خاک های مسئله دار ، خاک هايی هستند كه در پروژههاي عمراني مشكلات فني و مهندسي زيادي از قبيل ريزش و يا تركخوردگي ساختمانها، نشست ناهمگون ساختمان، بالا آمدن سطح آب زيرزميني كه در نقاط پست ميتواند به دليل ايجاد تورم ساختگاه مشكلاتي براي پي ساختمانها به وجود آورد را به همراه دارند. روانگرايي خاك در هنگام وقوع زلزله و استقرار شهرکها بر روي خاک های مسئله دار و مشكلات فراوان ديگري از اين قبيل، اطلاع از خصوصيات زمين شناسي و ژئوتكنيكي محل انجام پروژه را امري اجتناب ناپذير ميسازد. در سالهاي اخير، رشد جمعيت و افزايش تقاضا براي تهيه مسكن و توسعه صنعت ساختمان، با توجه به ساخت و ساز در شهرهاي بزرگ، بدون رعايت مسائل زمين شناسي و ژئوتكنيكي، مشكلات فني و مهندسي زيادي را به همراه داشته كه يكي از مهم ترين آنها خاكهاي مسئلهدار است. اصولا از نظر مهندسی به تمام خاکهایی که احداث سازه بر روی آنها مطمئن نبوده و نیز تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار دارند خاک های مسئله دار نامیده میشوند. خاک های مسئله دار در گونههای مختلفی از جمله متورمشونده، واگرا، رمبنده، انحلال پذیر و … در طبیعت یافت میشوند.
خاک متورم شونده
خاکهای متورمشونده ، خاکهایی هستند که به دلیل جذب آب ، ازدیاد حجم یافته، اصطلاحا متورم میشوند. تورم در تعریف عبارتست از واکنش فیزیکی و شیمیایی خاک و محیط ، که مقدار تورم در آن بستگی کامل به شدت نیروهای جاذبه و دافعه فیزیکی و شیمیایی دارد. مقدار تورم به نوع کانیهای رسی و پیوند مولکولی موجود در آن نیز بستگی دارد. در حال حاضر کانیهای مونتموریلونیت به عنوان متورمشوندهترین نوع کانیهای رسی در مقایسه با ایلیت، کائولینیت و غیره شناخته شدهاند. علاوه بر این ، ساختمان توده رس ، ساختمان شبکه بلوری و ظرفیت تبادل کاتیونی نیز در بروز پدیده تورم نقش بسزایی ایفا میکنند. هر چه ذرات خاک انبوهتر و متراکمتر باشند، پتانسیل تورمپذیری آن بیشتر است. فشار ناشی از تورم خاکها میتواند موجب خرابی کامل ساختمانهای سبک نظیر پوشش کانالهای آبیاری، کف سازهها، جادهها و… گردد.خاک های مسئله دار
خاکهای متورمشونده نسبت به تغییرات رطوبتی بسیار حساس هستند، از این رو با جذب رطوبت از آب تحت الارضی و یا آب نشتی و حتی رطوبت ناشی از آبیاری گل و گیاه مجاور سازه و… سریعا متورم میشوند. و با توجه به سربار کم سازههای سبک، باعث بالا آمدن پوشش کف و بعضا جداره کانالها ، پوشش آسفالتی جادهها و بروز ترک در کف دالها ودیوارهای ساختمانها و… می شود و در مواردی که نیروی تورم خیلی زیاد نباشد باعث بروز ترک و شکستگی میشود که با گذشت زمان و عدم نگهداری و ترمیم صحیح به آسیب دیدگی سیستم ختم میشود .خاک های مسئله دار
خاک واگرا
واگرایی پدیدهای است که طی آن خاکهای رسی در مجاورت آب چسبندگی خود را از دست داده و یکدیگر را دفع میکنند. دلیل اصلی فرسایش رسها بر اثر پدیده واگرایی، فزونی نیروی دافعه بین ذرات بر نیروی جاذبه آنهاست. بر اساس مطالعات انجام شده مهمترین عامل موثر بر پدیده واگرایی غلظت یون سدیم در آب منفذی خاک و تک ظرفیتی بودن کاتیون مذکور است. خاکهای حاوی کلسیم، منیزیم و آلومینیوم به دلیل بیشتر بودن ظرفیت کاتیونها و کاهش نیروی دافعه واگرا نیستند. این پدیده در خاکهای غیر چسبنده ریز نیز به وجود میآید. ولی در ماسه و سیلت در اثر پدیدههای مکانیکی است، اما در خاکهای رسی در اثر تغییرات فیزیکی – شیمیایی خاک است.
معمولا فرم اصلی بروز خسارت درسازههای احداث شده بر روی خاکهای واگرا، فرسایش و مهاجرت شدید ذرات خاک از بستر سازه، خالی شدن پشت پوشش سخت و خرد شدن قطعات بتنی، فونداسیون سازه یا سایر پوششهای سخت به علت عدم وجود تکیهگاه است که به واسطه ایجاد فضاهای بزرگ ناشی از فرسایش خاک واگرا، و بروز نشستهای ناهمسان، سازه دچار ترک خوردگی شدید در جهات مختلف میگردد.خاک های مسئله دار
خاک رمبنده
پدیده رمبندگی، فرایندی است که طی آن و بر اثر جذب آب توسط ذرات خاک، نیروهای مولکولی بین ذرات طی مکانیزمهای متفاوتی نظیر نرم شدگی، از بین رفتن نیروی موئینگی بین ذرات، حذف نیروی مکش بر اثر اشباع شدن، یا فزونی تنش برشی نسبت به مقاومت از بین میرود و ساختمان طبیعی خاک به طور ناگهانی فرو میریزد و به اصطلاح دچار تخریب میشود. وقوع این پدیده مختص خاکهایی است که دارای ساختمان متخلخل و ذرات با اتصال ضعیف میباشند. به طور اخص خاکهای سیلتی و ماسه خیلی ریز با ساختمان لانه زنبوری و قطر کمتر از ۰٫۰۲ میلیمتر و بیشتر از ۰٫۰۰۲ میلیمتر، دارای این ویژگی هستند. منشا تشکیل خاک های رمبنده باد است که در مناطق خشک ونیمه خشک یافت میشوند.
ایجاد خسارت ناشی از رمبندگی در سازهها ، که معمولا بر اثر جریان یافتن آب و اشباع شدن خاک بستر حادث می شود، عموما به صورت نشست بستر و ترکخوردگی بی نظم پوششهای بتنی و سخت کف ودیوارها و… بروز مینماید. نشست ناگهانی و قابل توجه در کف سازه به عنوان نمودهای امکان وجود خاک رمبنده در بستر تلقی میگردد .
به عنوان مثال، یکی از مشکلات موجود در امر ساخت و ساز و گسترش ناحیه شهری و خطوط مواصلاتی در استان یزد بروز گسیختگیهای متعدد در سطح زمین، در مناطق حد فاصل شهرهای یزد و اردکان است. نمود ظاهری گسیختگیها به صورت نشست و ترکهای بزرگ در سطح جادهها و ساختمانهای مسکونی و اداری، شکسته شدن لولههای آبرسانی و سوخترسانی، کج شدن دکلهای انتقال برق و باز شدن ترک در زمین های کشاورزی نمایان است (شکل (۱-۲) و (۱-۳)). بر اساس مطالعات محلی و نتایج حاصل از آزمایشها مشخص شده که بخش عمده خاک تشکیلدهنده دشت یزد- اردکان سیلت است که این سیلتها به طور عمده بادرفتی بوده و به وسیله مواد چسباننده و نمکی و رسهای موجود، ساختمان خاک را تشکیل میدهند. همچنین براساس نتایج آزمایشهای نفوذپذیری در محل، مشاهده شده که نفوذپذیری خاک منطقه زیاد بوده و بسیار بیش از نفوذپذیری خاکهای ریزدانه مشابه است و نمونههای خاک به سرعت در آب متلاشی میشوند. آزمایشهای تعیین رمبندگی خاک نشان داد که خاک منطقه دربیشتر موارد رمبنده بوده و اثر این حالت از رفتار خاک در منطقه، به صورت شکسته شدن لوله آب به سبب نشت آب و یا درنشست اطراف چاههای منطقه قابل مشاهده است. این حالت از رفتار خاک در درون توده خاک به راحتی موجبات فرسایش آن را در جوار آب به وجود میآورد.
شکل (۱-۲): گسیختگی زمین
شکل (۱-۳): گسیختگی طاق ها به علت گسیختگی زمین
قابل ذکر است که بارندگی در دشت یزد – اردکان سالانه به طور متوسط ۶۱ میلیمتر است که این میزان بارندگی به صورت چند رگبار شدید ظاهر میشود .و در شرایط ویژه دشتهایی همچون یزد – اردکان جریانهای حاصل از بارندگی به دلیل شیب کم الزاما باید در مکانهایی به صورت موضعی جمع شده و به صورت استخرها و ماندابهای طبیعی در مدت زمان نسبتا طولانی تبخیر شوند. آشکار است که در صورت پیدا کردن مسیر و یا حفرههای ممتد جریانهای سطحی به طور مستقیم به جریان آب زیرزمینی خواهد پیوست. و در مسیر جریان خود از سطح به عمق ساختمان خاک را به علت حل مواد نمکی به هم میزند و ترکهای موجود در خاک را تعریض میکند. هریک از ترکها در بارندگیهای بعدی به صورت زهکش عمل میکنند و فرسایش، در بارندگی های بعدی افزایش مییابد. نکته حائز اهمیت عدم تناسب بین میزان بارندگی سالانه و گستره خسارات در چند دهه اخیر، در دشت یزد – اردکان است که اهمیت در نظر گرفتن فرایندهای آبی- خاکی را، حتی در مناطق خشک نشان میدهد .خاک های مسئله دار
خاک های انحلالپذیر
وجود مواد انحلالپذیر نظیر نمک طعام و گچ موجب میشود تا بر اثر تماس این خاکها با آب ، مواد مذکور در آب حل شده و قسمتی از ذرات جامد موجود در توده خاک ضمن انحلال خارج شوند. این پدیده در صورت تداوم میتواند موجب افزایش تخلخل و پوک شدن خاک گردیده و نهایتا با ایجاد نشستهای قابل ملاحظه، موجب تخریب ساختمان خاک و فروریزش خاک شود. مشکل دیگر آن است که انحلال و خروج ذرات جامد گچ، موجب جایگزین شدن آن با ذرات آب و در نتیجه افزایش رطوبت خاک میگردد که این امر نیز باعث کاهش مقاومت برشی خاک میگردد. این خاکها ممکن است در شرایط عادی (خشک) مقاومت و مشخصات مکانیکی خوبی داشته باشند به طوری که استفاده از این خاکها در پروژههای عمرانی مناسب تشخیص داده شود لیکن اغلب در برخورد با رطوبت به دلیل آب دوستی بیشتر خاکهای شور نسبت به خاکهای رسی معمولی دچار افتهای شدید مقاومتی شده و حتی در برابر بارهای بسیار کوچک دچار فروریزش میشوند. بنابراین نمیتوان به مقاومت ظاهری این خاکها درحالت خشک اطمینان کرد.
شستن گچ از خاک پدیدهای بسیار پیچیده و تابع عوامل متعدد است. از جمله بافت خاک، نفوذپذیری، شکل و اندازه ذرات گچ، توزیع ذرات گچ، سطح مخصوص ذرات مذکور، شیب هیدرولیکی اعمال شده و … از مجموعه عواملی هستند که در شستشوی گچ از خاک تاثیر قابل ملاحظه دارند. از این رو تاکنون اظهار نظرهای ضد نقیضی در رابطه با درصد گچ موجود در خاک جهت ایجاد خسارت ارائه شده است. اثر خسارت ناشی از شستشوی گچ یا سایر مواد انحلال پذیر از خاک را میتوان به ایجاد حفره یا نشست بستر خاکی و متعاقب آن تخریب پوشش بستر ودال و ایجاد ترک و نشست در سازه خلاصه نمود.خاک های مسئله دار
راهکارهای پیشنهادی جهت کنترل عوارض
با توجه به مباحث مطرح شده در بخشهای پیشین و گستره صدمات ناشی از فرایندهای مذکور بر سازههای سبک، لزوم یافتن روشهای مناسب جهت کنترل عوارض به وجود آمده، بیش از پیش آشکار میگردد. چنانچه میدانیم تا کنون روشهای گوناگونی از جمله تعویض خاک، تثبیت و بهسازی خاک، آب بند کردن سطوح، استفاده از زهکش و فیلتر و…. برای مبارزه با عوارض ناشی از فرایندهای مذکور پیشنهاد گردیده است. لیکن روشهای موجود در همه شرایط کارا نیستند. از اینرو بنا به اهمیت موضوع، در این بخش با توجه به نوع و خصوصیات و شرایط سازهها اعم از وزن، عمق استقرار و چگونگی تماس داشتن با آب، روشهای بهینه کنترل، در دو برحه زمانی قبل و بعد از ساخت سازه، در جدول (۱-۱) ارائه گردیده است. که با توجه به امکانات اجرایی و اقتصادی و نوع سازه از میان روشهای پیشنهادی بهترین گزینه انتخاب میگردد .
نوع سازه | نوع فرایند | روش های کنترل قبل از احداث سازه | روش های ترمیم بعد از احداث سازه |
کانال و جاده
|
واگرایی | تعویض خاک، تثبیت خاک محل با آهک یا سیمان یا گچ، پوشش های انعطافپذیر وغشاء نفوذ ناپذیردر کانالها وآسفالت جاده ها، آب بند کردن پوشش بتنی کانال و آسفالت جادهها، استفاده از پوشش خاکی و تعبیه فیلتر در کانالها و افزودن ژیپس یا سایر کاتیون ها به آب کانالها | پر نمودن حفرات وشکافها با مخلوطی از خاک وسیمان و آب بند کردن اتصالات، تزریق آهک جهت بهبود پارامترهای مقاومتی خاک، بخش هایی از دال بتنی یا آسفالت که باید تعویض شود خاک زیر آن را میتوان با روش های مربوط به قبل احداث سازه اصلاح نمود. |
متورمشوندگی | غرقاب کردن، کوبیدن خاک با رطوبت بیش از رطوبت بهینه، استفاده از بالشتکهای ماسه ای زیر پوشش بتنی کانال و آسفالت جاده ها، تثبیت خاک محل با آهک و سیمان، آب بندی کردن سطوح، پوششهای انعطاف پذیر و نفوذ ناپذیر بتنی در کانالها و آسفالت جادهها، استفاده از پوشش خاکی در کانال. | کنترل رطوبت و آب بند کردن پوشش کانال و آسفالت با استفاده از ژئوممبرین، تعبیه سیستم زهکش جهت تخلیه آب زیر پوشش کانال و آسفالت جاده، خاک زیر بخشهایی از دال بتنی یا آسفالت که نیاز به تعویض دارد را می توان با روشهای مربوط به قبل احداث سازه اصلاح نمود. | |
رمبندگی | تعویض خاک، غرقاب کردن، تراکم سطحی در کانالها و جادهها، هدایت و جمع آوری آبهای سطحی. | پر نمودن حفرات وشکافها با مخلوطی از خاک و سیمان، تزریق آهک جهت بهبود پارامترهای مقاومتی خاک | |
انحلالپذیری | تعویض خاک، تثبیت خاک با مواد سیمانی، شستشوی بلند مدت مسیر، پوششهای انعطافپذیر و غشاء نفوذناپذیر و آب بندی کردن سطوح، استفاده از پوشش خاکی در کانال و مسلح نمودن پوشش کانالها، هدایت و جمع آوری آبهای سطحی. | پر نمودن حفرات وشکافها با مخلوطی از خاک و سیمان، تزریق آهک جهت بهبود پارامترهای مقاومتی خاک | |
اثرات ناشی از تغییرات فشار آب منفذی | در نظر گرفتن شرایط بحرانی مقاومت برشی در بررسی پایداری شیروانی ها، اعمال بارگذاری تدریجی، استفاده از زهکشهای مصنوعی | زهکشی، تغییر هندسه شیب، استفاده از سیستم مهاربندی، استفاده از افزودنی جهت افزایش پارامترهای مقاومت خاک. | |
ساختمانهای مسکونی و غیر مسکونی
|
واگرایی | تثبیت خاک محل با آهک وسیمان یا گچ ،تعویض خاک، برداشتن خاک واگرا و احداث چند طبقه از سازه به صورت زیرزمین، ایزوله کردن خطوط انتقال آب و فاضلاب. | پر نمودن حفرات وشکافها با مخلوطی از خاک و سیمان، تزریق آهک جهت بهبود پارامترهای مقاومتی خاک، زیر شمع زدن. |
متورمشوندگی | غرقاب کردن،کوبیدن خاک با رطوبت بیش از رطوبت بهینه، استفاده از بالشتکهای ماسه ای زیر فونداسیون، تثبیت خاک محل با آهک و سیمان، بارگذاری یکنواخت پلان سازه جهت اعمال سربار یکنواخت و کنترل سربار، برداشتن خاک تورمزا و احداث چند طبقه از سازه به صورت زیرزمین، عایق بندی رطوبتی پوشش کف سازه و آب بند کردن اطراف سازه، ایزوله کردن خطوط انتقال آب و فاضلاب | کنترل رطوبت و آب بند کردن اطراف سازه با استفاده از ژئوممبرین یا احداث دیوار آب بند، تعبیه سیستم زهکش اطراف ساختمان جهت تخلیه آب، زیر شمع زدن، | |
رمبندگی | غرقاب کردن، تراکم تا عمق تاثیر سازه، ایزوله کردن خطوط انتقال آب و فاضلاب، هدایت و جمع آوری آبهای سطحی. | پر نمودن حفرات وشکافها با مخلوطی از خاک و سیمان، تزریق آهک جهت بهبود پارامترهای مقاومتی خاک، زیر شمع زدن | |
انحلالپذیری | تعویض خاک، تثبیت خاک با مواد سیمانی، شستشوی بلند مدت خاک، آب بندی کردن اطراف سازه، تعویض خاک، برداشتن خاک و احداث چند طبقه از سازه به صورت زیرزمین، ایزوله کردن خطوط انتقال آب و فاضلاب، هدایت و جمع آوری آبهای سطحی. | پر نمودن حفرات وشکافها با مخلوطی از خاک و سیمان، تزریق آهک جهت بهبود پارامترهای مقاومتی خاک | |
اثرات ناشی از تغییرات فشار آب منفذی | در نظر گرفتن شرایط بحرانی مقاومت برشی و ظرفیت باربری، اعمال بارگذاری تدریجی، استفاده از زهکشهای مصنوعی. | زهکشی، استفاده از افزودنی جهت افزایش پارامترهای مقاومت و ظرفیت باربری خاک، زیرشمع زدن. |
جدول (۱-۱): روشهای بهینه کنترل و ترمیم در سازههای سبک
خاک های مسئله دار
منبع : برگرفته از کتاب جناب دکتر حمید مهرنهاد