مکانيک خاک 1
1401/09/20 12:38فصل قبل
هدف: آشنايي با اصول پايه، مباني و مفاهيم مقدماتي رفتار خاک‌ها با تکيه‌بر خواص فيزيکي و مکانيکي آن‌ها و توجه به زمينه‌هاي کاربردي در مسائل مهندسي
سرفصل درس:
کليات و تعاريف، نحوه شکل‌گيري و ساختار خاک‌ها، پارامترهاي وزني – حجمي و روابط آن‌ها در خاک
شناسايي و طبقه‌بندي خاک‌ها، بررسي معيارهاي طبقه‌بندي، معرفي روش‌هاي متداول طبقه‌بندي و تشريح مسائل مربوط به کاربرد اين روش‌ها در پروژه‌هاي مهندسي
تراکم خاک‌ها: اصول ضوابط حاکم بر تراکم خاک‌ها، نقش انرژي مصرفي در تراکم، منحني تئوريک تراکم، نحوه کنترل در عمليات خاکي
مفهوم تنش در سيستم دانه‌اي، تنش‌هاي ژئواستاتيکي، تنش‌هاي اصلي و دايره موهر، مسير تنش، گسترش ارتجاعي تنش داخل خاک، توزيع فشار در زير پي‌هاي مختلف، منحني‌هاي هم‌فشار توزيع تقريبي فشار و بررسي نمودارهاي نيومارک در تعيين فشار زير پي‌هاي با شکل غيرمنظم هندسي
زه خاک: تعريف جريان در خاک، قانون دارسي، ضريب نفوذپذيري خاک‌ها و روش‌هاي اندازه‌گيري آن، معادله رياضي جريان آب در خاک، شبکه جريان، محاسبه جريان عبوري از خاک در محيط‌هاي محدود و در سدهاي خاکي
تنش کل – تنش مؤثر محاسبه و رسم نمودار فشارهاي رقوم، سرعت و پتانسيل آب در خاک، فشار آب در خاک‌هاي اشباع، نيروهاي غوطه‌وري، نيروي جريان، حالت روان شدن
تحکيم خاک‌ها: تشريح مدل تحکيم و مکانيسم نشست در اثر فرضيه تحکيم ترازقي، معادلات رياضي تحکيم خاک‌ها، روابط زماني تحکيم براي فشار آب مستطيلي و مثلثي، فشاري پيش تحکيمي، اثر زمان ساخت بر نشست تحکيم، تحکيم شعاعي توأم با تحکيم عمودي، آزمايش‌هاي تحکيم و نحوه اندازه‌گيري پارامترهاي تحکيم موردنياز در محاسبات نشست
تعريف مقاومت برشي خاک‌ها، معيار گسيختگي موهر - کلمب، نحوه اندازه‌گيري پارامترهاي مقاومت برشي خاک‌ها، تشريح آزمايش‌هاي برش مستقيم و فشاري سه محوري در حالات مختلف در محل و در آزمايشگاه، معرفي کارکرد دستگاه نفوذ استاندارد و دستگاه نفوذ مخروطي و نحوه ارزيابي نتايج آن، مسير تنش کل و مؤثر در آزمايش‌هاي آزمايشگاهي
پايداري شيرواني‌ها و خاک‌ريزها: پايداري شيب‌هاي ماسه‌اي در حالات خشک و اشباع، پايداري شيب‌هاي رسي، روش‌هاي مختلف بررسي پايداري شيرواني‌هاي مختلط در حالات اشباع و جريان
رانش خاک‌ها: بررسي رانش (فشار) خاک در حالات سکون، فعال و مقاوم، اثر تغيير شکل‌ها در حالات حدي رانش، نحوه تعيين رانش فعال و مقاوم خاک با استفاده از مباني رانگين و کلمب
سرفصل: کليات و تعاريف و نحوه شکل‌گيري و ساختار خاک‌ها - پارامترهاي وزني – حجمي و روابط آن‌ها در خاک
نمونه 34- مطلب درسي: تعريف خاک
قسمت اعظم سطح زمين را رسوبات و مصالح ناپيوسته طبيعي که به‌طورکلي به آن‌ها «خاک» گفته مي‌شود پوشانده است. خاک در آفرينش و زندگي انسان نقش اساسي دارد. خداوند در قرآن مي‌فرمايد: و من آياته ان خلقکم من تراب[1]؛ از آيات خدا اين است که شما را از خاک آفريد.
خاک، از يک طرف ماده‌اي است که سازه خود را بر رو يا داخل آن بنا مي‌کنيم و از طرف ديگر، ماده‌اي است که آن را به عنوان مصالح ساختماني در کارهاي عمراني به خدمت مي‌گيريم (مانند سد خاکي و همچنين در ساخت بعضي ملات‌ها).
سرفصل: کليات و تعاريف و نحوه شکل‌گيري و ساختار خاک‌ها - پارامترهاي وزني – حجمي و روابط آن‌ها در خاک
نمونه 35- مطلب درسي: خواص خاک
خاک به عنوان يکي از آفريده‌هاي مهم خداوند در زمين داراي فوايد مهمي است از جمله بستر حيات براي بسياري از موجودات و محل استقرار بناهاي انساني و حيواني است. خاصيت خميري، يکي از خواص خاک هست. توانايي تحمل غيرقابل برگشت در تغيير شکل، بدون ترک‌خوردگي يا خردشدگي است و اغلب، خاک‌هاي رسي که داراي مقدار مناسبي از آب هستند، اين خاصيت را از خود بروز مي‌دهند. اگر يک بلوک خميري رس خشک شود، حالت خميري خود را از دست مي‌دهد و به يک خاک شکننده تبديل مي‌شود و مقاومت خشک قابل‌ملاحظه‌اي از خود نشان مي‌دهد که نتيجه چسبندگي بين ذرات رس است.
از گذشته‌هاي دور، از خاصيت خميري خاک رس در سفالگري استفاده مي‌شود. براي مثال مي‌توان از سفال‌هاي يافت شده در تپه‌هاي سيَلک کاشان که پيشينه‌اي به قدمت 5000 سال دارد و همچنين سفال‌هاي شهر سوخته زابل با پيشينه 7000 ساله نام برد.
سرفصل: تحکيم خاک
نمونه 36- مطلب درسي: نشست خاک
نشست خاک به دو صورت آني و تدريجي رخ مي‌دهد. نشست آني در اثر افزايش تنش ناشي از بارگذاري در خاک و کاهش تخلخل خاک ايجاد مي‌شود. درحالي‌که نشست تدريجي در اثر تحکيم خاک و خروج آب بين ذرات خاک - به‌مرور زمان - رخ مي‌دهد.
در تمدن پيشين ايرانيان، معماران چيره‌دست به نشست خاک توجه ويژه‌اي داشتند به‌خصوص در بناهاي بزرگ مثل مساجد و بناهاي مذهبي و کاخ‌هاي پادشاهان به اين امر پرداخته شده است.
در شاهنامه، داستاني از 1500 سال پيش درباره ساخت طاق کسري آمده است. زماني که خسروپرويز تصميم گرفت کاخي بلند و درخور توجه بسازد، آگهي به تمام شهرهاي ايران فرستاد تا بهترين کارگران داوطلب انجام اين کار را گرد هم آورند. واژه‌ي «کارگر» در ايران باستان به معناي «معمار» امروزي استفاده مي‌شده است. زيرا «کار» به معناي قوس است و کارگر به کسي گفته مي‌شود که بتواند قوس و تاق درست کند که جاي واژه‌ي کارگر در معناي امروزي، در ايران باستان از واژه‌ي «پيش کار» استفاده مي‌شده است.
3000 معمار برجسته براي اين کار داوطلب شدند و از ميان آنان، 30 نفر و در پايان از بين آن‌ها نيز 3 نفر برگزيده شدند. دو رومي[2] و يک پارسي.
نکته قابل‌توجه آن است که برنده‌ي مسابقه در انجمني که امروز مصاحبه‌ي حضوري مي‌نامند، برگزيده شد. «فرقان» که نام کارگر موردنظر بود، اين امر را پذيرفت و شروع به کندن پي ديوارهاي کاخ کرد. ژرفاي پي ديوارها 10 شاه رش بود که در اصطلاح، به فاصله‌ي ميان دو دست باز شده گفته مي‌شود، و کمتر از دو گز است و پهناي پي ديوارها نيز پيرامون 10 متر بود. بعد از احداث ديوارها، فرقان از خسروپرويز تقاضا نمود تا 40 روز به او مهلت دهد تا ديوارها نشست خود را بکنند. اما خسروپرويز که براي نشستن در کاخ شتاب داشت، اين سخن را نپذيرفت؛ بنابراين فرقان از او تقاضا کرد تا استوار (معتمد) را با يک ريسمان ابريشمي تابيده همراه او کند. وي به همراه استوار ارتفاع ديوار را اندازه گرفت. شب شد و فرقان ناپديد گشت. گويي که هرگز در جهان نبوده است. هرچه گشتند او را نيافتند؛ بنابراين شاه دستور داد تا پيش کاراني را که همراه فرقان از شهر او آمده بودند، به زندان بياندازند. سه سال به همين ترتيب گذشت و سرانجام فرقان دوباره ظاهر گشت. وي را نزد شاه بردند. شاه با عصبانيت علت ناپديد شدنش را پرسيد. فرقان بيان داشت که چنان‌که توضيح او را بشنوند، به علت غيبت او پي خواهند برد و او را خواهند بخشيد. وي گفت: به خاطر داريد که سه سال پيش به همراه يک استوار ارتفاع ديوارها را اندازه گرفتم. حال مي‌خواهم با همان استوار و همان ريسمان تابيده ابريشمي، دوباره ارتفاع ديوارها را اندازه بگيرم. اين کار انجام شد و مشخص شد که ارتفاع ديوار به اندازه 5 رش (نزديک به 2 متر) کم شده و به عبارت ديگر نشست کرده است. فرقان رو به خسرو کرد و گفت: چنان‌که من سه سال پيش طاق را بر اين ديوار مي‌نهادم، امروز ديگر ديوار و کاخي باقي نمانده بود!
سرفصل: زه خاک
نمونه 37- مطلب درسي: نفوذپذيري در خاک
زمين شامل لايه‌هاي نفوذپذير و غيرقابل نفوذ است اگر تمام لايه‌ها غيرقابل نفوذ بود آبي در آن ذخيره نمي‌شد و اگر تمام لايه‌ها نفوذپذير بود آبي در اختيار بشر قرار نمي‌گرفت. اين نکته به‌خوبي نشان مي‌دهد آفرينش زمين تصادفي محض نيست و با توجه به نيازي که در آينده ساکنان آن پيدا مي‌کردند طراحي و برنامه ريزي شده است. در قرآن کريم به موضوع نفوذ آب در زمين اين‌گونه اشاره دارد که:
«قُلْ أَرَأَيتُمْ إِنْ أَصْبَحَ مَاؤُکمْ غَوْرًا فَمَن يأْتِيکم بِمَاء مَّعِينٍ؛[3] بگو به من خبر دهيد اگر آب [آشاميدني] شما [به زمين] فرو رود چه کسي آب روان برايتان خواهد آورد».
خاک مي‌تواند به دليل خاصيت نفوذ ناپذيري خود عامل جداکننده سفره آب‌هاي شور و شيرين باشد و زمينه ساز زيستگاه‌هاي موجودات مختلف در درياهاي شور و شيرين شود.
[1]. روم:20.
[2]. واژه‌ي رومي در شاهنامه به معناي محل جغرافيايي کشور ايتالياي امروزي نيست، بلکه اين واژه به معناي آسياي صغير بوده است . يعني بخشي از غرب فلات ايران و محل زندگي اقوامي از نژاد آريا.
[3]. ملک: 30.