مقاله نشست خاک

چنانچه روی خاک بارگذاری انجام شود( خاک درشت دانه شامل شن و ماسه چه در حالت اشباع و غیر اشباع و خاکهای ریز دانه غیر اشباع ) دانه های خاک به هم نزدیکتر شده و فضای خالی بین دانه ها کم می شود و زاویه اصطکاک داخلی دانه های خاک افزایش یافته و در نتیجه مقاومت برشی خاک افزایش می یابد تا زمانیکه بار وارده از مقاومت برشی خاک بیشتر باشد خاک نشست کرده و متراکم تر و  توپرتر می شود. زمانیکه مقاومت برشی خاک از نیروی وارده بیشتر شود نشست خاک متوقف می گردد.

 برای خاکهای درشت دانه غیر اشباع و ریز دانه غیر اشباع بعد از بارگذاری تنش وارده به تنش موثر تبدیل گردیده و خاک نشست می کند در خاکهای درشت دانه اشباع در ابتدای بارگذاری آب حفره ای دچار افزایش فشار می شود اما از آنجایی که ضریب نفوذ پذیری خاک درشت دانه بالاست و افزایش فشار آب حفره ای به سرعت مستهلک شده و تنش کل به تنش موثر تبدیل شده و خاک نشست می کند.

 به چنین حالتی که خاکهای ریز دانه و درشت دانه غیر اشباع دچار نشست می شوند نشست الاستیک (آنی)  می گویند.

نشست الاستیک :

نشست الاستیک به خاک زیر پی و نوع پی از لحاظ شکل پذیر بودن یا صلب بودن بستگی دارد پی ها عموما به طور مسلح و صلب اند.اما چنانچه فاصله بین ستون ها زیاد باشد و عرض و ارتفاع پی کم باشد که همین پی های بتونی می توانند انعطاف پذیر باشد. برحسب نوع خاک و نوع پی از جنبه انعطاف پذیر بودن یا صلب بودن موارد زیر را داریم :

خاک رسی و پی انعطاف پذیر :(شکل الف )

در پی های انعطاف پذیر زمانیکه روی خاک چسبنده قرار میگیرند خاک زیر پی و بعلت چسبندگی به خاکهای دیگر نشست می کند و شکل مقعر به خود می گیرد.

خاک رسی و پی صلب: (شکل ب )

پی صلب در گوشه ها نشست بیشتری ایجاد می کند و تقریبا یکنواخت خواهد بود ولی توزیع مجددی در تنش تماسی بوجود می آید که از حالت یکنواخت خارج می شود  در نتیجه در خاک رسی در زیر پی صلب کناره ها فشار بیشتری را ایجاد می کند.

خاک ماسه ای و پی انعطاف پذیر: :(شکل الف )

در خاکهای ماسه ای به علت بیشتر بودن تنش زیر پی و فشار جانبی ماسه خاک متراکم  تر شده و نشست کمتری انجام می دهد اما در خاک های رسی به علت خمیری شدن ناحیه زیر پی نشست بیشتری را انجام می دهد.

خاک ماسه ای و پی صلب : (شکل ب )

در خاکهای ماسه ای در پی صلب نشست یکنواخت خواهد بود.

محاسبه نشست آنی :

      برای بار گذاری به شدت q بر روی یک لایه کاملا الاستیک و ایزوتروپ، نشست آنی با استفاده از رابطه زیر به دست می آید:

B= عرض پی

q= شدت بار که بر حسب Kg/m2)) می باشد.

I= ضریب تاثیر

μ= ضریب پوآسون

E= مدول الاستیک خاک Kg/m2))

تذکر 1 ) پی انعطاف پذیر تقریبا 1.5 برابر پی صلب نشست پیدا می کند.

با استفاده از آزمایش بارگذاری صفحه می توان نشست را به دست آورد.

برای این منظور گودالی تا عمق D  که فونداسیون روی آن قرار می گیرد کند شده که ابعاد این گودال به اندازه حداقل 4B می باشد سپس صفحه ای صلب به قطر30cm  داخل گودال قرار داده شده و برروی آن نیروی F وا رد می گردد.

بارگذاری باید طوری انجام شود که حداقل در 4 الی 5 مرحله خاک گسیخته شود، یعنی در هر مرحله 1/5 بار نهایی به خاک وارد می شود و در هر مرحله تا زمانیکه نشست متوقف گردد بارگذاری ادامه می یابد سپس نمودار بار- نشست را رسم کرده و بر اساس نشست مجاز که 1in یا 2.54 cm است بار مجاز را به دست می آوریم وبا استفاده از روابط زیر میتوان ضریب عکس العمل پلیت را بدست آورد.

با استفاده از روابط زیر ضریب عکس العمل فونداسیون برای خاکهای بدست می آید

برای پی های نواری:

حال با رابطه زیر نشست فونداسیون به دست می آید:

نشست تحیکم :consolidation  settlement))

برای خاکهای ریز دانه اشباع ( رس و سیلت ) هنگامی که تحت افزایش تنش قرار می گیرند در ابتدا تمام فشار یا افزایش تنش به آب میرسد و فشار آب حفره ای افزایش می یابد و هیچ تنشی به دانه های جامد خاک نمی رسد و یا به عبارتی هیچ قسمتی از تنش کل به تنش موثر تبدیل نمی شود.

از آنجایی که ضریب نفوذ پذیری خاکهای ریز دانه بسیار پائین است سرعت مستهلک شدن فشار آب حفره ای بسیار کم شده و مدت زمان طولانی نیاز است تا آب از سیستم خارج شده و تنش تبدیل به تنش موثر شده و دانه های جامد خاک نشست می نمایند به چنین نشستی که وابسته به زمان بوده و برای خاکهای ریز دانه اشباع اتفاق می افتد را نشست  تحکیم می گویند.

مدل سازی نشست تحیکم :

چنانچه سیستم نشان داده شده زیر تحت افزایش تنش σ قرار گیرد در ابتدای بار گذاری t=0 کل بار وارده به روغن یا آب داخل دستگاه میرسد که این ناشی از خاصیت تراکم پذیری مایعات می باشد و در لحظه t=0 هیچ نیرویی را فنر تحمل نمی کند و حال اگر شیر پائین را باز نمائیم ( مدت زمان بیشتری از بار گذاری بگذرد) به تدریج روغن از پائین خارج شده و قسمتی از بار به فنر میرسد و در انتهای آزمایش چنانچه روغن به طور کامل خارج شود کل بار σ توسط فنر تحمل می گردد.

فنر

کمک فنر

در لحظهt         فنرσ+ روغن σ = σ

تنش کل

حال اگر یک لایه رسی که در میان دو لایه خاک درشت دانه قرار داشته و اشباع باشد تحت افزایش تنش Δσ قرار گیرد در لحظه t=0 کل تنش توسط آب تحمل شده و تنش موثر صفر می باشد.

بعد از گذشت مدت زمانی از بارگذاری ∞ < < t 0 به علت زه کشی از بالا و پائین مقداری از فشار آب حفره ای مستهلک گردیده و به اندازه همان مقدار به تنش موثر اضافه می شود.

در انتهای آزمایش یا T=∞  به علت خروج کامل آب از سیستم فشار آب حفره ای صفر شده و کل بار با افزایش تنش تبدیل به تنش موثر می گردد.

آزمایش تحیکم: ( ODOMETER)

اولین بار آقای ترزاقی روش آزمایش زیر را برای محاسبه تحکیم ارائه نمود.در این روش خاکی به قطر 5cm و به ارتفاع 2cm که به صورت دست نخورده از محل تهیه می شود و به شرح زیر مورد آزمایش قرار می گیرد بعد از نمونه برداری از صحرا در آزمایشگاه برای تهیه نمونه ای با مشخصات گفته شده از رینگ فلزی استفاده میشود به طوری که بدنه رینگ توسط روغن چرب و با فشار داخل نمونه برده می شود.سپس توسط کاردک سرو ته نمونه خوب پردازش شده و خاکهای اضافی جدا می گردد بعد از وزن کردن نمونه و گرفتن درصد رطوبت نمونه مطابق  شکل  داخل دستگاه تحکیم قرار داده می شود.این نمونه باید به مدت 24 ساعت داخل آب قرار داشته باشد تا کاملا اشباع گردد.و اگر دارای پتانسیل تورم باشد نشان دهد.سپس بارگذاری به شدت های (نیم کیلو گرم بر cm2 ) بر روی نمونه انجام می شود که در آخرین مرحله بار گذاری تنش وارده باید تنشی که قرار است خاک تحمل نماید بیشتر شود.معمولا در آزمایش تحکیم 5تا7 مرحله بارگذاری داریم که در هر مرحله شدت بارگذاری دو برابر شود و یک یا دو پله بار برداری انجام می گردد.بعد از اعمال بار در 1و2و4و8و15و30 دقیقه و1و2و4و8و15و24 ساعت تغییر مکان قائم نمونه اندازه گیری می شود و با دو برابر کردن بار به همین ترتیب گفته شده در هر مرحله تغییر مکان به دست می آید.