مسائل مکانیک خاک
از پرکاربردترین مسائل مکانیک خاک می‌توان به نشست فونداسیون، پایداری شیب و فشار جانبی اشاره کرد. در ادامه، به معرفی هر یک از این موارد می‌پردازیم.
نشست خاک چیست؟
نشست، حرکت رو به پایین زمین بر اثر اعمال بار از فونداسیون و تحکیم خاک است. این پدیده، به عنوان یک عامل مهم در طراحی فونداسیون در نظر گرفته می‌شود. از دلایل اصلی شکست می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ظرفیت باربری پایین خاک
- تراکم نامناسب
- تغییر در محتوای آب (بر اثر تراواش یا عوامل دیگر)
- رشد ریشه گیاهان و درختان
- تحکیم
نشست از مجموع نشست آنی، تحکیم اولیه و تحکیم ثانویه به دست می‌آید.
نشست آنی خاک چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟
نشست آنی یا ارتجاعی، با شروع اعمال بار یا در باز‌ای هفت روزه پس از اعمال بار رخ می‌دهد. خاک‌های بدون چسبندگی و رس زهکشی نشده اغلب در معرض این نوع نشست قرار می‌گیرند. تمام خاک‌های دانه‌ریز (رس و لای) با میزان زهکشی کمتر از ۹۰ درصد و خاک‌های دانه‌درشت با ضریب نفوذپذیری بالا (مثلا بالای 10.2 متر بر ثانیه)، از نظر احتمال رخ دادن نشست آنی آزمایش می‌شوند.
نشست تحکیم خاک چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟
نشست تحکیم، به زمان بستگی دارد و ماه‌ها یا سال‌ها (معمولا ۳ تا ۱۰ سال) پس از ساخت سازه رخ می‌دهد. برج کج پیزا پس از 700 سال تحکیم به شکل امروزی درآمد. در اکثر موارد، خاک‌های ریزدانه زهکشی شده در معرض این نوع نشست قرار می‌گیرند. در این خاک‌ها، تخمین احتمال نشست تحکیم و زمان رخ دادن آن از اهمیت بالایی برخوردار است.
نشست تحکیم ثانویه خاک چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟
نشست تحکیم ثانویه یا خزش، زمانی رخ می‌دهد که آرایش ذرات خاک تحت تنش موثر ثابت به طور پیوسته تغییر کند و به یک پیکربندی پایدار برسد. این نوع نشست معمولا در رس‌های خمیری و رس‌های آلی رخ می‌دهد.
پایداری شیب خاکی چیست؟
پایداری شیب، یکی از مسائل رایج در طراحی سازه‌های خاکی است. این مسائل با تحلیل استایک و دینامیک پایداری شیب سدهای خاکی، خاکریزها، شیب‌های حفاری شده و شیب‌های طبیعی سر و کار دارند. پایداری شیب خاکی با مقاومت برشی آن ارتباط مستقیم دارد. در صورتی که پیوند بین ذرات خاک ضعیف یا بار اعمال شده بر روی آن زیاد باشد، شکست برشی در شیب رخ می‌دهد.
روش‌های مختلفی برای تحلیل پایداری شیب و محاسبه پارامترهای مقاومتی مرتبط با آن وجود دارد. این روش‌ها به انواع تجربی، تحلیلی و عددی تقسیم‌بندی می‌شوند. نرم افزار Slide، یکی از پرکاربردترین ابزارهای کامپیوتری تحلیل پایداری شیروانی های خاکی است.
فشار جانبی خاک چیست؟
فشار جانبی، فشاری است که توسط خاک در راستای عمود بر جاذبه به سازه اعمال می‌شود. به دلیل تاثیر مستقیم فشار جانبی بر روی نحوه تحکیم و مقاومت خاک، این پارامتر در طراحی سازه‌هایی نظیر دیوار حائل، تونل، فونداسیون عمیق، گودبرداری و سازه نگهبان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فشار جانبی خاک در دیوار حایل می‌تواند باعث ایجاد سه نوع تنش شود:
- تنش ساکن: تنشی که بدون تغییر در سازه درون خاک وجود دارد.
- تنش فعال: تنشی که باعث حرکت دیوار و شکست برشی می‌شود.
- تنش منفعل: تنشی که بر اثر فشار دیوار به سمت خاک به وجود می‌آید و باعث شکست برشی می‌شود.