مکانیک خاک (عمران)
ترکیب خاک
یک توده خاک از سه بخش (جامد، آب و هوا) تشکیل شده است.
حجم کل
وزن کل
حجم فضای خالی
روابط حجمی خاک
– تخلخل یا پوکی (n) : نسبت حجم فضای خالی به حجم کل خاک
– نسبت تخلخل (e): نسبت حجم فضای خالی به حجم ذرات جامد خاک
– درجه اشباع (sr): نسبت حجم آب و خاک به حجم فضای خالی خاک
– تراکم نسبی (Dr): به صورت مقابل تعریف می گردد:
(در متراکم ترین تخلخل و نسبت تخلخل رابطه مقابل برقرار است.
روابط وزنی خاک
– میزان رطوبت (w) نسبت وزن آب خاک به وزن ذرات جامد
– وزن مخصوص طبیعی (): نسبت وزن کل خاک به حجم کل
– وزن مخصوص خشک () نسبت وزن ذرات جامد به حجم کل
– وزن مخصوص ذرات جامد () نسبت وزن ذرات جامد به حجم ذرات جامد
– وزن مخصوص غوطه وری تفاضل وزن مخصوص اشباع و وزن مخصوص آب
نکته 2: بین وزن مخصوص اشباع و وزن مخصوص خشک رابطه زیر برقرار است:
نکته 3: بین وزن مخصوص طبیعی و وزن مخصوص خشک رابطه زیر قرار است:
نکته 4: اگر بدون تغییر در حجم خاک رطوبت آن را تغییر دهیم تغییر در وزن مخصوص خشک خاک به وجود نخواهد آمد و خواهیم داشت:
مساحت خاک
انواع خاک:
نوع خاک
س (C)
لای یاسلیت (M)
ماسه (S)
شن (G)
دامنه تغییر قطر ذرات (MM)
0-0.002
0.06- 0.002
2- 0.06
5-2
منحنی دانه بندی خاک
با استفاده از این منحنی می توان به ازای هر قطر ذره خاص (مورد نظر) تعیین کرد که چند درصد وزن ذرات خشک خاک دارای قطری کمتر یا معادل قطر ذره مورد نظر می باشند.
انواع آزمایش دانه بندی استفاده از الک برای قطر ذرات بیشتر از 0.075 mm
2- روش هیدرومتری برای کمتر از 0.075 mm
– در روش استفاده از الک نمونه خاک روی یک سری الک که اندازه سوراخ های آنها از بالا به پایین کاهش می یابد لرزانده می شود.
با اندازه گیری جرم خاک باقیمانده روی هر الک منحنی دانه بندی
به صورت تجمعی رسم می گردد.
نکته: الک 200 یعنی در هر اینچ مربع این الک 200 سوراخ وجود دارد.
تعریف چند پارامتر
1- اندازه موثر (D10) اندازه موثر روی منحنی دانه بندی مربوط به درصد عبوری 10 می باشد D10 به ما می گوید چه قطری است که 10 درصد ذرات از آن ریزترند.
2- ضریب یکنواختی (Cu) 3- ضریب دانه بندی (Cc)
(D3- و D60 ) به ترتیب مربوط به درصد عبوری 30 و 60 می باشند)
حدود اتربرگ
– حد انقباض (S.L) میزان رطوبت خاک در لحظه اشباع (Sr=1) را حد انقباض گویند. از این رطوبت بیشتر، خاک با افزایش رطوبت افزایش حجم می یابد (از حالت جامد به نیمه جامد)
– حد خمیری (P.L) میزان رطوبتی که به ازای آن فتیله های به قطه 2 و 3 میلی متر که از خمیر خاک نمونه ساخته می شود . ترک بخورد (از حالت نیمه جامد به خمیری)
– حد مایع (L.L) میزان رطوبتی که اگر در خاک شیاری به عرض 13mm ایجاد شود پس از 25 ضربه روی هم قرار گیرد (از حالت خمیری به حالت مایع)
شاخص خمیری (PI): PI=L.L-P.L
هر چه این شاخص بزرگتر باشد خاک چسبنده تر و خمیری تر خواهد بود.
شاخص روانی (L.I) (سفتی نسبی)
نمودار خمیری
رابطه بین شاخص خمیری و حد مایع در نموداری به نام نمودار خمیری مطالعه می شود با داشتن مقادیر (P.I) و (L.L) و استفاده از این نمودار می توان نوع خاک ریزدانه را تعیین کرد.
معادله خط A
طبقه بندی خاک
مرتب کردن خاک های مختلف با خواص مشابه به گروه ها و زیر گروه های خاص، بر حسب کارکرد را طبقه بندی خاک گویند.
سیستم طبقه بندی متحد (uscs)
در این سیستم، نام هر خاک ترکیبی از 2 حرف می باشد حرف اول نشان دهنده نوع خاک می باشد.
و حرف دوم صنعتی برای حرف اول می باشد که به صورت زیر می باشند:
W: خوب دانه بندی شده H: دارای خاصیت خمیری بالا (L.L>50)
P: بد دانه بندی شده: L: دارای خاصیت خمیری کم (l.L<50)
خصوصیات خاک خوب دانه بندی شده
برای ماسه برای شن
برای طبقه بندی خاک به روش متحد (USCS) به صورت زیر عمل می نماییم:
درصد عبوری از الک 200 را محاسبه می کنیم.
1- اگر بیشتر از 50 درصد باشد: ← حرف اول: با استفاده از نمودار خمیری به دست می آید اگر خاک بالای خط A باشد (C) است و در غیر این صورت سیلت (M) می باشد. حرف دوم: اگر l.L>50 باشد H و اگر L.L<50 باشد L می باشد.
2- اگر کمتر از 50 درصد باشد خاک درست دانه است ← 1- درصد عبوری (5%-0) (حرف اول) اگر بیش از 50 درصد درشت دانه ها از الک 4 عبور کند خاک ماسه (S) و در غیر این صورت شن (؟) است.
مثال SP → (حرف دوم): با استفاده از Ca از Cc یکی از حروف P به V
2- درصد عبوری (12%- 5( :(حرف اول)، مانند حالت 1 به دست می اید.
( حرف دوم) با استفاده از نمودار خمیری (مثال SC)
حرف دوم: با استفاده از Ca و C نمودار خمیری به دست می آید: مثال: SC-SA
3- درصد عبوری (12%- 5): حرف اول: مانند حالت 1 به دست می آید.