مشخصات خاک

  مقدمه

●از خاک چه می دانید؟

آیا تا به حال اندیشیده اید که محل ساختمان محل سکونت شما بر چه نوع خاکی بنا شده است؟ آیا تا به حال در مورد اهمیت نوع خاک در پایداری سازه ها اندیشیده ايد؟ آیا در هنگام ساخت ساختمانها به و ضعیت آبهای زیرزمینی و وجود حفره ها و کوره ها یا قناتها در نزدیکی ساختمان خود دقت کرده اید؟ آیا تا به ساختمانهایی که در کناره خاکبرداریها بنا شده اند نظر کرده اید؟آیا به چگونگی خاک در محل شیب کوهها فکر کرده اید؟

سوالات بسیاری از این قبیل در اهمیت تاثیر وضعیت شرایط خاک در استحکام و پایداری ساختمانها چه در وضعیت ایستایی وچه بعد از وقوع زلزله قابل مطرح شدن است.پس بیایید ابتدا خاک رابهتر بشناسیم. بطورکلی خاکها از فرسایش سنگها و در دراز مدت تشکیل شده ، در محل خود رسوب کرده یا انتقال می یابند. خاکها دارای اندازه ذرات متفاوتی بوده و در یک تقسیم بندی بسیار کلی خاکها در طبیعت به صورت خاکهای رسی ،‌ سیلتی ، ماسه ای ، شنی و قطعات سنگی تقسیم می شوند.خاکهای سطحی عموما ترکیبی از خاکهای فوق و خاکهای نباتی می باشند. خاکها از لحاظ تراکم ساختمانی به شکل شل، نیمه متراکم و متراکم وجود دارند. خاکها علاوه بر تفاوت در ریزدانه و درشتدانه بودن دارای چسبندگی و قفل و بستهای متفاوتی می باشند. خاکهای رسی اشباع عموما دارای چسبندگی قابل توجهی بوده لیکن خاکهای سیلتی و ماسه ای از چسبندگی کمتری برخوردارند. خاکهای مناطق مختلف ، بدلیل خصوصیات مختلف ، دارای استحکام و مقاومت های متفاوت هستند و همچنین در اثر بارهای وارده نشست های متفاوتی از خود بروز می دهند. بطور کلی وجود رطوبت در خاکها باعث کاهش پارامترهای مقاومتی می شود.

قبل از احداث هر بنا چه ساختمان ساده چند طبقه و چه پلها ، تونلها ، سدها وغیره انجام عملیات شناسایی خاکها (عملیات شناسایی ژئوتکنیکی ) امری ضروری است . امروزه مهندسین بیش از پیش به اهمیت شناسایی خاکها قبل از احداث ساختمان بر آن پی برده اند.عملایت شناسایی خاکها به دو گروه عملیات شناسایی صحرایی و عملیات آزمایشگاهی تقسیم می شوند. در عملیات صحرایی عملیات حفاری دستی یا ماشینی و نمونه گیری ، شناسایی زمین شناسی ،‌ شناسایی پارامترهای آب وهوایی و همچنین آزمایشهای درجای صحرایی و در آزمایشگاه ، آزمایشهای آزمایشگاهی انجام می گیرد. و در نهایت پس از بررسی ها و مطالعات مقدار مقاومت خاک برای پی ها ی مختلف ارائه می شود. این مطالعات در عملیات ساختمان سازی ار اهمیت بسزایی برخوردار می باشد و با توجه به این مطالعات می توان پی و فونداسیون مناسب را با توجه به بارهای وارده تعیین نمود. پی ها به طور کلی به دو گروه پی های سطحی و پی های عمیق تقسیم می شوند. پی های سطحی همان پی های متداول در شهرها هستند که به صورت پی تک ، نواری و گسترده(رادیه) می باشند.

پی های عمیق همان شمعها می باشند که در شرایطی که مقاومت خاک برای پیهای سطحی کفایت نمی کند از این پی استفاده می شود.این نکته لازم به ذکر است که تعیین نوع پی هم به نوع سازه و هم به مقاومت خاک بستگی دارد. بنابراین ممکن است برای دو ساختمان کاملا مشابه در دو محل خاکی متفاوت پی های متفاوت پیشنهاد شود.در آخر باز متذکر می شویم که پیش از ساخت سازه ها به مسئله خاک آن توجه کنیم. سازه خود را بر هر خاکی ننهیم ، قبل ساخت سازه ها در دامنه شیبها با متخصص آن مشورت کنیم و بدانیم هز قدر سازه ما محکم باشد اگر بر خاکی ضعیف بنا شود ، در اینده با مشکل مواجه خواهد شد.

به نظر می‌رسد که انسان اولیه تا زمانی که مواد غذایی خود را از طریق شکار بدست می‌آورده، چندان توجهی به خاک نداشته است، ولی بتدریج که کشت جایگزین شکار می‌شده، اهمیت خاک نیز افزایش یافت. این تغییر روش در حدود ۹۰۰۰ سال پیش در کوههای زاگرس و خوزستان و قسمتی از عراق امروزی بین رودخانه‌های دجله و فرات صورت گرفته و در واقع اولین انقلاب کشاورزی در ایران آغاز شده است.

●خاک چیست؟

خاک مخلوط پیچیده ای از مواد معدنی، آلی و موجودات زنده است. خاک یکی از محصولات محیط است که دائماً در معرض تغییر و نمو قرار دارد. خاک همیشه و در همه حال توسعه می یابد حال یا به آهستگی در مناطق خشک و یا سریع در مناطق مرطوب.

در سالهای دور خاک بعنوان بخش بی ارزش پوسته زمین به شمار می رفت. تا اینکه در سال ۱۸۸۰ میلادی توسط دانشمندی روسی به نام "داکوچائف" بعنوان بخشی زنده و دارای ارزش مورد مطالعه قرار گرفت.خاک مخلوط پیچیده ای از مواد معدنی، آلی و موجودات زنده است. خاک یکی از محصولات محیط است که دائماً در معرض تغییر و نمو قرار دارد. خاک همیشه و در همه حال توسعه می یابد حال یا به آهستگی در مناطق خشک و یا سریع در مناطق مرطوب.خاک با یک تکه سنگ خرد شده و یا یک لایه جرم کثیف متفاوت است، خاصه مهم خاک این است که زنده است و موجودات زنده را می پروراند که مثال بارز آن گیاهان هستند. به دیگر بیان میتوان خاک را پوسته ای از زمین نامید که بدون آن زمین خواهد مرد.پوسته زمین ( در اینجا خاک) بوسیله باد، آب یا فعالیتهای انسان فرسوده می شود و از دیگر سو توسط فرآیند هوا زدگی سنگها یا بعبارت درست تر مواد مادری مجدّداً احیا یا نو می شود. خاک با دیمانسیون سه بعدی تعریف می شود یعنی ارتفاع به علاوه مساحت.

هنگامی که در جاده ای شما در حال حرکت هستید به مقطع بریده تپه کنار جاده ( مقطع طبیعی ) نگاه کنید. می بینید که خاک روی آن، از لایه های مختلفی با رنگهای متفاوت تشکیل شده است. دقت کنید که به چه ترتیبی ضخامت لایه های منفرد از بالا به پائین تغییر می کند. چرا لایه های پائینی خاک تپه معمولاً ضخیم تر هستند؟ چرا لایه بالائی خاک تیره تر است؟ پاسخ همه این سئوالها به چگونگی تشکیل خاک بر می گردد.به دیگر بیان میتوان خاک را پوسته ای از زمین نامید که بدون آن زمین خواهد مرد.تصویر از رایزو باکتریای خاک تهیه شده است.تصور هر شخص از خاک بر اساس استفاده ای است که از آن می کند.یک مهندس عمران، از خاک بعنوان زیر بنا و مهد ساختمان، جاده و بزرگراه نگاه می کند.یک مهندس معدن، خاک را پوششی می بیند که باید آنرا بردارد تا به معادن و کانی های گرانبها دست پیدا کند.یک طراح فضای سبز به خاک بعنوان منبعی برای ساخت یک پارک یا باغ زیبا می نگرد.

و بالاخره، مهندسین کشاورزی و منابع طبیعی به خاک بعنوان منبعی برای تولید محصولات کشاورزی و جنگل نگاه می کنند.ما می توانیم و باید علوم متداول مثل شیمی، فیزیک و بیولوژی را در مطالعات خاک بکار ببریم. همانطوری که بسیاری از دانشمندان در طول سالیان متمادی اینکار را انجام داده اند. ولی تحقیقات اخیر نشان دهنده این است که باید تحقیقات خود را تنوع ببخشیم و تغییراتی در آن بوجود آوریم. چالش پیش روی ما نگاه به کل سیستم طبیعی همراه با پیشرفت علوم در سایر زمینه ها و روابط متقابل بین آنهاست.

آیا میتوان روی موجودات زنده خاک بدون توجه به محیط زیست مطالعه نمود؟ آیا میتوان یک ذره از خاک را بدون در نظر گرفتن ذرات کنار آن در یک خاکدانه مطالعه نمود؟ مشخصاً، دانش بیشتری را باید بدست آوریم. اگر چشمان خود را بیشتر باز کنیم تا از ماورای حصاری که علوم متداول یاد شده برای ما ترسیم نموده اند و با زاویه ای دیگر به مسائل بنگریم. دانشمندان خاک (خاکشناسی) در زمینه های شیمی، فیزیک و بیولوژی در اندیشه چنین کاری خواهند بود، به شرطی‌که وقتی به خصوصیات فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی خاک فکر می کنند، پویایی و روابط متقابل آنرا از یاد نبرند...

خواص شیمیایی خاک :

1ـ کلوئیدهای خاک : کلوئیدهای خاک از بخشهای فعال شیمیایی خاک میباشد که شامل رس، هوموس و اکسیدهای آهن و آلومینیوم میباشند. کلوئیدها دارای بار منفی هستند و مجموع این بارهای منفی ظرفیت تبادل کاتیونی نامیده میشود. CEC مبین مقدار کاتیون ابقا شده در 100 گرم خاک (آون خشک ( میباشد که بر حسب سانتی مول در کیلوگرم (Cmol/kg) بیان میشود. جدول یک میزان CEC کلوئیدهای خاک ی آلی و برخی رسهای لایهای نشان داده شده است.

جدول 1- مقادیر CEC چند کلوئید خاک ی در مقایسه با ماده آلیهوموس (Brady، 1990)

خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی خاک ها :

× خصوصیات فیزیکی : خاک ها از سه فاز  حالت جامد ، مایع ، و گاز هستند . مطالعه فیزیکی این سه فاز ، فیزیک خاک نام دارد و مشتمل بر موارد زیر می باشد :

-  دانسیته و تخلخل

-  بافت

-  ساختمان

-  رنگ

-  نگهداری و حرکت آب در خاک

هر چند بیشتر این خصوصیات خاک از مواد مادری ان به ارث می رسند ولی بعضی تلاشهای انسانی می توانند برخی از این  خصوصیات را تغییر دهند به طوریکه حاصلخیزی خاک تامین شود . ساختمان ودوری که در خاک دیده می شود یک نمونه از خاک ی است که نمک هاک سدیمی زیادی دارد . محصولات که در چنین خاک هایی رشد می کنند مشکلات فراون نفوذ پذیری ریشه های گیاه ی را خواهند داشت .

       ×         خصوصیات شیمیای :

مطالعات مربوط به خواص شیمیایی خاک به خصوصیات شیمیایی خاک که بستگی به تکیب معدنی ، مواد آلی و محیط دارد می پردازد . همان طور که می دانیم ، واکنش هاک شیمیایی هنگامی رخ می دهند که مواد یا ترکیب و یا تجزیه شوند به طوریکه با مواد اولیه از نظر ماهوی تفاوت دارند . واکنش ها در حین انجام یا انرژی از دست می دهند یا انرژی خواه هستند .

مواد جدید وقتی به وجود می ایند که پیوند های بین اتمها یا یونها تشکیل می شود ، پیوندهای شکسته می شوند و یا وقتی اتمها ارایش جدیدی به خود می گیرند . یونها اتمهایی هستند هستند که به واسطه از دست دادن یا گرفتن الکترون ها باردار شده اند ، مثبت یا منفی . یمنهای با بار مخالف همدیگر را جذب می کنند ، در حالیکه یونها ی با بار یکسان همدیکر را دفع می کنند . یک مثال ساده ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تشکیل آب است .