مقاله تحلیلی: خاک‌ های منبسط شونده

تعریف خاک‌های منبسط شونده

خاک‌های انبساطی که تحت عنوان خاک‌های منبسط شونده نیز شناخته می‌شوند، خاک‌هایی هستند که حجم آن‌ها با افزایش درصد رطوبت (درصد آب) زیاد می‌شود. شالوده واقع بر خاک منبسط شونده جابجا شده و موجب بالا رفتن یک ساختمان یا سازه با افزایش درصد رطوبت می‌گردد. این فرآیند در نهایت منجر به شکست شالوده و سازه واقع بر روی آن می‌گردد. این خاک‌ها هنگامی متورم می‌شوند که آب به آن‌ها اضافه شده و هنگامی منقبض می‌شوند که خشک باشند. این موارد در کشورهایی همچون استرالیا، هند، آفریقای جنوبی، آمریکا، اندونزی و غیره شایع است. خاک رس سیاه (Black Cotton) مثالی از یک خاک منبسط شونده است.

 خاک تورم پذیر: رس سیاه سست

اغلب خرابی خاک‌های تورم پذیر در طی چند ماه یا سال اول پس از ساخت یک ساختمان مشاهده می‌شود. هنگامی که آب حاصل از آبیاری یا ریزش باران به شالوده یک ساختمان می‌رسد، خاک در اطراف لبه شالوده متورم شده و لبه‌های شالوده را به سمت بالا جابجا می‌کند. این وضعیت تحت عنوان بلند شدگی لبه‌ای می‌تواند موجب بروز ترک خوردگی در دیوار و شالوده گردد. در طی یک دوره زمانی چند ساله، با کاهش رطوبت در زیر مرکز دال، بلند شدگی مرکزی رخ داده و منجر به بروز خرابی بیشتر در ساختمان می‌گردد. در آمریکا به طور سالانه، خاک‌های تورم پذیر موجب خسارتی بالغ بر 2.3 میلیارد دلار در منازل، ساختمان‌های دیگر، راه‌ها، خط لوله‌ها و انواع سازه‌های دیگر می‌گردند. این خرابی بیش از دو برابر خرابی حاصل از وقوع سیل‌ها، طوفان‌ها، گردبادها و زمین لرزه‌ها است.

علت ایجاد تورم

خاک‌ها متشکل از مواد مختلفی بوده که بیشتر آن‌ها در صورت وجود رطوبت دچار تورم نمی‌شوند. با این حال، برخی از مواد رسی تورم پذیر می‌باشند. این مواد شامل اسمکتیت، بنتونیت، مونتموریلونیت، بیدلیت، ورمیکولیت، آتاپولژیت، نوترونیت، ایلیت و کلریت می‌باشند. 

همچنین برخی از نمک‌های سولفاتی نیز وجود دارند که با تغییرات دمایی دچار تورم می‌شوند. خاکی که حاوی مقدار زیادی از مواد تورم پذیر اشاره شده باشد، دارای ظرفیت تورم پذیری و انبساط قابل توجهی می‌باشند.

طرح شالوده

سازندگان مختلف روش‌های مختلفی را جهت طراحی شالوده در خاک تورم پذیر ارائه کرده‌اند، شالوده طراحی شده باید به اندازه کافی در برابر اثرات نامطلوب انبساطی مقاوم باشد. می‌توان از شمع‌های پافیلی در خاک‌های تورم پذیر استفاده کرد؛ اما استفاده از این نوع شالوده‌ها به عنوان راهکار کاملاً مناسب محسوب نمی‌شود، زیرا هنگامی که احتمال افزایش سفره آب زیر زمینی وجود داشته باشد، استفاده از آن چندان مناسب نیست.

توصیه‌هایی برای طراحی شالوده در خاک‌های تورم پذیر:

• طراحی اندازه و عمق شالوده، طول و ابعاد شمع‌های پا فیلی، ضخامت دال و غیره باید صرفاً پس از ارزیابی خاک بر اساس داده‌های جمع آوری شده انجام شود. حداقل عمق توصیه شده 2m است.
• میلگرد گذاری سنگین و متراکم در پی می‌تواند موجب پیشگیری از تورم اتفاقی و کاهش مشکلات مرتبط با ترک خوردگی شود. می‌توان از نوارهای بتنی مسلح در سطح شالوده، تراز پایه ستون و نعل درگاه استفاده کرد.
• می‌توان نواحی اطراف ساختمان را روکش کرد، به طوری که رطوبت به شالوده نفوذ نکرده و موجب بروز تورم نشود. همچنین لازم است تا سیستم زهکشی مناسبی تعبیه شود.
• باید از کاشت درختان 3 متری در اطراف ساختمان پرهیز شود.

تصورات و نگرش‌های غلط

 پیمانکاران و مهندسان دارای نظرات و نگرش‌های خاص خود در ارتباط با اقدامات احتیاطی و راه حل مناسب برای سازه‌های واقع بر خاک‌های تورم پذیر می‌باشند. ممکن است این نظرات همواره صحت نداشته باشد و در نتیجه در مواردی گمراه کننده باشد. در این قسمت برخی از تصورات اشتباه در مورد طراحی سازه‌ها در شرایط تورمی که همواره صحیح نمی‌باشند، ذکر می‌شود:

• در صورتی که پی‌های سطحی برای یک فشار باربری مجاز و کم طراحی شوند، تورم خاک به حداقل می‌رسد.
• خاک‌هایی که به رنگ مشکی نباشند، احتمالاً خاک تورم پذیر خواهند بود.
• در صورتی که محل پیش از شروع ساخت حفر شده باشد، فرصت ایجاد تورم پس از ساخت از بین می‌رود.
• تثبیت و پایدار سازی شیمیایی خاک تورم پذیر کلیه مشکلات مرتبط با خاک تورم پذیر را مرتفع می‌سازد.
• مصالح درشت دانه قرار گرفته در زیر دال کف موجب کاهش فشار بلند شدگی (آپلیفت) و باعث پر شدن منافذ توسط رس‌ها می‌شوند.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.