خاکهای رمبنده
در طبیعت خاکهایی یافت میشوند كه تحت تنش یكسان، با افزایش درصد رطوبت میزان كاهش حجم بسیار زیادی از خود نشان میدهند. این گونه خاکها به خاکهای رمبنده موسوم هستند. به طور كلی میتوان رمبندگی را ریزش ناگهانی خاک در اثر از دست رفتن مقاومت عامل پیوند دهنده ذراتت خاک تعریف نمود. خاکهای رمبنده بیشتر در نواحی گرم و خشک یافت میشوند و خصوصیات مهم این نوع خاکها تخلخل زیاد، وزن مخصوص كم و چسبندگی صفر و یا ناچیز است.
كشور ایران در زمره كشورهایی قرار گرفته كه دارای خاکهای رمبنده است و در صورت عدم شناسایی این نوع خاکها، اگر سازهای روی آنها احداث شود، سازه احداث شده در صورت به اشباع در آمدن خاک، بنا به دلایل مختلف دچار مشكلات و ضرر و زیان خواهد شد. بنابراین نیاز است در درجه اول رفتار و خصوصیات این خاکهای رمبنده تحت شرایط مختلف مورد بررسی قرار گیرد.
خاکهای فروریزشی از لحاظ تركیب، خصوصیات مكانیكی- فیزیكی، عمق توده ریزشی و تغییر شكل ریزش متفاوت هستند و عموماً توسط ضخامت لایههای كم رطوبت، تخلخل بالا و قابلیت ریزش شناخته میشوند. برای احداث سازه در خاکهای رمبنده، حذف خصوصیات ریزشی خاک در سرتاسر منطقه مورد نظر و در طول و عمق توده ریزشی بوسیله نصب لولههای زهكشی، حذف رطوبت و عوامل مؤثر بر ریزش خاک، ضروری است.
این نوع از خاکها به رطوبت حساس هستند و در اثر افزایش رطوبت محتوی اولیه دچار كاهش حجم شده و مكانیسم ریزش آنها آغاز میشود. خاکهایی كه دارای بیشترین پتانسیل فروریزشی هستند، غالباً در شرایط آب و هوایی گرم و خشك و نیمه خشك دیده میشوند و مكانیسمی كه تقریباً در تمام تودههای فروریزشی دیده میشود، شامل جریان یافتن خرده سنگها، حركت تودههای آبرفتی و رمبندگی تودهها (ریزش) است.
مهمترین متغیرهای مؤثر در ارزیابی پتانسیل ریزش شامل وزن مخصوص خشک، آب محتوی اولیه، فشار آب كاربردی، درصد رس محتوی، درصد ماسه محتوی، و ضریب یکنواختی است.
پتانسیل ریزش با افزایش آب محتوی اولیه كاهش و با افزایش وزن مخصوص و فشار در زمان مرطوب شدن خاک، افزایش مییابد. به این ترتیب، چنانچه شناسایی مشخصات تراكم و كنترل كیفیت خاکهای رمبنده به درستی انجام نگیرد، ممكن است این توده از خاکها به رطوبت حساسیت نشان دهند، بطوریكه، چنانچه تراكم خاک تحت چگالی كم و خشكی متوسط صورت گیرد، بیشترین قابلیت برای چگالش تحت رطوبت ایجاد میشود، اما تقریباً در هر خاک فرو ریزشی، اگر فشار حدی به اندازه كافی بالا باشد، دچار ریزش میشود.
پدیده رمبندگی
رمبندگی به ریزش ناگهانی خاک در اثر از دست رفتن مقاومت عامل پیوند دهنده ذرات خاک اطلاق میشود. میزان رمبندگی ایجاد شده وابسته به نسبت تخلخل اولیه خاک است. تعدادی از نهشتههای سیلتی تشكیل یافته تحت شرایط آب و هوایی خشک مستعد كاهش حجم قابل ملاحظه یا رمبندگی در هنگام اشباع شدن (مرطوب شدن) هستند. بنابراین نفوذ آب سطحی، نشت آب از لولهها و بالا آمدن سطح آب زیرزمینی ممكن است موجب به وقوع پیوستن نشستهای زیاد شود.
مكانیزمهای مختلفی برای این پدیده ارائه شده كه به دو گروه ساز و كارهای میكرومكانیكی و ماكرومكانیكی تقسیم میشوند. تفاوت دو گروه سازوكار فوق الذكر مربوط به مقیاسس مطالعه است، بطوری كه در سازوكار میكرومكانیكی پیوند بین ذرات خاک و اندركنش آب و ذرات تشكیل دهنده خاک مورد بررسی قرار میگیرد در حالی كه سازوكار ماكرومكانیكی تنها به بررسی رفتار خاک در برابر افزایش رطوبت بدون توجه به اندركنش بین ذرات تشكیل دهنده خاک و آب میپردازد.
عوامل مؤثر بر میزان رمبندگی خاکها
تاكنون در زمینه عوامل مؤثر در میزان رمبندگی خاکها مطالعات فراوانی انجام شده است. از جمله عواملی كه میتوان در نظر گرفت به شرح زیر است.
تأثیر نوع خاک
افزایش میزان رس در یك خاك مركب (رس- ماسه)، باعث افزایش رمبندگی میشود.
تأثیر پارامترهای تراكم
هر چه وزن مخصوص خشك اولیه خاک كمتر و هر چه درصد رطوبت اولیه خاک بیشتر باشد، میزان رمبندگی كمتری اتفاق خواهد افتاد.
تأثیر مواد شیمیایی
در صورتی كه به جای آب محلولهای شیمیایی دیگری در خاک وارد شود، پتانسیل رمبندگی عوض خواهد شد.
عمق نمونه گیری
بر اساس مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی انجام شده، بین عمق نمونه مورد مطالعه و میزان رمبندگی خاکها رابطه وجود دارد. بررسیهای مذكور نشان میدهند كه در خاکهای رمبنده در اعماق كم، خاک تحت تنش ناچیز و تحت اثر سربار بالای خود و نیز در اثر مرطوب شدن به علل مختلف، دچار رمبندگی میشود.
خاکها را میتوان بر اساس عمق به سه دسته تقسیم کرد.
- نمونههای سطحی و جوانتر كه در تنشی كمتر از ۰/۲ مگاپاسکال دچار رمبندگی میشوند و با افزایش تنش مقدار ضریب رمبندگی آنها به سرعت افزایش مییابد و منحنی تا تنشهای ۲-۱ مگاپاسکال سیر صعودی دارد.
- نمونههایی كه در تنش معادل ۰/۲ مگاپاسکال دچار رمبندگی میشوند، در این حالت نیز در تنشهای بالاتر، ضریب رمبندگی خاک افزایش مییابد.
- نمونههای عمیقتر كه در تنشهای بالاتر از ۰/۴ مگاپاسکال دچار رمبندگی میشوند. پس میتوان نتیجه گرفت كه به ازای افزایش عمق قابلیت رمبندگی نمونه خاک كاهش مییابد و امكان رمبندگی تحت تنش بالاتر وجود دارد.
تأثیر چرخه تر و خشك شدن خاک
تر و خشك شدن متوالی خاک، پتانسیل رمبندگی را افزایش خواهد داد.
تأثیر ساختمان كانی رس بر رمبندگی
درصد كانیهای رسی نقش مهمی را در مقدار رمبندگی ایفا میكند، پتانسیل رمبندگی كانیهای رس بستگی به ساختمان شبكه بلوری، ساختمان توده رس و ظرفیت تبادل كاتیون دارد خاکهای رمبنده هرگز دارای یک اسكلت دانهای پیوسته نیستند. هرچه قرارگیری ذرات خاک انبوهتر و متراكمتر باشد پتانسیل رمبندگی آن بیشتر است.
تأثیر ضریب یكنواختی CU
ضریب یكنواختی خاک تأثیر متفاوتی بر میزان رمبندگی خواهد داشت.
تأثیر تنش موجود در هنگام اشباع كردن خاک
خاکهای ماسهای با افزایش میزان تنش، رمبندگی بیشتری خواهند داشت ولی در خاکهای رسی در فشارهای میانی بین ۲۰۰ الی ۴۰۰ كیلوپاسكال رمبندگی بیشتر از سایر فشارها خواهد بود.
ارزیابی پتانسیل رمبندگی خاک
بر مبنای مطالعات مختلف انجام شده تا كنون روابط مختلفی برای ارزیابی پتانسیل رمبندگی پیشنهاد شده است. لازم به یادآوری است كه این روابط حالت كلی داشته و ارزیابی دقیق خاک نیاز به بررسی مستقیم به كمک آزمایشات دارد. ارزیابی مستقیم پتانسیل رمبندگی، به معنی اندازه گیری فشار رمبندگی و یا درصد رمبندگی خاک است. این اندازه گیری ممكن است در محل یا در آزمایشگاه انجام شود. اندازهگیری مستقیم رمبندگی در آزمایشگاه معمولاً بوسیله دستگاه تحكیم مضاعف انجام میشود.
آزمایش تحكیم مضاعف
آزمایش تحكیم یک بعدی و بررسی رفتار خاک در مقابل اشباع شدن آزمایشی است كه اغلب برای مطالعه خاکهای رمبنده بكار میرود. مزیت این آزمایش ساده این است كه تفسیر آزمایش بدلیل توزیع نسبتاً همگن تنش در درون نمونه خاک ساده است و روابط تنش كرنش را میتوان به ازای مقادیر برآورد شده برای نشست حاصل از رمبندگی بسط داد.
بر اساس تحقیقات، هرگاه افزایش رطوبت تا درجه اشباع خاک برسد (برای مثال، مرطوب شدن در اثر صعود سطح آب زیرزمینی) آنگاه در برآورد میزان نشست باید از دادههای آزمایشهای انجام شده در درصد رطوبت اشباع خاک استفاده كرد. در تعدادی از نقاط پیش بینی شده در ناحیه مرطوب شده، تنش كلی ناشی از سربار و بارهای سازهای باید ارزیابی شود.
روشهای مقابله با رمبندگی خاک
روش كنترل تراكم
خاکهای با مقدار رمبندگی تابع وزن مخصوص خشک، روش تراكم و رطوبت تراكم است. لذا باید پتانسیل رمبندگی بالا با حداقل تراكم كوبیده شوند. یعنی هر چه خاک را در رطوبت بالاتر وزن مخصوص كمتر متراكم كنید، رمبندگی آن كمتر خواهد بود. برخی معتقدند كه در خاکهای با پتانسیل رمبندگی خیلی بالا، این روش مناسب نیست زیرا برای تعیین دقیق مقدار رطوبت و انرژیی تراكم، باید یک سری آزمایش انجام دهید. عمق تراكم بستگی به خاک دارد ولی عمدتاً تا عمق ۰/۶ تا ۰/۹ متر انجام میشود. ضمناً هر چه روش تراكم، دینامیكیتر باشد رمبندگی خاک كمتر خواهد شد.
روش بالشتک ماسهای
یک روش ساده برای مقابله با رمبندگی خاک، جایگزینی عمق معینی از آن، با خاک بدون پتانسیل رمبندگی است. تجربه نشان داده كه اگر ۱/۵ متر خاک دانهای روی خاک رمبنده باشد هیچ مشكلی از لحاظ رمبندگی، هرگز بروز نخواهد كرد. اگر درصد رمبندگی خاک را داشته باشید به نظر میرسد كه جایگزینی عمق معینی از خاک رمبنده با خاک دانهای به همان نسبت مقدام رمبندگی را كاهش میدهد.
جایگزینی خاک رمبنده با خاک رس بدون پتانسیل رمبندگی این تأثیر ویژه را ندارد. یكی از ارزانترین روشهای مقابله با رمبندگی خاک بكار بردن یک لایه ماسه بین خاک رمبنده و سازه است، این لایه ماسه مقدار رمبندگی و فشار رمبندگی خاک را به میزان قابل توجهی كاهش میدهد، لذا برخی این روش را یكی از مطمئنترین راههای مقابله با رمبندگی خاک میدانند و در عین حال به سبب ارزان بودن مصالح دانهای نسبت به مصالح بكار رفته برای تثبیت و عدم نیاز به تجهیزات خاص، قیمت آن كم است. لایه ماسهای را بالشک ماسهای مینامند، ماسه بكار رفته در آن معمولاً ماسه سست نیست زیرا ظرفیت باربری آن كم میشود. لذا بار مجاز در این روش بیش از روش كنترل تراكم با روش بیش مرطوب كردن است.
روش پیش مرطوب كردن
اساس روش پیش مرطوب كردن یا غرقاب كردن، آنست كه ابتدا خاك را در معرض آب قرار می دهیم تا كاهش حجم یابد، سپس بنا رااحداث می كنیم. برای این كار دور تا دور محوطه مورد نظر را با خاكریز موقتاً دیوارسازی كرده سپس درون آنرا با آب پر م یكنیم. گاهی هم۱۰ سانتیمتری شن یا ماسه روی خاك ریخته شود تا – آب را درون گودبرداری پی م یریزیم. پس از رطوبت گیری خاك، باید یك لایه ۱۵رطوبت خاك در محل عملیات ساخت حفظ شود. زمان لازم برای این روش طولانی است، زیرا نفوذ آب در خاكهای رس به كندی انجاممی گیرد.
بنابر تحقیقات انجام گرفته در كالیفرنیای جنوبی این نتیجه حاصل شد كه این روش برای اعماق بیش از ۳ متر رضایت بخش نیست، همچنین عواملی مثل ترک در رسها باعث میشود كه توزیع رطوبت حتی پس از مدت طولانی یكنواخت نباشد لذا مشكل رمبندگی غیریكنواخت بروز میكند. رمبندگی خاک در اثر جذب رطوبت در دو مرحله صورت میگیرد. رمبندگی اولیه سریع است ولی رمبندگی ثانویه بسیار كند است. در خاکهایی كه مقدار رمبندگی ثانویه آنها زیاد است این روش مناسب نیست. ضمناً وقتی كه این روش را بكار میبرید باید مقاومتت مجاز خاک را خیلی كم در نظر بگیرید. به هرحال این روش فقط در حالت خاصی ممكن است به عنوان بهترین روش باشد.
به طور كلی میتوان رمبندگی خاک را پدیده تدریجی دانست كه به طور یكنواخت با افزایش رطوبت، افزایش پیدا خواهد نمود و میزان آن تابع شرایط اولیه خاک مانند درصد رطوبت اولیه و وزن مخصوص خشک و تنش اعمالی در زمان مرطوب كردن و میزان ازدیاد رطوبت است. پدیده رمبندگی باعث تغییر ناگهانی ساختار خاک شده و بطور كلی برگشت ناپذیر است. به عبارت دیگر پس از كاهش حجم خاک، درصورت تقلیل درصد رطوبت رمبندگی مجدد به وجود نخواهد آمد. در این گونه خاکها كه در بیشتر مناطق ایران یافت میشود، مسأله نشست خاک خصوصاً در طراحی سازههای سطحی و زیر زمینی حائز اهمیت بوده باید مورد توجه خاص قرار گیرد.
