تاریخچه مطالعه خاک در مهندسی چیست؟
استفاده از خاک به عنوان ماده تشکیل سازه‌های مهندسی به هزاران سال قبل بازمی‌گردد. پیش از میلاد مسیح، مردم مصر و هند از خاک برای ساخت مسیرهای عبور و مرور مخصوص استفاده می‌کردند.
بخشی از نیازهای آبی هند در این دوران نیز با استفاده از سدهای خاکی تامین می‌شد. در طی حفاری‌های اکتشافی صورت گرفته در شهر باستانی «موهنجو دارو» (Mohenjo Daro) در کشور پاکستان، نشانه‌های استفاده از خاک به عنوان فونداسیون و مصالح ساختمانی مشاهده شده است.
در سال 1773 میلادی (1151 شمسی)، یک مهندس فرانسوی به نام «شارل آگوستن دو کولن» (Charles-Augustin de Coulomb)، نظریه فشار زمین بر روی دیوارهای حایل ارائه داد. کولن، به این نتیجه رسید که مقاومت برشی خاک به دو مولفه چسبندگی و اصطکاک بستگی دارد.
در سال 1856 میلادی (1234 شمسی)، یکی دیگر از مهندسان فرانسوی به نام «هنری دارسی» (Henry Darcy)، قانون دارسی را برای تعیین توزیع جریان در محیط متخلخل ارائه کرد. این قانون برای محاسبه میزان نفوذپذیری خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. قانون دارسی، شروعی بر علم فیزیک خاک بود. همزمان با دارسی، یک دانشمند ایرلندی به نام «جرج گابریل استوکس» (George Gabriel Stokes)، قانون استوکس را برای تعیین سرعت ته‌نشینی ذرات درون سیال ارائه کرد. این قانون، برای تعیین ذرات خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در سال 1871 میلادی (1249 شمسی)، یک مهندس آلمانی به نام «کریستین اتو مور» (Christian Otto Mohr)، تئوری گسیختگی را برای خاک ارائه داد. او از یک روش گرافیکی به نام دایره مور برای تعیین تنش‌های اعمال‌شده بر روی صفحات شیب‌دار استفاده کرد.
در سال 1885 میلادی (1263 شمسی)، یک ریاضیدان و فیزیکدان فرانسوی به نام «جوزف ولنتین بوسینسک» (Joseph Valentin Boussinesq)، تئوری توزیع تنش در محیط نیمه محدود همگن، ایزوتروپ و الاستیک در شرایط بارگذاری خارجی را معرفی کرد.
این تئوری برای تعیین تنش‌های ناشی از بارگذاری خارجی بر روی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. «برج کج پیزا» (Leaning Tower of Pisa)، نمونه‌ای از سازه‌های ساخته‌شده بر روی فونداسیون خاکی است. دلیل کج بودن این برج، نشست نامتقارن فونداسیون آن است.
در سال 1911 میلادی (1289 شمسی)، یک مهندس سوئدی به نام «کرت اتربرگ» (Kurt Magnus Atterberg)، چندین آزمایش را برای تعیین روانی خاک‌های چسبنده پیشنهاد داد. نتایج این آزمایش‌ها که با عنوان حدود اتربرگ شناخته می‌شوند، به منظور تعیین و طبقه‌بندی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرند. در سال 1925 میلادی (1303 شمسی)، «کارل ترزاقی» (Karl Terzaghi)، مهندس و زمین‌شناس اتریشی، کتابی را منتشر کرد که شروعی بر عصر جدید مهندسی خاک بود. به دلیل ارائه آثار متعدد در زمینه مهندسی خاک، ترزاقی به عنوان پدر مکانیک خاک شناخته می‌شود.
مزایا و معایب استفاده از خاک در ساخت سازه چیست؟
ویژگی‌های خاک، آن را به یکی از پرکاربردترین مصالح سازه‌ای تبدیل کرده است. البته در برخی از موارد، وجود خاک‌ها در سازه‌های مختلف اجتناب‌ناپذیر می‌شود. به هر حال، این ماده نیز مانند تمام مصالح ساختمانی دارای مزایا و معایب مختص به خود است. از مزایای مواد خاکی در سازه‌های عمرانی و ژئوتکنیکی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- قابلیت دسترسی بالا
- انعطاف‌پذیری بالا
- هزینه پایین
- کم بودن اثرات مخرب زیست‌محیطی
- مناسب بودن برای ساخت سازه‌های کوچک
اصلی‌ترین معایب مواد خاکی عبارت هستند از:
- مناسب نبودن تمامی خاک‌ها برای سازه‌های بزرگ (ظرفیت باربری پایین برخی از خاک‌ها)
- هزینه بهسازی در صورت کافی نبودن مقاومت و ظرفیت باربری
- عدم قطعیت بالا به دلیل وجود لایه‌های مختلف
نقش خاک در ساخت پل چیست؟
پل، یکی دیگر از سازه‌هایی است که با مواد خاکی ارتباط دارد. فونداسیون این سازه و بخش تکیه‌گاه‌های آن با توجه به محل ساخت می‌توانند از مواد خاکی ساخته شده باشند. اصول ارزیابی فونداسیون پل نیز مانند سازه‌های دیگر به کاربری آن بستگی دارد. تکیه‌گاه‌های خاکی پل نیز از مبانی خاکریزها و سازه‌های نگهبان پیروی می‌کنند.
