بافت خاک، وسیله‌ای برای طبقه‌بندی است که هم در صحرا و هم در آزمایشگاه قابل انجام است. در این روش خاک‌ها بر اساس خصوصیات فیزیکی دسته‌بندی می‌شوند. طبقه‌بندی خاک‌ها از نظر بافت و دانه‌بندی دارای کاربردهای زیادی در عمران، مکانیک خاک، زمین شناسی و کشاورزی است. از این رو شناخت و تعیین نوع خاک همواره برای مهندسین حائز اهمیت بسیار است.
فهرست محتوا
انواع خاک از نظر بافت (اندازه دانه‌ها)
اصولاً خاک به ذرات با قطر کوچکتر از دو میلیمتر اطلاق می‌شود. ذرات بزرگتر از این اندازه شن نامیده می‌شوند. ذرات کوچکتر از دو میلیمتر نیز خود به سه دسته‌ی کلی ماسه، لای و رس تقسیم می‌شوند. هر نمونه خاک دارای نسبت‌های مختلفی از این سه رده است.
ماسه (sand)
ماسه پرکاربردترین ماده در میان مصالح ساختمانی است. این ماده‌ی رسوبی از ذرات ریز سنگ و کانی‌هایی مانند سیلیسیوم دی اکسید تشکیل شده است. ماسه از نظر اندازه بزرگترین جزء خاک است، که هر ذره‌ی آن با چشم غیر مسلح نیز قابل مشاهده است. اندازه‌ی ذرات ماسه بین ۰/۰۶۲۵ تا ۲ میلیمتر است و به طور کلی آبگذری بالایی دارد.
لای (silt)
سیلت یا لای به ذرات حد واسط بین ماسه و رس گفته می‌شود. ذرات لای دارای قطر ۰/۰۰۲ تا ۰/۰۶۲۵ میلیمتر هستند. لای در حالت مرطوب خاصیت پلاستسیته و چسبندگی متوسطی دارد. لمس خاک سیلتیِ خشک شبیه آرد است و در حالت خیس لغزنده است. همچنین دانه‌های سیلت را می‌توان با ذره بین یا لوپ زمین شناسی مشاهده کرد.
رس (clay)
رس به کوچکترین جزء خاک با قطر کوچکتر از ۰/۰۰۲ میلیمتر گفته می‌شود که از تجزیه‌ی شیمیایی سنگ‌ها حاصل می‌شود. ذرات رس بسیار ریز هستند؛ بنابراین مشاهده‌ی آن‌ها تنها با میکروسکوپ امکانپذیر خواهد بود. رس‌ها چه در حالت مرطوب و چه خشک، چسبندگی بالایی دارند و به راحتی به هم می‌چسبند. این نوع خاک به خاطر ریز بودن دانه‌ها، منافذ بسیار کوچکی دارد و در نتیجه زهکشی بسیار پایینی دارد. به همین خاطر از رس در ساخت هسته‌ی سدهای خاکی استفاده می‌شود. از دیگر ویژگی‌های رس انبساط آن در تماس با آب و انقباض آن در حالت خشک است.
آزمون‌های صحرایی برای شناسایی خاک‌ها
روش‌های ساده‌ی متنوعی برای شناسایی فوری خاک‌ها ابداع شده است. البته در بسیاری موارد یک آزمون منفرد قادر نیست پاسخ صحیحی دهد، لذا مجبوریم برای آگاهی از مشخصات واقعی خاک آزمون‌های متعددی انجام دهیم. باید توجه داشت که معمولاً خاک‌هایی وجود دارد که مشخصات آن‌ها حالتی بین دو نوع خاک مختلف است. در چنین شرایطی، خاک نام گروه دانه درشت‌تر را به خود می‌گیرد.
خاک‌های دانه درشت معمولاً با چشم غیرمسلح قابل تشخیص هستند؛ زیرا حداقل اندازه ماسه، یعنی ۰/۰۶۲۵ میلیمتر، حد تشخیص و تفکیک یک چشم معمولی است. ذرات ریزتر را مستقیماً نمی‌توان با چشم تشخیص داد. خوشبختانه شناسایی این ذرات توسط آزمون‌های ساده‌ای امکان پذیر است. در ادامه به بررسی هر کدام از روش‌های صحرایی برای شناسایی دانه‌بندی خاک‌ها خواهیم پرداخت.
بررسی چشمی
خاک‌های دانه درشت را می‌توان در حالت خشک و مرطوب مورد بررسی قرار داد و نکاتی مثل اندازه، شکل دانه و یکواختی دانه‌بندی را در آن‌ها تشخیص داد. استفاده از یک ذره‌بین با بزرگنمایی ۱۰× می‌تواند این شناسایی را ساده‌تر کند. علاوه بر این، تشخیص کانی‌های موجود در خاک و شکل دانه‌ها نیز با استفاده از ذره‌بین امکانپذیر خواهد بود.
لمس یا سایش خاک
ماسه‌های دانه‌ریز یا مقادیر کم ماسه را اغلب می‌توان توسط لمس بین انگشتان احساس نمود. این دانه‌ها وقتی روی سطحی کشیده شوند آن را خط می‌اندازند و می‌سایند. به این منظور تکه‌ای از خاک مرطوب را در کف یک دست قرار داده و با شست دیگر خاک را در کف دست با فشار می‌مالیم. اگر در خاک ذرات ماسه وجود داشته باشد با ساییده شدن در کف دست مشخص خواهد شد.
آزمون خاک با چشیدن
در صورتی که مقدار کمی از خاک موردنظر را در زیر دندان‌های جلو بساییم ذرات لای در زیر دندان حس می‌شوند، ولی رس حالتی نرم دارد. نظر به اینکه این آزمون با مقدار کمی خاک انجام می‌شود، لذا انجام آن برای یکبار کافی نیست. این آزمایش را باید سه بار و با استفاده از سه نمونه خاک انجام داد تا اگر مقدار کمی لای در یک نمونه از خاک رس لای‌دار وجود داشته باشد نیز تشخیص داده شود.
آزمون حفر چاله
یک روش بسیار ساده و کاربردی در تشخیص بافت و نوع دانه بندی خاک‌ها در صحرا حفر چاله است. برای انجام این کار، یک چاله‌ی کوچک با عمق تقریبی ۱۵ سانتی متر و قطر ۱۵ سانتی متر حفر کنید. هنگام خارج کردن خاک از چاله، به مواد تشکیل دهنده‌ی خاک دقت کنید. میزان رطوبت خاک و اندازه و نوع دانه‌های تشکیل دهنده آن (رس، ماسه، شن و یا مواد آلی) با این روش تا حدودی مشخص خواهد شد.
بیشتر بخوانید:
سپس چاله را با آب پر کنید و سرعت نفوذ آب در زمین را بررسی کنید. چنانچه سرعت نفوذ آب در زمین به قدری زیاد بود که به شما اجازه‌ی پر کردن کامل آن را نداد، خاک ماسه‌ای است. اگر چاله تا دقایق زیاد یا حتی بیش از یک ساعت دارای آب بود، خاک زهکشی ضعیفی دارد و عمدتاً از رس تشکیل شده است. این آزمایش را در نقاط مختلفی تکرار کنید تا میزان یکنواختی خاک منطقه تعیین گردد.
آزمایش فتیله کردن خاک
از این آزمون می‌توان برای تشخیص لای از رس استفاده کرد. به این منظور نمونه خاک مرطوب را بر روی یک سطح صاف می‌غلطانیم و به صورت فتیله درمی‌آوریم. در صورتی که خاک لای داشته باشد وقتی با دست یک طرف رشته خاک را بلند کنیم پاره خواهد شد. در صورتی که نمونه رس باشد در زمان کشیدن مقداری مقاومت کششی از خود نشان خواهد داد. میزان این مقاومت معیاری از درجه خمیری بودن رس است.
پس از انجام این آزمایش صحرایی، اطلاعات اضافی را با تکرار عمل فتیله کردن نمونه و گلوله کردن آن به دست می‌آوریم. بر اثر این عمل رطوبت خاک به تدریج کم می‌شود، تا اینکه با از دست دادن حالت خمیری، خرد شود. یک فتیله یا گلوله‌ی سفت نشانه‌ی خمیرسانی بالای نمونه است. همچنین ایجاد یک فتیله ضعیف و از دست رفتن سریع چسبندگی آن، نشانه‌ی خمیرسانی کم نمونه است. فتیله‌ی خاک‌های به شدت آلی مقاومت بسیار کمی دارند و گلوله‌ی آن‌ها حالت اسفنجی دارد.
آزمایش خرد کردن خاک
نحوه‌ی خرد شدن نشانه‌ای از مشخصات خاک در حالت خشک است. به این منظور تکه‌ای از خاک مورد نظر (ترجیحاً نمونه‌ی دست نخورده) را در مجاورت هوا قرار می‌دهیم تا خشک شود. حال نمونه را با خرد کردن بین انگشتان می‌آزماییم. با توجه به اینکه مقاومت خشک با افزایش درجه‌ی خمیری افزایش می‌یابد، لای با فشار کم تا متوسط خرد و پودر می‌شود. در مقابل، رس‌ها با خمیرسانی کم (رس‌های لاغر) با فشار متوسط تا زیاد خرد می‌شوند.
رس‌های با خمیرسانی زیاد (رس‌های چاق) نیاز به فشار زیادی دارند؛ تا حدی که ممکن است نتوانیم آن‌ها را بین انگشتان خرد کنیم. ماسه‌های دانه‌ریز لای‌دار و لای‌ها دارای مقاومت خشک مشابهی با رس چاق هستند. با این حال نمونه‌ی خشک آن‌ها را می‌توان با لمس کردن از یکدیگر تشخیص داد. به این نحو که ماسه‌های دانه‌ریز حالت زبری دارند، درصورتی که یک لای واقعی از لمس نرمی (مشابه آرد) برخوردار است.
آزمایش غبار رویی
در این آزمون ورقه نازکی از خاک مرطوب را روی قسمت برجسته کف دست می‌مالیم و میگذاریم تا خشک شود. حال سعی می‌کنیم تا با دست دیگر خاک خشک شده را پاک کنیم. در صورتی که خاک عمدتاً از لای باشد، ذرات آن به صورت غبار جدا شده و دست کاملاً تمیز می‌شود. ولی اگر خاک عمدتاً رسی باشد، به راحتی پاک نشده و به صورت پوسته‌های نازک، و نه غبار، از دست جدا می‌شود.
آزمون لرزاندن خاک
با این آزمایش به سرعت می‌توان در عملیات صحرایی رس و انواع لای را از یکدیگر تشخیص داد. به این منظور مقداری خاک را با آب مخلوط می‌کنیم تا کاملاً از آب اشباع شود. سپس آن را در کف دست قرار می‌دهیم و با لبه دست دیگر به لبه دست اول ضربه می‌زنیم، یا اینکه دست را می‌لرزانیم و به ظهور آب در سطح نمونه توجه می‌کنیم. لای به سرعت حالتی درخشان به خود می‌گیرد ولی هیچ تغییری در ظاهر رس ایجاد نمی‌شود. حال خاک مرطوب را زیر انگشتان می‌فشاریم. اگر خاک مقاومتش به مقدار قابل توجهی افزایش یافت و ظاهر درخشانش را از دست داد، ذرات آن در حد لای است.
آزمایش ته‌نشست خاک
در خاک‌هایی که لای، رس و حتی ماسه‌های بسیار ریز، به مقدار مساوی وجود داشته باشد، آزمون ته‌نشست بهترین روش شناسایی خاک است. به این منظور نمونه پودر شده کوچکی از خاک را در آب مقطر ریخته و تکان می‌دهیم (برای جلوگیری از به هم چسبیدن و فلوکوله شدن ذرات، ماده پراکنده ساز را پیش از انجام آزمایش به آب اضافه می‌کنیم). عمل تکان دادن را در لوله‌ای به ارتفاع ۱۰ سانتی متر و به مدت ۱ دقیقه ادامه می‌دهیم. بعد لوله را در محل ثابتی قرار داده و اجازه می‌دهیم تا ذرات معلق در آن ته نشین شوند.
تمام ذرات در حد ماسه در کمتر از ۳۰ ثانیه ته‌نشین می‌شوند. پس از ۲۰ الی ۲۵ دقیقه تمام ذرات در حد لای ته نشین می‌شوند. و بالاخره پس از حدود ۲ ساعت، ذرات ریز و کلوئیدی رس نیز ته نشین می‌شوند.
پس از پایان آزمایش، لایه‌هایی از ماسه، لای و رس در ته لوله تشکیل خواهد شد. مقدار این مواد را می‌توان از روی نسبت قطر این سه لایه تخمین زد. البته باید توجه داشت که چون لای متراکم نشده و تقریباً به صورت مایع است، باید پس از اندازه‌گیری ضخامت لایه‌ها، ضخامت لایه‌‌ی لای را بر عدد ۲ تقسیم کنیم.
منابع:
- کتاب زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیک – نوشته‌ی دکتر حسین معماریان
- coronatools
- grow observatory
- theconstructor
بسیار جالب و آموزنده با تشکر