تورم خاک (فیلم فشار برکنش خاک های متورم شونده)
خاک‌های متورم شونده خاک‌هایی هستند که براثر تغییر رطوبت متورم یا منقبض می‌شوند که این تغییر حجم می‌تواند سبب بالا آمدن سطح زمین و درنتیجه خسارت به سازه‌های روی آن‌ها شود. در این فیلم آموزشی تورم خاک مدل خاک سازه در تانک شفاف قرارگرفته و در زیر ساختمان لنز خاک متورم شونده قرار داده‌شده است. با اضافه کردن آب فشار وارده از این لنز و بالاآمدگی سازه کاملاً مشهود است. این فیلم اهمیت مطالعه و توجه به این نوع از خاک‌های مسئله‌دار را نمایان می‌سازد.
رفتار خاک‌های متورم شونده
رفتار تورمی معمولاً در خاک‌هایی مشاهده می‌شود که به‌اندازه لازم ذرات ریزدانه رسی داشته باشند. تمایل به جذب آب در این ذرات و تغییر در رطوبت طبیعی خاک در اثر تغییر آب‌وهوای محل، موجب می‌شود که خاک گاه تا حد درصد رطوبت حد پلاستیک مرطوب شده و سپس تا پایین‌تر از حد انقباض، رطوبت خود را از دست دهد. جذب رطوبت باعث ازدیاد حجم خاک و از دست دادن آن، باعث انقباض و کاهش حجم خاک می‌شود.
تغییرات حجمی ناشی از تغییر درصد رطوبت خاک، باعث وارد آمدن خسارت به سازه‌های موجود در سطح خاک می‌شود. این نشان‌دهنده اهمیت مطالعات لازم برای شناسایی رفتار تغییر حجم و فشار تورم خاک‌های ریزدانه است. پتانسیل تغییر حجم به‌طور مستقیم به میزان فعالیت کانی رسی غالب در خاک و به‌عبارت‌دیگر به پلاستیسیته خاک بستگی دارد.
در کنار مجموعه عواملی که بیان‌کننده ترکیبات خاک هستند، مجموعه عوامل محیطی نیز در آزاد شدن این پتانسیل مؤثرند. در تحقیق حاضر به‌منظور ارزیابی میزان تأثیر خصوصیات پلاستیک خاک، شرایط تراکم و درصد رطوبت، ۵ نمونه خاک ریزدانه رسی با شاخص خمیری ۱۰ تا ۵۰ درصد مطالعه شد. مطالعات کانی‌شناسی و تجزیه شیمیایی همراه با آزمایش تورم آزاد بر روی نمونه‌های متراکم شده از خاک‌های موردمطالعه، انجام‌شده است. نتایج آزمایش‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که عوامل زیر را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
- نوع کانی رسی
- کاتیون‌های جذب‌شده به ذرات رس
- دامنه خمیری، درصد رس
- درصد رطوبت
- چگالی و تراکم
- مقدار تورم آزاد خاک متراکم شده
طرح شالوده روی خاک متورم شونده
سازندگان مختلف، روش‌های مختلفی را جهت طراحی شالوده در خاک متورم شونده ارائه کرده‌اند، شالوده طراحی‌شده باید به‌اندازه کافی در برابر اثرات نامطلوب انبساطی مقاوم باشد. می‌توان از شمع‌های پا فیلی در خاک‌های تورم پذیر استفاده کرد؛ اما استفاده از این نوع شالوده‌ها به‌عنوان راهکار کاملاً مناسب محسوب نمی‌شود، زیرا هنگامی‌که احتمال افزایش سفره آب زیرزمینی وجود داشته باشد، استفاده از آن چندان مناسب نیست. در ادامه به توصیه‌هایی برای طراحی شالوده در خاک‌های تورم پذیر می‌پردازیم:
- طراحی اندازه و عمق شالوده، طول و ابعاد شمع‌های پا فیلی، ضخامت دال و غیره باید صرفاً پس از ارزیابی خاک بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده انجام شود. حداقل عمق توصیه‌شده ۲ متر است.
- میلگرد گذاری سنگین و متراکم در پی می‌تواند موجب پیشگیری از تورم اتفاقی و کاهش مشکلات مرتبط با ترک‌خوردگی شود. می‌توان از نوارهای بتنی مسلح در سطح شالوده، تراز پایه ستون و نعل درگاه استفاده کرد.
- می‌توان نواحی اطراف ساختمان را روکش کرد، به‌طوری‌که رطوبت به شالوده نفوذ نکرده و موجب بروز تورم نشود. همچنین لازم است تا سیستم زهکشی مناسبی تعبیه شود.
- باید از کاشت درختان ۳ متری در اطراف ساختمان پرهیز شود.
نگرش‌های غلط در رابطه با خاک متورم شونده
پیمانکاران و مهندسان دارای نظرها و نگرش‌های خاص خود در ارتباط با اقدامات احتیاطی و راه‌حل مناسب برای سازه‌های واقع بر خاک‌های تورم پذیر می‌باشند. ممکن است این نظرات همواره صحت نداشته باشد و درنتیجه در مواردی گمراه‌کننده باشد. در ادامه برخی از تصورات اشتباه در مورد طراحی سازه‌ها در شرایط تورمی که همواره صحیح نمی‌باشند، ذکر می‌شود:
- درصورتی‌که پی‌های سطحی برای یک فشار باربری مجاز و کم طراحی شوند، تورم خاک به حداقل می‌رسد.
- خاک‌هایی که به رنگ مشکی نباشند، احتمالاً خاک تورم پذیر خواهند بود.
- درصورتی‌که محل، پیش از شروع ساخت حفرشده باشد، فرصت ایجاد تورم پس از ساخت از بین می‌رود.
- تثبیت و پایدارسازی شیمیایی خاک تورم پذیر کلیه مشکلات مرتبط با خاک تورم پذیر را مرتفع می‌سازد.
- مصالح درشت‌دانه قرارگرفته در زیر دال کف، موجب کاهش فشار بلند شدگی و باعث پر شدن منافذ توسط رس‌ها می‌شوند.
روش های بهسازی خاک متورم شونده
تاکنون محققین زیادی برای بهبود شرایط، در مکان‌هایی که از وجود خاک‌های تورمی دچار مشکل هستند، فعالیت کرده‌اند. معمولاً روش‌هایی که برای کاهش پتانسیل تورم این خاک‌ها ارائه‌شده است، بر کاهش فشار تورمی این نوع خاک هم تأکید دارد زیرا فشار تورمی خاک متناسب با مقدار تورم خاک است و می‌توان گفت که این دو کمیت کاملاً به هم وابسته هستند. در این میان، برخی محققین برای بهسازی این خاک‌ها، در آزمایش‌های خود از افزودنی‌هایی همچون سیمان پرتلند، آهک و خاکستر بادی استفاده کرده‌اند.
بهسازی خاک متورم شونده با آهک
Al-Rawas در مطالعاتی که انجام داده است با افزودن ۶% 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.
بهسازی خاک متورم شونده با افزودنی های پلیمری
آزمایش‌هایی که توسط یثربی و همکارانش انجام‌گرفته است به‌منظور بررسی اثر پلیمرهای مورداستفاده بر خاک متورم شونده، دو نوع خاک رسی با نشانه خمیری کم و متوسط از منطقه طالقان تهران مورد آزمایش قرارگرفته است. ازآنجاکه یکی از عوامل تأثیرگذار بر تعیین پتانسیل تورمی خاک‌ها، مقدار نشانه‌ی خمیری خاک هست، برای اینکه خاکی با خصوصیات تورمی بالا داشته باشیم، با افزودن بنتونیت به‌عنوان متورم شونده ترین خاک موجود، به نمونه‌های مورد آزمایش، خاک‌هایی با نشانه‌های خمیری متفاوت تهیه نمودند و درنتیجه پس از اعمال مواد پلیمری به این خاک‌ها اثرات آن‌ها را بررسی کردند. انجام آزمایش تورم روی خاک‌های مخلوط شده با بنتونیت نشان داد که افزایش زیاد بنتونیت به خاک موردمطالعه با افزایش زیاد در نشانه‌ی خمیری همراه نیست بلکه خاصیت تورم پذیری خاک را به‌شدت افزایش می‌دهد.
پلیمرهای مورداستفاده سه نوع بودند که عبارت‌اند از رزین فوران، لاتکس وینیل استات – متیل متا اکریلات و لاتکس وینیل استات.
- افزودن ۳ درصد پلیمر به یک نمونه از خاک‌ها باعث شد فشار تورم نمونه به‌اندازه‌ی ۷۸ درصد کاهش یابد،
- افزودن ۵ درصد، باعث کاهش ۸۲ درصدی و
- افزودن ۱۰ درصد پلیمر باعث کاهش ۹۲ درصدی فشار تورم در خاک مورد آزمایش گردید
که با توجه به آزمایش‌های انجام‌شده به نظر می‌رسد مقدار ۵ درصد می‌تواند مقدار مناسبی برای استفاده به‌منظور کاهش فشار تراکمی باشد. از بین پلیمرهای مورداستفاده، پلیمر لاتکس وینیل استات در خاک‌های با نشانه خمیری کمتر از ۳۰ درصد و فشار تورم پایین، تأثیر قابل‌توجهی بر کاهش تورم خاک ندارد.
گفت و گو