up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله مکانيک خاک PDF
QR code - مکانيک خاک

مکانيک خاک

در علوم مهندسي ، خاک مخلوط غير يکپارچهاي از دانههاي کانيها و مواد آلي فاسد شده ميباشد که فضاي خالي بين آنها توسط آب و هوا (گازها) اشغال شده است. خاک به عنوان مصالح ساختماني در طرحهاي مهمي در مهندسي عمران بکار گرفته ميشود و همچنين شالوده اکثر سازهها بر روي آن متکي است.
بنابراين مهندسان عمران بايد بخوبي خواص خاک از قبيل مبدا پيدايش ، دانه بندي ، قابليت زهکشي آب ، نشست ، مقاومت برشي ، ظرفيت باربري و غيره را مطالعه نمايند. مکانيک خاک شاخهاي از علوم مهندسي است که به مطالعه مشخصات فيزيکي و رفتار توده خاکي تحت بارهاي وارده ميپردازد. مهندسي پي ، کاربرد اصول مکانيک خاک در مسائل عملي است.
● تاريخچه
تاريخچه عمليات خاکي را ميتوان به دورههاي دور تاريخ بشري نسبت داد و آن را با قدمت پيدايش شهرنشيني يکي دانست. حفر قناتها ، کانالهاي آبرساني ، ايجاد پلها و سدهاي محکم و ساير بناهايي که آثار آنها در کشورهاي دنيا از دهها قرن قبل تا کنون به يادگار مانده است، همه از مواردي است که به نحوي با عمليات خاکي ارتباط دارد.
● سير تحولي و رشد
توجه به بررسي و مطالعه خاک با يک ديدگاه مهندسي و به منظور تحليل رياضي خواص آن ، از قرن ۱۸ ميلادي آغاز شد و در واقع اولين بار در عين حال مهمترين رابطه ساده در زمينه مکانيک خاک ، در سال ۱۷۷۳ توسط کولمب يک مهندس ارتشي فرانسه ارائه گرديد.
کارهاي بوسينسک در مورد تئوري اجسام الاستيک که در سال ۱۸۸۵ انتشار يافت به ارائه راه حلهاي دقيق در محاسبه تنشها و تغيير شکلهاي درون محيط خاکي منجر گرديد و توانست در تحليل بخش مهمي از مبحث مکانيک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانيک خاک به صورت مدرن ، در ابتداي قرن حاضر گسترش روز افزوني يافت و مانند ساير علوم مهندسي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت بطوري که در سال ۱۹۲۵ کارل ترزاگي ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتيجه تحقيقات خود را به صورت مقالهاي ارائه داد و در سال ۱۹۴۳ کتاب «اصول نظري مکانيک خاک» را تدوين و منتشر کرد.
کارل ترزاگي (۱۹۶۳-۱۸۸۳) را به حق بنيانگذار دانش مکانيک خاک ناميدهاند. در اينجا شايسته است از سهم محققين روسي نيز يادآور گردد، چه پژوهشگراني چون سيتوويچ در کشور روسيه به موازات دانشمندان غربي در توسعه دادن مبحث مکانيک خاک کارهاي زيادي ارائه دادند. نامبرده نيز در سال ۱۹۳۴ کتاب اصول علم مکانيک خاک را منتشر نمود.
امروزه اهميت دانش مکانيک خاک مانند علوم ديگر روز به روز رو به فزوني است و اين بويژه به اين علت است که تجربههاي گذشته در اين زمينه بدون گسترش تئوريهاي مطمئنتر و راه حلهاي اقتصاديتر تکافوي حل مسائل جديد را در عمل نمينمايد. به علاوه ، بسط مسائل مبحث مکانيک خاک همراه با توسعه روشها و ديدگاههاي جديد در زمينه مکانيک محيط دانهاي ، گسترش و افزايش دقت در تحليلهاي رياضي و مدل سازيها را در هر دو زمينه الزامي نموده و نيز به نتيجه رسانده است.
● مباحث کلي مکانيک خاک
طرح تئوريهايي که نشان دهنده رفتار توده خاکي در برابر عوامل بيروني ، مثل نيروهاي مختلف ، باشد.
کاربرد معلومات تئوري و تجربي در موارد و مسائل اجرايي خواص فيزيکي ، شيميايي و کاني شناسي خاکها
▪ خواص فيزيکي و شيميايي خاک : شناخت خواص فيزيکي ، شيميايي و کاني شناسي خاکها در بسياري از بررسيها و مطالعات و تصميم گيريها در عمليات خاکي نقش مهمي دارد. خواص فيزيکي و شيميايي خاکها را بايد عمدتا در عوامل زير جستجو کرده و مربوط به آنها دانست.
▪ ترکيب کاني شناسي دانه ها : از آنجايي که خاکها از تجزيه و هوازدگي سنگهاي پوسته زمين پديد آمده است، لذا کانيهاي تشکيل دهنده خاکها بايد همان کانيهاي تشکيل دهنده سنگ مادر باشد.
طبيعت سطح ذرات خاک (سطح مخصوص) : سطح خارجي دانههاي خاک ، يعني فصل مشترک محيط جامد با محيط مجاور آن که ممکن است، آب يا هوا باشد. محل پديد آمدن بعضي پديدههاي فيزيکي يا شيميايي است که اين پديدهها برخواص ديگر خاک مثل؛ مقاومت و نفوذپذيري و ... تاثير ميگذارد.
پديدههاي فيزيکي و شيميايي در سطح مشترک خاک و آب :ذرات جسم جامد از شبکهاي از يونهاي مختلف تشکيل شده است که از اينرو بين سطح خارجي ذره و محيط اطراف آن کنش و واکنشهايي پديدار ميگردد.
▪ خاصيت مويينگي : خاصيت بالا رفتن آب در لولههاي مويين و در حفرههاي بين ذرات خاک را خاصيت مويينگي گويند.
▪ نيروهاي دافعه و جاذبه بين ذرات :
نيروهاي بين ذرهاي در خاک به دو گونهاند. نيروهاي جاذبه مولکولي بين دانهها (وان در والس) و نيروهاي دافعه که از نوع نيروي الکتروکينيماتيکي است. خواص مکانيکي خاکها
اصطکاک : مقاومت جسم در برابر حرکت به علت وجود اصطکاک بين دو سطح تماس است.
چسبندگي: مقاومت خاکي به علت چسبندگي دانهها حاصل از مقاومت مولکولي (يعني نيروي جاذيه الکتروشيميايي) بين ذرات ريز است.
گسيختگي توده خاک : گسيختگي توده خاک عبارتست از پايان شرايط مقاومت و آغاز برش در خاک است.
تحکيم: تحکيم عبارتست از کاهش حجم حفرههاي آبدار درون خاک به علت افزايش فشارهاي جانبي.
کاربرد مکانيک خاک خاک از يک طرف به عنوان مصالح مورد توجه مهندسين و طراحان قرار ميگيرد و از سوي ديگر به عنوان يک محيط طبيعي که در اختيار آدمي قرار گرفته است مورد توجه و استفاده است. جايي که به عنوان مصالح مورد نظر است مانند خاکريزها ، سراي خاکي ، روسازي راه و فرودگاه ، پشت ديوار حايل ، زهکشها ، و به عنوان بخشي از بتن ، ماده اصلي تهيه آجر و سراميک ، ماده اصلي تهيه چيني و کاشي ، و... حالت انتخابي و اختياري دارد، و در جايي که به عنوان محيط مورد توجه است.
مانند زير پيها ، زير پايه پلها و زيربناي جادهها و محل حفر تونلها و محل قرار دادن لولهها و تاسيسات مکانيکي و الکتريکي (کابل هاي تلفن و برق و لوله کشي گاز و فاضلاب و محل احداث قناتها و محل حفر چاهها و کانالها و ... همه حالت غير انتخابي (يعني اجباري) دارد. به هر حال در تمام موارد ذکر شده ، شناخت خواص فيزيکي و مکانيکي خاک ضرورت غير قابل اجتناب دارد. مثلا در يک پروژه راه سازي ، چه نوع خاکي با چه نوع دانه بندي بايد انتخاب شود و لايههاي آن با چه ضخامتي و با چه رطوبتي و تا چه حد بايد کوبيده شود تا جايي حاصل بتواند در برابر نيروهاي وارد بر آن مقاوم باشد و وجود آبهاي سطحي و بارندگي بر دوام آن اثر مخرب نداشته باشد و در برابر يخزدگي و فرسايش و تغييرات جوي نيز پايدار بماند.
در ايجاد يک سد خاکي ، شيبها چه مقدار باشد که هم پايدار باشد و هم اقتصادي ، در صورتي که سد همگن با زهکشي است، لايههاي زهکشي با چه ابعادي و با چه دانه بندي و چه مقدار نفوذپذيري بايد باشد؟ سرعت حرکت آب و .... زه چه مقدار است؟ تورم يا نشست خاک چه مقدار باشد؟ ميزان تراکم و درصد رطوبت و ضخامت لايهها براي کمپاکت کردن خاک چه مقدار بايد باشد؟ روشهاي حفاظت دامنهها و تاج سر به چه عواملي بستگي دارد؟ و بسياري پرسشهاي ديگر که مهندس طراح بايد براي آنها جواب دقيق داشته باشد. به اين ترتيب درمورد هرگونه پروژه ساختماني و راه سازي و سد سازي مسائل متعددي از فيزيک و مکانيک خاک بايد پاسخ داده شود. اهميت دقت بيشتر و نياز به تئوريهاي دقيقتر هنگامي بيشتر ميشود که حجم کارها و اهميت پروژه بيشتر باشد.
رابطه مکانيک خاک با ساير علوم مبحث مکانيک خاک دانشي است که در آن خواص فيزيکي و مکانيکي خاکها ، ارتباط اين خواص با عوامل بيروني ، مقاومت خاک در برابر نيروها ، تغيير شکل خاک در اثر نيروها ، مسايل مربوط به حرکت يا سکون آب در خاک ، چگونگي و مقدار فشرده شدن خاکها و چگونگي و مقدار تنشها و تغيير شکلهاي هر نقطه از محيط خاکي در اثر عملکرد يک نيروي خارجي و ... بحث ميشود.
در اين راستا گاهي نياز به مطالعه خواص شيميايي و کاني شناسي دانههاي خاک است و گاهي نياز به بررسي پيدايش و منشا خاکها و گاهي نياز به استفاده از دانش هيدروليک و دانشهاي ديگر است. از اينرو ارتباط اين مبحث با ديگر مباحث علمي چون فيزيک ، شيمي ، زمين شناسي ، کاني شناسي ، هيدروليک و مکانيک سيالات را نبايد از نظر دور داشت

رشد و عملکرد گياهان داروئي بستگي به تداوم تأمين موادغذائي و رطوبت دارد که اين گياهان با سيستم ريشه اي خود در خاک به دست مي آورند. بنابراين خاک از اهمي ...

خاک ها مخلوطي از مواد معدني و آلي مي باشند که از تجزيه و تخريب سنگ ها در نتيجه هوازدگي بوجود مي آيند که البته نوع و ترکيب خاک ها در مناطق مختلف بر حسب ...

خاک‌ها مخلوطي از مواد معدني و آلي مي‌باشند که از تجزيه و تخريب سنگ‌ها در نتيجه هوازدگي بوجود مي‌آيند که البته نوع و ترکيب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب ...

رسها به همراه کلوئيدها ، فعالترين بخش خاک محسوب مي شوند و اکثر آنها داراي ساختمان بلوري هستند. قبل از مطالعه کانيها توسط اشعه ايکس تصور مي شد که کانيه ...

امروزه در بسياري از فرآيندهاي صنعتي ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزينه و با دقت زياد مورد نظر است در همين راستا بکارگيري سيال تحت فشار در انتقال و ک ...

● از موتور براي تبديل انرژي الکتريکي به انرژي مکانيکي استفاده مي شود. بسته به کارکرد ربات ، توان مصرفي ، دقت لازم و پارامترهايي از اين قبيل نوع موتور ...

● تراکتورها و بولدوزرها تراکتور از مهمترين ماشين الات راهسازي وساختمان سازي است که داراي کاربردهاي متعددي است هدف اوليه تراکتوربه جلوراندن ويا کشيدن ا ...

معمول ترين راهها جهت افزايش نيروي توليدي موتور افزايش راندمان حجمي موتور ميباشد.به کمک افزايش راندمان حجمي بسته به تکنيک مورد استفاده ميتوان از ۵% تا ...

دانلود نسخه PDF - مکانيک خاک