عملیات خاکی

خاکبرداری

گفتم که خاک مسطح نیست و برای مسطح کردن آن خاک اضافی را برمیداریم که به آن خاک برداری می گوییم .

خاکریزی

خاکی که برداشت کردیم را در مناطق خالی میریزیم که خاکریزی گفته می شود .

تراکم

در صورتی که بعد از تسطیح مقاومت کافی وجود نداشته باشد باید خاک و متراکم کنید .

تثبیت

اگر با تراکم به مقاومت مدنظر مان نرسیم میتوانیم از روش تثبیت استفاده کنیم .

حمل و جابجایی

خاک را از یک منطقه به منطقه دیگر جابجا کنیم .

تسطیح

ترکیبی از خاک برداری و خاک ریزی است .

کنترل خوردگی

یکی از مواردی که در عملیات خاکی گاهی دسته‌بندی می‌شود بحث کنترل خوردگی است .

مثلاً فرض کنید در مناطقی که خاصیت اسیدی بالایی دارند باید با یک سری تمهیداتی مثل روش‌های افزودنی‌های شیمیایی خاک منطقه را به حد نرمال برسانیم تا از خوردگی آن جلوگیری شود .

خاکبرداری و خاکریزی

ابتدا نقشه برداری میکنیم و توپولوژی زمین را در می آوریم سپس احجام در می آید و بر اساس احجام که در می آید حجم عملیات خاکی مشخص میشود .

پس مشخص می‌شود که چه تعداد ماشین آلات و با چه ظرفیتی لازم است همچنین نوع ماشین آلات نیز مشخص میشود .

مثلا اگر پستی و بلندی های زمین من زیاد نباشد مثلا میتوانیم از بولدز استفاده کنیم یا اگر زیاد باشد مجموعه عملیات خاکی سنگینی را باید انجام دهیم که معمولا از لودر استفاده می شود .

نقشه برداری و استخراج توپولوژی زمین

محاسبه احجام

برنامه‌ریزی ماشین آلات

تسطیح

هدف: ایجاد فضای مسطح

هدف ایجاد یک فضای مسطح است تا مطمئن شویم که سازه به صورت ایمن روی آن قرار می گیرد .

• قرارگیری سازه
• مسیر سازی
• محوطه سازی
• زهکشی

ماشین آلات معمول

• گریدر
• لودر
• بکهو

خاک‌برداری

یک خاصیتی که خاک دارد این است که به صورت ۴۵ درجه بریده می شود و دچار ریزش می شود به خصوص اگر بالای آن یک سازه هم وجود داشته باشد .

به همین دلیل باید مطمئن شویم این زاویه ۴۵ درجه تعمیین شود که مشکلی رخ ندهد .

در خاک برداری سطحی باید حتما از زاویه ۴۵ درجه مطمئن شوید .

خاک‌برداری سطحی

خاک‌برداری عمیق

خاک‌برداری عمیق

در خاک برداری عمیق فضای زیادی از زمین را تحت تاثیر قرار می دهیم و از روش ها و ابزارهایی مثل دیوارهای حائل یا از پشت بند ها استفاده می کنیم .

آن نیروی برشی که ایجاد می‌شود توسط پشت بندها تحمل می‌شود و توسط میله واسطه به زمین منتقل می شود .

هر کدام از این روشها مزایا و معایب خودشان را دارند مثلاً یکی از معایب پایه مورب این است که فضای ساخت را اشغال می کند یا مشکل پشت دوخت این است که در پشت دیوار ممکن است ساختمان همسایه باشد و نمی توان آن را به ساختمان همسایه دوخت چون ممکن است وارد پارکینگ همسایه بشود .

اما همه اینها در یک چیزی تقریبا مشترک هستند و آن هم دیوار حائل است که میتواند از جنس شیت چوبی، آلومینیومی، فولادی یا بتنی باشد .

حال مسئله این است که دیوار چطور جلوی مولفه افقی نیرو را میگیرد . باید یک چیزی قرار دهیم که جلوی مولفه افقی را بگیرد چون مولفه قائم آن وارد زمین می شود و مشکلی ایجاد نمیکند .

با روش هایی میلگرد را در خاک فرو می کنند که به آن نیلینگ گفته می شود بعد سر میلگرد را بیرون می گذارند و بعد سطح خاک را شاتکریت میکنند .

این یک دیوار و سپری درست می کند که با مش میلگرد هم تقویت شده است.

که باعث میشود که وقتی خاک از پشت فشار می آورد این نیلینگ جلوی واژگونی آن را می گیرد .

دیوار حائل

شیت چوبی، آلومینیومی، فولادی یا بتنی

مهار

• پایه مورب

یک روش این است که یک پشت بند بگذارید و خود پشت بند ها انواع مختلفی دارند که انواعش را توضیح می دهیم .

• مهار متقابل

روش دوم این است که این نیرو را به دیوار مقابلش منتقل کنیم که مهار متقابل گفته می شود .

روش مهار متقابل هم معمولاً در کانال ها که معمولا عرض کانال کم است استفاده می شود . مشکل این روش این است که وقتی شما این مهار را انجام می دهید دیگر ماشینی نمی تواند اینجا راحت کار کند .

• دوخت

روش سوم هم این است که این دیوار را به خاک بدوزیم یا روش پشت دوخت استفاده کنیم

دیوار حائل بتنی

به این صورت است که جایی که قرار است فوندانسیون عمیق ما بشود و روی آن سازه را بسازیم ابتدا یک کانال حفر می کنیم و و معمولاً با بیل مکانیکی این کار را می‌کنند حال اینجا در این اسلاید از کلمشکل یا بیل منغاری استفاده کرده است . و بیل منغاری هم به صورت عمودی حفاری را انجام می دهد . زمانی که حفاری انجام می شود یک مشکلی وجود دارد این که هنگام حفاری دیواره کانال ریزش میکند برای اینکه دیواره کانال فروریزش نکند گل حفاری را در داخل آن می ریزیم که از ریزش آن جلوگیری می کند .

وقتی که به عمق مناسب رسید قفسه دیوار را فرو می‌کنند در گل که تا یک عمقی خودش می رود و بعد از آن یک وزن می گذارند تا به انتها برسد .

بعد از اینکه قفسه به انتها رسید به بتن را می آورند در انتها قرار می‌دهند و شروع می‌کنند و بتن ریزی و همین طور که بتن ریزی انجام می شود پمپ را بالا می کشند و این بتن از پایین ریخته میشود و بتن از پایین تزریق می شود .

تزریق بتن گل را بیرون میدهد یعنی بتن جایگزین گل حفاری می شود و بالا هم یک پمپ می گذارند که راحت تر خارج شود و تا انتها بتن ریزی انجام می‌شود و در نهایت یک سطحی را به ما می‌دهد .

اما شاید سطح خیلی صافی نباشد اما در جاهایی که فضای خیلی زیادی نداریم و همسایه اجازه نیلینگ را نمی دهد می توانیم از این روش هم استفاده کنیم .

البته گاهی همراه این روش نیلینگ هم انجام می‌شود یعنی بعد از انجام حفاری لوله هایی را در ارتفاع مشخص می گذارند از آنجا میلگرد را قرار می دهند .

ترانشه راهنما یک کانال کم عمق است که گاهی با نخ و گچ محل ترانشه را مشخص می‌کند که راننده بیل بداند بیل را کجا قرار دهد.

پس ترانشه راهنما را می‌کنیم بعد ترانشه عمیق‌تر می‌شود و دوغاب یا گل حفاری را در آن تزریق می‌کنیم و قفسه آرماتور را قرار می دهیم و در آخر توسط بتن پر میکنیم .

پشت دوخت

در این حالت بعد از اینکه حفاری انجام شد یک مش فولادی روی خاک قرار گرفته می‌شود و معمولاً یک مقداری هم زاویه دارد تا بتن روی خاک نریزد و بعد یک میلگرد را داخل خاک فرو می کنند معمولاً میلگرد یک پره هایی هم دارد که این را با آچار می پیچانند و تا یکجایی فرو می رود و از یک جایی به بعد با کمک این ها پیش می روند تا وارد خاک شود .

بعد از اینکه در عمق مورد نظر رفت یک صفحه را قرار می دهند که یک جک قرار دارد که این را میکشد . در هر صورت یک عضو کششی را در خاک قرار داده و به بعد بتن ریزی میکنند . و توسط یک جک این را می کشند که حالت پیش تنیده پیدا کند و آن را نگه می دارد تا بتن خودش را بگیرد و بعد مش را قرار می دهند و روی آن بتن شاتکریت می‌کنند .

شاتکریت : بتنی که پاشیده می شود و نیاز به قالب ندارد

بعد از این که خودش رو گرفت و با مش میلگرد یکپارچه می‌شود و یک دیوار ایجاد می‌شود که به خاک لینک شده است و به این حالت انکر روال گفته می‌شود به معنای لنگر که جلوی واژگونی را میگیرد .

مراحل اجرا

• حفر ترانشه راهنما
• حفر ترانشه عمیق توسط بیل منقاری
• پر کردن ترانشه توسط دوغاب
• ترکیب دوغاب: بنتونیت رس و آب
• قرار دادن قفسه آرماتور
• پر کردن ترانشه توسط بتن

فرش کردن

فرش ها دو نوع هستند یا نفوذ پذیر هستند یا نفوذ ناپذیر هستند .

نفوذپذیر

مثلاً اگر تمایل دارید بعد از باران آب روی زمین خارج شود و سطح پیاده رو خیس نباشد و نفوذ پذیر باشد موزاییک و سنگ فرش یکی از روش های مناسب برای پیاده رو است .

• آجر موزاییک و سنگ

نفوذ ناپذیر

روش نفوذ ناپذیر آسفالت و بتن است که هیچ درزی ندارد . از طرفی آسفالت گزینه ای ارزان و مناسب برای جاده است اما در جاده‌ها ما نیاز داریم آب روی سطح جاده جمع نشود برای به همین دلیل برای خارج کردن آب از سطح جاده میان اینجا شیب بندی انجام می دهند .

• آسفالت
• بتن

خاک

دانه بندی خاک برای ما اهمیت زیادی دارد .

یک سری الک هایی است که از درشت به ریز چیده می شود و در انتها pan قرار می گیرد .

از بالا خاک ریخته میشود و هرچه ریز تر باشد دانه ها وارد الک های پایین تر می شوند .

بعد یک نمودار رسم می کنند که نشان دهنده وزن خاکی است که روی هر الک باقی مانده است .

خاک تشکیل شده است از شن و ماسه و لای و غیره ..

خصوصیاتی که ماسه دارد نفوذ پذیر و شکل پذیر نیست ولی خاک های چسبنده به راحت شکل می گیرند .

شن و ماسه مصالح مناسبی برای ساخت و ساز هستند و بخشی از خاک هستند که خاصیت باربری دارند .

اما موارد دیگر مثل لای و رس را می خواهیم به حداقل برسانیم و خیلی برای ساخت و ساز مناسب نیستند .

همچنین به هیچ عنوان دوست نداریم در خاک رس وجود داشته باشد چون واکنش بتن را مختل می‌کند و مشکل مقاومت بتن ایجاد می کند . و نکته دوم اینکه در فوندانسیون اگر رس باشد رس خیلی سخت زهکشی می شود و آب را خارج می کند به همین دلیل زمانی که خاک را فشرده میکنیم رس هنوز آب دارد و این آب در مدتی در طول زمان خارج می شود و زمانی که دیگر فشار کافی نداریم این باعث نشست ساختمان میشود .

خاک نباتی هم بقایای گیاهان و جانوران است که در طبیعت تجزیه می شوند و جای آن ها حفره ایجاد می شود و مقاومت سازه ای را کاهش میدهد .

دانه‌بندی

توضیحات	ابعاد (اینچ)	نوع
سخت	¼ −3	شن
غیر پلاستیک و غیر چسبنده و نفوذپذیر	0.002−¼	ماسه
ماسه بسیار ریز	(8 −200)∗10^(−5)	لای
چسبنده با ذرات میکروسکوپیک. در اختلاط با آب تغییر حجم پیدا می‌کند. غیر قابل پیش‌بینی	<8∗10^(−5)	رس
جانوران و گیاهان تجزیه شده در طبیعت		نباتی

دسته‌بندی خاک

جدول هایی برای دسته بندی خاک ها وجود دارد که یک نمونه آن در این اسلاید نمایش داده شده است .

یک نمودار دانه بندی لگاریتمی براساس درصد باقی مانده روی الک ترسیم می‌شود و جدول اسلاید ۴۵ راهنمایی برای استفاده از سنگ ها در جای مناسب خودش است .

• C: Clay
• O: Organic
• M: Silt
• H: High plasticity
• L: Low plasticity
• G: Gravel
• S: Sand
• W: Well graded
• P: Poorly graded

رطوبت خاک

خاک می تواند آب جذب کند و هرچه آب بیشتر باشد حالت مایع تر به خود می گیرد و اگر آب کمتر باشد خشک تر است .

اگر به خاک خشک رطوبت اضافه کنید نیمه جامد می شود اگر یک مقدار آب را بیشتر اضافه کنید شکل پذیر می شود و مجدد اگر آب به آن اضافه کنید به حالت مایع در می آید .

پس چهار فاز جامد و نیمه جامد و خمیری و مایع خواهیم داشت و بین این فازها یک حد وجود دارد به نام حد انقباض حد پلاستیک و حد مایع .

درصد رطوبت خاک: نسبت وزنی آب موجود در خاک به خاک خشک

اگر بر فرض یک کیلوگرم خاک داشته باشیم و ۱۰۰ گرم آب به آن اضافه کنیم یعنی ۱۰ درصد آن را مرطوب کردیم .

محدوده رطوبت بین ناحیه پلاستیک و نیمه جامد را شاخص پلاستیک می گویند .

به طور کلی به این حدود اتربرگ گفته می شود .

یک معیاری هم دارد مثلاً برای حد مایع اگر آن را روی میز ویبره قرار دهیم شکلش را از دست می دهد و وا می رود .

حد پلاستیک را گفته است که با خاک یک فیتیله درست کن با قطر 8/1 اینچ که این فیتیله با تاب دادن به مرور خرد میشود .

شاخص پلاستیک تفاضل بین حد مایع و حد پلاستیک است .

حد انقباض درصد رطوبتی که در آن حجم خاک حداقل است .

حدود اتربرگ (Atterberg Limit)

حد مایع

درصد رطوبتی که خاک تحت تست لرزش شروع به جریان می‌کند

حد پلاستیک

درصد رطوبتی که نوار نازک خاک به ضخامت 1\/8^′′ شروع به خرد شدن میکند

شاخص پلاستیک

دامنه رطوبتی که خاک پلاستیک باقی می‌ماند. (تفاضل بین حد مایع و حد پلاستیک)

حد انقباض

درصد رطوبتی که در آن حجم خاک حداقل است

تست خاک

انواع تست

• آزمایشگاهی

خاک را نمونه برداری کنیم و به آزمایشگاه میبریم .

• کارگاهی

در همان کارگاه آزمایش می کنند .

نمونه‌گیری

مکانهایی که مثلاً مقاومت خاک برای ما مهم است و مقاومت خاک به جنس خاک ربط دارد .

میخواهیم نمونه‌ای که میگیریم تراز آب را به ما نشان دهد چون فونداسیون باید روی سطح سختی باشد بنابراین یکی از کاربردهای نمونه گیری پیدا کردن سطح سخت است .

• محیط ساختمان
• گوشه‌های ساختمان

گوشه ها معمولاً جاهایی هستند که در واقع ما گودبرداری انجام می دهیم باید ببینیم که چقدر پایداری دارد خاک و آیا خاک دچار رانش میشود یا مقاومت کافی را دارد .

• زیر ستونها (بارهای خاص و بحرانی)

به خصوص ستون های مهم که بار زیادی داشته باشند .

تست‌های آزمایشگاهی خاک

تست بار

• کاربرد: تعیین خصوصیات نشست
• روش: بارگذاری تدریجی

تست نفوذ

یک وزنه استوانه ای را به تعداد مشخصی می گذارند روی خاک تا اینکه ۶اینچ در خاک نفوذ کند این تعداد میزان نفوذ را نشان می‌دهد که شاخص تاب آوری را برای ما تعیین میکند .

حال نمونه هایی که می گیریم یا از سطح خاک است و به صورت دستی گرفته می‌شود که عمق زیادی ندارند و تا حدود ۵۰ فوت است و یا نمونه گیری عمیق و با دستگاه است .

• کاربرد: ظرفیت تاب‌آوری
• روش: وزنه استوانه‌ای ۱۴۰ پوندی از ارتفاع ۳۰ اینچ روی استوانه توخالی. تعداد ضربه مورد نیاز برای نفوذ ۶ اینچ

نمونه دستی و سطحی

• محدودیت: خاک رسی و ماسه‌ای
• روش: استوانه به قطر ۲ تا ۲.۵ اینچ تا عمق ۵۰ فوت

نمونه عمیق با دستگاه

• کاربرد: برای تشخیص ترک‌های فعال، ناپایداری شیب، امکان تورم یا خوردگی، سفره آب
• روش: استوانه به قطر ۵ اینچ با عمق دلخواه. نمونه گیری با دستگاه انجام می‌شود

تستهای کارگاهی

تست هایی هستند که در کارگاه انجام می شود.

تست درشتی

• درصد وزنی بین الک شماره ۲۰۰ و ۳ اینچ > %۵۰ ⟸ درشت دانه
• درصد وزنی کوچکتر از ۱/۴ اینچ > %۵۰ ⟸ ماسه
• درصد وزنی بزرگتر از ۳ اینچ > %۵۰ ⟸ شن

تست مقاومت خشک

یک مقدار خاک را بردارید و یک توپ 1 اینچی درست کنید بعد با انگشت تان آن را فشار بدهید و اگر با یک اشاره این خاک خرد شد پلاستیسیته آن کم است و اگر بتوانید کمی با آن بازی کنید پلاستیسیته آن متوسط است ولی اگر خیلی چسبنده باشد پلاستیسیته آن زیاد است .

توپ ۱ اینچی ⟵ فشار، نرمش، اشاره ⟸ پلاستیسیته زیاد، متوسط، کم

تست سختی

زیر الک شماره ۴۰ ریز دانه ها را با آنها یک مکعب ۵ اینچی درست کنید و این مکعب را یک فیتیله 8/1 اینچی درست کنید و این کار را مدام تکرار کنید اگر با یک یا دوبار تکرار خرد شود حد پلاستیک پایین است .

زیر الک ۴۰ ⟵ مکعب ۰.۵ اینچی ⟵ رشته ۱/۸ اینچی ⟵ تکرار ⟵ شکست ⟸ حد پلاستیک

تست تکان

زیر الک 40 را یک توپ 4/3 اینچی درست کنید و کمی آب به آن اضافه کنید و بگذار ید کف دست تان بعد شروع به تکان دادن کنید اگر شروع به ترک خوردن کرد و زود این اتفاق افتاد ماسه آن زیاد است اگر دیر اتفاق افتاد ماسه آن کم است .

زیر الک ۴۰ ⟵ توپ ۳/۴ اینچی ⟵ + آب ⟵ کف دست ⟵ تکان افقی ⟵ ترک یا خرد شدگی ⟵ زود، متوسط، دیر ⟸ ماسه بسیار ریز، لای غیرنباتی، رس

حجم خاک

عواملی که در حجم خاک موثر هستند جابجایی و رطوبت است وقتی شما خاک را جابجا می کنید حجم آن تغییر می کند .

عوامل موثر

جابجایی

مثلاً فرض کنید خاک را برمی داریم و می بریم می ریزیم در یک خاکریزی و غلتک میکنیم به خاکی که دست نخورده است درجا گفته می شود و وقتی که می آید بیرون جا باز میکند و آزاد می شود و وقتی آن را می بریم و با غلتک متراکم می کنیم خاک متراکم می شود .

• درجا
• آزاد
• متراکم

رطوبت

رطوبت یک نموداری همانند شکل زیر دارد و وقتی به خاک خشک مقداری رطوبت اضافه می کنیم در واقع خاک را روغن کاری می کند یعنی وقتی که فشارش می دهید راحت جا باز میکند .

به همین خاطر اگر یک مقدار رطوبت به خاک خشک اضافه کنید راحت تر فشرده می شود چگالی آن افزایش بیشتری پیدا می‌کند و بیشترین تراکم را رقم می‌زند ولی اگر از یک مقدار بیشتر رطوبت اضافه کنید آب می‌رود و جاهای خالی را پر میکند و خاک دیگر اصلاً جای خالی ندارد که متراکم شود . پس یک حد بهینه وجود دارد و از یک حدی اگر رطوبت را بیشتر کنید تراکم کمتر می شود به این نقطه درصد رطوبت بهینه گفته می شود .

• مرطوب
• خشک

رطوبت خاک

تعریف :نسبت وزنی آب به خاک خشک

درصد رطوبت بهینه

درصد رطوبتی که در آن تراکم حداکثر خاک حاصل میشود

نفوذپذیری

نفوذپذیری کجا برای ما مهم است ؟

جایی که میخواهیم زهکشی کنیم در فونداسیون یا زیر جاده یا زیر دیوارهای حائل هرچه خاک رسی تر باشد زهکشی آن سخت تر می شود . ولی در شن و ماسه نفوذ پذیری بالاتری دارد .

پس نفوذپذیر شاخصی است برای اندازه گیری امکان نفوذ آب که خاک چقدر آب را از خود عبور می دهد .

• شاخصی برای اندازه گیری امکان نفوذ آب در خاک
• رس: حداقل
• شن و ماسه: حداکثر

اصلاح خاک

تراکم و تحکیم

افزایش چگالی خاک با خارج کردن هوا و آب بین ذرات خاک

تفاوت تراکم و تحکیم چیست ؟

یعنی وقتی غلتک میزنید غلتک می تواند باعث خروج آب و هوای بین ذرات شود . تراکم خارج کردن هوای بین ذرات است و تحکیم خروج آب است .

گاهی اوقات غلتک زده می شود اما به مقاومت مد نظرمون نمی رسد یا اینکه خاک سطحی مون خاک نباتی است و برای ساخت مناسب نیست در این صورت تثبیت می کنیم .

مشخصات خاک را بهبود می دهیم یعنی موادی را به خاک اضافه می کنیم که خاصیت سازه ای پیدا کند .

گاهی اوقات هم خاک رطوبت خیلی بالایی دارد مثل مناطق نزدیک ساحل و اینها باید آب زدایی شوند .

تثبیت

موادی را به خاک اضافه می کنیم تا مشخصاتش بهبود پیدا کند . یعنی اگر بخواهید یک پی را اجرا کنید گفتیم در قدم اول میایم مشخصات خاک را تست می کنیم و مقاومت و نفوذ خاک را اندازه گیری می کنیم و به یک عددی می رسیم و با توجه به این اعداد به این نتیجه می‌رسیم که این خاک مقاومت کافی ندارد و روش‌های مختلفی برای افزایش مقاومت این خاک وجود دارد .

یک روش فشرده کردن خاک است با استفاده از غلتک کردن .

بهبود مشخصات خاک

آب زدایی

تراکم و تحکیم

• تراکم: با استفاده از نیروهای مکانیکی و خارج کردن هوای بین ذرات خاک
• تحکیم: با استفاده از خارج کردن آب از حفره های بین ذرات خاک
• روشهای تراکم و تحکیم: فشار، لرزش، وزنه استاتیک، انفجار، ضربه

تثبیت

برای تثبیت روش های مختلفی استفاده می شود . مثلا اگر لایه رویی نباتی باشد ممکن است شخم زدن کمک کند و لایه ها را زیر و رو کند یا خاک باربر شن و ماسه ای به آن اضافه می کنیم .

یا آهک و مشتقات آن را به خاک اضافه می کنیم که آهک با رس و لای موجود در خاک واکنش شیمیایی می دهد و باعث تقویت مشخصات مکانیکی خاک می شود

روشها

• شخم زدن (بلندر)
• افزودن خاک باربر
• افزودن آهک (آب آهک، آهک زنده یا اکسید کلسیم)
• رس و لای : واکنش شیمیایی
• افزودن آسفالت
• افزودن سیمان (پرتلند)
• مناسب برای خاک رسی
• افزودن نمک
• مناسب برای خاک رسی و نباتی