خصوصیات شیمیایی خاکها که به ترکیب کانی شناسی آنها مربوط می‌شود، همانند ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی برای کارهای مهندسی اهمیت ویژه‌ای دارد. چنانکه می‌دانید، خاکها حاصل هوازدگی سنگ‌ها هستند. سنگ‌ها نیز متشکل از کانی‌های متفاوت می‌باشند، بنابراین به طور طبیعی قادر هستند که بر اساس نوع کانی‌های تشکیل دهنده در پایان فرایند هوازدگی خاکهای با خصوصیات شیمیایی متفاوت تولید کنند.
به این ترتیب، از سنگ‌های کربناته مانند سنگ‌های آهکی و دولومیتی خاکهای کربناته، از سنگ‌های سولفاته مانند گچ خاکهای سولفاته، از سنگ‌های حاوی سیلیکات مانند گرانیت خاکهای سیلیکاته و از سنگ‌های کلروره مانند نمک خاکهای کلروره تولید می‌شود.
خاکهای یاد شده با توجه به ترکیب شیمیایی متفاوت ویژگی‌های شیمیایی مختلف دارند که در مطالعات زمین شناسی و مهندسی مورد توجه قرار می‌گیرند. برای مثال خاکهای حاوی املاح سولفات و کلرور می‌توانند خاکهای خورنده را به وجود آورند. خاکهای دارای کانی‌های سیلیکاته مانند رس‌ها انواع خاک های مسئله دار را تولید می‌کنند. در این مطلب، با توجه به نقش کانی شناسی در تولید خاک و نظر به اینکه تفاوت در خصوصیات شیمیایی خاک منجر به تولید خاکهای مسئله دار می‌شود، به معرفی مختصر این خاکها می‌پردازیم.
۱- خاکهای خورنده
خورندگی خاک فرآیندی است که طی آن خاک روی فلزات درون خود اثر گذاشته، آنها را فرسوده می‌کند و موجب کم شدن ضخامت و درنتیجه کاهش مقاومت فلز می‌شود. در لوله‌های فلزی، با کم شدن ضخامت، نهایتاً لوله سوراخ شده و باعث خروج مایع درون آن (آب، نفت و …) می‌شود و زیان‌های فراوانی را به بار می‌آورد.
خاکهای خورنده قلیایی هستند، یعنی میزان اسیدیته (PH) آنها بالا است. در این نوع خاکها، میزان املاح سولفات و کلرور بالا میباشد. بالا رفتن املاح در خاک می‌تواند به دو صورت انجام شده باشد. گسترش سنگ‌های گچ و نمک در منطقه ممکن است با توجه به موضوع هوازدگی سنگ و مسئله تخریب و فرسایش به تشکیل خاک خورنده منجر شود. بالا بودن سطح آب‌های زیرزمینی و فزونی میزان تبخیر می‌تواند موجب افزایش املاح شود و حاک خورنده تولید نماید.
بیشتر بخوانید:
پراکندگی این خاکها در ایران به طور عمده در استان‌های ساحلی میباشد. در استان های خوزستان و هرمزگان با توجه به گسترش سنگ‌های تبخیری و بالا بودن سطح آب‌های زیرزمینی، در بسیاری از نقاط خاکهای خورنده مسئله ساز بوده و قراردادن لوله‌های نفت و گاز بر روی پایه‌های کوتاه در مناطق نفتی به منظور ممانعت از تماس با زمین و جلوگیری از خورندگی لوله‌ها انجام می‌شود.
در مطالعات زمین شناسی مهندسی، در مسیرهای خطوط انتقال آب، نفت و گاز بررسی‌های لازم برای ارزیابی میزان خورندگی ضروری میباشد. در این ارتباط با انجام مطالعات ژئوفیزیکی (روش ژئوالکتریک) نسبت به تعیین مناطق با خورندگی متفاوت اقدام می‌شود و بعد از اتمام بررسی‌ها با روش‌های مناسب لوله‌ها را محافظت می‌کنند. شاخص تعیین میزان خورندگی خاک مقاومت ظاهری زمین میباشد. این شاخص به روش ژئوالکتریک و با استفاده از روش چهارقطبی ونر (Wenner) به دست می‌آید. فواصل انجام هر آزمایش (سونداژ) بین ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ متر است و چنانچه خورندگی خاک زیاد باشد، فواصل ۵۰۰ متر در نظر گرفته می‌شود. از مسیر در نظر گرفته شده برای مطالعه‌ی خورندگی خاک به دلیل شرایط توپوگرافی و یا سایر محدودیت‌های بوجود آمده، می‌توان تا حدود ۱۰% دور شد. عمق آزمایش نیز ۱٫۵ برابر قطر لوله در نظر گرفته می‌شود. برای نمونه، چنانچه لوله‌های انتقال آب ۲ متر قطر داشته باشند عمق آزمایش ۳ متر منظور می‌گردد. بنابر نظر مهندس طراح، آزمایش‌ها در سه عمق انجام می‌شود که این اعماق می‌تواند به ترتیب ۱، ۲ و ۳ متر باشد.
هر قدر مقاومت الکتریکی ظاهری زمین کمتر باشد، خاک خورندگی بیشتری خواهد داشت. بنابراین، قابلیت هدایت الکتریکی خاک بیشتر خواهد بود و در اصطلاح خاک هادی‌تر میباشد. پس از انجام آزمایش‌ها (سونداژها) مقطع طولی تغییرات مقاومت الکتریکی خاک بر حسب فاصله برای هر عمق ترسیم می‌گردد و اطلاعات حاصله تجزیه و تحلیل می‌شود. نقاطی را که دارای خورندگی زیاد هستند، نقاط داغ (Hot Spot) می‌گویند. پس از انجام مطالعات همانطور که ذکر شد، نسبت به حفاظت لوله‌ها در مقابل خورندگی اقدام می‌شود.
۲- خاکهای انحلال پذیر
خاکهای انحلال پذیر از کانی‌های قابل حل تشکیل شده‌اند. بنابراین، توجه خصوصیات شیمیایی این خاکها در پروژه‌های عمرانی بسیار اهمیت دارد. این خاکها به سه دسته‌ی کربناته، سولفاته و کلروره تقسیم‌بندی می‌شوند. ویژگی مشترک آنها داشتن قابلیت انحلال است که به میزان متفاوتی در هر سه دسته وجود دارد. قابلیت انحلال خاکهای کلروره بیشتر از خاکهای سولفاته است. خاکهای کربناته نسبت به دو نوع یاد شده انحلال‌پذیری کمتری دارند.
خاکهای کلروره که حاوی درصد قابل توجهی از نمک‌های سدیم (کانی هالیت) و نمک‌های پتاسیم (کانی سیلویت یا سیلوین) می‌باشند، در تماس با آب حل شده، منافذ موجود در خاک را افزایش می‌دهند و نشست خاک را موجب می‌شوند. میزان نشست خاک با توجه به درصد نمک‌های یاد شده و میزان بار وارده متفاوت میباشد.
خاکهای سولفاته حاوی درصد قابل توجهی از سولفات کلسیم آبدار (کانی ژیپس) و سولفات کلسیم (کانی انیدریت) می‌باشند؛ کانی‌های یاد شده در تماس با آب حل شده و ضمن ایجاد حفرات، مانند خاکهای کلروره نشست خاک را موجب می‌شوند.
خاکهای کربناته حاوی درصد قابل توجهی از کربنات کلسیم (کانی کلسیت) و کربنات مضاعف کلسیم- منیزیم (کانی دولومیت) هستند. بسته به میزان کربنات کلسیم موجود، قابلیت انحلال این خاکها متفاوت است. در صورت بالا بودن درصد کربنات کلسیم، انحلال پذیری بیشتری در این نوع خاک مشاهده می‌شود که مسائلی مشابه خاکهای کلروره و سولفاته در پروژه‌های عمرانی به وجود خواهد آورد.
در تهیه منابع قرضه (خاک و سنگ) برای پروژه‌های مختلف مانند احداث سدهای خاکی باید توجه داشت که خاکهای ریز دانه مورد استفاده در ساخت هسته سد خاکی انحلال پذیر نباشند، زیرا با آبگیری دریاچه سد و نشت آب به درون بدنه سد خاکی انحلال کانی‌های قابل حل به نشست بدنه سازه آبی منجر می‌گردد.
۳- خاکهای متورم شونده
خاکهای متورم شونده خاک‌هایی هستند که به سبب جذب آب افزایش حجم پیدا می‌کنند و متورم می‌شوند. فشارهای ناشی از تورم خاک موجب خرابی ساختمان، تخریب پوشش کانال‌های آبرسانی و نیز ناپایداری شیب‌های خاکی می‌گردد. تورم خاک ناشی از خصوصیت شیمیایی و ترکیب کانی شناسی آن است. وجود نوعی کانی رسی در این خاک که مونت موریلونیت یا اسمکتیت (Smectite) نامیده می‌شود، موجب تورم خاک می‌گردد. این کانی به علت داشتن قابلیت فراوان جذب آب در فضای بین شبکه‌ای خود، قدرت تورم زایی زیادی دارد. در صورت وجود چنین خاک‌هایی در پی ساختمان باید با به‌کارگیری روش‌های مناسب مانند زهکشی، این نوع خاکها را از تغییرات فصلی سطح آب‌های زیرزمینی دور نگه داشت.
بین قابلیت تورم خاکهای متورم شونده و شاخص خمیری رابطه‌ای برقرار است که به کمک آن می‌توان پس از بررسی‌های صحرایی و دیدن شواهدی مبنی بر تورم زایی خاک با انجام آزمایش و تعیین حدود خمیری (حدود آتربرگ) شاخص خمیری را معین و میزان تورم خاک را مشخص کرد. چنانچه شاخص خمیری خاک کمتر از ۱۸% باشد قابلیت تورم خاک پایین است و اگر شاخص یاد شده بیشتر از ۳۵ درصد باشد، تورم زایی خاک خیلی زیاد است.
۴- خاکهای رمبنده
خاکهای رمبنده همان خاکهای لسی هستند که در طبیعت به رنگ قهوه‌ای دیده می‌شوند و اندازه‌ی ذراتشان در حد سیلت است. این خاکها عموماً جورشدگی خوبی دارند و دارای سیمان کربناته هستند؛ همچنین به علت داشتن ذرات رس به هم میچسبند و ساختمان متخلخلی را به وجود می‌آورند. از نظر ترکیب کانی شناسی، بین ۵۰ تا ۷۰ درصد کوارتز، بین ۱۰ تا ۲۵ درصد فلدسپات و بین ۱۰ تا ۳۰ درصد کربنات دارند. زمانی که خشک هستند، در شیب های زیاد نیز پایداری خود را حفظ می‌کنند ولی تحت تنش ثابت در اثر افزایش رطوبت کاهش حجم شدید پیدا می‌کنند و فرو می‌ریزند. این افزایش رطوبت ممکن است در اثر بارندگی و یا به علت بالا آمدن سطح آب‌های زیرزمینی در محل صورت گیرد. چنین خاک‌هایی برای ساختمان‌های سنگین پی‌های مناسبی نیستند و قبل از ایجاد هر نوع سازه‌ای بر روی این نوع خاک بایستی تحکیم خاک در محل انجام شود. رمبندگی خاکهای مذکور ناشی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن‌هاست. خاکهای رمبنده متخلخل و حاوی کربنات هستند. در تماس با آب با داشتن تخلخل افزایش رطوبت پیدا می‌کنند؛ به دلیل شسته شدن سیمان کربناته ساختمانشان به هم ریخته و حجمشان کاهش می‌یابد و دچار ریزش می‌شوند.
۵- خاکهای واگرا
خاکهای ریزدانه خاصی در طبیعت وجود دارد که در صورت تماس با آب به سرعت شسته شده و فرسایش پیدا می‌کنند. این نوع خاکها که به علت ترکیب کانی شناسی خاص خود دارای درصد بالایی از املاح سدیم هستند و PH حدود ۸٫۵ دارند، به خاکهای واگرا معروف هستند. در این خاکها میزان رطوبت حد انقباض خیلی کمتر از رطوبت اشباع میباشد. در نتیجه کاهش رطوبت به کاهش حجم و ایجاد ترک های زیاد در سطح خاک منجر می‌گردد. شسته شدن خاکهای واگرا با جریان یافتن آب از درزه و ترک‌های خاک آغاز می‌گردد. آب جاری در رس‌های واگرا تدریجاً گل آلود می‌گردد و بر سرعت فرسایش خاک نیز افزوده می‌شود. استفاده از این نوع خاکها در ساختمان سدهای خاکی منجر به بروز شکستگی و تخریب سد می‌گردد. وجود این نوع خاکها در مسیرهای کانال آب موجب نشست و تخریب کف و دیواره‌ی کانال خواهد شد. برای نمونه، به دلیل عدم مطالعات زمین شناسی در مسیر کانال پای پل در استان خوزستان که به طول ۵۵ کیلومتر آب را از سد کرخه به دشت عباس انتقال می‌دهد، نشست دیواره‌ها و کف کانال به علت وجود خاک واگرا اتفاق افتاد. بنابراین هنگام اجرای پروژه‌های عمرانی مانند ساختن سازه‌های آبی چنانچه ناچار به استفاده از این نوع خاک باشیم، باید برای اصلاح خاک اقدامات جدی انجام شود. بدیهی است در صورت عدم اصلاح خاک، تعویض آن اجتناب ناپذیر خواهد بود.
۶- خاکهای دست ریز
به نوع دست خورده‌ی خاکها، خاک دست ریز اطلاق می‌شود. این نوع خاکها به دو صورت اصلاح شده و اصلاح نشده می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. خاکهای دست ریز اصلاح شده یا کنترل شده معمولاً در زیرسازی جاده‌ها و باند فرودگاه‌ها و یا در سایر عملیات ساختمانی مانند ساختن سدهای خاکی بکار گرفته می‌شوند ولی خاکهای دست ریز اصلاح نشده معمولاً از خاکهای اضافی حاصل از تخریب ساختمان‌های قدیمی و یا خاک حاصل از گودبرداری تشکیل شده و در بیشتر موارد با زباله و مواد زائد همراه هستند.
چنین خاک‌هایی به علت نامشخص بودن خصوصیات فنی برای انجام عملیات ساختمانی مناسب نیستند و باید از ایجاد سازه بر روی آنها خودداری شود. چنین خاک‌هایی را افراد سودجو به منظور تسطیح سازی زمین مورد استفاده قرار می‌دهند. مشخصات کلی خاکهای دست ریز اصلاح نشده یکی سست بودن و ریزشی بودن آنها هنگام حفاری و دیگری داشتن مواد زائد و غیرطبیعی است. تشخیص این خاکها در برآورد اولیه اغلب مشکل میباشد. زیرا ممکن است با قشر نازکی از خاک اصلاح شده پوشیده شده باشند؛ که در این صورت لازم است مهندسان قبل از ایجاد ساختمان دقت کافی را داشته باشند. بقایای ساختمان‌های قدیمی که در اثر عواملی مانند زلزله یا سیل تخریب شده‌اند جزو خاکهای دست ریز اصلاح نشده محسوب می‌شوند.
منبع: کتاب زمین شناسی مهندسی، تألیف دکتر محمدحسین قبادی
