کتاب شناسایی خاک‌های مسئله‌دار و روش‌های بهسازی خاک

ویژه دانشجویان و مهندسان عمران و ژئوتکنیک

محتوا کتاب شامل  :

• ارائه انواع روش‌های آزمایشگاهی و تجربی شناسایی خاک مسئله دار
• طراحی و اجرای انواع  روش‌های بهسازی خاک
• طراحی و اجرای انواع دیوارهای حائل
• طراحی بر اساس آئین نامه‌های داخلی FHWA
• شامل مثال‌های کاربردی و برنامه نویسی با MATLAB
  

  کتاب خاک‌های مسئله‌دار و بهسازی خاک

  ویژه دانشجویان و مهندسان عمران و ژئوتکنیک

  به بخشی از کتاب خاک های مسئله دار و بهسازی خاک توجه بفرمایید:

  ♦ لزوم رعایت مسائل زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی در ساخت و سازهای شهری

  در سال‌های اخیر، رشد جمعیت و افزایش تقاضا جهت تهیه مسکن و توسعه صنعت ساختمان، با توجه به ساخت و ساز در شهرهای بزرگ، بدون رعایت مسائل زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی، مشکلات فنی و مهندسی زیادی مانند ریزش و یا ترک خوردگی ساختمان‌ها، نشست ناهمگون ساختمان، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی که در نقاط پست می‌تواند به دلیل ایجاد تورم ساختگاه مشکلاتی برای پی ساختمان‌ها به‌وجود آورد را به همراه داشته باشند.

  ♦ خاک‌های مسئله دار چه نوع خاک‌هایی هستند؟

  در سال‌های اخیر رشد جمعیت و توسعه شهرنشینی سبب افزایش ساخت‌وساز در شهرها شده است. خاک‌های مسئله‌دار، خاک‌هایی هستند که در پروژه‌های عمرانی مشکلات فنی و مهندسی زیادی در حین ساخت یا هنگام بهره‌برداری آن، همچون ریزش و یا ترک خوردگی ساختمان‌ها، نشست ناهمگون را برای پی ساختمان‌ها می‌تواند به‌وجود آورد که نتیجه آن، تخریب موضعی و یا از بین رفتن کل سازه می‌باشد.

  این خاک‌ها دارای خصوصیاتی مانند ظرفیت باربری کم و مقاومت برشی پایین هستند. عدم بهسازی خاک‌های مسئله‌دار می‌تواند سبب آسیب دیدن سازه‌های موجود روی آن‌ها مانند روسازی راه‌ها، فرودگاه‌ها، ساختمان‌های بلندمرتبه شود. برخی از انواع مهم خاک‌های مسئله‌دار شامل خاک‌های رمبنده، خاک‌های واگرا، خاک‌های روانگرا و خاک‌های متورم‌شونده می‌باشد که در ادامه به آن‌ها پرداخته خواهد شد.

  ♦ انواع خاک‌های مسئله دار

  خاک‌های رمبنده

  معمولاً ساختاری باز داشته و پیوند بین ذرات آن ضعیف می‌باشد. این خاک‌ها در شرایط آب و هوایی خشک، مستعد کاهش حجم چشم‌گیر در هنگام اشباع شدن هستند.

  نشست‌ خاک‌های رمبنده در اثر اشباع شدن به کاهش ظرفیت باربری خاک‌های بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک منجر می‌شود. پراکندگی خاک‌های رمبنده شامل بسیاری از نقاط ایران از جمله شمال شرق، بخش قابل توجهی از جنوب (یزد، کرمان، سیستان و بلوچستان)، اطراف تهران (ورامین) و زنجان می‌باشد.

  پدیده روانگرایی

  خاک‌ها یکی از مشکلاتی است که در ساخت سازه‌های مختلف بر روی خاک‌های ماسه‌ای اشباع یا نزدیک به اشباع و همچنین خاک‌های دارای ثبات کم مانند لای، ماسه بسیار سست و بدون چسبندگی و خاک‌های رس بسیار حساس، رخ می‌دهد.

  اگر یک توده ماسه اشباع شل تحت لرزش‌های شدید ناشی از زلزله قرار گیرد، تمایل به تراکم و کاهش حجم خواهد داشت. اگر امکان زهکشی سریع این نهشته وجود نداشته باشد، امکان کاهش حجم فوری خاک وجود نداشته و در نتیجه فشار آب حفره‌ای سریعا افزایش خواهد یافت.

  با افزایش نوسانات، افزایش فشار آب حفره‌ای به حدی می‌رسد که با فشار سربار برابر شده و در نتیجه تنش موثر صفر می‌شود. از آنجایی‌که مقاومت برشی خاک‌های غیر چسبنده نسبت مستقیم با تنش موثر دارد، توده ماسه هیچگونه مقاومت برشی نداشته و در حالت آبگونگی قرار می‌گیرد.

  خاك‌های واگرا

  خاك‌های ريزدانه خاصی هستند كه به محض تماس با آب، به سرعت شسته می شوند. استفاده از این نوع خاک تا کنون منجر به خرابی‌های زیادی در سدهای خاکی و خاکریزها شده است.

  اين خاك‌ها (كه عموماً از نوع رس بوده) در صورت قرار گرفتن در معرض جريان آب، به سهولت شسته شده و فرسايش می يابند. در اين گونه خاك‌ها با جريان يافتن آب در ترك‌های خاك، ذرات رس در آب معلق شده و فرسايش می يابند. يون سديم قابل تعويض خاك، عامل اصلی ايجاد واگرايی در خاك‌های رسی می باشند.

  در این‌گونه خاک‌های ریزدانه ابتدا کانی‌های رسی در مجاورت آب دچار جداشدگی شده و ترک‌های ریزی در پیکره کانی‌های رسی مجتمع ایجاد می‌شود. سپس با جریان یافتن آب به داخل این شکاف‌های ریز فرسایش مکانیکی نیز ایجاد می‌گردد.

  در مراحل بعدی با گسترش این شکاف‌ها آب شستگی یا رگاب و نهایتاً موجب فرسایش شدید و تخریب سازه می‌گردد. بدین‌ترتیب واگرایی را می‌توان یک پدیده فیزیکی-شیمیایی دانست که در آن عواملی مانند نوع کانی‌های تشکیل دهنده خاک‌های رسی، نوع و غلظت نمک‌های محلول در آب منفذی موثر، خصوصیات شیمیایی آب و دیگر عوامل موثر می‌باشد.

  خاک‌های تورم‌پذیر

  خاک‌هایی هستند که در اثر افزایش رطوبت، تغییر حجم افزایشی قابل توجهی از خود بروز می‌دهند. فشار ناشی از تورم خاک‌ها می‌تواند موجب خرابی کامل ساختمان‌های سبک و پوشش کانال‌های آبیاری و کف‌سازی‌ها شود.

  در واقع این خاک‌ها در جهت کاملاً مخالف با فرایند تحکیم عمل می‌کنند، یعنی به‌جای از دست دادن آب و کاهش حجم، آب را جذب کرده و افزایش حجم پیدا می‌کنند. عوامل متعددی از جمله رطوبت، نسبت تخلخل اولیه، نوع کانی‌های رسی، واحدهای درشت ساختاری و همینطور سربار موجود، در پتانسیل تورمی یک خاك متورم شونده نقش دارند.

  تغییر حجم این گونه خاك‌ها عمدتاً تحت تاثیر مقدار و نوع کانی‌هاي رسی قرار دارد، به‌ طوری که تغییر حجم در مقیاس‌های زیاد همواره با وجود مقادیر بسیار زیادي از رس‌های فعال همراه می‌باشد. وقتی‌که این خاك‌ها در اثر کاهش رطوبت خشک می‌شوند، پدیده انقباض روی داده و افزایش رطوبت بعدی موجب تورم آن‌ها و در نتیجه جذب آب حفره‌ای می‌گردد.

  ♦کتاب خاک های مسئله دار و بهسازی خاک حاضر شامل چهار فصل به شرح زیر می‌باشد:

  در فصل اول مقدمه‌ای بر شناسایی خاک‌های مسئله‌دار و اهداف استفاده از بهسازی خاک تشریح شده است.

  در فصل دوم روش‌های شناسایی خاک‌های مسئله‌دار با استفاده از روابط تجربی و آزمایشگاهی بیان گردیده است.

  فصل سوم شامل کلیه نکات اجرایی، طراحی و چگونگی انجام روش‌های پرکاربرد بهسازی خاک می‌باشد.

  در فصل چهارم نیز به بررسی استفاده از دیوارهای حائل در سازه‌ها و نکات اجرایی و طراحی آن‌ها پرداخته شده است.

  در ضمن مسائلی حل شده به روش عددی و همراه با کدنویسی روش طراحی در برنامه MATLAB به انتهای هر بخش از مطالب کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک جهت استفاده مهندسین گرامی آورده شده است.

  ♦ لزوم بهسازی خاک

  در اکثر پروژه‌هاي عمرانی با انواع خاک‌ها و با مشخصات فنی متفاوت مواجه می‌شویم که بسیاري از این خاک‌ها جهت احداث سازه‌هایی با اهمیت زیاد مانند راهسازی، تونل و…  نیازمند بهسازی می‌باشند.

  از این‌رو این نوع خاک‌ها جهت آمادگی برای ساخت و ساز نیازمند بهسازی می‌باشند. در واقع بازسازی کنترل‌ شده خاک درجا برای استفاده مجدد در یک ساختار جدید ژئوتکنیکی و یا بهبود وضعیت ساختار فعلی، از جمله اهداف بهسازی می‌باشد. بهسازی خاک، اصلاح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی یک خاک جهت تامین یک رشته اهداف از پیش تعیین‌شده می‌باشد.

  جهت بهسازی خاک روش‌های گوناگونی بر اساس خاک منطقه مورد مطالعه پیشنهاد شده که می‌توان به تراکم سطحی، تراکم دینامیکی، روش‌های ارتعاشی عمیق، اختلاط عمیق، تزریق در خاک، استفاده از ریزشمع‌ها، الکترواسمزی، انجماد، خاک مسلح، انفجار و افزودن انواع مواد از قبیل: سیمان، نانو، پلیمر، قیر و افزودنی‌های شیمیایی نوین و سایر افزودنی‌ها اشاره نمود که انتخاب هریک از این روش‌ها بستگی به عوامل متعددی از جمله نوع خاک، درصد ریزدانه، مساحت و عمق بهسازی، مقاومت و تراکم‌پذیری خاک مورد مطالعه، نوع تجهیزات، مصالح و هزینه بهسازی دارد.

  ♦ هدف از بهسازی خاک چیست؟

  هدف از بهسازی زمین افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست‌پذیری خاک‌های طبیعی و خاکریزهای مصنوعی در برابر بارهای وارده و کاهش نفوذپذیری آن‌هاست. به‌طورکلی روش‌های گوناگون بهسازی در مناطق مختلف با اهداف بهبود کیفی زمین، علاج بخشی خاک‌های مسئله‌دار، پایدارسازی، حفاری‌ها، کنترل آب زیرزمینی و کنترل آلودگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

  ♦ دیوار حایل چیست و چه کاربردی دارد؟

  دیوار حایل، دیواری است که فشار ناشی از وضعیت موجود در اختلاف تراز به وجود آمده به علت خاکریزی ، خاکبرداری و یا عوامل طبیعی را به صورت پایدار حفظ نماید. دیوار سیل‌بند دیواری است که علاوه بر آن، وظیفه محافظت منطقه‌ای را از ورود سیلاب به آن، برعهده دارد.

  به علاوه دیوارهای ساحلی نیز وجود دارند که وظیفه آن‌ها محافظت منطقه ساحلی از خسارات ناشی از ضربه امواج و بالا آمدن آب دریا در حین طوفان است. سطح دیوارهای ساحلی دارای هندسه و انحنای خاصی برای استهلاك انرژی امواج برخوردکننده است. اختلاف عمده دیوارهای حایل معمولی با دیوارهای سیل‌بند و یا ساحلی، وجود آب در دو مورد اخیر به عنوان عامل فرسایش دهنده و ایجاد کننده اضافه فشار خارجی است.

  ♦ انواع دیوار حائل کدامند؟

  به‌طورکلی، انواع دیوارهای حائل شامل: دیوار حائل وزنی، دیوارهای گابیونی، دیوارهای گهواره‌ای، دیوار حائل مخزنی، دیوار حائل طره‌ای، دیوار حائل طره‌ای پشت‌ بنددار، دیوارهای حائل طبقه‌ای، دیوارهای حائل نیمه وزنی و … می‌باشد.

  ♦ موضوعاتی که در خاک های مسئله دار و بهسازی خاک به آن‌ها می‌پردازد شامل:

  فصل اول  / کلیات

  ۱-۱- مقدمه

  ۱-۲- هدف از بهسازی زمین

   

  فصل دوم  / شناسایی خاک‌های مسئله‌دار

  ۲-۱- مقدمه

  ۲-۲- خاک رمبنده

  ۲-۲-۱- عوامل موثر بر میزان رمبندگی خاک

  ۲-۲-۲- ویژگی‌های ژئوتکنیکی خاک‌های رمبنده (لس‌ها)

  ۲-۲-۳- معیارهای شناسایی خاک‌های رمبنده

  ۲-۲-۴- پراکندگی خاک‌های رمبنده در ایران

  ۲-۲-۵- روش‌های اصلاح خاک‌های رمبنده

  ۲-۲-۶- مدل رفتاری خاک‌های رمبنده

  ۲-۲-۷- کدنویسی و مثال کاربردی تعیین پتانسیل رمبندگی

  ۲-۳- خاک واگرا

  ۲-۳-۱- فرایند واگرایی

  ۲-۳-۲- ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی خاک‌های واگرا

  ۲-۳-۳- شناسایی خاک‌های واگرا

  ۲-۳-۴- روش‌های اصلاح خاک‌های واگرا

  ۲-۳-۵- کدنویسی و مثال کاربردی تعیین پتانسیل واگرایی

  ۲-۴- خاک‌های روانگرا

  ۲-۴-۱- استعداد روانگرایی

  ۲-۴-۲- عوامل موثر بر روانگرایی خاک

  ۲-۴-۳- مطالعات آزمایشگاهی جهت شبیه سازی شرایط صحرایی برای روانگرایی خاک

  ۲-۴-۴- روابط بررسی روانگرایی خاک

  ۲-۴-۵- اثرات روانگرایی

  ۲-۴-۶- روش‌های بهسازی خاک‌های روانگرا

  ۲-۴-۷- کدنویسی و مثال‌های کاربردی برنامه تعیین روانگرایی خاک

  ۲-۵- خاک متورم شونده

  ۲-۵-۱- فرایند تورم

  ۲-۵-۲- عوامل موثر بر تورم خاک‌های رسی

  ۲-۵-۳- معیارهای شناسایی خاک‌های متورم‌شونده

  ۲-۵-۴- تاثیر شرایط ساختگاه بر تورم

  ۲-۵-۵- روش‌های اصلاح خاک‌های متورم‌شونده

  ۲-۵-۶- کدنویسی و مثال کاربردی تعیین پتانسیل تورم

  فصل سوم / روش‌های بهسازی خاک

  ۳-۱- مقدمه کتاب خاکهای مسئله دار و بهسازی خاک

  ۳-۲- تراکم دینامیکی

  ۳-۲-۱- روش اجرای تراکم دینامیکی

  ۳-۲-۲- مطالعات اولیه جهت طراحی

  ۳-۲-۳- طراحی تراکم دینامیکی

  ۳-۲-۴- مدل رفتاری تراکم دینامیکی

  ۳-۲-۵- کدنویسی و مثال کاربردی طراحی تراکم دینامیکی

  ۳-۳- تراکم انفجاری

  ۳-۳-۱- فرایند روش بهسازی انفجاری

  ۳-۳-۲- پارامترهای موثر بر تراکم انفجاری

  ۳-۳-۳- طراحی بهسازی به روش انفجار

  ۳-۳-۴- ابزاربندی و اجرا

  ۳-۳-۵- عوارض ژئوتکنیکی بهسازی به روش انفجار

  ۳-۳-۶- کدنویسی و مثال کاربردی طراحی تراکم انفجاری

  ۳-۴- ستون سنگی

  ۳-۴-۱- انواع روش‌های اجرای ستون سنگی

  ۳-۴-۲- روش‌های تسلیح ستون‌های سنگی

  ۳-۴-۳- طراحی ستون سنگی

  ۳-۴-۴- رفتار ستون‌های سنگی

  ۳-۴-۵- کدنویسی و مثال کاربردی طراحی ستون سنگی

  ۳-۵- پیش بارگذاری

  ۳-۵-۱- پیش بارگذاری با استفاده از خاکریز

  ۳-۵-۲- پیش بارگذاری توسط خلاء یا ایجاد مکش

  ۳-۵-۳- زهکشی در پیش بارگذاری

  ۳-۵-۴- طراحی پیش بارگذاری و تحکیم شعاعی

  ۳-۵-۵- کدنویسی و مثال کاربردی طراحی پیش بارگذاری با زهکش

  ۳-۶- نیلینگ (میخ‌کوبی)

  ۳-۶-۱- مراحل ساخت دیواره نیلینگ

  ۳-۶-۲- مزایا و معایب روش نیلینگ

  ۳-۶-۳- ملاحظات فنی ساخت دیواره نیلینگ

  ۳-۶-۴- عوامل موثر بر پایداری نیلینگ

  ۳-۶-۵- طراحی سیستم نیلینگ

  ۳-۶-۶- کدنویسی و مثال کاربردی طراحی نیلینگ

  ۳-۷- سپرکوبی

  ۳-۷-۱- روش اجرا

  ۳-۷-۲- انواع مصالح مورد استفاده در سپرکوبی

  ۳-۷-۳- مزایا و معایب روش سپرکوبی

  ۳-۷-۴- طراحی سپرکوبی

  ۳-۷-۵- کدنویسی و مثال کاربردی طراحی سپرکوبی

  ۳-۸- خاک مسلح

  ۳-۸-۱- اجزای خاک مسلح

  ۳-۸-۲- عناصر تسلیح خاک

  ۳-۸-۳- مزایا و معایب خاک مسلح

  ۳-۸-۴- طراحی خاک مسلح

  ۳-۸-۵- کدنويسی و مثال کاربردی طراحی خاک مسلح

  ۳-۹- بهسازی به روش انجماد

  ۳-۹-۱- اصول انجماد خاک

  ۳-۹-۲- فرایند انجماد خاک

  ۳-۹-۳- مزایا و معایب روش انجماد

  ۳-۹-۴- طراحی سیستم انجماد خاک

  ۳-۹-۵- مطالعه موردی

  ۳-۱۰- بهسازی به روش شیمیایی

  ۳-۱۰-۱- بهسازی شیمیایی با استفاده از سیمان

  ۳-۱۰-۲- بهسازی شیمیایی با استفاده از آهک

  ۳-۱۰-۳- بهسازی شیمیایی با استفاده از پلیمرها

  ۳-۱۰-۴- بهسازی شیمیایی با استفاده از خاکستر بادی

  ۳-۱۰-۵- بهسازی شیمیایی با استفاده از مواد نانو

  ۳-۱۰-۶- بهسازی شیمیایی با استفاده از نمک‌ها

  فصل چهارم  / دیوارهای حائل

  ۴-۱- مقدمه

  ۴-۲- دیوار حائل وزنی

  ۴-۲-۱- کلیات

  ۴-۲-۲- عوامل مؤثر در دوران و جابه جایی لرزه‌اي دیوارهاي حائل وزنی

  ۴-۲-۳- مصالح دیوار حائل وزنی

  ۴-۲-۳-۱- بتن

  ۴-۲-۳-۲- مصالح بنایی

  ۴-۲-۴- طراحی دیوار حائل وزنی

  ۴-۲-۵- کدنویسی طراحی دیوار حائل وزنی

  ۴-۳- دیوار حائل طره‌ای

  ۴-۳-۱- کلیات

  ۴-۳-۲- استاندارد مصالح مورد استفاده

  ۴-۳-۳- طراحی دیوار حائل طره‌ای

  ۴-۳-۳-۱- پایداری در برابر واژگونی

  ۴-۳-۳-۲- پایداری در برابر لغزش

  ۴-۳-۳-۳- طراحی سازه‌ای

  ۴-۳-۴- ملاحظات اجرایی

  ۴-۳-۵- کدنویسی و مثال کاربردی طراحی دیوارحائل طره‌ای

  ۴-۴- دیوار حائل طره‌ای پشت‌بنددار

  ۴-۴-۱- طراحی دیوارحائل طره‌ای پشت‌بنددار

  ۴-۴-۲- کدنویسی طراحی دیوارحائل طره‌ای پشت‌بنددار

  ۴-۵- نکات دیوارهای حائل

  ۴-۵-۱- عوامل موثر در انتخاب نوع دیوارحائل

  ۴-۵-۲- علل خرابی دیوارهای حائل

  ۴-۵-۳- زهکشی

  منابع و مآخذ کتاب خاک های مسئله دار و بهسازی خاک