به نام خدا

تشکیل خاک و مصارف مهندسی آن به نام خدا

مقدمه خاک :ماده ای است که بر خلاف سنگ به مرور زبان طی دوره های مختلف فرسایشی ،انتقال وانباشتگی به وجود می آید وپیوسته در طول زمان زمین شناسی درتغییر وتحول است،ازاینرو مشکلاتی در رابطه طراحی روی خاک بیشتر از سنگ است. پی سازی در عمق بیستر از 100 متر به ندرت دیده می شودو معمولا تا عمق 20 متری یا کمتر دیده می شود مثل: ساختمان های مسکونی،فرودگاه وآزادراه های روی خاک و... • .

فرسایش و تشکیل خاک پدیده هایی در سطح زمین فعالندو تغییر و تحولاتی را بوجود می آورندعبارت اند از: کوهزایی وخشکی زایی:عامل حرکت حرکات تکنونیکی است و باعث جابجا شدن قسمتی از پوسته ی زمین به قسمت دیگر می شود. آتشفشان ها:عامل تغییر دهنده ی آن مواد گدازه است ودر سطح زمین سب دگرگونی می شوند. فرسایش:هوازدگی سنگ ها + انتقال مواد هوازده و انباشته شدن آن در محل دیگر خاک:مخلوطی از کانی های تجزیه شده و قلوه سنگ هاو بقایای گیاهان که به دوقسمت تقسیم می شوند،قسمت بالا حاصلخیزو زیرین از کانی های رسی غنی است. خاک از نظر مهندسی:شامل سنگ های سست و تحکیم نیافته است،به راحتی و بی شیار یا انفجار درآن گود برداشت.

. هوازدگی:پدیده تکه تکه شدن وتجزیه شدن سنگهایی که در مجاورت مستقیم هوا وآب قرار گرفته باشد. خاک های برجا:پس از تشکیل روی سنگ مادر اولیه که از تجزیه آن به وجود آمدندباقی می مانند. خاک های انتقالی:پس از تشکیل از محل اصلی جابجا شده و جای دیگر انباشته می شوند. عوامل انتقال:نیروی ثقل،باد،آب ویخ

هوازدگی هوازدگی:درهوازدگی ترکیب شیمیایی کانی ها و همچنین بافت وساخت آن تغییر می کندو سپس تبدیل به خا ک می شود ودر دو مرحله انجام می شود: 1)فیزیکی:سنگ ها تحت یک فرآیند مکانیکی خرد میشوند،عوامل موثربرآن: »تنش زدایی:بابرداشتن لایه های بالا سری در یک نقط تنش واردشده روی گسستگی آزاد شود،انبساط حاصل گشوده شدن دهانه ی گسستگی با تخریب فیزیکی همراه است مثل متورق شدن توده های گرانیتی

. »انبساط حرارتی:هوازدگی بر اثر تغییرات روزانه و فصلی درجه حرارت ودر نتیجه گرم وسرد شدن سنگ ها حاصصل می شود،این نوع هوازدگی دربیابان بسیارفعال است.انقباض و انبساط مکرردرسنگ تنش های فشاری و کششی ایجاد می شودوسرانجام سنگ متلاشی می شود. »یخبندان:درجای مرطوب که منافذ سنگ ها پراز آب باشد ،یخبندان و افزایش حجم وتنش کششی ناشی از آنباعث میشود سنگ در محل شکاف به قطعات کوچکتری تقسیم می شود مثال سد ها بتنی تبلور نمک ها:در آب و هوای خشک آبهای فرورو ومحتوی با نمک در میان ترک های سنگ تبخیر می شود ودر نتیجه نمک های موجود تبلور میابندو در اثر رشد بلورهاو تنش های فشاری به دیواره ی ترک ها وارد می شود که باعث تخریب سنگ می گردد.

. 2)شیمیایی:سنگ های اعماق زمین وقتی در نتیجه بالا آمدن وفرسایش به نزدیکی سطح زمین می رسند باشرایط متفاوت زیر روبه رو می شوند: کانی ها تحت شرایط بالا به وجود می آیند که از پایدار ترین به ناپایدار به صورت زیراست: 1-اکسید آهن و اکسید آلومینیوم 2-کوارتز 3-کانی های خاک رس 4-مسکویت(میکای پتاسیم دار و یک نوع کانی آلومینیومی) 5-فلدسپات قلیایی 6-میکای سیاه 7-آمفیبول ها 8-پیروکسین ها(ماده بلوری سفید) 9-فلدسپارپلاژیوکلار غنی شده با کلسیم 10-الیوین(ترکیب کانی های سیلیکات منیزیم که اغلب سبز زیتونی اند) کانی های رده پایین طبقه بندی بالا از کانی هایی هستند که در دما بالا از ماگمما کریستال می شوند.

. »اکسیداسیون:اضافه شدن اتم اکسیژن در تر کیبات شیمیایی کانی ها و تجزیه سنگ ها به کانی ها می باشداین نوع واکنش در آهن بخاطرشکل های مختلف اکسیداسیون بیشتر است. ،F،Fe 3F+2 Fe3O4+3SiO4 کوارتز+مگنتیت اکسیژن+پیروکسین مثال: رس اکسیژن+کانی پیروکسین »احیا:عکس عمل اکسیداسیون می باشد:یعنی اکسیژناز ترکیب شیمیایی کانی خارج می شود. مثال: رس اکسیژن- کانی ارتوز »هیدراته شدن:یعنی آب در ترکیب شمیایی کانی وارد شود. مثال: رس آب+هیدراته شدن کانی فلدسپات در گرانیت ژیپس متبلور آب + ایندریت بدون شکل

. »انحلال:یعنی حل شدن بعضی از سنگ ها مثل آهک درآب های گاز کربنیک(اسید کربنیک). این عمل بسیار مخرب است و پدیده غارواره را در این سنگ ها به وجود می آورد. »هوازدگی زیستی:اسید های آلی از پوسیده شدن گیاهان حاصل می شوندباعث افزایش قدرت انحلال آب می شوند.راه های مختلفی که سنگ ها تجزیه میشوندشدیدا به آب وهوای منطقه بستگی دارد که درآن: تجزیه فیزیکی آب وهوای گرم وخشک تجزیه شیمیایی آب وهوای گرم ومرطوب تجزیه فیزیکی وشیمیایی آب وهوای معتدل تخریب دراثرانبساط ناشا ازیخبندان آب وهوایسرد وخشک قطب های شمال وجنوب

. فاکتور های مثر بر هوازدگی: نوع و ساخت بافت سنگ:سنگ ها ز کانی های مختلفی تشکیل شده اند وهر کدام قابلیت متفاوتی دارند. مثال:ماسه سنگ شامل کوارتز اسن همواره ترکیب از کانی هایی است که در سطح زمین بسیار پایدار هستندولی آهک که تماما شامل بی کربنات آهک است به هیچ عنوان هوازده نمی شود. سطوح ببستر:ترک و شکاف، همگی مسیر هایی رو برای ورود آب فراهم می کنند و شکاف های زیاد=هوازدگی سریعتر اگر در یک رخنمون قابلیت هوازدگی متفاون باشد: بخش هایی با قابلیت هوازدگی بیشترسریعتر از بخش شایی مقاومت بالای سنگ هوازده خواهد شدکه این مسئله باعث هوازدگی تفاضلی می شود. شیب:شیب های تند شستشو باران هوازدگی سریعتر شیب های ملایم هوازدگی روی هم انباشته می شوند وآب در تماس با سنگ بیشتر هوازدگی بالاتر آب وهوا:حجم بالای آب و دماهای بالاترمعمولا باعث سریعتر شدن واکنش شیمیایی می شود پس در آب وهوای گرم و مرطوب هوازدگی بیشتراز آب و هوای گرم یا سرد و خشک خواهد بود. مثال:سنگ آهک در آب وهوای خشک مقاومت بالایی رو نشان می دهد ولی در آب وهوای استوایی هوازدگی سریع رخ میدهد زمان:نرخ هوازدگی از بسیار سریع تا بسیار کند تغییرمی کند،حجمی از سنگ و زمانی که هوازدگی رخ می دهد بستگی به شیب و آب و هوا دارد.

. خاک ها:خاک منبع طبیعی بسیار مهمی است.در حقیقت خاک واسطه میان قسمت سخت زمین با قسمت قابل سکونت آن است.خاک شامل سنگ های هوا زده میباشد.عواملی که در هوازدگی نقش دارند شکل گیری خاک را نیز کنترل میکنند. به وسیله ی رسوبات شیمیایی کلسیت تشکیل می شود.Kکربنات کلسیم در خاک های اسیدی در لایه ی :Caliche خاک های سرخ:درآب و هوای مرطوب استوایی هوازدگی بسیار شدید اتفاق می افتد و خاک غنی شده با اکسیدآهن و آلومینیوم را بجای می گذارد. اگر خاکی به سرعت دفن شودبه عنوان مثال بر اثرآتشفشان،خاک به عنوان یک خاک دیرینه حفظ می شود را گویند.:Paleosol

خاک های در جازا خاک های درجا زا در اثر هوازدگی در هر نوع آب و هوایی به وجود می آیند و از ویژگی آن ها این است که در محل تشکیل باقی می مانند. از مشخصات خاک های درجا زا غیر یکنواخت بودن ذرات و عدم وجود لایه بندی است.معمولا سست یا غیر متراکم است و ذرات آن ها غالبا زاویه دارند.در شکل زیریک نیمرخ از هوازدگی سنگ بستر وتشکیل خاک درجازانشان داده شده است. سنگ بستر سالم

خاک های انتقالیخاک هایی که از محل تشکیل خود انقال یافته و درنقاط دیگری انباشته میشوند.عوامل انتقال عبارتنداز باد،آب های جاری، آب های زیرزمینی ویخچال ها

. 1)کوه ریزه ها:یکی از اشکال توده ای خاک است که در اثر نیروی ثقل به خصوص در شیب های تند بوجود می آید.صخره هایی که در اثر فرسایش فیزیکی خرد میشوند ذراتشان تا فاصله محدودی در دامنه و در اثر غلتیدن حمل میشوند.از مشخصات این خاک ها عدم وجود لایه بندی، گوشه دار بودن و غیر یکنواخت بودن دانه های آنهاست و اغلب سست و غیر متراکم میباشند. 2)رسوب های بادی (بادرفت):باد وقتی با سرعت می وزد گرد و غبار و ماسه های ریز و درشت را با خود حمل میکند و وقتی سرعت باد کم میشود در نقطه ای دیگر آنها را انباشته میکند رسوب های بادی به دو دسته ی لس و تلماسه تقسیم میشوند: الف-لس:لس از نظر کانی شناسی از ماسه های نرم و لای و دانه های رس تشکیل شده است و دارای ضخامت متفاوت تا حداکثر 16 دیده شده اند لس به خاطر وجود ویژگی های ژیوتکنیکی آن مصالح خوبی نمیباشد و نمیتوان روی آن پی گذاری کرد اگر بر روی آن سازه ای ساخته شود فورا در اثر تحکیم نشست میکند

. ب-تلماسه:تلماسه از حمل ماسه هی درشت و ریز به وسیله ی باد پدید می آیند به این ترتیب ماسه در نزدیکی زمین حرکت کرده به هنگام کاهش باد یا برخورد با موانع یا عوارض طبیعی زمین به شکل های مختلف تپه های ماسه ای در می آیند.ساده ترین شکل تلماسه بار خان نام دارد.تلماسه ها معمولا گروهی هستند که یکی عرضی و دیگری طولی: عرضی:در جایی که ماسه فراوان است بصورت دیواری در جهت باد قرار میگیرند طولی:این نوع تلماسه به صورت باریکه ای در امتداد جریان باد قرار میگیرند

. 3)رسوب های آبی(آبرفت): الف-مخروط های آبرفتی یا مخروط افکنه:در مناطق خشک که پوشش گیاهی وجود ندارد در فصل بارندگی آب های سطحی جریان مییابند و با به هم پیوستن آنها آب راهه های کوچک و بزرگ تشکیل میشود و با به هم پیوستن آنها و فرسایش شدید سطحی دره هایی با شیب ملایم به وجود می آیند با ادامه عمل فرسایش دره ها در هر سیلاب عمیق تر شده و مواد حاصل تز فرسایش همره آب راه سرازیری را در پیش میگیرند هنگامی که سیلاب به شیب کمتر رسید سرعت آن کم میشود و در نتیجه از بالا به پایین به ترتیب درشتی دانه ها قطعه سنگ ها،لاشه سنگ ها،قلوه سنگ ها،ریگ،شن و ماسه با دانه بندی یکنواخت رسوب میکنند مصالح ریز مانند لای و رس نیز تا دشت حمل شده و آنجا رسوب میکنند شکل ظاهری این تشکیلات به صورت مثلثی است از این رو به آن مخروط افکنه گویند.

. ب-رسوب های بستر رودخانه:دردره هایی که رودخانه های دایمی جریان دارند در مسیر خود کف بستر و دیواره های مسیر رودخانه را مدام تخریب میکنند و مواد حاصل از فرسایش را به صورت محلول شناور و غلتان حمل میکنندرسوب های بر جامانده توسط رودخانه را رسوب های آبرفتی میگویند دره ای که در آن رود خانه جاری است از نظر شکل ظاهری ممکن است در حالت جوان کمال یا پیری اند در دوره جوانی دره عمیق و به شکل V است در حالی که فرسایش ادامه دارد رودخانه به مرحله ی کمال میرسد ناهمواری های مسیر از بین میرود و دارای انحنا های سینوسی ملایم میشود انحنا ها با فرسایش دیواره ساحل و رسوبگذاری در طرف مقابل زیادتر میشود که به آنها میاندر گویند که دره به صورت U است در مرحله پیری شیب دره بسیار کم بوده و دره کاملا باز است.

. آبرفت پلکانی:وقتی که رودخانه در مسیر خود،جایی که هنوز شیب ان نسبتا زیاد است ویا به علّتی مانند بالازدگی پوسته زمین جوان می شود در اثر افزایش سرعت شروع به کندکاو مسیر می کند ودر مسیر باریکتری از بستر قدیم جریان می یابد. اگر این عمل چندین بار تکرار شود،ابرفت های مرحله قبل به صورت باریکه ای در دو طرف ساح رود خانه دیده میشود را ابرفت های پلکانی گویند. ابرفت های پلکانی از نظر مهندسی دارای اهمیّت بسیاریند به خصوص جایی که راه وجود دارد برای مثال دو شهری که دارای اختلاف ارتفاع زیادی هستند بهترین راه ارتباط انها دنبال کردن مسیر دره های آبرفتی رودخانه وپی گذاری جسم راه روی آبرفت های پلکانی است که در کاهش هزینه نیز بسیار موثر است.

. رسوبات دشت سیلابی ودلتا: رسوبات آبرفتی در مسیر رودخانه هرجا که سرعت رودخانه کاهش می یابد تشکیل شده، به خصوص وقتی که رودخانه به دشت وارد شده وبستر رودخانه ها بسیار وسیع می شود.در فصل سیلابی بعد از یک بارندگی شدید یا ذوب سریع برف ها که اب رودخانه هازیاد می شود قدرت حمل مواد نیزافزایش می یابد . بنابراین آب از بستر رودخانه سرریز شده ودر طرفین ساحل رودخانه دردشت پخش می شود. در این حالت به علت وسعت زیاد سطح رود خانه سرعت آب کم می شود وقسمتی از مصالح حمل شده به وسیله رودخانه به صورت رسوبات دشت سیلابی بجای می ماند. وقتی رود خانه به دریا یا اقیانوس وارد می شود در اثر کاهش سرعت آب مقداری از موادی راکه رودخانه قادر به حمل بوده در این مکان بجای می گذارد که درست در دهانه رودخانه قرار دارد واین رسوبات به شکل حرف یونانی ⧍ است که قاعده آن بطرف اقیانوس است.

. 4)رسوب های ساحلی دریا:: امواج در اثر برخورد با لایه های سنگی صخره ها،قسمت های سست را سریعتر فرسایش داده و لایه های بالاتر در اثر نیروی ثقل سقوط می کنند.باین ترتیب قطعات خرد شدهِ صخره ها در اثر برخورد مداوم امواج به تدریج ریزتر شده و بداخل دریا کشیده می شود وبا ادامه این عمل ساحل پسروی می کند و رسوبات هم در سواحل دریا عمدتا آوار و شامل قطعات درشت قلوه یا ماسه می باشد که توسط عوامل مختلف وارد دریا می شود و محدوده گسترش رسوبات حاشیه کم عمق دریاها هم محلی است که اغلب سازه های در یایی در آن ساخته میشود که این منطقه از حدود جزر و مد تا عمق200 متر می باشد.

. 5)رسوب های دریاچه ای:رسوبات دریاچه ای تنوع زیادی دارند. درحاشیه دریاچه ها رسوبات ماسه ای و در کف دریالای ورس و مواد آلی است. رسوبات کف ب فصل رسوبگذاری بستگی دارد.تابستان=لایه روشن ودرشت دانه تر زمستان=لایه تیره و ریز دانه تر و دارای موادآلی وارو:تناوبی از لایه تیره وروشن را گویند 6)رسوب های باتلاقی(خاک هال آلی):باتلاق ها یادراثرپرشدن تدریجی دریاچه ها ویا مستقلا بوجود میایند.گیاهان برروی باتلاق ها تجزیه می شوندو مواد آلی را تشکیل می دهند.ویژگی خاک های باتلاقی:رنگ سیاه -- در حالت خشک بسیار چسبنده-- بوی بد-- تولید خاک آلی یاپیت ازنظر ژئوتکنیکی خاک هایمقاومت بسیار کمی دارند وتراکم پذیری بسیار زیاد دارندو ضعیف ترین نوع خاک از نظر پی گذاری روی آنها می باشدپس زمین های باتلاقی باید زهکشی شود تا رطوبت خاک را پایین آورد وبر مقاومت برشی آن بیفزاید

. 7)خاک های یخچالی:رسوبات یخچالی حاصل تخریب کف بستر و دیواره های دره می باشند واین رسوبات با رسیدن یخچال به دامنه همراه با یخ در پای دامنه بجای می مانند.به این رسوبات تیل های یخچالی گویند. با ذوب شدن یخ درون تیل رودخانه ای سرچشمه می گیرد که باعث فرسایش و حمل وانباشته شدن تیل ها می شود ،به نام رسوبات یخ آبی که انواع مختلفی دارد. تیل ها مصالحی غیر یکنواخت،بدون لایه بندی،مخلوطی ازدانه های رس،لای،شن،قلوه سنگ ولایه سنگ که کانی آن بستگی به سنگ مادرفرسایش یافته دارد.رسوبات یخچالی تحکیم یافته است به خوبی آن می توان روی انها پی گذاری کرد.ظرفیت بارگذاری 100-400 کیلو پاسکال می باشد.نفوذ پذیری تیل ها به علت تراکم پزیری زیاد بیشتر از رسوبات یخ آبی است.

. 8)رسوب های حاصل از فرسایش آب های زیر زمینی: آبهای زیر زمینی با حل کردن نمک در خود وانتقال آن، نمک هارا رسوب می دهند و از اینرو نقش بسیار موثر و گاه مخرب دارند.آب های فرو رو در دراز مدت با عبور از شکاف سنگ های اهکی آنهارا حل کرده و غار را به جای می گذارد و بعد قسمتی از آهک محلول به صورت کربنات کلسیم غیر محلول(قندیلک هایی) برجای می گذارذ. تراوترن: آبهای زیر زمینی پس ار رسیدن به سطح زمین قسمتی از آهک محلول در خود راکنار چشمه بر جا می گذارد که تراوتر نام داردو سنگ آهک خالص سفیدی است که در ساختمان به عنوان سنگ نما به کار میرود ونام تجاری آن مرمرآنیکس است. ازنظر ژئوتکنیکی پدییده غارواره بسیار خطرناک است زیرا هیچ نشانه ای درسطح زمین بر وجود آن نیست وبا فروریختن ناگهانی و ایجاد گودال در سطح زمین نمایان میشود.

. عوامل فرو ریختن سقف غار: 1- بر اثر وزن یک سازه(سد) 2- به علت پایین رفتن سطح آب زیرزمینی 3- پمپاژ آب زیرزمینی 4- بارندگی شدید و افزایش نفوذ آب غار های آهکی به وسیله ی گودال کوچک مخروطی شکل و یا لکه های خیس به سطح زمین راه دارندو مساحت دهانه ی آن هزاران متر مربع و عمق آن بیشتر از 50 متر است. بهترین راه پی بردن غار های زیر زمینی عکس های هوایی یا ماهواره ای است.لکه های سیاه روی عکس هوایی همان گودال هلی قیفی شکل هستند که به غارواره زیرین متصل میباشند

پایان • .

زمین شناسی مهندسی اسامی گروه: 1)جعفرخلیلی 2)امید حبیبی نودهی 3)عرفان فرزانه صاحبی 4)پیام اسدی 5)علی فرقانی 6)محمد جرگونی آذر ماه 1392

به نام خدا

به نام خدا

Presentation Transcript