خاک بیشتر خشکی زمین را می‌پوشاند و ترکیبی از مواد معدنی مانند سنگ، شن، ماسه و لجن به همراه هوا، آب و مواد آلی است. در ابتدا سنگ است که بر اثر فرسایش به ذرات ریز در می‌آید و به خاک تبدیل می‌شود. در مناطق مختلف با توجه به شرایط اقلیمی آنجا نوع و ترکیبش متفاوت است. انواع مختلفی از آن وجود دارد که هر یک از آن ها کاربرد و مشخصه خاص خودشان را دارند.
آزمایش خاک و اهمیت آن
آزمایش خاک به گام هایی گفته می شود که برای بررسی مقاومت و رفتار آن انجام می‌شود. از نظر مهندسی بررسی می‌شود تا مطمئن شوند که مقاومت لازم برای نگه داری سازه را دارد یا خیر. در نهایت هر ساختمانی وزنش را به خاک منتقل می‌کند از این رو این آزمایش برای مهندسین و کارفرمایان اهمیت زیادی دارد. زلزله های اخیر و نیز افزایش جمعیت باعث شده است که مهندسین بیش از گذشته به آزمایش خاک توجه کنند. به کمک آزمایش خاک اطلاعاتی از جمله توان و سختی خاک زیر ساختمان، اندرکش خاک، پروفیل زمین، شناخت نا پایداری ها و عواقب ناشی از حوادث طبیعی مانند زلزله به دست می‌آید.
تیپ خاک
به کمک آزمایش خاک تیپ مشخص می‌شود، مبحث تیپ در مقررات ملی ساختمان شامل طبقه بندی زیر است:
- تیپ 1: تیپ 1 کیفیت بسیار خوبی دارد. تیپ یک حاوی دانه های درشت متراکم بسیار سخت و سنگ است به همین جهت این نوع کیفیت بسیار خوبی دارد.
- تیپ 2: تیپ 2 نسبت به تیپ 1 کیفیت کمتری دارد و تقریبا می‌توان گفت که از نظر کیفیت خوب است. تیپ 2 در رده خاک درشت دانه به همراه ریزدانه رسی قرار می‌گیرد. می‌توان گفت اکثر مناطق تهران خاک تیپ 2 دارند.
- تیپ 3: تیپ 3 جزو خاک های ریزدانه رسی به همراه درشت دانه است. این تیپ کیفیت متوسطی دارد.
- تیپ 4: این تیپ در رده خاک های ریزدانه رسی خالص قرار دارد و جزو کیفیت های ضعیف است.
کاربرد آزمایش خاک
- تعیین میزان رطوبت
- تست تراکم استاندارد
- حد روانی
- حد خمیری
- تشخیص منحنی دانه بندی
- مشخص کردن چگالی
- آزمایش تحکیم
- آزمایش مقاومت و نشست
- تعیین نسبت باربری
هر یک از این خصیصه ها رفتار خاک را در صورت وارد شدن نیروی وزن بر روی آن را تشریح می‌کند.
برای چه ساختمان‌هایی آزمایش خاک لازم است؟
در سال های اخیر آزمایش خاک برای ساختمان ها ضروری و اجباری شده است. نشت یا ترک ساختمان جزو عواملی است که در صورت انجام ندادن آزمایش خاک با آن مواجه می شویم. توجه داشته باشید که با صرف هزینه کمی میتوانید در هزینه های کلی ساختمان تان صرفه جویی کنید برای مثال اگر خاک شما تیپ 2 باشد نیازی نیست که اسکلت ساختمان را سنگین در نظر بگیرید با سازه‌ای فلزی یا بتنی سبک میتوانید هزینه ساخت را کاهش دهید و از استحکام آن به خوبی استفاده کنید. در مواردی که ساختمان بیش از 6 طبقه باشد یا اینکه زیربنای 2000 متر مربعی داشته باشد آزمایش مکانیک خاک الزامی است.
هزینه های آزمایش خاک
هزینه های آزمایش خاک به محل حفاری، حفاری دستی، حفاری ماشینی و نوع آزمایشات آزمایشگاهی، نوع و تعداد آزمایشات صحرایی بستگی دارد. حفاری دستی به زمان بیشتری نیاز دارد هرچند امروزه تنها پروژه هایی می‌توانند از حفاری دستی استفاده کنند که امکان استقرار ماشین حفاری را نداشته باشند. در صورتی که امکان استقرار ماشین وجود داشته باشد اما حفاری به صورت دستی انجام شده باشد شرکت مشمول جریمه و گزارش حفاری نیز باطل می‌شود. از این رو بهتر است حتما از ماشین حفاری برای آزمایش خاک استفاده شود. در کل می‌توان به صورت تقریبی گفت که اجرای حفاری و دریافت نتیجه تقریبا 1 تا 2 ماه زمان نیاز دارد و بعد از دریافت نتیجه می توان ساخت سازه را شروع کرد.
بهتر است قرارداد آزمایش خاک را با شرکت های معتبری ببندید، امروزه برخی از آزمایشگاه ها در قبال هزینه کمتر اقدام به ارائه گزارشات و آزمایشات نا معتبر کرده‌اند، این آزمایشات منجر به مشکلاتی برای پروژه خواهد شد چون تیپ به درستی مشخص نمی شود. در صورتی که اسکلت ساختمان قوی تر از حد مورد نیاز طراحی شود باعث هزینه اضافی می‌شود و مقرون به صرفه نیست و در حالتی که اسکلت کار ضعیف تر از حد مورد نیاز کار شود باعث نتایج فاجعه باری می‌شود و امکان نشت، ترک و تخریب ساختمان وجود دارد. از این رو صرف اندکی هزینه در ابتدای کار منجر به صرفه جویی در هزینه نهایی کار می‌شود. حتما قبل از عقد قرارداد از معتبر بودن شرکت اطمینان حاصل فرمایید و حتما باید فرد متخصصی از شرکت هنگام حفاری و انجام آزمایش های محلی حاضر باشد تا فرآیند انجام کار را مدیریت و کنترل کند.
مراحل انجام آزمایش خاک
در مرحله اول باید شروع حفاری را به سازمان نظام مهندسی اعلام کرد که این کار را شرکت آزمایشگاهی انجام می‌دهد. شرکت آزمایشگاهی باید بعد از مشاهده نقشه و مشخصات محل قیمت را مشخص می‌کند. سپس باید حفاری های لازم انجام شود، حفاری می‌تواند دستی یا ماشینی باشد. دستگاه های حفاری، حفاری های لازم را انجام می‌دهند. سپس آزمایشات اس تی پی و نمونه گیری انجام می‌شود و برای هر یک از نمونه ها یک کد در نظر گرفته می‌شود. در گام بعدی باید برگ سبز آزمایش خاک را استعلام کرد. گزارشات تهیه شده توسط آزمایشگاه به نظام مهندسی ارسال می‌شود. سازمان مهندسی آزمایشات را بررسی می‌کند که این پروسه تقریبا 10 روز زمان بر است بعد از 10 روز گزارش تایید به شهرداری ارسال می‌شود. بعد از اینکه گزارش در سامانه شهرداری قرار گرفت ساخت اسکلت ساختمان شروع می‌شود.
آزمایش خاک چیست و چه اهمیتی برای ساخت و ساز ساختمان‌ها دارد؟
آزمایش خاک از مراحل الزامی برای ساخت و ساز انواع ساختمان است. دلیل این الزام شناسایی تیپ خاک است. در پی تعیین تیپ خاک، اقدامات لازم برای مقاوم سازی ساختمان، معلوم می‌شود. وزن ساختمان و تاثیر نیروهای طبیعی مثل باد بر سازه مورد نظر و انتقال مجموع این نیروها بر بافت خاکی که ساختمان روی آن قرار دارد، ضرورتی اجتناب ناپذیر است. در آزمایش خاک، از سایت مورد نظر نمونه برداری انجام شده و سپس نمونه در آزمایشگاه مربوطه مورد ارزیابی قرار گرفته و نتیجه گزارش می‌شود. آزمایش خاک به بررسی ساختار مکانیکی و لایه‌های ژئوتکنیکی خاک می‌پردازد. نمونه برداری به دو روش دستی و ماشینی انجام می‌شود. قبلا نمونه برداری به صورت دستی انجام می‌شد که امروزه غیر قابل قبول است و تنها از روش ماشینی برای این کار استفاده می‌شود. آزمایش‌های مربوط به خاک ساختمان، آن را از نظر مقاومت برشی، میزان تحمل بار، اسیدیته، میزان نفوذ، دانه‌بندی خاک، حدودی خمیری، گرانروی ویژه و دانسیته خاک مورد بررسی قرار می‌دهند.
آزمایش خاک انجام شده توسط آزمایشگاه، شامل آزمایش‌های اس پی یا آزمایش نفوذ استاندارد، هم ارز (معادل) ماسه، هیدرومتری، حد روانی، دانه‌بندی به روش سرند کردن، برش مستقیم، سه محوری، ضریب نفوذپذیری از طریق آزمایش بار آبی افتان، ضریب نفوذپذیری از طریق آزمایش بار آبی ثابت، تک محوری خاک چسبنده، تحکیم و تراکم هستند.
آزمایش اس پی یا آزمایش نفوذ استاندارد در این تست پارامترهای مقاومتی خاک از طریق بررسی میزان تراکم لایه‌ها و بررسی احتمال تغییر پذیری در بافت آنها ارزیابی می‌شوند.
آزمایش اس ای هم ارز (معادل) ماسه که هدف آن تعیین مقادیر ذرات ریز یا موادی شامل رس یا مواد مشابه آن در خاک و مصالح دانه بندی می‌باشد.
آزمایش هیدرومتری در آزمایش خاک با هدف تعیین قطر ذرات تشکیل دهنده خاک از روش معلق کردن این ذرات در آب با محاسبات ویژه، انجام می‌شود.
آزمایش حد روانی، هدف از این تست محاسبه مقادیری از آب است که سبب می‌شود خاک از حالت خمیری به حالت روان و سیال تبدیل شود. تعیین این مرز در محاسبات ساخت و ساز که استحکام بنا در آن هدف اصلی است، ضروری و حیاتی است.
آزمایش دانه‌بندی به روش سرند کردن به منظور تعیین توزیع اندازه دانه‌های تشکیل دهنده خاک انجام می‌شود. استفاده از سرند مکانیکی در این روش با به کارگیری الک جایگزین شده است.
آزمایش برش مستقیم، تعیین کننده مقدار مقاومت بافت خاک در برابر انواع تنش‌های وارد شده بر این بافت است.
آزمایش سه محوری، در این بخش از آزمایش خاک نمونه بین دو صفحه فلزی قرار داده می‌شود و از طریق یک پیستون در جهت عمودی به آن فشار وارد می‌شود. علاوه بر این فشار عمودی از طریق یک ماده سیال که عمدتا آب است از طرفین تحت فشار قرار گرفته و همه این نیروهای وارده اندازه گیری می‌شود.
آزمایش ضریب نفوذپذیری از طریق آزمایش بار آبی ثابت، برای برآورد نفوذپذیری ذرات درشت در بافت خاک مورد نظر آزمایش خاک بار آبی ثابت انجام می‌شود.
آزمایش ضریب نفوذپذیری از طریق آزمایش بار آبی افتان، اگر هدف از شناخت بافت خاک محاسبه نفوذپذیری برای ذرات با اندازه‌های متفاوت ریز و درشت باشد، از آزمایش خاک بار آبی غلتان استفاده می‌شود. که بر خلاف آزمایش بار ثابت از نظر اندازه ذرات محدودیت ندارد.
آزمایش تک محوری خاک چسبنده، اگر بخواهیم میزان مقاومت تنشی را در خاکی که بافت چسبنده دارد، اندازه گیری کنیم از این روش کمک گرفته می‌شود.
آزمایش تحکیم برای برآورد مقدار نشست خاک‌های رسی، آزمایش خاک تحکیم انجام می‌شود.
آزمایش تراکم برای بافت خاک وقتی انجام می‌شود که پروزه اجرایی به زیرساخت متراکمی نیاز داشته باشد. این آزمایش خاک از طریق حذف گازهای هوا موجود در بافت خاک از طریق ضربه، اندازه‌گیری چگالی خاک و رسم نمودار مربوطه اندازه گیری می‌شود.
علاوه بر این آزمایش‌ها، در آزمایش خاک ساختمان مقادیر PH نیز در مواردی محاسبه می‌شود و با محاسبه این شاخص مقدار اسیدیته خاک تعیین می‌گردد.
انواع تیپ خاک که حاصل نتیجه آزمایش خاک از سایت مورد نظر است شامل انواع تیپ 1 تا 4 است. مرغوبترین نوع خاک، تیپ 1 است و نامرغوبترین آنها نیز تیپ 4 می‌باشد. کیفیت تیپ‌های مختلف خاک در این آزمایش بر حسب میزان مقاومت برشی یا سرعت عبور امواج زلزله در خاک تا عمق 30 متری آن تعیین می‌شود. خاک تیپ 1 حداکثر مقاومت برشی را داراست و تیپ 4 خاک در برابر مقاومت برشی حداقل مقاومت را دارد. تیپ 1 خاک شامل خاک دانه درشت و سخت، معمولا متشکل از بافت سنگی، تیپ 2 از خاک‌های دانه درشت که با خاک‌های رسی دانه ریز مخلوط هستند. بافت غالب تیپ 3 بافت رسی دانه ریز به همراه مقادیری بافت دانه درشت است و تیپ 4 به صورت یکنواخت منحصرا از بافت رسی دانه ریز تشکیل شده است. اهمیت این تیپ بندی در آزمایش خاک همان طور که در مطالب قبل اشاره شد، برآورد اولیه، پیش بینی و تهیه مقادیر تیرآهن مصرفی و سطح مقطع مربوط به آنها، مقاطع فونداسیون سازه و سبک اجرایی ساختمان است.
