وقتی کانیهای رسی در خاکهای ریز دانه وجود داشته باشد خاک میتواند با وجود مقداری رطوبت بدون خرد شدن به صورت خمیری در اید.این حالت چسبندگی ناشی از آب جذب شده در پیرامون ذرات رس است. در ابتدای دهه 1990 یک دانشمند سوئدی به نام آتربرگ روسی را برای توصیف حساسیت خاکهای ریز دانه در ارتباط با تغییر درصد رطوبت آنها ابداع کرد. در درصد رطوبت بسیار کم خاک شبیه به یک جسم سفت(جامد) رفتار میکند.وقتی درصد رطوبت بسیار زیاد است خاک و آب شبیه یک مایع به حرکت در می ایند.بنابراین بر اساس یک اصل قراردادی بسته به درصد رطوبت طبیعت و رفتار خاک میتواند به چهار حالت مهم تقسیم شود که عبارتنداز :سفت(جامد) و نیمه سفت(نیمه جامد) و خمیر(پلاستیک) و مایع(روان) می باشد درصد رطوبتی که در آن درصد رطوبت حالت سفت به نیمه سفت تبدیل میشود را حد انقباض مینامند.
در صد رطوبتی که در آن نقطه خاک از حالت نیمه سفت به حالت خمیر در می اید را حد خمیری می گویند و به درصد رطوبتی که از حالت خمیری به حالت مایع یا روان تبدیل میشود حد مایع یا روانی اطلاق می شود.برای توضیح فیزیکی حالتهای یک لایه درشت دانه از روابطی مانند و ... استفاده می شود که میتوانند خاکهای بزرگ دانه را دسته بندی کنند .ولی این معیارها برای خاکهای ریز دانه کافی نیست. برای رسها و سیلتها دسته بندی معمول حاصل از ویزگیهای مهندسی مربوط به تغییر شرایط رطوبتی می باشد. به طور مرسوم این خصوصیات با میزان سفتی توضیح داده میشود. حال روش تجربی آتربرگ بیشتر برای خاکهای چسبنده کاربرد دارد.وقتی که خاکی چسبنده با مقدار زیادی آب مخلوط می شود به یک حالت روانی یا مایع گونه در می اید و مانند یک سیال غلیظ مانند جریان می یابد.زمانی که این سیال غلیظ به تدریج خشک شود و رطوبت خود را از دست دهد به یک حالت خمیری یا پلاستیک می رسد.با کاهش بیشتر رطوبت خاک به یک حالت نیمه جامد و بعد به حالت کاملا جامد می رسد.
بنا به تعریف حد انقباض درصد رطوبتی است که به ازای کمتر از آن خاک تغییر حجم ندهد بوسیله این آزمایش اطلاعاتی بدست می آید که می توان حد انقباض ، نسبت انقباض ، انقباض حجمی وانقباض یک جهتی را بدست آورد . هنگامی که یک خاک رس اشباع به تدریج خشک می شود ورطوبت خود را ازدست می دهد حجم توده خاک کاهش می یابد در حین عمل خشک شدن شرایطی فراهم می شود که باخشک شدن بیشتر خاک ، رطوبت نیز کم می شود ولی حجم خاک تغییر نخواهد کرد درصد رطوبت خاک که در آن درصد رطوبت ، کاهش حجم متوقف می شود به عنوان حد انقباض تعریف می شود نسبت حد روانی به حد انقباض یک خاک اطلاعات خوبی در مورد خاصیت انقباض آن خاک بدست می دهد . هرچه این نسبت بزرگتر باشد نشان دهنده این است که دامنه تورم پذیری خاک بیشتر است یعنی اگر نسبت LL/SL بزرگ باشد خاک در محل ممکن است دراثر تغییر رطوبت ، تغییر حجم نامطلوبی پیدا کند این احتمال وجود دارد که در پی هایی که تازگی برروی این خاکها ساخته می شوند به دلیل انقباض یا انبساط (تورم) خاک در اثر تغییرات رطوبت فصلی ، ترکهایی دیده می شود.
فرسایشپذیری آبی و بادی به عنوان یکی از مهمترین عوامل کاربردی در مطالعات فرسایش و رسوب در ایران و جهان است. منحنی دانهبندی خاک یا رسوب نقش کلیدی در تخمین فرسایشپذیری (آبی و بادی) ایفا میکند. دانهبندی با استفاده از دو روش الک خشک و یا تر انجام میشود. روشهای اندازهگیری هیدرومتری و پیپت مبتنی بر قانون استوکس و سرعت سقوط آزاد ذرات در محیط سیال (آب) صورت میگیرد. در روش دانهبندی با الکتر و هیدرومتری خاکدانهها به صورت فیزیکی و شیمیایی متلاشی شده و به ذرات ریزتر تبدیل شود. در حالیکه در دانهبندی با الک خشک، متلاشی شدن خاکدانهها با توجه به استحکام آنها بهطور کامل انجام نمیشود. به همین دلیل، شاخصهای کمی و بافت متفاوتی را نسبت به شرایط مرطوب نشان میدهد.
اصطلاحات اصلی که مهندسان راه و ساختمان برای توصیف خاک به کار می برند، عبارتند از شن و ماسه (درشت دانه)، لا ی و رس (ریزدانه). اغلب خاک های طبیعی شامل مخلوطی از دو یا بیشتر از این اجزا هستند و بسیاری از آنها مقداری مواد آلی نیز دارند.
خاکها را میتوان از دیدگاه های متفاوتی مانند اندازه دانه ها یا جنس کانی ها یا از مقاومت و منشأ ایجاد آنها طبقه بندی نمود.
به طور کلی میتوان گفت بسیاری از خواص مکانیکی و فیزیکی خاک ها تابعی از جنس، شکل، اندازه و چگونگی توزیع اندازه دانه ها است. بر این پایه، اساس رده بندی مهندسی خاکها، اندازه و خاصیت خمیری آنها قرار داده شده است. تقریبا تمام سیستم های طبقه بندی، خاکها را به سه دسته خاک های درشت دانه(فاقدچسبندگی)، ریزدانه(چسبنده) و خاکهای آلی تقسیم می کنند. دراین رده بندی ها، دانه به معنای یک ذره کانی منفرد یا قطعه ای از چند کانی به هم پیوسته است که در آب از یکدیگر جدا نمی شود.
خاک های درشت دانه به شن و ماسه و خاکهای ریز دانه به سیلت (لای) و رس تقسیم می شوند. جدول (1-1)
نشان می دهد که تقسیم بندی خاکهای غیر آلی به دو گروه درشت دانه و ریز دانه در عین حال بسیاری از خواص فیزیکی و مکانیکی مشخص شده است.
جدول(1-1) طبقه بندی خاک ها به روش ASTM
|
طبقه بندی |
Size(mm) |
|
شن |
بزرگتر از 75/4 |
|
ماسه درشت |
75/4 تا 00/2 |
|
ماسه متوسط |
00/2 تا 425/0 |
|
ماسه ریز |
425/0 تا 075/0 |
|
ریزدانه ها(لای و رس) |
زیر 075/0 |
طبقه بندی خاک های درشت دانه بر مبنای اندازه دانه ها و چگونگی توزیع ابعادی آنها انجام می شود. برای تعیین توزیع
دانه ها در یک نمونه خاک معمولا از روش سرند استفاده می شود. حد پایینی کاربرد سرند در آزمایش های مکانیک خاک تامیکرون است. هر چند تا اندازه سرند 38 میکرون نیز می تواند قابل استفاده باشد.74
برای تعیین توزیع دانه های ریزتر از حد کاربرد سرند ها از روش رسوبدهی (هیدرومتری) استفاده می شود.