب، سیل، برف ذوب شده، آب به دست آمده از عملیات هیدرولیکی خاص، باشد. این آب مفید است وقتی که با یک ساختمان تماس پیدا می‌کند یا وقتی که از هر روشی به آب رسوبی نفوذ می‌کند.
آبشار و زهاب آب نمونه‌های فرساینده‌ای هستند که می‌توانند خاک را بشویند و با خود ببرند و باعث مشکلات خاصی در قدرت و ثبات رشته‌های مهندسی فنی ـ تخصصی شوند. خواص آب آزاد سطحی نظیر آبهای معمولی است.
2. آب رسوبی (ته‌نشین): آب رسوبی، آبی است که منافذ خالی در خاک را تا بستر آب رسوبی پر می‌کند و در داخل آن جابجا می‌شود. این آب تمام منافذ خالی را به طور یکپارچه پر می‌کند. در چنین موردی، گفته می‌شود که خاک اشباع شده است. آب رسوبی از قوانین هیدرولیکی تبعیت می‌کند. سطح بالایی منطقه اشباع کامل خاک، آنچه که در آن آب رسوبی در معرض فشار جو قرار گرفته است، بستر آب رسوبی نامیده می‌شود. بلندی بستر آب رسوبی در یک نقطه داده شده سطح آب رسوبی نامیده می‌شود.
b) آب (رطوبت ) مویینه‌ای: آبی که در یک موقعیت معلق، می‌باشد و به وسیله نیروهای کششی سطح در داخل شکاف‌ها و منافذ اندازه مویینگی در خاک نگه داشته می‌شود، آب مویینه‌ای نامیده می‌شود.
فرضیه مویینگی با تعداد جزئیات در بخش بعد مطالعه خواهد شد.
5-2-2. آب نگاه داشته شده
آب نگاه داشته شده،آبی است که در منافذ خاک یا فضاهای خالی خاک، به خاطر نیروهای خاص جاذبه، نگاه داشته می‌شود. این آب می‌تواند بیشتر طبقهبندی شود به عنوان
a) آب ساختمانی
b) آب جذب شده.
بعضی اوقات حتی ممکن است گفته شود که آب مویینگی به این طبقه از آب نگاه داشته شده تعلق دارد، زیرا عمل نیروهای مویینگی برای ایفای نقش در این مورد، مورد نیاز خواهد شد.
a) آب ساختمانی: آبی که از لحاظ شیمیایی مانند یک بخش از ساختمان بلوری دانه‌های خاک معدنی، ترکیب شده است، آب ساختمانی نامیده می‌شود. تحت بارگیری که در مهندسی فنی ـ تخصصی با آن برخورد می‌شود، این آب نمی‌تواند با هر وسیله‌ای جدا شود. حتی خشک کردن در دمای 110ـ 105 بر آن تأثیر نمی‌گذارد. زیرا آب ساختمانی به عنوان بخش و قسمتی از دانه‌های خاک مورد توجه قرار گرفته است.
b) آب جذب شده: این آب از
1. نام هیگروسکوپیک
2. نم قشری
تشکیل می‌شود.
1. نام هیگروسکوپیک: خاکهایی که کاملاً خشک به نظر می‌رسند، با این حال، شامل قشرهای خیلی نازک نم (رطوبت) در اطراف دانه‌های معدنی خود می‌شود، نم هیگروسکوپیک نامیده می‌شود، که همچنین نم تلاقی یا نم محدود شده سطحی نیز نامیده می‌شود. این شکل از رطوبت در یک ناحیه متراکم است، و سطوح دانه‌های خاص خاک را مانند یک قشر خیلی نازک احاظه می‌کند. ذرات خاک، نم هیگروسکوپیک خود را نه تنها از آب بلکه همچنین از هوای حو به وسیله نیروی فیزیکی جاذبه پیوندهای یونی ارضا شده بر روی سطوحشان استخراج می‌کنند. وزن یک نمونه خشک شده با کوره، وقتی که در معرض جو قرار می‌گیرد، بسته به بیشترین حد میکروسکوپی، تا یک حدی افزایش خواهد یافت، که به ترتیب به دما و رطوبت نسبی هوا، و خصوصیات دانه‌های خاک بستگی دارد. خاکهای دانه‌درشت و نامرغوب به علت سطح معین پائین یا ظرفیت هر بخش ناحیه سطح، نسبتاً نم هیگروسکپویک کمی دارند. میانگین شن‌های هیگروسکوپی، گل‌ها و خاک رس‌ها، به ترتیب یک درصد، هفت درصد و هفده درصد است؛ ارزش بالای خاک رس‌ها به خاطر اندازه خیلی کوچک دانه‌های آن و در نتیجه سطح معین بالا است. ضخامت لایه جذب شده ممکن است از 200 A تا 30A برای خاک رس‌ها (mm7-10= A 1)تغییر می‌کند. قشر نم هیگروسکوپی مشهور است به اینکه به دانه‌های خاک با نیرویی بسیار زیاد محکم پیوند داده شده است، به بزرگی حدود 10000 اتمسفر، نزدیکتر، نم هیگروسکوپی خاک به طرف سطح بافت خاک جذب می‌شود، و بیشتر متراکم می‌شود. این نیروهای فیزیکی، در این موقع، استوار و محکم می‌شوند تا به صورت الکتریکی ـ شیمیایی در طبیعت باشند.
نم هیگروسکوپیک نه به وسیله جاذبه و نه با نیروهای مویینه‌ای تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد و به شکل مایع حرکت نمی‌کند. این نم به طور عادی و معمولی نمی‌تواند تبخیر شود. اگرچه، نم هیگروسکوپیک به وسیله کوره خشک کننده در 110ـ 105 قابل جابجایی است. رطوبت در این شکل خواصی دارد که به طور قابل توجهی با آن دسته از آبهای مایع متفاوت است. نم هیگروسکوپیک چگالی بیشتر، نقطه جوش بالاتر، غلظت بیشتر، کشش سطح بزرگتر، و نقطه انجماد خیلی پائینتر از آب معمولی دارد.
نم هیگروسکوپیک تأثیری آشکار بر روی پیوند و شکل‌گیری خواص یک خاک گل‌آلود دارد؛ این نم، همچنین روی نتایج آزمایش جاذبه خاص بافت خاک تأثیر می گذارد. این مطلب، به خاطر حجم آب جابجا شده‌ای است که به وسیله مقدار نم هیگروسکوپی خیلی پائین است، بنابراین بیشتر به سمت معیارهای بالاتر جاذبه معین هدایت می‌شود تا معیار صحیح. (این اشتباه می‌توانست از 4 درصد تا 8 درصد بسته به هیگروسکوپی ردیف شود.)
نم قشری ورقه‌ای
نم قشری به خاطر غلظت بخار آب، روی بافت‌های خاک شکل می‌گیرد. و این وابسته به سطح ذره خاک به عنوان یک ورقه، بالای لایه قشر نم هیگروسکوپیک است. این نم قشری، همچنین به وسیله نیروهای مولکولی با حرارت بالا اما نه به زیادی که در مورد قشر نم هیگروسکپویک وجود دارد، نگاه اشته می‌شود. مهاجرت نم قشری می‌تواند به وسیله به کار بردن یک انرژی پتانسیل خارجی مثل پتانسیل گرمایی الکتریکی القا شود. این مهاجرت، سپس، از نقطه‌های دمال بالاتر/ پتانسیل بالاتر به نقطه‌های دمای پائینتر/ پتانسیل پائینتر خواهد بود. نم قشری فشار هیدروستاتیک خارجی را از خود عبور نمی‌دهد. نسبتاً به آرامی مهاجرت می‌کند. اگر سطح معین خاک بزرگتر باشد، می‌تواند شامل نم قشری بیشتری شود. وقتی نم قشری نظیر حداکثر نم مولکولی خاک باشد، خاک از حداکثر چسبندگی و ثبات خود برخوردار است.
5-3. نول و فشارهای مؤثر
به عنوان یک پیش‌نیاز، بیایید به چیزهایی در مورد فشارهای جوستاتیک نگاه می‌کنیم.
5-3-1. فشارهای جوستاتیک
علت فشارهای داخل یک توده خاک بارهای خارجی که مربوط به خاک هستند و همچنین خود وزنی خاک است. الگوی فشارهای به وجود آمده به وسیله بارهای خارجی معمولاً خیلی پیچیده است. اما، در اینجا یک حالت رایج وجود دارد که در آن، خودـ وزنی خاک، الگوی خیلی ساده فشارها را، افزایش می‌دهد و این وقتی است که سطح زمین افقی است و خاک طبیعی در مسیرهای افقی، به طور قابل ملاحظه‌ای تغییر نمی‌کند. این حالت اغلب در مورد رسوب‌های نهشتی وجود دارد. در چنین حالتی، به این فشارها به عنوان فشارهای جوستاتیک، مراجعه می‌شود. به علاوه در این حالت، فشارهای شکسته شده نمی‌توانند روی سطوح عمودی و افقی در داخل توده خاک باشند. بنابراین، فشار جوستاتیک عمودی ممکن است به آسانی با توجه به وزن خاک بالای آن عمق تخمین زده شود. اگر واحد وزن خاک با عمق یکی باشد،
عمق تحت بررسی= Z
واحد وزن خاک=
فشار جوستاتیک عمودی= هرجا
در نتیجه، فشار جوستاتیک عمودی به طور خطی با عمق در این نمونه تغییر می‌کند.
نمودار
اگرچه مشهور است که بخش وزن خاک به ندرت با عمق یکی است. معمولاً خاک به دلیل فشردگی حاصل از فشارهای جوستاتیک، با عمق فشرده‌تر می‌شود. اگر واحد وزن خاک به طور مداوم تغییر می‌کند می‌تواند به وسیله وسایل انتگرال ارزیابی شود.
اگر خاک لایه لایه شود، با واحد وزن‌های متفاوت برای هر لایه، ممکن است به راحتی به وسیله فشردگی تخمین زده شود:
5-3-2. فشارهای نولی و مؤثر
جلوی فشار کل، هر کدام به خاطر خود ـ وزنی خاک یا به خاطر نیروهای کاربردی خارجی یا به خاطر هردو، در هر نقطه داخل یک توده خاک به وسیله دانه‌های خاک، همچنین به وسیله حضور آب در منافذ یا فضاهای خالی در مورد یک خاک اشباع شده، گرفته می‌شود. (در اینجا منظور از فشار، فشار میکروسکوپی، ناحیه کل/ نیرو؛ فشارهای تلاقی در اتصال‌های بافت به بافت به خاطر ناحیه اتصال خیلی کوچک در ارتباط با برش عرضی خیلی بالا خواهند بود و اینها مناسب این متن نیستند). فشار نولی به عنوان فشار حمل شده توسط منفذ آب تعریف می‌شود و در همه مسیرها، وقتی که در آنجا تعادلی ساکن وجود دارد، یکسان است زیرا آب نمی‌تواند فضا شکسته شده ساکن را جابجا کند. این فشر، همچنین فشار منفذ آب نامیده می‌شود با U نشان داده می‌شود و با در عمق Z زیر بستر آب مساوی خواهد بود:
U=
فشار مؤثر به عنوان تفاوتی بین فشار کلی و فشار نولی تعریف می‌شود، همچنین به آن به عنوان فشار بین دانه‌ای مراجعه می‌شود و نشان داده می‌شود با:
معادله 5-5، تساوی فشار مؤثر است.
فشار مؤثر در کاهش نسبت فضای خالی خاک و در آماده‌سازی قدرت شکننده نفوذ کرده است، در حالیکه فشار نولی هیچ نفوذی روی نسبت فضای خالی ندارد و در آماده‌سازی قدرت شکننده بی‌تأثیر است.
بنابراین اصل فشار مؤثر ممکن است مانند زیر بیان شود:
1. فشار مؤثر با فشار کلی منهای فشار منفذ مساوی است.
2. فشار مؤثر جنبه‌های مشخص رفتار خاک را کنترل می‌کند، بخصوص قابلیت تراکم و قدرت شکننده.
{توجه: آخرین تحقیق روی مفهوم فشار مؤثر دلالت دارد بر اینکه معادله فشار مؤثر، مجبور است که در رابطه با خاکهای اشباع شده و بخصوص پلاستیک، سیستم‌های پراکنده شده مثل مونت موریلونیت با معرفی اصطلاح (A-R) ، اصلاح شود، که در آنجا R مربوط به نیروهای دافعه بین ذرات خاک مجاور به خاطر شارژهای الکتریکی است و A مربوط به نیروهای جاذبه ون در والز در روشی مشابه بیشاپ رات آل، یک معادله فشار مؤثر متفاوت برای خاکهای نسبتاً اشباع شده مطرح کرد. اگرچه، این مفاهیم یک طبیعت پیشرفته نیستند و خارج از محدوده کار حاضر هستند}.
در وضعیتی که بستر آب در سطح زمین هست، شرایط فشار در یک عمق از سطح مانند زیر خواهد بود:
Eq=5.5 با =u
اگر ، وزن بخش غوطه‌ور
بنابراین، فشار مؤثر با مقدار ـ شناور با وزن بخش مؤثر تخمین زده می‌شود.
5-4. جریان آب در خاک ـ تراوایی
برای یک مهندس عمران ضروری است که اصول جریان سیال و جریان آب میان خاک را بداند به منظور حل مشکلات شامل،
a) اندازه جریان‌های آب درمیان خاک (برای مثال، تعیین اندازه نشتی یک سد خاکی
b) فشردگی (برای مثال، تعیین اندازه استقرار یک فونداسیون)
c) قدرت (برای مثال، ارزیابی فاکتورهای امنیت یک دیواره).
تأکید در این بحث بر روی نفوذ مایع به خاک که در آن جریان می‌یابد؛ بخصوص روی فشار مؤثر.
خاک وقتی یک ماده جزء به جزء می‌شود، بین بافتهایش فضاهای خالی زیادی دارد، به خاطر شکل نامنظم ذرات مجزا، بنابراین رسوب‌های خاک محیط پرمنفذ هستند. فضاهای خالی مجزا در مونتاژ حوزه‌ها، بدون توجه به نوع واشر غیر ممکن است، بنابراین سخت است که فضاهای خالی مجزا در خاکهای خشن مثل سنگریزه‌ها، شنها، و حتی گل‌ها تصور شود. به خاطر اینکه خاکها از ذرات بشقابی شکل تشکیل می‌ش
دانلود مقاله شناسایی و طبقهبندی خاک
