خاک فرو ریزشی
خاک فرو ریزشی بعنوان خاک مسئلهدار مورد توجه است زیرا نسبت به رطوبت حساس بوده و با افزایش درصد رطوبت کاهش حجم در آن رخ میدهد. از نشانههای این خاک به چگالی خشک کم آن میتوان اشاره کرد. ریزش خاک به عنوان یک تغییر شکل غیر الاستیک در نظر گرفته میشود. مفهوم تنش ساختاری برای خاک فرو ریزشی یک نقطه جدا بین حالت الاستیک و پلاستیک است.
طبق تعریف ریزش خاک وقتی که تنش اعمال شده به خاک بیشتر از تنش ساختاری باشد شروع میشود که به خصوصیات فیزیکی خاک بستگی دارد. روابط تجربی، وابستگی خصوصیات مکانیکی خاک فرو ریزشی به نسبت تخلخل و درصد رطوبت خاک بر اساس آزمایش بدست آمده، است. معادلات جبری ارائه شده، روابط بین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک فرو ریزشی را بیان میکنند و در پایان روشهایی برای بهسازی رفتار این خاکها از قبیل روشهای تثبیت و استفاده از شمع پیشنهاد میشود.
خاک فروریزشی نسبت به تغییرات تخلخل و درصد رطوبت حساس است. تاثیر رطوبت، ضعیف کردن پیوندهای خاک، تغییرات حجم و کاهش مقاومت برشی خاک است. تغییرات حجم خاک ممکن است بصورت تورم (اگر ماده پلاستیک باشد، ابتدا خشک باشد و محصور نشده باشد) یا ریزشی (اگر ماده غیرالاستیک،ابتدا خشک و محصور باشد).
از نمونههای خاک فروریزشی میتوان به ماسه بادی، لسها و رسوبات آبرفتی اشاره کرد. این خاکها در مناطق خشک و نیمه خشک وجود دارند که آب خاک به سرعت تبخیر شده و زمانی برای تحکیم تحت اثر وزن نداشته است. ساختار این خاک لانه زنبوری است و چسبندگی آنها به دلیل وجود رس خشک یا دیگر مواد شیمیایی است. خیس شدن خاک تحت چسبندگی ضعیف، مقدار مکش بافتی را در خاک کم و باعث ریزش خاک میشود. مقدار ریزش یا نشست، تابع نفوذپذیری، درجه اشباع، تخلخل اولیه، نسبت پیش تحکیمی و ضخامت لایه است.
بزرگترین مشکل با خاکهای فروریزشی این است که وجود و درصد ریزش خاک قبل از ساختن تشخیص داده نمیشود. بنابراین شناسایی خاکهای فروریزشی و تخمین پتانسیل ریزش، مهمترین مولفه برای تشخیص رفتار این خاکها در محل است.
خاک فرو ریزشی را حساس نسبت به رطوبت تعریف کردند که با افزایش رطوبت مقدار نشست افزایش پیدا میکند.
چهار فاکتور برای ایجاد ریزش در ساختمان خاک با انجام تحقیقات تعیین شده است.
- بافت غیر اشباع و نیمه پایدار
- تنش کل بیش از حد برای پایدار کردن خاک در شرایط غیر اشباع
- پیوند یا چسبندتی که خاک در شرایط غیر اشباع دارد
- افزایش آب در خاک
که باعث کاهش قدرت پیوند یا چسبندتی و اتصال بین مولکولی در برش گسیخته میشود که کاهش در حجم کل خاک را نتیجه میدهد.
مقدار ضریب تحکیم تابع نسبت تخلخل و درصد درطوبت است و اگر تنش برابر تنش ساختاری باشد مقدار نهایی برای ضریب تحکیم تحت شرایط تعادل ساختار خاک بدست میآید. با افزایش درصد رطوبت مقدار ضریب تحکیم افزایش مییابد.
بهسازی خاک فرو ریزشی
خاک فرو ریزشی چه در عمق کم و چه در عمق زیاد اگر آب به آن برسد دچار نشست میشود بطور مثال یک ساختمان در شهر نیو مکزیکو بخاطر قرار گرفتن روی خاک فروریزشی در عمق حدود ۱۵ متر بود دچار نشست نامتقارن شد و به پی آن آسیب رسید. زهکشی آب و جلوگیری از مرطوب شدن خاک فروریزشی چه برای سازههای جدید بلکه برای سازههای موجود که بدون توجه به فروریزشی بودن خاک طراحی شدهاند، مفید است.
روشهای مختلفی برای مقابله با پدیده فرو ریزش خاک در پی وجود دارد مانند استفاده از شمع برای انتقال بار سازه به لایههای مقاوم عمیقتر و همچنین در بعضی مواقع یک پی نواری پیوسته ممکن است اقتصادیتر و بهینهتر باشد زیرا نشست نامتقارن را به حداقل میرساند.
روشهایی نیز برای تثبیت خاک وجود دارد که هدف اصلی آنها اصلاح دانه بندی خاک است.
مرطوب کردن و متراکم کردن
مرطوب کردن و متراکم کردن با غلتک برای پیهای کم عمق (حدود ۱۰۵ متر) که جزوء روشهای قدیمی تغییر رفتار خاک با ایجاد ریزش قبل از ساخت سازه مشخص است.
برای عمقهای زیاد استفاده از روش vibroflotation
در این روش همراه با ایجاد لرزش در خاک به آن آب اضافه میشود تا الگوی دانه بندی خاک اصلاح شود به کاهش حجم و تراکم صورت پذیرد.
پایدار سازی شیمیایی با استفاده از سدیم سیلیکات و تزریق کربن دی اکسید
سه روش کلی برای مبارزه با پتانسیل ریزش خاک
- تراکم (خاکبرداری یا تعویض) برای خاکهایی که وزن مخصوص خشک بیشتر ۱۵/۵ کیلونیوتن بر متر مکعب دارند.
- تثبیت کردن با سیمان پرتلند در طول متراکم کردن
- استفاده از شمع
خاک تثبیت شده با سیمان دارای پلاستیسیته کمتر، تغییرات حجمی کمتر و مقاومت بیشتر از خاکهای اصلاح نشده است. همچنین افزودن آهک به خاک، باعث کاهش خاصیت خمیری و پتانسیل تورم، افزایش مقاومت، بهبود کارایی و بالا بردن دوام میشود. از آنجا کمه اثرات سودمند تثبیت خاک، نتیجه واکنشهای مختلف بین بخش ریزدانه خاک و آهک است، خاکهای ریزدانه مانند رس و رس لایدار، پاسخ بهتری به این واکنشها میدهند برای ماسهها و خاکهای بدون چسبندگی افزودن یک ماده پوزولانی برای تولید واکنش سیلیکا آهک لازم است.
علاوه بر روشهای ذکر شده استفاده از انفجار، آب اندازی، تسلیح و مقاوم سازی خاک با استفاده از ژئوسنستیکها، ورقههای فلزی و میلگرد از جمله روشهای دیگر برای بهبود رفتار این خاکها است.