7206
شناسه خبر: 7206
بازدید: 3

خاک متورم شونده یا منبسط شونده (Expansive Soil) گروهی از خاک های مسئله دار هستند. این خاک ها جزء گروه خاک های رسی بوده و به طور معمول مخلوطی از کانی های رسی و غیر رسی اند. مشخصات ژئوتکنیکی این خاک ها توسط بخش رسی آن ها کنترل می شود. این گروه از خاک ها دارای مقدار قابل توجهی کانی مونت موریلونیت هستند که با آبگیری متورم شده و بر اثر از دست دادن آب منقبض می شوند.

خاک ها متشکل از مواد مختلفی می باشند که بیشتر این مواد تشکیل دهنده در صورت وجود رطوبت دچار تورم نمی شوند. با این حال، برخی از مواد رسی تورم پذیر می باشند. این مواد شامل اسمکتیت، بنتونیت، مونتموریلونیت، بیدلیت، ورمیکولیت، آتاپولژیت، نوترونیت، ایلیت و کلریت می باشند.

منظور از تورم در خاک متورم شونده ، تورم ناشی از جذب آب است. به طوری که می توان بهترین تعریف را از پدیده ی تورم در این خاک ها بدین ترتیب ارائه نمود که تورم عبارت از واکنش فیزیک و شیمیایی خاک و محیط است که مقدار آن بستگی به شدت نیروهای جاذبه و دافعه ی فیزیک و شیمیایی دارد. پدیده ی تورم یک پدیده ی برگشت پذیر می باشد، یعنی خاک پس از کم شدن رطوبت و از دست رفتن رطوبت موجود در آن منقبض می شود. لذا لازم است هنگام پرداختن به پدیده ی تورم در خاک های متورم شونده علاوه بر بررسی پدیده ی تورم، پدیده ی انقباض را نیز مورد بررسی قرار داد.

همچنین برخی از نمک های سولفاتی نیز وجود دارند که با تغییرات دمایی دچار تورم می شوند. خاک هایی که حاوی مقدار زیادی از مواد تورم پذیر باشند، دارای ظرفیت تورم پذیری و انبساط قابل توجهی می باشند.

پیشنهاد مطالعه : انواع خاک های مسئله دار و تعریف آنها

خاک متورم شونده

طرح شالوده روی خاک متورم شونده

سازندگان مختلف، روش های مختلفی را جهت طراحی شالوده در خاک متورم شونده ارائه کرده اند، شالوده طراحی شده باید به اندازه کافی در برابر اثرات نامطلوب انبساطی مقاوم باشد. می توان از شمع های پا فیلی در خاک های تورم پذیر استفاده کرد؛ اما استفاده از این نوع شالوده ها به عنوان راهکار کاملاً مناسب محسوب نمی شود، زیرا هنگامی که احتمال افزایش سفره آب زیر زمینی وجود داشته باشد، استفاده از آن چندان مناسب نیست. در ادامه به توصیه هایی برای طراحی شالوده در خاک های تورم پذیر می پردازیم :

1 . طراحی اندازه و عمق شالوده، طول و ابعاد شمع های پا فیلی، ضخامت دال و غیره باید صرفاً پس از ارزیابی خاک بر اساس داده های جمع آوری شده انجام شود. حداقل عمق توصیه شده 2 متر است.

2 . میلگرد گذاری سنگین و متراکم در پی می تواند موجب پیشگیری از تورم اتفاقی و کاهش مشکلات مرتبط با ترک خوردگی شود. می توان از نوارهای بتنی مسلح در سطح شالوده، تراز پایه ستون و نعل درگاه استفاده کرد.

3 . می توان نواحی اطراف ساختمان را روکش کرد، به طوری که رطوبت به شالوده نفوذ نکرده و موجب بروز تورم نشود. همچنین لازم است تا سیستم زهکشی مناسبی تعبیه شود.

4 . باید از کاشت درختان 3 متری در اطراف ساختمان پرهیز شود.

نگرش های غلط در رابطه با خاک متورم شونده

پیمانکاران و مهندسان دارای نظرها و نگرش های خاص خود در ارتباط با اقدامات احتیاطی و راه حل مناسب برای سازه های واقع بر خاک های تورم پذیر می باشند. ممکن است این نظرات همواره صحت نداشته باشد و در نتیجه در مواردی گمراه کننده باشد. در ادامه برخی از تصورات اشتباه در مورد طراحی سازه ها در شرایط تورمی که همواره صحیح نمی باشند، ذکر می شود :

1 .  در صورتی که پی های سطحی برای یک فشار باربری مجاز و کم طراحی شوند، تورم خاک به حداقل می رسد.

2 . خاکهایی که به رنگ مشکی نباشند، احتمالاً خاک تورم پذیر خواهند بود.

3 . در صورتی که محل، پیش از شروع ساخت حفر شده باشد، فرصت ایجاد تورم پس از ساخت از بین می رود.

4 . تثبیت و پایدار سازی شیمیایی خاک تورم پذیر کلیه مشکلات مرتبط با خاک تورم پذیر را مرتفع می سازد.

5 . مصالح درشت دانه قرار گرفته در زیر دال کف، موجب کاهش فشار بلند شدگی و باعث پر شدن منافذ توسط رس ها می شوند.

نحوه ی پیدایش خاک های متورم شونده

محققان مختلفی روی ریشه ی پیدایش این خاک ها به تحقیق پرداخته اند که از پرکارترین آنها میتوان به Donalsen اشاره نمود. این محقق این خاک ها را به دو گروه تقسیم بندی می کند، گروه اول خاک هایی هستند که سر منشاء آنها سنگ های آذرین می باشد که در مناطقی از هند و آفریقای جنوبی از این نوع خاک، فراوان یافت می شود. گروه دوم خاک هایی هستند که از سنگهای رسوبی حاصل می شوند که مونتموریلونیت جزء اصلی این خاک ها را تشکیل می دهد. این خاکها بر اثر هوازدگی و عوامل فیزیکی متلاشی شده و به خاکهای متورم شوند تبدیل می شوند. عوامل فیزیکی و شرایط محیطی بر ایجاد و یا تشدید اثرات این خاک ها بسیار موثر است به طوری که تغییرات فصلی شرایط آب و هوایی یا پوشش موضعی سطح زمین نیز می تواند شرایط تورم خاک را تحت تاثیر قرار دهد.

خاک منبسط شونده

مکانیسم تورم

تاکنون برای تورم خاک مکانیسم های مختلفی از قبیل”مکش اسمزی” یا “تمرکز آب به وسیله ی جذب قطبی” پیشنهاد شده است. تمام این پیشنهادها احتمالی بوده و هنوز هم جزئیات این نظریه ها مورد ابهام است زیرا پدیده ی جذب آب توسط خاک هنوز هم به خوبی کشف نشده است و بررسی تمام این مکانیسم ها نیازمند دانستن یک سری اطلاعات در فیزیک و شیمی می باشد. البته در اینجا سعی شده است مکانیسم کاملا ساده ای که در عین ساده بودن درک خوبی از پدیده های مکانیک خاک نیز ارائه نماید، بیان شود.

در یک رس کاملا خشک کاتیون ها به شدت جذب سطحی لایه های خارجی می شوند و کاتیون های اضافی که جایی برای نشستن روی لایه خارجی کانی رس ندارند، به صورت نهشته های املاح باقی می مانند. در صورتی که آب به ذرات رس برسد املاح کاتیونی در آب حل می شوند. این کاتیون ها بیشتر تمایل دارند که از سطح ذرات رس دور شوند چون سطح کانی های رس از قبل توسط سایر کاتیون ها پوشانده شده است. از سوی دیگر آن دسته از کاتیون ها که به سطح ذرات رس چسبیده اند به پیروی از قوانین اسمزی دوست دارند از سطح دور شده و غلظت کاتیون ها را در اطراف ذرات رس یکنواخت نمایند. این پدیده باعث دور شدن ذرات رس از یکدیگر شده و در نتیجه آب جذب شده، حجم کلی خاک را افزایش می دهد. یعنی به طور خلاصه می توان گفت که ورود ملکول های آب در بین ذرات خاک باعث ازدیاد حجم خاک می شود.

Bolt در سال 1956 این پدیده را با استفاده از پدیده ی اسمزی تشریح نمود. وی به این نتیجه رسید که تورم کانی های ایلیت و مونتموریلونیت در نتیجه ی افزایش فشار اسمزی در لایه یون جذب شده به وجود می آید. براساس این نظریه که فشار اسمزی تنها نیروی بین ذرات است، در صورتی که خاک تحت فشار خارجی قرار گیرد، فاصله ی بین ذرات رس کاهش یافته و آب تحت فشار خارج می شود که در اثر خروج آب از بین لایه ها غلظت یون بین ذرات افزایش یافته و در نتیجه فشار اسمزی نیز افزایش می یابد. این افزایش فشار اسمزی آنقدر ادامه می یابد تا در نهایت فشار اسمزی به یک حالت تعادل با فشار خارجی برسد. در صورتی که فشار خارجی کم شود، آب بین ذرات بر اثر فشار اسمزی زیاد تحت مکش واقع شده و آب به آن اضافه می شود تا غلظت یون های بین ذرات کم شود. با ادامه ی جذب آب فاصله ی بین ذرات اضافه می شود تا فشار اسمزی آب بین ذرات کم شود و به حالت تعادل برسد. جذب آب به این شکل باعث تورم می شود. به همین علت است که شیب منحنی باربرداری خاک های متورم شونده در آزمایش تحکیم تندتر از خاکهای معمولی است. البته لازم به تذکر است که تورم ناشی از جذب آب با تورم ناشی از باربرداری دو پدیده ی کاملا متفاوت هستند، که البته ممکن است در یک جا هم با هم اتفاق افتند.

خاک متورم شونده

روش های بهسازی خاک متورم شونده

تاکنون محققین زیادی برای بهبود شرایط، در مکان هایی که از وجود خاک های تورمی دچار مشکل هستند، فعالیت کرده اند. معمولا روش هایی که برای کاهش پتانسیل تورم این خاک ها ارائه شده است، بر کاهش فشار تورمی این نوع خاک هم تاکید دارد زیرا فشار تورمی خاک متناسب با مقدار تورم خاک است و می توان گفت که این دو کمیت کاملا به هم وابسته هستند. در این میان، برخی محققین برای بهسازی این خاک ها، در آزمایش های خود از افزودنیهایی همچون سیمان پرتلند، آهک و خاکستر بادی استفاده کرده اند.

پیشنهاد دانلود : روش های تثبیت خاک های مسئله دار

1 . بهسازی خاک متورم شونده با آهک

Al-Rawas در مطالعاتی که انجام داده است با افزودن 6% آهک به خاک، مقدار فشار تورم خاک را به نصف رسانده است البته برای آهکی که استفاده کرده است این درصد صادق است و در صورت تغییر مشخصات آهک درصدهای تثبیت متفاوت خواهند بود.

2 . بهسازی خاک متورم شونده با افزودنی های پلیمری

در آزمایش هایی که توسط یثربی و همکارانش انجام گرفته است به منظور بررسی اثر پلیمرهای مورد استفاده بر خاک متورم شونده ، دو نوع خاک رسی با نشانه خمیری کم و متوسط از منطقه طالقان تهران تهیه و مورد آزمایش قرار گرفته است. از آنجا که یکی از عوامل تاثیرگذار بر تعیین پتانسیل تورمی خاک ها، مقدار نشانه ی خمیری خاک می باشد، برای اینکه خاکی با خصوصیات تورمی بالا داشته باشیم، با افزودن بنتونیت به عنوان متورم شونده ترین خاک موجود، به نمونه های مورد آزمایش، خاک هایی با نشانه های خمیری متفاوت تهیه نمودند و در نتیجه پس از اعمال مواد پلیمری به این خاک ها اثرات آنها را بررسی کردند. لازم به ذکر است که انجام آزمایش تورم روی خاک های مخلوط شده با بنتونیت نشان داد که افزایش زیاد بنتونیت به خاک مورد مطالعه با افزایش زیاد در نشانه ی خمیری همراه نیست بلکه خاصیت تورم پذیری خاک را به شدت افزایش می دهد. پلیمرهای مورد استفاده در این آزمایش ها سه نوع بودند که عبارتند از رزین فوران، لاتکس وینیل استات – متیل متا اکریلات و لاتکس وینیل استات.

افزودن 3 درصد پلیمر به یک نمونه از خاک ها باعث شد فشار تورم نمونه به اندازه ی 78 درصد کاهش یابد، افزودن 5 درصد، باعث کاهش 82 درصدی و افزودن 10 درصد پلیمر باعث کاهش 92 درصدی فشار تورم در خاک مورد آزمایش گردید که با توجه به آزمایش های انجام شده به نظر می رسد مقدار 5 درصد می تواند مقدار مناسبی برای استفاده به منظور کاهش فشار تراکمی باشد. از بین پلیمرهای مورد استفاده، پلیمر لاتکس وینیل استات در خاک های با نشانه خمیری کمتر از 30 درصد و فشار تورم پایین، تاثیر قابل توجهی بر کاهش تورم خاک ندارد.

منابع :

1 . مقاله روش های شناسایی خاک های منبسط شونده و راهکارهای علاج بخشی آنها از احمد نظری، محمد حاجی ستوده، سعید قربان بیگی و وحید تائبی، اولین کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک ایران، 30 مهر و 1 آبان 92

2 . ترجمه نوشتاری از سایت thecivilengg.com توسط امیر رضا بخشی، از مقالات تحلیلی ترجمه شده توسط گروه آموزشی 808

نویسنده

محمد حسن دانشور
در دوران دانشجویی در دانشگاه شیراز آرزو داشتم بستری وجود داشته باشد تا هم با تولید محتوا تخصصی، به ابهامات درون ذهنم پاسخ دهد و هم اینکه بتوانم سوالات خود را در رابطه با نرم افزارهای مختلف با متخصصین امر مطرح نمایم. آن ارزو هم اکنون با همراهی تیمی مجرب با "گروه مهندسی فراعمران" محقق شده است. | بنیان گذار گروه مهندسی فراعمران

مشاوره از طریق واتساپ