یکی از مهم ترین مراحل جهت آغاز عملیات ساختمانی، خاکبرداری است از این روی توجه به ویژگی ها و خواص خاک از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشد. زمین های متنوعی برای ساخت و ساز وجود داشته که هر یک ویژگی های منحصر به فردی دارد. برای مثال برخی از زمین ها خطر سست شدن پایه ساختمان و فروریختن سازه را تا حد چشمگیری افزایش می دهد از این روی قبل از آغاز عملیات خاک برداری گروهی از افراد متخصص و مهندسین میبایست بر کیفیت خاک نظارت داشته باشند.

خاک چیست؟

خاک ترکیبی از مواد آلی، آب، هوا و مواد معدنی بوده که در لایه های زمین قرار گرفته است.

خاک از سه بخش اصلی تشکیل شده که عبارت اند از:

مواد آلی: مواد آلی از تجزیه و رشد گیاهان یا حیوانات (حشرات، کرم ها و … ) در خاک پدید می آید و بر تهویه خاک و خصوصیات باروری آن نیز تاثیر می گذارد.

ذرات معدنی: ذرات معدنی از فرآیند هایی چون تغییرات آب و هوایی و تجزیه سنگ ها تشکیل شده که شامل ذراتی چون خاک رس، سیلت و شن می باشد.

فضای آب و هوا: آب و هوا در میان ذرات اصلی خاک قرار گرفته و مسئولیت حمل اکسیژن به ریشه گیاه و انتقال عناصر غذایی را به همراه دارد.

تیپ بندی خاک

خاک ها بر اساس عملکرد در دسته بندی های گوناگونی قرار می گیرد. جالب است بدانید که دانه بندی خاک در این امر تاثیر بسیار زیادی دارد. همچنین اثر نیروهای طبیعی (زلزله، باد و …) و وزن ساختمان به خاک منتقل می شود از این روی شناخت نوع و تیپ بندی خاک تاثیر بسیار  زیادی در نتیجه نهایی پروژه و هزینه ها می گذارد.

بر اساس آئین نامه های طراحی ساختمان ها در برابر زلزله یا همان آئین نامه 2800 خاک بر مبنای میانگین سرعت امواج زلزله به چهار تیپ تقسیم بندی شده که هر یک به شرح ذیل می باشد.

(تیپ 1): خاک تیپ یک جزو مستحکیم ترین خاک های سطحی بوده که متشکل از شبه سنگ ها و سنگ ها می باشد. از میان خاک های تیپ یک می توان به سنگ های رسوبی، آذرین و دگرگونی اشاره کرد همچنین سرعت موج برشی عبوری در این نوع خاک، بیش از 750 متر بر ثانیه می باشد.

(تیپ 2): سنگ های سست و خاک های خیلی متراکم نظیر رس بسیار سخت، شن و ماسه متراکم در این دسته قرار می گیرند.

خوب است بدانید که بعد از خاک تیپ 1، این گروه جزو بهترین گزینه ها به جهت ساخت و ساز محسوب می شود. همچنین سرعت موج برشی عبوری از خاک تیپ 2 بین 375 تا 750 متر بر ثانیه می باشد.

(تیپ 3): خاک هایی با تراکم متوسط در تیپ 3 قرار داشته که از میان آن ها می توان به سنگ های متلاشی شده بر اثر هوازدگی اشاره کرد. سرعت موج برشی خاک تیپ 3 بین 175 تا 375 متر بر ثانیه بوده و خاک تیپ 3 در مجموع به نسبت تیپ 2 ضعیف تر می باشد.

(تیپ 4): از اصلی ترین ویژگی های خاک تیپ 4 می توان به نرم و سست بودن آن اشاره کرد.

خاک های مرطوب به علت بالا بودن سطح آب نیز در این گروه قرار می گیرد.

سرعت موج برشی این خاک کمتر از 175 متر بر ثانیه بوده و در دسته ضعیف ترین خاک ها قرار می گیرد از این روی به جهت ساخت و ساز بر این نوع خاک اسکلت ساختمان میبایست سنگین تر طراحی و اجرا شود.

دانه بندی خاک

همانطور که پیش تر به این نکته اشاره کرده ایم، خاک به منظور تفکیک ساده تر، بر اساس ویژگی های گوناگون دسته بندی شده که در ادامه به بررسی دانه بندی خاک خواهیم پرداخت.

خاک بر اساس اندازه دانه ها به چهار دسته شن، ماسه و لای (رس) تقسیم بندی می شود.

(ماسه): دانه هایی بسیار ریز عموما از جنس فلداسپار و کوارتز

(رس): ذراتی بسیار ریز که در صورت ترکیب با آب، خاصیت خمیری شکل به خود می گیرد.

(لای): ذرات میکروسکوپی که از دانه های بسیار ریز کوارتز تشکیل شده است.

جهت تعیین توزیع وزنی اندازه خاک دو روش وجود دارد:

روش اول: آزمایش دانه بندی

در آزمایش دانه بندی در ابتدا تعدادی الک از درشت به ریز روی هم قرار گرفته و سپس با تکان دادن نمونه، خاک از هم مجزا شده از این روی می توان به آسانی درصد وزنی را محاسبه کرد.

روش دوم: آزمایش هیدرومتری

این آزمایش بر اساس ته نشینی دانه های خاک در آب بوده و برای دانه بندی ذراتی با قطر کوچک تر از 0.075 میلی متر مورد استفاده قرار می گیرد.

قطر ذرات معلق در عمق موثر بر اساس فرمول ذیل محاسبه می شود.

در این فرمول  قطر ذرات معلق در عمق موثر ( بر حسب میلی متر)، L عمق موثر (بر حسب سانتی متر)، t مدت زمان آغاز آزمایش تا ته نشین شدن و K ثابتی که به دمای آزمایش و چگالی ذرات خاک بستگی دارد می باشد.

بهینه سازی خاک چیست؟

خاک های نباتی چیست؟

همان طور که پیش تر بررسی کرده ایم، خاک از تنوع بسیار بالایی برخوردار بوده و هر یک ویژگی های خاصی دارد. خاک فرسوده یا نباتی از مواد آلی و بقایا گیاهان (ریشه، برگ و یا ساقه) تشکیل شده و عموما رنگ کبود یا تیره دارد و همچنین به عنوان نامناسب ترین خاک برای ساخت و ساز شناخته می شود.

نکته: خاک نباتی معمولا در قسمت های زیرین زمین های کشاورزی قرار دارد از این روی می توان مواد آلی و باقی مانده گیاهان را در آن یافت.

یکی دیگر از مهم ترین ویژگی های خاک فرسوده، قابلیت بسیار بالای آن در جذب آب می باشد که همین امر سبب سستی و ناپایداری آن می شود در نتیجه تحمل فشار و بار سازه را ندارد.

روش های تثبیت خاک نباتی

به دلیل مقاومت برشی کم خاک نباتی و تغییرات زیاد حجمی خاک در اثر انقباض و انبساط، استفاده از آن در ساخت و ساز مشکل آفرین بوده و می تواند در آینده سبب بروز خسارات جبران ناپذیر مالی و جانی شود. بر اساس قوانین مقررات ملی ساختمان در صورت بالا بودن خاک فرسوده در زیر پی (بیش از 3 درصد) خاک با روش های مناسبی بهسازی شده و یا قبل ازساخت پی، خاک برداشته می شود.

روش های پایدارسازی خاک به شرح ذیل است:

روش پیش بارگذاری: از جمله بهترین روش ها به جهت پایدارسازی خاک می توان به روش پیش بارگذاری اشاره کرد.

در این روش خاک در اثر فشارعمودی پیش از ساخت سازه متراکم شده که این امر در مقاوم سازی آن تاثیر چشمگیری می گذارد.

پیش بارگذاری به روش های گوناگونی انجام شده که عبارت است از:

• پیش بارگذاری به وسیله ایجاد مکش
• پیش بارگذاری به وسیله خاکریز
• پیش بارگذاری به وسیله زهکش های قائم پیش ساخته

نکته: جالب است بدانید که نصب زهکش ها در فواصل نزدیک، سبب کوتاه شدن مسیر حرکت آب و افزایش سرعت زهکشی و تحکیم خاک می شود.  زهکش های قائم پیش ساخته دارای ضخامت 3 تا 5 میلی متر و عرض 95 تا 100 میلی متر می باشد.

روش سولجر شناور: استفاده از سولجر شناور و میخ کوبی در خاک یکی دیگر از روش های مطمئن به جهت مقاوم کردن خاک نباتی یا فرسوده به شمار می رود. سولجر شناور که به روش دیوار سولجر پایل یا دیوار برلنی نیز مشهور است، در مدت زمان بسیار کوتاهی قابل انجام بوده و هزینه ی بسیار کمتری به نسبت دیگر روش ها به همراه دارد.

روش جایگزینی با خاک مقاوم: در زمین های چمنی به مقدار 15 سانتی متر از خاک نباتی برداشته می شود که این مقدار در زمین های کشاورزی و جنگلی (که مواد آلی بیشتری دارد) افزایش پیدا می کند. خوب است بدانید که این روش بسیار هزینه بر بوده و انتقال خاک نباتی برداشته شده و جایگزینی آن با خاک مقاوم، بسیار دشوار است. این احتمال وجود دارد که در زمان خاکبرداری و انتقال آن، بخشی از خاک، زیر آب های زیرزمینی باقی بماند.

روش تثبیت شیمیایی: تثبیت شیمیایی با استفاده از سیمان، گچ، آهک، ذغال سنگ، خاکستر و … سبب بهبود خاصیت فیزیکی و شیمیایی خاک شده و خاصیت اسیدی آن نیز کاهش پیدا می کند.

نکته: جالب است بدانید که شرایط نگهداری و مدت زمان مورد نیاز برای تثبیت شیمیایی خاک بر مقاوم سازی آن تاثیر داشته و میزان تثبیت کننده ها باید در اندازه ای باشد که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد.

انواع خاک در ساخت و ساز

خاک لومی: خاک لومی ترکیبی از سیلیت، خاک رس و ماسه بوده که عموما تیره و خشک می باشد به نوعی که آب را به سرعت جذب می کند. ویژگی های مذکور سبب شده تا خاک لومی به یکی از بهترین گزینه ها به جهت ساخت و ساز تبدیل شود. در این نوع خاک انبساط و انقباض بسیار کمتر از خاک رس بوده و بر این اساس فشار بسیار کمتری به فوندانسیون وارد می کند.

توجه: از دیگر ویژگی های خاک لومی می توان به زهکشی مناسب آن اشاره کرد.

خاک رس: فضای میان ذرات خاک رس سبب شده تا این خاک رطوبت را برای مدت طولانی در خود نگه داشته و بر اثر تماس با آن نیز منبسط شود. خاک رس بر اثر خشک شدن دچار انقباض شده که این امر می تواند سبب وارد شدن فشار بر پایه های ساختمان  و در نتیجه سبب جابه جایی سازه شود.

توجه: خاک رس تراکم پذیری بسیار مناسبی داشته و بعد از خشک شدن نیز بسیار مقاوم می باشد بنابراین می توان از آن به صورت ملات در فرآیند ساخت و ساز استفاده کرد.

شن و ماسه: ذرات بزرگ شن و ماسه سبب شده تا آب با سرعت بالایی از آن تخلیه شود و این امر از بروز مشکلات انقباض و انبساط پیشگیری می کند.

سیلت: این نوع خاک شباهت بسیار زیادی به رس داشته و توانایی نگهداری آب را به صورت طولانی مدت دارد. زهکشی بسیار ضعیف سیلت یا لای سبب انبساط خاک شده که این امر می تواند به پایه ها فشار وارد کند.

بررسی انواع زمین و معرفی آن

در ادامه ی این مطلب به بررسی انواع زمین و معرفی ویژگی های آن خواهیم پرداخت.

بررسی زمین های ماسه ای: این نوع زمین توانایی تحمل وزن 12 کیلوگرم بر هر سانتی متر را داشته از این روی گزینه ی مناسبی برای ساختمان های سبک به شمار می رود. البته برخی از زمین های ماسه ای نظیر زمین های ساحلی، به دلیل چسبنده بودن خاک توانایی بیشتر از 500 گرم بار را ندارد.

بررسی زمین های رسی: زمین های رسی خود به دو دسته ی زمین های رسی تر و خشک تقسیم بندی شده و زمین های رسی تر به دلیل وجود رطوبت و آب قدرت تحمل بالایی ندارد از این روی برای ساخت و ساز نیز مناسب نمی باشد.

بررسی زمین های شنی: از جمله بهترین زمین ها به جهت ساخت و ساز می توان به زمین های شنی اشاره کرد. زمین های شنی با داشتن دانه بندی مناسب امکان ساخت و ساز متراکم را فراهم می کند.

بررسی زمین های خاکریز شده: این نوع از زمین ها کاربرد بسیار بالایی در ساخت و ساز داشته و به عنوان زمین هایی با خاک دستی نیز شناخته می شود.

سخن پایانی:

خاک یکی از مهم ترین عناصر در صنعت ساختمان سازی بوده از این روی شناخت ویژگی های آن تاثیر بسیار زیادی در نتیجه  نهایی پروژه می گذارد. خاک های نباتی یا فرسوده به دلیل داشتن مواد آلی و بقایای گیاهان به عنوان یکی از نامناسب ترین خاک ها جهت ساخت و ساز شناخته شده و در صورت عدم توجه به این موضوع، در آینده خسارات جبران ناپذیری به سازه وارد میکند.