مهندسین سازه لازم است طرح ساختمان ها رابه طریقی انجام دهند که در زمان استفاده ساختمان به خوبی عمل و انجام وظیفه نماید. آنها نباید شکسته و منهدم شوند ، نباید خم، چرخش و لرزش داشته باشند. به علاوه مهندسین ساختمان مسئول به وجود آوردن و ایجاد استفاده موثر و اقتصادی از سرمایه ها و مواد مصالح برای رسیدن به اهداف تعیین شده برای سازه می باشند به صورت مشابه مهندسین سازه کار آموز می تواند طراحی تیرهای سازه و ستون ها و کفهای ساختمان های جدید را انجام دهند شامل محاسبه بار وارده برروی هر عضو و ظرفیت تحمل بار متفاوت در ساختمان «فولاد- چوب- آجر- بتن).

یک مهندس با تجربه میتواند طراحی سازه های مختلف و پیچیده مثل ساختمانهای بلند مرتبه(مثل آسمان خراش) و یا پل را انجام دهد.

بارها در ساختمانها بطور کلی طیقه بندی میشود به بارهای زنده نظیر وزن لوازم و وسائل منزل و مبلمان در ساختمان،نیروهای باد و وزن آب و نیروهای بوجود آمده بر اثر زلزله، و یا بارهای مرده نظیر وزن خود ساختمان.

بصورت مرسوم، مهندسی سازه براحتی و سادگی در جائی که محورهای متناسب و عمود بر هم باشند عمل می نمایند و برای ساده نمودن معادلات و روابط پیچیده بدست آمده با مقادیر کششی مثل تنش و تغییر مکان های اجزاء بدست آمده سازه، مانند طراحی تیر ها استفاد میشود.

این ساده سازی جهت توانائی حل مسائل اساسی می باشد. یک مهندس موفق می بایستی سازه را جهت بارهائی که بر روی ساختمان قرار می گیرد به طریقی طراحی کند که تا زمانی که مقدار بار از بار طراحی ، تجاوز ننموده ساختمان حالت ارتجاعی داشته باشد و وقتی که باربرداشته شودردوباره به حالت اولیه بازگشته و بصورت پایدار باقی بماند.

توسعه و پیشرفت برنامه های کامپیوتری اجازه میدهد بسیاری از محاسبات پیچیده سازه ای با دقت بسیار و سرعت زیاد انجام شود .

یکی از مهمترین مکانیزم های آنالیز های سازه ها روش معادل استاتیکی با قانون حرکت نیوتون که جهت تعیین نیرو های داخلی وارده بر روی اجزاء سازه، استفاده میشود با فرض کلی اینکه مصالح تشکیل دهنده یکنواخت و غیر قابل تغییر شکل میباشد.

مکانیزم و روش دیگری که قادر است به روش کاملتری و در حالات بیشتری عمل نماید روش اجزاء محدود می باشد که امکان محاسبه نیروهای داخلی در سازه و ساختمان با مصالح مختلف و خواص متفاوت را میدهد.

همچنین می بینید:

1. طراحی ساختمان
2. آنالیز ساختمان
3. مهندسی سیویل
4. مهندسی مکانیک
5. دینامیک
6. استاتیک

(cached)

---

دید کلی

در علوم مهندسی ، خاک مخلوط غیر یکپارچه‌ای از دانه‌های کانیها و مواد آلی فاسد شده می‌باشد که فضای خالی بین آنها توسط آب و هوا (گازها) اشغال شده است. خاک به عنوان مصالح ساختمانی در طرح‌های مهمی در مهندسی عمران بکار گرفته می‌شود و همچنین شالوده اکثر سازه‌ها بر روی آن متکی است.

بنابراین مهندسان عمران باید بخوبی خواص خاک از قبیل مبدا پیدایش ، دانه بندی ، قابلیت زهکشی آب ، نشست ، مقاومت برشی ، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نمایند. مکانیک خاک شاخه‌ای از علوم مهندسی است که به مطالعه مشخصات فیزیکی و رفتار توده خاکی تحت بارهای وارده می‌پردازد. مهندسی پی ، کاربرد اصول مکانیک خاک در مسائل عملی است.

تاریخچه

تاریخچه عملیات خاکی را می‌توان به دوره‌های دور تاریخ بشری نسبت داد و آن را با قدمت پیدایش شهرنشینی یکی دانست. حفر قناتها ، کانالهای آبرسانی ، ایجاد پلها و سدهای محکم و سایر بناهایی که آثار آنها در کشورهای دنیا از ده‌ها قرن قبل تا کنون به یادگار مانده است، همه از مواردی است که به نحوی با عملیات خاکی ارتباط دارد.

سیر تحولی و رشد

توجه به بررسی و مطالعه خاک با یک دیدگاه مهندسی و به منظور تحلیل ریاضی خواص آن ، از قرن 18 میلادی آغاز شد و در واقع اولین بار در عین حال مهمترین رابطه ساده در زمینه مکانیک خاک ، در سال 1773 توسط کولمب یک مهندس ارتشی فرانسه ارائه گردید. این رابطه ساده ، که یک رابطه اساسی در بررسی مقاومت یا عدم مقاومت خاک است عبارت است از:



کارهای بوسینسک در مورد تئوری اجسام الاستیک که در سال 1885 انتشار یافت به ارائه راه حل‌های دقیق در محاسبه تنش‌ها و تغییر شکل‌های درون محیط خاکی منجر گردید و توانست در تحلیل بخش مهمی از مبحث مکانیک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانیک خاک به صورت مدرن ، در ابتدای قرن حاضر گسترش روز افزونی یافت و مانند سایر علوم مهندسی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت بطوری که در سال 1925 کارل ترزاگی ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتیجه تحقیقات خود را به صورت مقاله‌ای ارائه داد و در سال 1943 کتاب «اصول نظری مکانیک خاک» را تدوین و منتشر کرد.

کارل ترزاگی (1963-1883) را به حق بنیانگذار دانش مکانیک خاک نامیده‌اند. در اینجا شایسته است از سهم محققین روسی نیز یادآور گردد، چه پژوهشگرانی چون سیتوویچ در کشور روسیه به موازات دانشمندان غربی در توسعه دادن مبحث مکانیک خاک کارهای زیادی ارائه دادند. نامبرده نیز در سال 1934 کتاب اصول علم مکانیک خاک را منتشر نمود.





امروزه اهمیت دانش مکانیک خاک مانند علوم دیگر روز به روز رو به فزونی است و این بویژه به این علت است که تجربه‌های گذشته در این زمینه بدون گسترش تئوری‌های مطمئن‌تر و راه حل‌های اقتصادی‌تر تکافوی حل مسائل جدید را در عمل نمی‌نماید. به علاوه ، بسط مسائل مبحث مکانیک خاک همراه با توسعه روش‌ها و دیدگاههای جدید در زمینه مکانیک محیط دانه‌ای ، گسترش و افزایش دقت در تحلیل‌های ریاضی و مدل سازی‌ها را در هر دو زمینه الزامی نموده و نیز به نتیجه رسانده است.

مباحث کلی مکانیک خاک

• طرح تئوریهایی که نشان دهنده رفتار توده خاکی در برابر عوامل بیرونی ، مثل نیروهای مختلف ، باشد.
• کاربرد معلومات تئوری و تجربی در موارد و مسائل اجرایی

خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها

• خواص فیزیکی و شیمیایی خاک : شناخت خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها در بسیاری از بررسی‌ها و مطالعات و تصمیم گیری‌ها در عملیات خاکی نقش مهمی دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی خاکها را باید عمدتا در عوامل زیر جستجو کرده و مربوط به آنها دانست.
   
• ترکیب کانی شناسی دانه‌ها : از آنجایی که خاکها از تجزیه و هوازدگی سنگهای پوسته زمین پدید آمده است‌، لذا کانی‌های تشکیل دهنده خاکها باید همان کانی‌های تشکیل دهنده سنگ مادر باشد.
   
• طبیعت سطح ذرات خاک (سطح مخصوص) : سطح خارجی دانه‌های خاک ، یعنی فصل مشترک محیط جامد با محیط مجاور آن که ممکن است، آب یا هوا باشد. محل پدید آمدن بعضی پدیده‌های فیزیکی یا شیمیایی است که این پدیده‌ها برخواص دیگر خاک مثل؛ مقاومت و نفوذپذیری و ... تاثیر می‌گذارد.
   
• پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی در سطح مشترک خاک و آب :ذرات جسم جامد از شبکه‌ای از یون‌های مختلف تشکیل شده است که از اینرو بین سطح خارجی ذره و محیط اطراف آن کنش و واکنش‌هایی پدیدار می‌گردد.
   
• خاصیت مویینگی : خاصیت بالا رفتن آب در لوله‌های مویین و در حفره‌های بین ذرات خاک را خاصیت مویینگی گویند.
   
• نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات : نیروهای بین ذره‌ای در خاک به دو گونه‌اند. نیروهای جاذبه مولکولی بین دانه‌ها (وان در والس) و نیروهای دافعه که از نوع نیروی الکتروکینیماتیکی است.

خواص مکانیکی خاکها

• اصطکاک : مقاومت جسم در برابر حرکت به علت وجود اصطکاک بین دو سطح تماس است.
   
• چسبندگی: مقاومت خاکی به علت چسبندگی دانه‌ها حاصل از مقاومت مولکولی (یعنی نیروی جاذیه الکتروشیمیایی) بین ذرات ریز است.
   
• گسیختگی توده خاک : گسیختگی توده خاک عبارتست از پایان شرایط مقاومت و آغاز برش در خاک است.
   
• تحکیم: تحکیم عبارتست از کاهش حجم حفره‌های آب‌دار درون خاک به علت افزایش فشارهای جانبی.

کاربرد مکانیک خاک

خاک از یک طرف به عنوان مصالح مورد توجه مهندسین و طراحان قرار می‌گیرد و از سوی دیگر به عنوان یک محیط طبیعی که در اختیار آدمی قرار گرفته است مورد توجه و استفاده است. جایی که به عنوان مصالح مورد نظر است مانند خاکریزها ، سرای خاکی ، روسازی راه و فرودگاه ، پشت دیوار حایل ، زهکش‌ها ، و به عنوان بخشی از بتن ، ماده اصلی تهیه آجر و سرامیک ، ماده اصلی تهیه چینی و کاشی ، و... حالت انتخابی و اختیاری دارد، و در جایی که به عنوان محیط مورد توجه است.

مانند زیر پی‌ها ، زیر پایه پل‌ها و زیربنای جاده‌ها و محل حفر تونل‌ها و محل قرار دادن لوله‌ها و تاسیسات مکانیکی و الکتریکی (کابل های تلفن و برق و لوله کشی گاز و فاضلاب و محل احداث قناتها و محل حفر چاهها و کانال‌ها و ... همه حالت غیر انتخابی (یعنی اجباری) دارد. به هر حال در تمام موارد ذکر شده ، شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی خاک ضرورت غیر قابل اجتناب دارد. مثلا در یک پروژه راه سازی ، چه نوع



خاکی با چه نوع دانه بندی باید انتخاب شود و لایه‌های آن با چه ضخامتی و با چه رطوبتی و تا چه حد باید کوبیده شود تا جایی حاصل بتواند در برابر نیروهای وارد بر آن مقاوم باشد و وجود آبهای سطحی و بارندگی بر دوام آن اثر مخرب نداشته باشد و در برابر یخ‌زدگی و فرسایش و تغییرات جوی نیز پایدار بماند.

در ایجاد یک سد خاکی ، شیب‌ها چه مقدار باشد که هم پایدار باشد و هم اقتصادی ، در صورتی که سد همگن با زهکشی است، لایه‌های زهکشی با چه ابعادی و با چه دانه بندی و چه مقدار نفوذپذیری باید باشد؟ سرعت حرکت آب و .... زه چه مقدار است؟ تورم یا نشست خاک چه مقدار باشد؟ میزان تراکم و درصد رطوبت و ضخامت لایه‌ها برای کمپاکت کردن خاک چه مقدار باید باشد؟ روش‌های حفاظت دامنه‌ها و تاج سر به چه عواملی بستگی دارد؟ و بسیاری پرسش‌های دیگر که مهندس طراح باید برای آنها جواب دقیق داشته باشد. به این ترتیب درمورد هرگونه پروژه ساختمانی و راه سازی و سد سازی مسائل متعددی از فیزیک و مکانیک خاک باید پاسخ داده شود. اهمیت دقت بیشتر و نیاز به تئوریهای دقیق‌تر هنگامی بیشتر می‌شود که حجم کارها و اهمیت پروژه بیشتر باشد.

رابطه مکانیک خاک با سایر علوم

مبحث مکانیکخاک دانشی است که در آن خواص فیزیکی و مکانیکی خاکها ، ارتباط این خواص با عوامل بیرونی ، مقاومت در برابر نیروها ، تغییر شکل خاک در اثر نیروها ، مسایل مربوط به حرکت یا سکون آب در خاک ، چگونگی و مقدار فشرده شدن خاکها و چگونگی و مقدار تنش‌ها و تغییر شکل‌های هر نقطه از محیط خاکی در اثر عملکرد یک نیروی خارجی و ... بحث می‌شود.

در این راستا گاهی نیاز به مطالعه خواص شیمیایی و کانی شناسی دانه‌های خاک است و گاهی نیاز به بررسی پیدایش و منشا خاکها و گاهی نیاز به استفاده از دانش هیدرولیک و دانش‌های دیگر است. از اینرو ارتباط این مبحث با دیگر مباحث علمی چون فیزیک ، شیمی ، زمین شناسی ، کانی شناسی ، هیدرولیک و مکانیک سیالات را نباید از نظر دور داشت.

مباحث مرتبط با عنوان

• اصطکاک خاک
• اصول نظری مکانیک خاک
• هوازدگی سنگها
• تحکیم خاک
• خاک
• چسبندگی خاک
• دانه بندی
• زهکشی
• سد خاکی
• سد سازی
• فرسایش خاک
• کانی شناسی
• گسیختگی توده خاک
• مصالح ساختمانی
• مکانیک سیالات
• اندازه گیری ویژگیهای خاک
• منشا پیدایش خاک
• نحوه تشکیل منابع شن و ماسه

دید کلی

فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی متعددی در تشکیل انواع مختلف خاک نقش دارند. در طی فرآیندهای شیمیایی ، مواد معدنی و آلی دچار تجزیه و تغییر می‌شوند و در ضمن فرآیندهای فیزیکی ، مواد حاصل جابجا شده و افقهای مختلف خاک را حاصل می‌آورند.

تشکیل خاک خاکستری یا سفید (podsolization یا Spodsolization)

این مورد فرآیندی از شکل گیری خاک است که در آن آهن و آلومینیوم از افقهای A و E شسته شده و در افق B متمرکز می‌شوند. این فرآیند در اقلیمهای مرطوب دیده می‌شود. فصل زمستان ، روند تجزیه مواد آلی در سطح خاک و ریشه گیاهان را که منطقه بقایای مواد آلی است، آهسته می‌کند. بعضی از اکسیدهای آهن و آلومینیوم به همراه رس و کلوئیدهای هوموس ، در افق B جمع می‌شود (منطقه رسوبگذاری) و به این افق بافتی رسی می‌دهند.

آب موجود در خاک ، هیدروکسیدهای سدیم ، کلسیم ، منیزیم و پتاسیم محلول را به وسیله آبهای زیرزمینی از منطقه نشت و شستشو می‌دهد. نتیجه این شستشو ، اسیدی شدن آب است. فرآیند تشکیل خاک با تغییر آب و هوا دگرگون می‌شود و با گرمتر شدن هوا spodosol به AlFisol و uLtisol تبدیل می‌شود.

البته این فرآیندها قبل از پدیده لاتریت زایی (Oxisolation) در مناطق حاره روی می‌دهد. جنگلهای ایالات متحده و کانادا معمولا بطور طبیعی دارای خاک اسپادوسول (خاک خاکستری یا سفید) هستند.

لاتریت زایی (Oxisolation)

این فرآیند زمانی رخ می‌دهد که آهن و آلومینیوم اکسید شده و لایه‌ای از مواد قرمز با بافت گرهی سخت کوچک (گرهک) که لاتریت نامیده می‌شود، در افق B بوجود می‌آید. این فرایند اغلب در مناطق حاره دیده می‌شود. در مناطق گرم و مرطوبی که گرم و خشک شدن بطور متناوب صورت می‌گیرد، این عمل برای اکسیداسیون فلز آهن بسیار مطلوب است.

خاک افق B ، رنگ قرمز تیره اکسیدهای آهن را به خود می‌گیرد. در این افق ، اکسیدهای آهن و آلومینیوم و کانیهای رسی با هم تجمع می‌کنند ( و ). به دلیل رطوبت ، سدیم ، کلسیم ، منیزیم و پتاسیم در آب زیرزمینی حل و برای ریشه‌های گیاهان غیر قابل دسترس می‌شوند. به دلیل آزاد بودن یون هیدروژن ، خاکهای لاتریتی بسیار اسیدی هستند. جنگلهای استوایی (حاره‌ای) مکزیک و هاوایی خاکهای لاتریتی دارند.

کلسیتی شدن (Caicification)

این فرآیند زمانی رخ می‌دهد که آب درون خاک به شدت تبخیر می‌شود و کسری بودجه سالانه آب بوجود می‌آید. در بیابانهای داغ و اقلیمی استپی ، این فرآیند دیده می‌شود. نزولات آسمانی در این مناطق به قدری کم است که نمی‌تواند هیدروکسیدهای کلسیم ، سدیم ، منیزیم و پتاسیم را بشوید و آن را به افق پایین خاک ببرد.

آب موجود در خاک به دلیل تبخیر از طریق لوله‌های موئینه (Capillary) به سطح خاک کشیده می‌شود. تکرار این محل موجب می‌شود که برآمدگی‌های کوچک کربنات کلسیم در افق B بوجود آید.

نمک زائی (Salinization)

گرمتر شدن اقلیم ، فرآیند کلسیتی شدن را در مناطق بسیار خشک به نمک زائی تبدیل می‌کند و تمام سطح خاک پوشیده از نمک می‌شود. خاکهای کلسیتی شده (Calcified) ، معمولا PH نزدیک به خنثی دارند (6،5 تا 8). به دلیل تامین مواد مغذی (هیدروکسیدها) ، این خاکها اگر آبیاری شوند، محصول زیادی را به بار می‌آورند. در خاکهای سالین یا نمکی فقط گیاهان نمک دوست رشد می‌کنند.

تشکیل خاک رس (Gleization)

تشکیل خاک رس ، فرآیند دیگری از شکل گیری خاک است که وقتی ترکیب چسبنده آبی مایل به خاکستری رس و هوموس که Cley نامیده می‌شود، در افق B تجمع می‌یابد، بوجود می‌آید.

نقش اقلیمهای مختلف در تشکیل خاک رس

این فرآیند در اقلیمهای آبی به دلیل اینکه برای استقرار و ثبات به آب نیاز دارد و در اقلیمهای تندرا به علت تقسیم شرایط مطلوب ، صورت می‌گیرد. در اقلیمهای دیگر نیز این فرآیند بوجود می‌آید، برای مثال اگر آب در افق B و C تندرا (Tundra) در یک دوره طولانی تجمع پیدا کند. این حالت زمانی رخ می‌دهد که به دلیل شرایط زمین شناختی برکه‌ها (آبگیرها) یا لایه رس قوی افق B ، به یک بند تبدیل می‌شود و آب به داخل خاک تراوش می‌کند.

اقلیمهای ایده‌آل برای تشکیل خاک رس

نواحی مرطوب ساحلی و باتلاقها ، شرایط مناسبی را برای فرآیند Gleization فراهم می‌سازند. اقلیمهای تندرا نیز به دلیل وجود خاک یخ زده ، برای این فرآیند ایده‌آل است.

نقش حوضچه و یا آبگیر در تشکیل خاک رس

در بهار ، یخ موجود در سطح خاک ذوب می‌شود و در بالای خاک یخ زده یک حوضچه ایجاد می‌کند، همچون یک آب بند عمل می‌کند. حوضچه و یا

نظرات شما عزیزان: