همه چیز درباره مکانیک خاک

-مقدمه :
عمده ترین اساس توسعه فنلاند و اتحادیه اروپا پیشگیری از اتلاف دفع زباله و آشغال در زیر خاک مطابق قانون با خطاب به مردم برای کاهش اسراف (اتلاف) مواد ضروری عموم در مواقع لزوم . دولت فنلاند برای طرح دفع زباله و آشغال در زیر خاک تصمیمی اتخاذ کرد (VNP861/197)که طرح موضع عمومی شورای اتحادیه اروپا با بررسی شورای رهنمود در مورد اتلاف دفع زباله در زیر خاک را تصویب کرد . این طرح اهداف عمده ای را برای سازماندهی به نیازها در بر می گیرد . و طرح دفع زباله طبق قوانین تحت پوشش قرار می گیرد . دستورات جدید برای این طرح ما را به سمتی سوق می دهدکه با وجود مشکلات مالی طبق روشهای امروزی مقرون به صرفه می باشد که دفع هر نوع زباله زیر خاک از اینرهنمودها پیروی دارد که بعد باید در موردشان به بحث پرداخت . ظاهر تمیز آبهایی که در زیرشان زباله دفع شده فقط نتیجه ظاهری ارائه می دهد . زباله ها به محل واگذار می شوند و مسائل زیست محیطی کاهش می یابد گاز از دفع زباله جمع آوری شده یا از سوزاندن زباله حاصل می شود . اگر هیچ کدام از موارد مورد استفاده بازگشت پذیر به طبیعت نباشند تغییرات اساسی در مناظر محیط زیستو اکوسیستم به چشم می خورد . علاوه بر این ، به طور کلی پیدا کردن مواد طبیعی مناسب استفاده مشکل است  ، بنابراین ، مواد دوباره وارد چرخه انسان می شود که این برگشت پذیری در کارخانه ها بسیار پرهزینه است . هدف مدیریت ضایعات منطقه ای پاسخ به این سوالات می باشد . واقعاً چه طور می توان از اتلاف تولیدات جلوگیری کرد ؟ چه طور می توان میزان مضرات ضایعات را کاهش داد ؟ چه طور می توان استفاده از ضایعات اولیه به عنوان ماده و ضایعات ثانویه رابه عنوان انرژی افزایش داد ؟ چه طور می توان مدیریت برای ضایعات تشکیل داد طوری که خطر و ضرری به سلامتی و محیط زیست نرساند ؟
در جنوب unsima  صدور ۴۰ زمین محل دفع زباله هستند که ۱۳ آنها مربوط به شهرداری منطقه ها و ۱۰ آنها مربوط به کارخانجات منطقه ها هستند . در ضمن ، کارخانه ها در منطقه تولید مواد ضایعاتی می کنند که قابل استفاده می باشند که تنها در محل دفع زباله زیرخاک یافت می شوند . هدف این طرح ، ایجاد روش جدید برای دفع زباله و اشغال زیرخاک طوری که جنبه مالی و زیست محیطی آن در نظر گرفته شود . روش می تواند در محل یا منطقه باشد که در فنلاند و اروپا بهتر از دیگر نقاط دنیا به کار برده شده است . روش این چنین خواهد بود : افزایش قیمت مناسب دفع زباله و آشغال زیر خاک بررسی ارائه  خدمات کیفی با هدف دفع زباله  افزایش به کارگیری مجدد محصولات کارخانه ای و جلوگیری از صدور کالا به کشور دیگر بابهای کمتر از بهای عادی کاهش استفاده از میزان مواد طبیعی ، افزایش همکاری بین کارخانجات ، انجمن شهرها و مسئولان ، ایجاد مشاغل ، افزایش محل دفع زباله زیر خاک و بناها باچشم انداز ، هدف دیگر این طرح افزایش روشهایی برای تسهیلات مربوط به حفظ محیط زیست است . این روش دستوراتی برای مطالعه مواد و بررسی مقدماتی دفع زباله و نیز سازماندهی اهداف و نظریات را در بر می گیرد . تشخیص تسهیلات مربوط به حفظ محیط زیست اصلی و حیاتی است . مانند خلبان که بعد از کنترل عملکردهای مراقبتی که در محل دفع زباله Koivissiha انجام داد . مواد مورد استفاده بدنه فیبرگل Metsaserla و بال و دکمه (کلید) خاک Helsingin است . خاکستر خاک به چند دلیل کارآیی دارند ، میزان تولید باید به اندازه کافی باشد چون فعالیت شرکت در همکاری و تحقیق و نیازمند به حل سوالات می باشد . 
فصــل اول
خواص سنگدانه‎ها
(۱-۱)- وزن مخصوص
از آنجا که سنگدانه‎ها عمدتاً حاوی منافذ هم قابل نفوذ و هم غیرقابل نفوذ می‎باشند لذا لازم است معنی عبارت وزن مخصوص دقیقاً تعریف شود.
وزن مخصوص مطلق به حجم مواد جامد منهای حجم کلیه منافذ مربوط می‎شود و بنابراین می‎توان آن را بصورت نسبت وزن مواد جامد، در ارتباط با خلاء، به وزن هم حجم آب مقطر بدون گاز، که هر دو در یک درجه حرارت مشخص شده‎ای تعیین شده باشند، تعریف نمود. لذا برای از بین بردن اثر منافذی که کاملاً احاطه شده و غیرقابل نفوذ می‎باشند لازم است که مصالح بصورت پودر بسیار نرم درآورده شود.
اگر حجم مواد جامد به نحوی در نظر گرفته شود که شامل منافذ غیرقابل نفوذ، ولی نه لوله‎های موئینه، نیز گردد وزن مخصوص منتجه را وزن مخصوص ظاهری می‎گویند. در این صورت وزن مخصوص برابر است با نسبت وزن سنگدانه‎های خشک شده در گرمچال، با حرارت ۱۰۰ تا ۱۱۰ درجه سانتیگراد برای مدت ۲۴ ساعت، به وزن آب هم حجم مواد جامدی که شامل منافذ غیرقابل نفوذ نیز باشد. وزن مذکور را با استفاده از ظرفی که می‎توان  آن را به دقت تا حجم معینی پر نمود بدست می‎آورند. لذا اگر وزن نمونه در گرمچال خشک شده ‎D، وزن ظرف پر از آب ‎B و وزن ظرف با نمونه و پر شده با آب برابر ‎A باشد در این صورت وزن آبی که حجم معادل مواد جامد را اشغال می‎کند برابر است با ‎ B – (A – D) پس وزن مخصوص ظاهری برابر است با ‎ .
معمولاً محاسبات در رابطه با بتن براساس حالت داخل اشباع و سطح خارجی خشک ‎(S.S.d) سنگدانه‎ها صورت می‎گیرد زیرا رطوبتی که در کلیه منافذ سنگدانه‎ها وجود دارد در واکنشهای شیمیائی سیمان نقش نخواهد داشت و بنابراین می‎توان آن را به عنوان بخشی از سنگدانه‎ها در نظر گرفت. لذا اگر چنانچه وزن سنگدانه‎ها در حالت ‎(S.S.d) برابر ‎C باشد در این صورت وزن مخصوص ظاهری ناخالص آن برابر است با   این وزن مخصوص که اغلب به آسانی تعیین می‎گردد برای محاسبات بازدهی بتن، و یا مقدار سنگدانه‎های لازم برای حجم یعنی از بتن، مورد نیاز است.
وزن مخصوص ظاهری سنگدانه‎ها به وزن مخصوص معدنی‎هایی که دانه‎های سنگی از آن استخراج شده‎اند و هم‎چنین به مقدار منافذ داخل آنها بستگی دارد. اکثر سنگدانه‎های طبیعی دارای وزن مخصوص بین ۶/۲ و ۷/۲ می‎باشند.‎]1‎[
(۲-۱)- وزن مخصوص انبوهی
در دستگاه آحاد متریک وزن مخصوص یک ماده عدداً مساوی جرم ویژه آن است که البته کمیت اخیرالذکر یک نسبت است در حالی که وزن مخصوص برحسب کیلوگرم بر لیتر بیان می‎شود. ولیکن در کارهای بتنی بیان نمودن وزن مخصوص برحسب کیلوگرم بر مترمکعب بیشتر متداول است.
وزن مخصوص مطلق فقط به حجم دانه‎های جداگانه مربوط می‎شود و البته عملاً امکان ندارد که بتوان این دانه‎ها را به خوبی متراکم نمود که فضائی بین آنها وجود نداشته باشد. در مواردی که سنگدانه‎ها عملاً بصورت حجمی پیمانه می‎شوند دانستن وزن سنگدانه‎هائی که پیمانه واحد حجم را پر می‎کنند ضروری خواهد بود. این کمیت «به عنوان وزن مخصوص انبوهی» شناخته می‎شود و از آن جهت تبدیل مقادیر وزنی به مقادیر حجمی استفاده می‎نمایند.
وزن مخصوص انبوهی به میزان تراکم سنگدانه‎ها بستگی دارد و نتیجه می‎شود که برای مصالح با وزن مخصوص معین، وزن مخصوص انبوهی به نحوه توزیع اندازه ذرات و شکل دانه‎ها بستگی خواهد داشت. دانه‎ها هم اندازه را تا حد معینی می‎توان متراکم نمود اما دانه‎های کوچکتر را می‎توان در فضای بین دانه‎های بزرگتر قرار داده و بدین ترتیب وزن مخصوص انبوهی مواد متراکم شده افزایش می‎یابد. شکل دانه‎ها به میزان متنابهی بر درجه تراکمی که می‎توان حاصل نمود مؤثر است.
برای سنگدانه‎های درشت با وزن مخصوص معین، یک وزن مخصوص انبوهی زیادتر به معنی منافذ کمتری که باید با ماسه و سیمان پر شوند خواهد بود و در مواردی آزمایش وزن مخصوص انبوهی به عنوان اساس تعیین نسبتهای مواد متشکله  مخلوط‎های بتن مورد استفاده قرار می‎گیرند.‎]1‎[
(۳-۱)- تخلخل و جذب آب سنگدانه‎ها
تخلخل، نفوذپذیری و جذب آب سنگدانه‎ها بر خواصی از آنها، مانند چسبندگی به خمیر سیمان،  مقاومت بتن در برابر یخ زدن و آب شدن و هم‎چنین بر ثبات شیمیائی و مقاومت در برابر سایش آنها اثر دارند و با توجه به اینکه وزن مخصوص ظاهری سنگدانه‎ها به تخلخل آنها بستگی دارد. در نتیجه بازدهی بتن برای وزن معینی از سنگدانه‎ها نیز تحت تأثیر میزان تخلخل آنها واقع است.
اندازه منافذ داخل سنگدانه‎ها در دامنه وسیعی تغییر می‎کند و بزرگترین آنها به اندازه‎ای می‎باشد که زیر میکروسکوپ و یا حتی با چشم غیرمسلح دیده می‎شود ولی حتی کوچکترین منافذ سنگدانه‎ها عموماً بزرگتر از منافذ ژل در خمیر سیمان می‎باشد. منافذ کوچکتر از ۴ میکرون مورد توجه بخصوص می‎باشند زیرا به طور کلی عقیده بر آن است که این نوع منافذ بر دوام سنگدانه‎هائی که در معرض یخ زدن و آب شدن متناوب قرار می‎گیرند اثر  می‎گذارند.
بعضی از منافذ سنگدانه‎ها کاملاً در داخل جسم جامد قرار می‎گیرند و بعضی دیگر در نزدیک سطح واقع شده و به خارج راه دارند. خمیر سیمان به علت لزجتی که دارد نمی‎تواند، به جز در مورد بزرگترین منافذ سنگدانه‎ها، تا عمق زیادی به داخل منافذ دیگر نفوذ نماید. لذا به منظور محاسبه میزان سنگدانه‎ها در بتن از حجم ناخالص سنگدانه‎ها که بصورت توپر در نظر گرفته می‎شوند استفاده می‎نمایند، لیکن آب می‎تواند به داخل منافذ راه یابد و مقدار و روند نفوذ آن به اندازه، تداوم وکل حجم منافذ بستگی دارد.
از آنجایی که سنگدانه‎ها سه چهارم حجم بتن را تشکیل می‎دهند تخلخل سنگدانه‎ها سهم عمده‎ای در کل تخلخل بتن خواهد داشت.
وقتی که کلیه منافذ سنگدانه‎ها با آب پر شده باشند بدین معنی است که سنگدانه‎ها به حالت اشباع ‎(S.S.d) درآمده‎اند. اگر سنگدانه‎ها به این حالت درآمده در هوای خشک آزاد، مثلاً در آزمایشگاه، قرار داده شود، قدری از آب داخل منافذ تبخیر خواهد شد و سنگدانه‎ها کمتر از حالت اشباع ‎(S.S.d) آب خواهند داشت و به این حالت «در هوا خشک شده» می‎گویند. ادامه خشک نمودن سنگدانه‎ها در گرمچال سبب می‎شود که رطوبت داخل آنها به مقدار بیشتری کاهش یابد و زمانی خواهد رسید که هیچ‎گونه رطوبتی در آنها باقی نمانده است، به این حالت سنگدانه‎ها «مغز خشک» می‎گویند. مراحل مختلف در شکل (۱-۱) ترسیم شده‎اند.
شکل (۱-۱): نمایش تصویری رطوبت در سنگدانه‎ها.‎]1‎[
جذب آب سنگدانه‎ها را با سنجش افزایش وزن نمونه در گرمچال خشک شده‎ای که به مدت ۲۴ ساعت در آب غوطه‎ور شده است بدست می‎آورند. (آب روی سطحن نمونه را می‎گیرند) نسبت افزایش وزنی به وزن خشک نمونه را، که برحسب درصد بیان می‎شود، جذب آب آن می‎گویند. عموماً جذب آب شن از سنگ خرد شده‎ای که دارای خصوصیات سنگ‎شناسی یکسان باشد بیشتر است زیرا هوازدگی سبب می‎شود که تخلخل لایه خارجی دانه‎های شنی بیشتر گردد و آب زیادتری جذب نماید اگرچه هیچ‎گونه رابطه کاملاً واضحی بین مقاومت بتن و جذب آب سنگدانه‎های مصرف شده در آن وجود ندارد ولی منافذ موجود در سطح سنگدانه‎ها بر چسبندگی آنها به خمیر سیمان اثر خواهند داشت و لذا ممکن است از این طریق اثراتی بر مقاومت بتن داشته باشد. معمولاً فرض می‎شود که هنگام گیرش بتن سنگدانه‎های آن در حالت ‎(S.S.d) باشند اگر چنانچه سنگدانه‎ها در حالت خشک در بتن مخلوط شده باشند فرض می‎شود که به اندازه کافی آب جذب می‎کند تا به حالت اشباع برسند و آب خالص و یا آب موثر مخلوط بتن شامل این مقدار که جذب سنگدانه‎ها خواهند شد نمی‎گردد.
امکان دارد وقتی که سنگدانه‎های خشک مصرف می‎شوند ذرات سریعاً با خمیر سیمان پوشانده شده و از پیشروی بیشتر آب به داخل آنها، که برای رسیدن به حالت اشباع لازم است جلوگیری به عمل آید. این موضوع بخصوص در مورد سنگدانه‎های درشت که آب باید فاصله بیشتری را از سطح دانه بپیماید صحت دارد. در نتیجه نسبت آب مؤثر به سیمان از حالتی که اگر جذب کامل توسط سنگدانه‎ها صورت می‎گرفت بیشتر خواهد بود. این اثر عمدتاً در مخلوط‎های پرسیمان که امکان دارد سنگدانه‎ها سریعاً با خمیر سیمان پوشانده شوند چشمگیر است. در مخلوط‎های کم سیمان و پرآب، اشباع شدن سنگدانه‎ها به حالت معمولی ادامه می‎یابد. در موارد کارگاهی عملکرد واقعی مخلوط هم‎چنین تحت تأثیر ترتیب ریختن مواد متشکله بتن بداخل دستگاه مخلوط‎کن واقع می‎شود.
جذب آب توسط سنگدانه‎ها هم‎چنین باعث کم شدن کارائی بتن با مرور زمان می‎گردد ولی بعد از حدود ۱۵ دقیقه این افت در کارائی کم خواهد شد چون در اثر پوشانده شدن سنگدانه‎های خشک با خمیر سیمان جذب آب آنها کند و یا متوقف می‎گردد. لذا اغلب به جایکل جذب آب که ممکن است در عمل سنگدانه‎ها هرگز به این اندازه آب جذب نکنند مقدار آب جذب شده در ۱۰ تا ۳۰ دقیقه تعیین می‎گردد. ]۱‎[
(۴-۱)- مقدار رطوبت سنگدانه‎ها
در بتن تازه حجم اشغال شده بوسیله سنگدانه‎ها برابر حجم دانه‎ها و شامل کلیه منافذ می‎باشد. اگر قرار باشد که به کلی آب به داخل سنگدانه‎ها نرود منافذ آنها باید پر از آب باشند. به عبارت دیگر باید در حالت اشباع باشند. از طرف دیگر هر مقدار آبی که در سطح سنگدانه‎ها باشد به آب مخلوط کمک خواهد کرد و حجمی علاوه بر حجم سنگدانه‎ها را اشغال خواهد نمود. بنابراین حالت مبداء سنگدانه‎ها حالت ‎(S.S.d) می‎باشد. آب سطحی را برحسب درصدی از وزن سنگدانه‎ها در حالت ‎(S.S.d) بیان می‎کنند و به آن «مقدار رطوبت» می‎گویند. از آنجا که جذب آب معرف آب داخل سنگدانه‎ها در حالت ‎(S.S.d) بوده و آب سطحی آب اضافی بر این حالت می‎باشد لذا کل آب سنگدانه‎های مرطوب برابر جذب آب و مقدار آب سطحی آن خواهد بود:‎]1‎[
 

بخشی از منابع و مراجع پروژه همه چیز درباره مکانیک خاک
‎]1‎[ – دکتر هرمز فامیلی (ترجمه)، بتن‎شناسی (خواص بتن)، انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه علم و صنعت ایران، سال ۱۳۶۸
[۲]- PROFESSORA.M.NEVILLE,PROPERTIES OF CONCRETE, PITMAN PUBLISHING INC, ENGLAND, 1983.
‎]3‎[- دکتر محمدابراهیم طسوجی (ترجمه)، طرح و کنترل مخلوطهای بتن، انتشارات کلینی، چاپ اول، سال ۱۳۷۴.
[۴]- Powers, T.C., Topics in concrete Technology, Research Department Bulletin R 174, Portland Cement Association, 1964.
[۵]- Houston, B.J., Investigation of Gap-grading of concrete Aggregates; Review of Available information, U.S. Army Engineer Waterways Experiment station, echnical Report No. 6-593, Report 1, February 1962.
]‎6‎[- دکتر علی اکبر رمضانیانپور، طرح اختلاط بتن، انتشارات علم و صنعت ۱۱۰، چاپ اول،‌سال ۱۳۶۷.
[۷]- Verbeck George, and klieger, paul, studies of ‘salt’ scaling of concrete, Research Department Bulletin R83, Portland Cement Association, 1956.