شناسایی زمین

شناسایی زمین و شناخت خصوصیات و قابلیت های زمینی که قرار است سازه ای بر روی آن ساخته شود از مهمترین مواردی است که باید در مورد توجه و دقت قرار گیرد و لذا قبل از پرداختن به موارد دیگر، بحث مختصری درباره شناخت زمین خواهیم داشت.

زمینی که می خواهیم در آن ساختمانی بسازیم باید قبلاً مورد شناسایی و بررسی کامل قرار گرفته باشد و از خصوصیات،قابلیت ها و نکات ضعف ان آگاه باشیم.موضوع شناسائی زمین حتی قبل از طرح نقشه باید مورد توجه قرار گیرد.طراحی که مسئولیت طرح پروژه ای را به عهده دارد.باید از وضع توپوگرافی و عوارض طبیعی و مصنوعی موجود در زمین و هم چنین موقعیت محلی آن از نظر وضعیت آب و هوا و نوع مصالح وضعیت فرهنگی – اقتصادی منطقه و نوع ساختمانهای مجاور اطلاع داشته و آنها را مد نظر قرار دهد.

اطلاع از وضعیت خاک و زمینی که قرار است سازه ای بر روی آن بان شود از عوامل اساسی طرح پی و محاسبه آن است.صرفه جویی مختصر،نسبت به کل مخارج پروژه،در عدم شناسایی و وضعیت و خصوصیات زمین ممکن است باعث شود که پس از اجرای پروژه هیچ راهی جز تخریب آن وجود نداشته باشد.و از این بابت خسارات هنگفتی را باعث شود.

میزان مخارج قابل قبولی که برای شناسائی زمین باید هزینه کرد،بستگی به نوع پروژه و سازه ایکه قرار است بر روی آن احداث شود و همچنین میزان اطلاعات قبلی موجود از منطقه و محوطه اصلی دارد.

– تعیین سطح آبهای زیر زمینی و تعیین موارد و مناطقی که ممکن است برای پی کنی و پی سازی مسئله ای ایجاد نماید.
– مقاومت خاک
– انتخاب عمق پی و مقایسه انواع مختلف پی هایی که ممکن است در نظر گرفته و ساخته شوند و انتخاب مناسبترین آنها.
– تعیین پارامترها و مواد متشکله خاک به نحوی که بتوان قابلیت های زمین و روشهای مناسب اجرا را مشخص نمود.
– پیش بینی نشت
– مسائل و مشکلات احتمالی در رابطه با ساختمانها و سازه های مجاور در موقع گودبرداری،پی کنی و اجرای سازه جدید.
معمول ترین روش شناسائی زمین ایجاد حفره هائی در زمین برای برداشت و انتخاب نمونه هائی است جهت مشاهده و بررسی مستقیم و یا بر حسب مورد انجام آزمایشهای لازم در آزمایشگاه بر روی آنها.

این مرحله معمولاً از طریق حفر چاهکهائی (گمانه) در نقاط مختلف زمین برای ملاحظه مستقیم جنس و ضخامت لایه های متشکله زمین در عمقی محدود صورت می گیرد.

برای پروژه های کوچک ممکن است این مرحله از شناسائی برای مشخص کردن وضعیت زمین و خصوصیات پی کافی باشد و در این گونه موارد شناسائی زمین در مرحله خاتمه یافته تلقی می شود.

چون معمولاً قشر مقاوم در عمق یک تا دو متری سطح زمین قرار دارد.در مواردیکه زمین سست و ریزشی باشد ممکن است ضرورت داشته باشد که دیواره های گمانه ها را با کمک چوب بست یا لوله های بتنی مخصوصی،که اصطلاحاً آنها را کپر گویند،نگهداریم. اگر زمین آبدار باشد باید بطریقی نظیر استفاده از تلمبه،آب داخل گمانه ها را خارج ساخت.چنانچه نفوذ آب نسبتاً زیاد باشد ممکن است برای انجام و ادامه گمانه زنی از لوله های فولادی مخصوص استفاده کرد.در این موقع لوله های فولادی را داخل زمین فرو برده و جنس خاک داخل آنها را مورد بررسی و آزمایش قرار می دهند.

گاهی در ساختمانهای کوچک محل گماه ها را در محل پی ها انتخاب می کنند تا از خرج اضافی ظاهری ناشی از گمانه زنی جلوگیری کنند.این کار به علت آنکه غالباً عمق گمانه ها از عمق پی ها بیشتر است باعث می شود که در موقع پی سازی حجم اضافی گمانه را با مصالحی نظیر بتن پرکنند این عمل علاوه بر خنثی شدن صرفه جوئی مختصر قبلی باعث عدم یکنواختی نشیت ساختمان می گردد.به همین علت توصیه می شود که محل گمانه ها خارج از محل پی انتخاب شود.

برای پروژه های بزرگ و ساختمانهای با اهمیت،یا در مواقعی که زمین مورد نظر از نظر کیفیت ضعیف و کاملاً نامشخص است،لازم است که شناسائی آن با دقت بیشتری صورت گرفته و جزئیات آن مورد توجه و آزمایش قرار گیرد.در این موارد لازم است که نمونه های خاک برای آزمایشات مختلف و تعیین خصوصیاتی نظیر مقاومت برشی،نفوذ پذیری و غیره انتخاب و به آزمایشگاه ارسال شود.

نمونه برداری در اینگونه موارد بطرق مخصوص و بوسیله دستگاههای ویژه صورت می گیرد.این دستگاهها که بدون ته بوده و بصورت چرخشی و یا فشاری وارد خاک می شوند نمونه های خاک را بصورت ستونهایی باریک برداشت کرده و ارائه می دهند.نمونه ها را معمولاً در لوله های استوانه ای شفاف قرار می دهند.در این صورت ضخامت لایه های متشکله زمین قابل رویت است.

بطور کلی هیچ نمونه ای را نمی توان برداشت و تهیه نمود به نحوی که کاملاً مطابق وضعیت طبیعی زمین بوده و به اصطلاح کاملاً دست نخورده باشد،ولی میزان تغییرات نمونه از وضع طبیعی را می توان با اعمال روشهائی سنجیده در محل و استفاده از دستگاههای مناسب به حداقل رساند.
در مواقعی که منظور اصلی طبقه بندی خاکها باشد نمونه های دست خورده مناسبترند،زیرا تهیه آنها ارزانتر تمام می شود و استفاده از آنها برای رسیدن به هدف فوق قابل قبول است.

برای تعیین روابط تنشی و کششی نمونه های دست نخورده خاک لازمند.برای تهیه چنین نمونه هائی که جوابگوی هدف مذکور باشد باید دقت کافی مبذول داشت. مهمترین مشکلاتی که برای تهیه نمونه های کاملاً دست نخورده وجود دارد عبارتند از:

– انقباض و یا پاشیدگی نمونه در موقع برداشت و تخلیه.
– موقعی که نمونه بوسیله دستگاههای گردشی برداشت و داخل استوانه های مربوط قرار می گیرد امکان جابجائی ذرات متشکله خاک در اثر تماس با بدنه استوانه ها وجود دارد.
– نمونه های برداشت شده پائین تر از سطح آب در موقع تخلیه و خارج کردن از دستگاه مقداری از رطوبت خود را از دست می دهند.
– تغییرات در منافذ و یا فشار هوا باعث تغییرات ناشناخته ای در نمونه می شود.
– اصطحکاک جانبی ظروف برداشت نمونه عاملی برای تغییراتی در وضع طبیعی نمونه است.
در خاکهای ماسه ای یا شنی مسئله از هم پاشیدگی و عدم تطبیق وضعیت نمونه با وضع طبیعی خود به مراتب بیشتر است.

زمینها را بر حسب مورد می توان بر حسب مورد می توان بر حسب نوع (اندازه) مصالح متشکله،بر حسب وضعیت طبیعی،و یا بر حسب میزان نشست و قابلیت تراکم طبقه بندی نمود.

مصالح تشکیل دهندۀ انواع زمینها،به غیر از زمینهای سنگی،عبارتند از شن،ماسه،سیلت،رس و مواد آلی یا ارگانیکی حاصله از گیاهان.
شن به دانه هائی اطلاق می شود که دارای قطری بزرگتر از 6 میلی متر و کوچکتر از 76میلی متر باشد.

به قطعات سنگی بزرگتر از 76 میلی متر قلوه سنگ و یا لاشه سنگ اطلاق می شود.ماسه به مصالحی اطلاق می شود که از شن کوچکتر ولی بزرگتر از 0.7 میلی متر باشد.دانه های سیلت از الک نمره 200 عبور کرده ولی از 0.002 میلی متر بزرگترند.رس از ذراتی به قطر کمتر از 0.02 میلی متر تشکیل شده است و بالاخره خاکهای آلی به خاکهایی اطلاق می شود که قسمت اعظم آنها مواد ارگانیکی حاصله از بقایای گیاهان تشکیل شده باشد.
زمینها ممکن است متشکل از یک یا چند نوع از مصالح فوق باشند و لذا خصوصیات فوق باشند و لذا خصوصیات آنها به میزان زیادی بستگی به نوع مواد متشکله آنها دارد.

در طبقه بندی زمینها،که غالباً به عنوان طبقه بندی و یا رده بندی خاکها عنوان می شود،دو روش وجود دارد،روش رده بندی متحد و روش رده بندی AASHTO در روش رده بندی متحد هر رده از خاکها را با دو حرف که اولین آن مشخص کننده نوع خاکی است که قسمت عمده مواد متشکله باقی مانده روی الک نمره 200 از نمونه ها را تشکیل می دهد و حرف دوم بستگی به درصد مواد عبور کرده از الک نمره 200 داردخاکهائی که بیش از 50%وزنشان از الک نمره 200 عبور کند به عنوان خاکههای ریز دانه و خاکهائی که کمتر از 50% وزنشان از الک نمره 200 عبور کند به عنوان خاکهای درشت دانه نامیده می شوند.

در روش AASHTO ، خاکها بر حسب ارزشی نسبی آنها به عنوان مصالح زیرسازی از A1 تا A7 طبقه بندی شده اند.

زمینها را بر حسب وضعت طبیعی به دو دسته زمینهای خاکریزی شده یا مصنوعی و زمینهای طبیعی تقسیم می کنند.
زمینهای خاکریزی شده یا زمینهای مصنوعی

این زمینها که لایه های روئین آنها تا عمق زیادی از خاکهای حاصله از گودبرداری و خاک برداری زمینهای دیگر تشکیل شده است،و اصطلاحاً به آنها زمینهای خاک دستی گفته میشود،از نامناسب ترین انواع زمین برای ساختمان است زمینهای خاک دستی،حتی اگر سالها از عمر آنها گذشته باشد،نمی توانند نظیر زمینهای طبیعی مقاوم و قابل اعتماد باشند.چنانچه بخواهیم در این زمینها ساختمان و یا سازه ای بنا کنیم باید آنقدر آنها را حفر نمائیم تا به زمین طبیعی و مقاوم برسیم.چنانچه زمین طبیعی و مقاوم در عمق نسبتاً زیادی قرار داشته باشد باید به تعمیداتی نظیر شمع کوبی،که بعداً به آن اشاره خواهد شد،متوسل گردید.

این زمینها که از ماسه های نرم و به قطر نسبتاً زیاد تشکیل شده اند در صورتیکه خشک بوده و در سطح افقی قرار گرفته باشند می توانند فشاری در حدود 5.1 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع را تحمل نمایند.زمینهای ماسه ای در صورتیکه مرطوب بوده و یا در شیب قرار داشته باشند بهیچوجه برای ایجاد سازه ای بر روی آنها مناسب نیستند.

در صورتیکه قسمت اعظم مواد متشکله زمین از شن باشد به آن زمین شنی گفته می شود.
اگر طبقات و شنهای متشکله زمین بهم فشرده و محکم شده باشند برای ساختمان مناسب بوده و قابلیت تحمل فشار نسبتاً بالائی را خواهد داشت،به این زمینها دجی نیز گفته می شود.

میزان دج بودن زمین،که معمولاً بر حسب در صد عنوان می شود،بستگی به میزان فشردگی دانه های شن به یکدیگر و سختی زمین دارد.قابلیت مقاومت زمینهای دجی گاهی تا 4.5 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع بالغ می شود.

همانطور که از نام این زمین ها بر می آید قسمت عمده مواد متشکله آنها از رس تشکیل یافته است.این زمینها در صورتیکه خشک بوده و قشرهای آن به هم فشرده باشند زمینهای مناسبی برای ساختمان مححسوب می شوند و می توانند بر حسب مورد فشاری تا 4.5 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع را تحمل نمایند.در صورتیکه زمینهای رسی مرطوب و آبدار باشد بهیچوجه برای ساختمان مناسب نیستند زیرا اگر زمین رسی شیب دار بوده و یا لایه های رسی متشکله زمین در شیب قرار گرفته باشند به علت لغزندگی تحت فشار زیاد حرکت کرده باعث خرابی ساختمان می شود.در صورتیکه لایه های زمینهای رسی مرطوب بصورت افقی قرار گرفته باشند فشارهای وارده از طرف پی به زیر دیوارها و قسمتهای دیگر سازه انتقال می یابد و باعث خرابی و یا شکاف برداشتن آنها می شود.

زمینهای سنگی

چنانچه زمین از سنگ یک پارچه و یا تخته سنگهای بزرگ تشکیل شده باشد زمین بسیار مناسبی برای ساختمان خواهد بود.زمینهای سنگی قادرند فشارهای زیادی را تحمل نمایند.معمولاً تا 1.3 مقاومت سنگ را در محاسبات منظور می کنند.باید توجه و دقت نمود که هر نوع زمین سنگی برای ایجاد ساختمان بر روی آن مناسب نیست.زیرا بعضی از سنگها،گرچه ظاهراً محکم و مناسبند ولی موقعی که در مجاورت آب قرار می گیرند به علت تغییراتی،نظیر اضافه حجمی که پیدا می کنند،برای ساختمان بسیار نا مناسب و خطرناکند،زمینهای گچی را می توان،به عنوان نمونه،جزء اینگونه زمینهای سنگی نام برد.

زمینهای مخلوط

این زمینها مخلوطی از شن و ماسه و رس هستند.در صورتیکه مصالح متشکله این زمینها خوب بهم فشرده شده باشند قابلیت تحمل فشار نسبتاً بالائی ،در حدود 4.5 تا 5.2 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع،دارند در صورتیکه مصالح متشکله این زمینها خوب بهم فشده نباشند زمین مناسبی برای ساختمان به حساب نمی آیند.به زمینهای مخلوط خوب بهم فشرده شده زمینهای دجی نیز اطلاق می شود.

زمینهای بی فایده

این زمینها که قسمت اعظم آنها از مواد آلی حاصله از گیاهان تشکیل شده است بهیچ وجه برای ساختمان مناسب نیستند.در صورتیکه بخواهیم در این زمینها ساختمانی بسازیم باید آنقدر زمین را حفر نمود تا به زمین خوب و مقاوم رسید،یا همان طور که در مورد زمینهای خاکریزی شده گفته شدبا روشهائی سطوح مقاومتی را برای پی سازی در آنها بوجود آورد.

ج).طبقه بندی زمینها بر حسب میزان نشست

زمینها را بر حسب میزان نشست و قابلیت تراکم پذیری به سه دسته بشرح زیر تقسیم می کنند.

زمینهای غیر قابل تراکن

نشست این زمینها پس از ایجاد ساختمان و اعمال فشار از طرف آن ناچیز و غیر قابل توجه است.این زمینها خود به سه گروه زیر تقسیم می شوند:
1) زمینهای متشکله از سنگهای سخت نظیر گرانیت،بازالت و شیست این زمینها علاوه بر اینکه غیر قابل تراکمند در مقابل آب نیز مقاوم بوده و نفوذ پذیری آنها فوق العاده کم است.
2) زمینهای متشکله از سنگهای نرم.این زمینها نظیر زمین رسی سخت تقریباً غیر قابل تراکمند ولی کمی قابل نفوذ بوده و در مقابل آب شسته می شوند.

زمینهای با قابلیت تراکم کم

تراکم این زمینها متناسب با فشار وارده بر آنهاست.این زمینها که قابلیت شسته شدن نسبتاً کمی دارند می توانند فشاری حدود دو کیلوگرم بر سانیتمتر مربع را تحمل نمایند.زمینهای مارنی را می توان از جمله این نوع زمینها به حساب آورد.

زمینهائی با قابلیت تراکم زیاد

این زمینها نه تنها در مقابل فشارهای وارده متراکم می شوند بلکه فشارهای وارده به راحتی به مناطق اطراف پی نیز منتقل شده و باعث خرابی و خسارت به ساختمان می شود.این زمینها که قابلیت شسته شدن آنها زیاد است بهیچوجه برای ساختمان مناسب نیستند.زمینهای باتلاقی از جمله این نوع زمینها به شمار می روند.

تعیین مقاومت مجاز زمین

تعیین ابعاد پی به میزان زیادی بستگی به قابلیت زمین برای تحمل فشار دارد.لذا،همین مقاومت مجاز زمین از اهمیت ویژه ای برخوردار است.زمینهائی که قبلاً در آنها ساختمان و یا سازه ای ساخته شده است و وضعیت آنها مشخص است ممکن است احتیاج به آزمایشهای مجدد نداشته باشد.موضوع تعیین مقاومت و سایر مشخصات زمین در مواقعی که زمین ناشناخته بوده و ساختمان و پروژه ایکه قرار است بر روی آن ساخته شود بزرگ و قابل اهمیت باشد بسیار حائز اهمین است.

سپس یک لولۀ باریک و بلند (شیلنگ تراز)که داخل آن را آب می کنند و حبابهای هوای داخلی آن را خارج می کنند، یک سرآب موجود در شیلنگ را روی علامت مبنا گذاشته و سر دیگر آنرا در طرف دیگر روی دیوار همسایه مشخص می کنند.سپس بین این دو نقطۀ مشخص شده،ریسمان گرفته و اسپری می زنند. خط مشخص شده را خز پروژه گویند که یک خط مبناست برای مشخص شدن میزان گودبرداری و یا کروم بندی بتون مگر.
خط پروژه را از یک روش دیگر با استفاده از دوربین نقشه برداری و شخاص نیز می توان مشخص کرد.