شناسايي و طبقه‌بندي خاك

۴-۱٫ مقدمه
قبلاً توضيح داده شده است كه يك خاك را توسط اجزاي مشخصي نظير شن، ماسه، لاي و رس تعيين مي‌كرديم. كه اين اصل بر ميانگين اندازه دانه‌ها يا ذرات استوار است.
اكثر خاكهاي طبيعي از مخلوط شدن ۲ يا چند نوع از آنها ايجاد مي‌شوند، كه امكان وجود تركيبات آلي نيز در آنها است.
ذره كوچكتر يك مخلوط خاكي در تعيين خصوصيات خاك نسبت به ذرات بزرگتر برتري دارد به عنوان مثال: ماسه‌هاي روان، ماسه‌هاي رسي و غيره.
به خاكي كه در حد مقدار مواد ماسه، لاي و رس آنها تقريباً برابر باشد لوام (خاك گلداني) گفته مي‌شود.
تفاوت بين خاكي كه از دانه‌هاي درشت و زبر تشكيل شده و خاكي كه از دانه‌هاي ريز تشكيل شده در فصلهاي ۳ و ۱ مطرح شده است.
در اين فصل روشهاي مشخص براي شناسايي طبيعت انواع خاك، به خوبي روشهاي معمول براي دسته‌بندي خاكها همراه با مطالب كمكي مرتبط با موضوع بحث با برخي جزئيات مطرح خواهد شد.

۲-۴٫ شناسايي خاكها
نحوه تشخيص دانه‌درشت يا دانه‌ريز بودن خاكها به اين نحوه است كه آيا مي‌توان تك‌تك ذرات خاك را با چشم غيرمسلح ديد يا نه.
بنابراين اندازه ذرات به خودي خود براي تشخيص ميان شن و ماسه كافي به نظر مي رسد. اما تشخيص ميان لاي و رس با اين روش عملي نيست.
شناسايي خاكها مي‌تواند آسانتر شود اگر شخص بتواند شن را از ماسه و ماسه را از لاي و لاي را از رس تشخيص دهد. در ادامه روشهاي تشخيص آنها خلاصه‌وار آمده است.

نحوه تشخيص شن از ماسه
اگر اندازه خاك بين mm75/4 تا mm80 باشد، شن ناميده مي‌شود و اگر اندازه ذرات خاك بين mm075/0تا mm75/4 باشد، ماسه ناميده مي‌شود. (رجوع به: ۱۹۷۰-۱۴۹۸ دسته‌بندي و شناسايي خاكها براي {مقاصد} مهندسي عمومي).
اين محدوديت اگرچه در طبيعت اختياري هستند ولي پذيرفته شده‌اند. همچنين شكل ذرات نيز داراي اهميت است و ممكن است با اسامي angular، sub-angular، rounded‌ توصيف شوند. شناسايي شن از ماسه در صورت امكان بهتر است شامل بخش شناسايي تركيب كاني‌ها نيز باشد.

نحوه تشخيص ماسه از لاي
ذرات ريز ماسه را نمي‌توان با آزمايش‌هاي ساده از لاي تشخيص داد. لاي ممكن است كمي تيره به نظر آيد.
به هر حال تفاوت آن دو را با تست پراكندگي (dispersion)* مي‌توان فهميد. نحوه تست اينگونه است كه يك قاشق پر از نمونه را در يك ظرف شيشه‌اي از آب مي‌ريزيم اگر ماده ماسه باشد در يك يا دو دقيقه رسوب مي‌كند ولي اگر لاي باشد بين ۱۵ دقيقه تا يك ساعت طول مي‌كشد تا ته‌نشين شود. سرانجام در هر دوي اين موارد چيزي در آب به صورت معلق باقي نمي‌ماند و همه ذرات رسوب مي‌كنند.

نحوه تشخيص لاي از رس
آزمايشهاي ميكروسكوپي ذرات فقط در لابراتورها امكان‌پذير است. تعدادي تست ساده براي مواقعي كه دسترسي به لابراتورها وجود ندارد طراحي شده است.
۱٫ آزمون لرزش
مقداري از ماده را روي دستمال ريخته و آن را تكان مي‌دهيم (مي‌لرزانيم) اگر ماده لاي باشد آب روي سطح آن قرار مي‌گيرد و سطح آن روشن و شفاف مي‌شود اگر ماده خمير مانند شد رطوبت آن دوباره وارد خاك شده و روشنايي سطح آن از بين خواهد رفت.
اگر ماده رس باشد آب نمي‌تواند به راحتي حركت كند و به همين دليل تيره و كدر به نظر مي‌رسد.
اگر ماده مخلوطي از لاي و رس باشد سرعت نسبي پايدار ماندن روشنايي سطح مي‌تواند مقدار لاي موجود در آن را به صورت تقريبي نشان دهد. اين آزمون همچنين با نام dilatancy‌ نيز معروف است.

۲٫ آزمون مقاومت
يك كلوخ (briquette) كوچك از ماده را آماده و خشك مي‌كنيم سپس سعي مي كنيم كه آن را بشكنيم، اگر به آساني شكسته شد، ماده لاي است. اگر ماده رس باشد براي شكسته شدن نيروي بيشتري را مي‌طلبد. همچنين اگر ماده لاي باشد مي‌توان در سطح كلوخ ذرات جدا شده ماده را پاك كرد. وقتي خاك مرطوب بين انگشتان فشرده شود رس سطح صابوني مانندي را پديد مي‌آورد و ليس است به آرامي خشك مي‌شود و ذرات سطح آن به آساني جدا نمي‌شوند.

۳٫ آزمون لوله
تلاش مي‌كنيم از خاك مرطوب شده رشته‌اي به قطر حدود mm3 بسازيم. اگر ماده لاي باشد اين كار امكان‌پذير نيست و از هم مي‌پاشد. اگر ماده رسي باشد چنين رشته‌اي را مي‌توان حتي با طول حدود cm30 نيز درست كرد. و حتي مي‌توانيم آن را از يك طرف گرفته و بلند كنيم (وزنش را تحمل مي‌كند) نام ديگر اين آزمون Toughness‌ است.

۴٫ آزمون پراكندگي
يك قاشق پر از خاك را در يك ظرف شيشه‌اي پر از آب مي‌ريزيم. اگر نمونه لاي باشد ذرات در مدت ۱۵ دقيقه تا ۱ ساعت ته‌نشين مي‌شود. اگر نمونه رسي باشد سوسپانسيوني ايجاد مي‌شود كه پايداري آن ساعتها و حتي روزها طول مي‌كشد و Provided Flocculadion اتفاق نمي‌افتد.
چند نمونه آزمون متنوعي در ادامه معرفي شده است.

خاكهاي محتوي مواد آلي و رنگ آنها
خاكهاي محتوي مواد آلي كه مرطوب و تازه باشند معمولاً داراي بوي خاصي هستند كه نشانه تجزيه مواد آلي است. و به آساني با گرما دادن قابل تشخيص است. روش ديگري براي شناسايي اين خاكها تيرگي آنها است.

آزمون اسيدي
در اين تست از هيدروكلريك اسيد استفاده مي‌كنند و يك بررسي مقدماتي براي وجود كلسيوم كربنات است براي خاكهايي كه ميزان استحكام و خشكي بالايي دارند، يك واكنش قوي مي‌تواند ميزان كلسيم كربنات را بهتر مشخص كند (نسبت كلوييد رس)

آزمون نور
زماني كه يك كلوخ خشك يا نمناك به وسيله چاقو بريده شود اگر سطح آن درخشنده شود نوع آن خاك رسي انعطاف‌پذير خواهد بود ولي اگر سطح آن مات باشد يا رس انعطاف‌ناپذير است يا لاي. شناختن خاكها نياز به تجربه قابل ملاحظه‌اي دارد داشتن اطلاعات و آگاهي درباره زمين‌شناسي منطقه در اين مرحله مي‌تواند بسيار گرانبها باشد.
روشهاي شناسايي كه در بالا ارائه شد ممكن است در دسته‌بندي مقدماتي خاكها به كار آيد در بخشهاي بعدي بررسي خواهد شد.

۳-۴٫ طبقه‌بندي خاك (The Need)
رسوبات طبيعي خاك هرگز از نظر مشخصات اختصاصي همجنس و متشابه نيستند. اختلافات متنوعي در مشخصات و چگونگي رفتار آنها مشاهده شده است. رسوبات كه مشخصات تقريباً متشابهي دارند عموماً ممكن است در يك گروه دسته‌بندي شوند.
دسته‌بندي خاكها يك نياز است زيرا از طريق آن مي‌توان درباره مشخصات متوسط يك گروه خاك يا يك نوع خاك نظريه‌هايي را به صورت تقريبي ارائه داد. كه در جريان پروژه‌هاي مهندسي خاك باعث سهولت كارها مي‌شوند.

از ديدگاه مهندسي دسته‌بندي خاكها مي‌تواند بر اساس تناسب آنها براي استفاده به عنوان ماده‌اي براي پي‌ريزي و يا به عنوان ماده‌اي براي ساخت و ساز صورت گيرد. تفاوتهايي ميان نظرات مهندسين در مورد اهميت دسته‌بندي خاكها و نتايج كلي مشخصات گروه‌ها وجود دارد اين تفاوتها به دليل ديدگاه‌هاي متفاوت است و نيز در اصل ناشي از مشكلات گروه‌بندي خاكها از ديد و نظر شاخه‌هاي متنوع و مهندسي خاك است بنابراين اجتناب‌ناپذير است كه در هر نوع گروه‌بندي ممكن است مواردي به دليل قرار گرفتن در مرزهاي طبقه‌بندي در بيش از يك گروه قرار گيرند.

به طور مشابه، در يك طبقه‌بندي ديگر از خاكها، يك نوع خاك مي‌تواند در گروه كاملاً متفاوتي قرار گيرد. بر اين اساس دسته‌بندي صرفاً بايد به عنوان يك راهنماي مقدماتي براي چگونگي رفتار با خاك (كه نمي‌تواند تنها از دسته‌بندي خاكها به طور كامل پيش‌بيني شود) ايجاد شود.
آزمايشهاي مهندسي خاكم مشخص و مهم ضرورتاً بايد در ارتباط با استفاده خاك در هر نوع پروژه مهم رهبري شوند. زير ا خصوصيات متفاوت خاك نسبت به موقعيتهاي مختلف باعث ر فتارهاي متنوعي مي‌شود درك رفتار و واكنش خاك مي‌تواند امر بسيار مهمي‌باشد.

۴-۴٫ دسته‌بندي مهندسي خاكها ـ كيفيت مطلوب
خواسته‌هاي عمومي يك سيستم ايده‌آل و مؤثر براي گروه‌بندي به ترتيب زير است:
الف) سيستم بايد عملي باشد.
ب) بايد ساده باشد و عامل دروني (ذهني) در درجه‌بندي خاك بايد حذف شود.
ج) خصوصيات لحاظ شده بايد براي مهندسي معني‌دار باشد.

د) بايد نمايش دقيقي از پيشامدهاي احتمالي خاك تحت شرايط خاص را نشان دهد.
هـ)بايد بر اساس اصطلاحات عمومي و پذيرفته شده تنظيم شود تا همگان به راحتي آن را بفهمند.
چ) در نحوه دسته‌بندي‌ها بايد آزمايشهاي عملي نيز تعريف شوند (حداقل چند آزمايش ساده مورد نياز است).
و) در طبقه‌بندي خاكها مرزهايي كه در آنها تغييرات مهم و شناخته‌ شده‌اي اتفاق مي‌افتد تا حد امكان بايد دقيق و نزديك به هم طراحي شوند.
ر) در ميان مهندسين بايد پذيرفته شدني باشد.

براي يك سيستم دسته‌بندي خاك موارد بالا بلندپروازانه به نظر مي‌رسد و نمي‌توان تك‌تك آنها را انتظار داشت. زيرا خاك در طبيعت ماده‌اي پيچيده است و قرار دادن آن در يك گروه زياد ساده نيست.
بنابراين يك سيستم دسته‌بندي مهندسي خاك احتمالاً فقط براي آن دسته از پروژه‌هاي مهندسي ژئوتكنيك رضايت‌بخش بوده كه به صورت اميدوار كننده‌اي توسعه پيدا كرده‌اند.

۵-۴٫ سيستم طبقه‌بندي ـ چند مورد عمومي ديگر

تعدادي از سيستم‌هاي طبقه‌بندي خاك براي اهداف مهندسي تكميل شده‌اند. تعداد مشخصي از آنها در ارتباط با تناسبشان در پروژه‌هاي خاص مهندسي خاك به طور مخصوص توسعه پيدا كرده‌اند. (بعضي به صورت مقدماتي در خصوصيات و بعضي نيز به زور كامل‌تر).
تعدادي از دسته‌بندي‌هاي عمومي كه در آينده با جزئيات بيشتري بحث خواهند شد در پائين مرتب شده‌اند.
۱٫ طبقه‌بندي مقدماتي گونه‌هاي خاك و يا دسته‌بندي توصيفي
۲٫ دسته‌بندي زمين‌شناسي و يا دسته‌بندي بر اساس نژاد

۳٫ دسته‌بندي بر اساس تركيب و ساختار خاك
۴٫ دسته‌بندي بر اساس اندازه ذرات خاك (بافت و تركيب).
۵٫ دسته‌بندي بر اساس هم‌شكل بودن
۶٫ سيستم هندسي و استاندارد دسته‌بندي خاك

۱-۵-۴٫ آشنايي با گونه‌هاي مختلف خاك براي درك اساسي رفتار خاكها ضروري است.
در اين قسمت خاكها توصيف مي‌شوند ا اسامي:
Boulders, Gravel, Sand, Silt, clay, Rouck flour, Peat, chinaclay, Fill, Bentonite. Black cotton soil’s, Boulder clay, caliche, Hardpan, Laterife, Loam, Loess, marl, moorum, Topsoil, Varvedelay.

همه اين موارد غير از نه تاي اول در بحث ۱ شرح داده شده‌اند.
تخته سنها، شنها و ماسه‌ها به گروه خاكهاي با ذرات درشت تعلق دارند (با توجه به اندازه ذرات مي‌توان آنها را تشخيص داد) بين ذرات آنها جاذبه يا چسبندگي ديده نمي‌شود و ممكن است خاكهاي اين گروه را بي‌جاذبه يا بدون اثر چسبندگي نيز بنامند. (اندازه ذرات در دستور كاهش قرار دارد).

به خاكهايي لاي گفته مي‌شود كه اندازه ذرات آنها كوچكتر از ماسه باشد. اگر مواد آلي نداشته باشد پودر سنگ ناميده مي‌شود و عمدتاً انعطاف‌پذير نيستند. اگر مرطوب باشد ممكن است كمي اثر انعطاف‌پذيري از خود نشان دهد. و اگر به صورت تخت و پهن باشد ممكن است كمي‌توانايي فشرده شدگي داشته باشد.

لاي‌هاي آلي داراي مقداري از مواد آلي تجزيه نشده هستند. تيره‌رنگ هستند. بوي مخصوص دارند و درجاتي از انعطاف‌پذيري و فشرده شدگي را نيز دارا مي‌باشند.
رس از ذراتي تشكيل شده كه اندازه آنها از mm002/0 كوچكتر هستند. انعطاف‌پذيري و چسبندگي بالايي دارند. بستگي به ميزان انعطافضان ممكن است به نامهاي رس لاغر يا رس چاق نيز خوانده شوند. اينها اساساً محصول ثانوي آب و هوا است. از اثر طولاني و مداوم آب روي مواد معدني سيليكات ايجاد مي‌شود.

سه تا از مواد معدني عبارتند از كائولينيت، ايليت، مريلونيت. ماده آلي موجود در رس پيت نام دارد. تشكيل شده از ماده آلي تركيب شده با كربن با رنگ تيره‌اش تشخيص داده مي‌شود. بوي فاسد شدگي مي‌دهد. Fibrous nature‌ جاذبه ذرات بسيار پائيني دارد. توانايي فشردگي بالايي دارد و بسيار ناياب است.
chinalclag كه kaolin‌ نيز ناميده مي‌شود كاملاً سفيد رنگ است و در صنعت سراميك‌سازي كاربرد دارد.

۲-۵-۴٫ دسته‌بندي زمين‌شناسي و يا دسته‌بندي نژادي
خاكها ممكن است بر اساس نژادشان دسته‌بندي شوند. نژاد يك خاك ممكن است بر اساس مواد تشكيل دهنده آن و يا طبق نظر مسئولين بر اساس وضعيت فصلي آن تعيين شود.
بر اساس مواد تشكيل دهنده، خاكها به دو گروه زير تقسسيم مي‌شوند.
۱٫ خاكهاي غير آلي
۲٫ خاكهاي آلي

۱٫ زندگي گياهي
خاكهاي آلي
۲٫ زندگي حيواني

خاكها به گروه‌هاي زير تقسيم مي‌شوند.
۱٫ خاكهاي ته‌نشين شده
۲٫ خاكهاي انتقال يافته {الف) خاكهاي رسوبي به وسيله آب، ب) خاكهاي aeo line جابجا شده به وسيله باد، پ) خاكهاي سرد و منجمد جابجا شده به وسيله كوه‌هاي يخ، ت) خاكهاي ته‌نشين شده در حوضچه‌هاي آب، ث) خاكهاي دريايي}
اين موارد در بخش I بررسي شده‌اند. فراتر از دايره زمين‌شناسي، خاكها به وسيله خرد شدن صخره‌ها و تغييرات آب و هوايي تشكيل شده‌اند. بر اثر فشردگي تغيير شكل يافته و بر اثر گرما و فشار اثر چسبندگي پيدا كرده‌اند.

۳-۵-۴٫ دسته‌بندي ساختاري
بستگي به متوسط اندازه ذرات و شرايط شكل‌گيري خاكها و ته‌نشيني در حالت طبيعي ممكن است بر پايه ساختارشان به صورت‌هاي زير دسته‌بندي شوند:
۱٫ خاكهايي كه از يك نوع ذره تشكيل يافته‌اند.
۲٫ خاكهايي كه ساختاري شبيه لانه زنبوري دارند.
۳٫ خاكهايي كه ساختار flocculaent دارند.
اين موارد نيز همراه با جزئيات در بخش ۱ بررسي شده‌اند.

۴-۵-۴٫ دسته‌بندي بافتي يا اندازه ذرات
در اين نوع دسته‌بندي، دسته خاكها بر اساس اندازه ذراتشان تعيين مي‌شود. گونه‌هايي مانند: شن و ماسه، لاي و رس به عنوان شاخص‌هايي براي اندازه ذرات، كاربرد داشته‌اند. چون خاكها مخلوطي از ذرات با اندازه‌هاي مختلف هستند. بهتر است كه آنها را با نامهاي به اندازه ماسه، به اندازه لاي و غيره بناميم. تعدادي از اين نوع دسته‌بندي قبلاً بررسي شده‌اند ولي معمولاً آنها به شرح زير است.

۱٫ دفتر ايالات متحده خاكها و جاده‌ها سيستم (PRA) ايالات متحده آمريكا
۲٫ دسته‌بندي بين‌المللي طراحي شده در كنگره بين‌المللي خاك در واشنگتن در سال ۱۹۲۷٫
۳٫ انجمن تكنولوژي ماساچوست (MIT) سيستم دسته‌بندي ايالت متحده آمريكا
۴٫ دسته‌بندي استاندارد هندي

اين موارد به صورت نموداري در صفحه بعدي نشان داده شده‌اند.
اگر سيستم دسته‌بندي صرفاً بر اساس اندازه ذرات باشد، دسته‌بندي بافتي ناميده مي‌شود.
مورد ۱ در بالا از اين جمله است. نمودار هرمي آن نيز رسم شده است.
هر نوع خاكي كه از سه جزء ماسه، لاي و رس تشكيل شده باشد رامي‌توان با يك نقطه در نمودار هرمي نشان داد به طو مثال خاكي كه از ۲۵ درصد ماسه، ۲۵ درصد لاي و ۵۰ درصد رس تشكيل شده باشد را مي‌توان با نقطه‌ها نشان داد.

نواحي خاصي بر روي نمودار براي نشان دادن نمونه‌هايي مانند Saud، Silt و clay و Sandy clay و silty clay، Loam، Sandy loam و غيره نشان‌گذاري شده‌اند.
اين نقاط به صورت دلخواه انتخاب شده‌اند.
دسته‌بندي بافتي يا دسته‌بندي بر اساس اندازه ذرات، كامل نيست و اطلاعاتي از قبيل انعطاف‌پذيري و استحكام را شامل نمي‌شود.

۵-۵-۴٫ سيستم دسته‌بندي همسان خاكها
اين سيستم توسط الف) كازا گراند توسعه پيدا كرد و در سال ۱۹۴۲ توسط هيئت مهندسين ايالات متحده به عنوان دسته‌بندي Airfield‌ مورد پذيرش قرارگرفت. بعدها در سال ۱۹۵۷ براي استفاده دانشگاه اصلاح شد و به نام دسته‌بندي همسان خاكها تغيير نام داد.
در اين سيستم (جدول ۱-۴) خاكها به سه گروه تقسيم‌بندي مي‌شوند.
mm 2.0 1.0 0.50 0.25 0.10 0.05 0.005
رس لاي خيلي ريز ريز متوسط درشت شن ريز شن
ماسه

سيستم طبقه‌بندي اداره خاك U.S.‌ و P.R.A
mm 2.0 1.0 0.5 0.2 0.1 0.05 0.02 0.006 0.002 0.0006 0.0002
خيلي ريز ريز درشت ريز درشت ريز درشت ريز متوسط درشت خيلي درشت شن
رس لاي
ماسه

طبقه‌بندي جهاني
يك اصطلاح سوئدي است كه براي لاي يخ زده يا پودر سنگهايي كه داراي حالت پلاستيكي اندكي مي‌باشد استفاده مي‌شود.

mm 300 80 20 4.75 2.00 0.425 0.075 0.002
رس لاي ريز متوسط درشت ريز درشت سنگ فرش تخته سنگ
ماسه شن

طبقه‌بندي I.S. (IS: 1496-1970)
mm 2.0 0.6 0.2 0.06 0.02 0.006 0.002 0.0006 0.0002
ريز متوسط درشت ريز متوسط درشت ريز متوسط درشت شن
رس لاي ماسه

طبقه‌بندي M.I.T
ساختار ۱-۴ طبقه‌بندي اندازه دانه‌ها

۱٫ بالاي ۵۰ درصد ذرات درشت خاك بر روي الك شماره ۲۰۰ ASTM‌ باقي مي‌ماند.
۲٫ بيش از ۵۰ درصد ذرات ريز خاك از الك شماره ۲۰۰ ASTM‌ مي‌گذرد.
۳٫ تركيبات خاك
اولين و دومين دسته از خاكها ممكن است به واسطه خاصيت شكل‌پذيريشان نسبت به طبقات ديگر متمايز باشند.
سومين دسته ممكن است به آساني توسط رنگ و بو و ماهيت شناخته شود.
اجزاء هر خاك نشان و علامت مخصوصي دارد.
C: رس S: ماسه O: آي M: لاي G: شن Pt: پيت

نمودار مثلثي

ذرات درشت خاك تقسيم مي‌شوند به دانه‌بندي خوب (W) و دانه‌بندي بد (P) و به دو عامل ضريب يكنواختي (Gu) و ضريب خميدگي (Cc) بستگي دارد.

شن خوب دانه‌بندي شده Cu > 4
ماسه خوب دانه‌بندي شده Cu > 6
خاك خوب دانه‌بندي شده ۱ تا ۳ Cc
ذرات ريز خاك به دو دسته تقسيم مي‌شوند
الف) خاصيت پلاستيكي كم (L) كه محدوده‌ مايع آنها كمتر از ۵۰% مي‌باشد.
ب) خاصيت پلاستيكي زياد (H) كه محدوده مايع آنها بيش از ۵۰% مي‌باشد.
به طور كلي توضيح و شناسايي و طبقه‌بندي خاك بر اساس استاندارد هندي براي مهندسي هدفي مي‌باشد.
مقررات قابل توجهي در اين سيستم در پائين آورده شده است:
خاك به سه قسمت تقسيم مي‌شود.
قسمتهاي اصلي علائم اختصاري اسم مخصوص ضوابط طبقه‌بندي روش شناسايي
خاك دانه‌درشت GW شن با دانه‌بندي خوب و مخلوط شن و ماسه با درجه خوب يا نه خيلي ريز D60/D10= نزديك ۴ محدوده وسيع در ذرات بزرگ و مقدار قابل توجهي از ذرات با سايز متوسط
بيش از ۵۰% بر روي الك شماره ۲۰۰ باقي مي‌ماند ASIM

۵۰% از قسمتهاي بزرگ باقي مي‌ماند بر روي الك ۴ GP شن با دانه‌بندي بد و مخلوط درجه پائين شن و ماسه بدون هيچ ضابطه‌اي براي GW عمدتاً تك سايز يا يك محدوده با همان سايز متوسط
GM شن و لاي، مخلوط شن و ماسه، رس حدود (….) نقطه، زير خط A و شاخص پلاستيكي كمتر از ۴ Np (Non Plastic)
شن شسته، شن همراه با خاك Gc شن رسي، مخلوط شن و ماسه و رس
محدوده وسيع در ذرات بزرگ و مقدار قابل توجهي از ذرات با سايز متوسط

Sp ماسه بد دانه‌بندي شده و ماسه شني با درجه پائين بدون ضابطه Sw عمدتاً تك سايز يا يك محدوده با همان سايز متوسط
ماسه شسته، ماسه و خاك SM ماسه و لاي، مخلوط ماسه و لاي حدود (….) نقطه، زير خط A شاخص پلاستيكي كمتر از ۴ Np (Non plastic)
Sc ماسه رسي، مخلوط ماسه رس حدود (…….) نقطه بالاي خط A‌ و شاخص پلاستيكي بالاتر از ۷ ذرات پلاستيكي
دانه ريز خاك، ۵۰% يا بيشتر از الك شماره ۲۰۰ASIM‌ مي‌ذرد. روند شناسايي بر تقسيم‌بندي كوچكتر از الك شماره ۴۰ ASIM
لاي و رس ML لاي غيرآلي، ماسه دانه‌ريز، پودر سنگ لاي يا رس با دانه‌هاي ريز ماسه
كمتر از ۵۰% محدوده مايع VL رس غيرآلي، پلاستيكي كم تا متوسط، شن رسي، مايه رسي، لاي رسي.
OL لاي آلي، لاي رسي آلي، پلاستيكي كم
MH لاي غير آلي، لاي الاستيك
لاي و رس CH رس غيرآلي با پلاستيكي بالا رس چاق
محدوده مايع بيشتر از ۵۰% OH رس آلي از پلاستيكي متوسط تا زياد
رس آلي Pt پيت، كود، خاك آلي تشخيص توسط رنگ و بو و …
نمودار
۲٫ خاكهاي دانه‌ريز
بيش از ۵۰% كل مواد با وزنشان كوچكتر از اندازه الك MSI 75 مي‌باشند.
۳٫ خاكهاي داراي مواد آلي و ديگر مواد مختلف خاك.
اين خاكها شامل درصد زيادي از مواد آلي فيبري مثل خاك پيت و ذرات گياه رستني مي‌باشند. به علاوه، خاكهاي خاص شامل سنگال، خاكستر و ديگر مواد غير خاكي با كميت‌ كافي در اين تقسيم‌بندي قرار دارند.

خاكهاي ذره درشت
به ۲ زيرمجموعه تقسيم مي‌شوند.
a) شن و سنگ‌ريزه: بيش از ۵۰% ذرات درشت بيش از ۷۵/۴ ميليمتر در اندازه الك است.
b ماسه: بيش از ۵% ذرات درشت كوچكتر از ۷۵/۴ ميليمتر اندازه الك است.
خاكهاي دانه‌ريز به ۳ مقوله تقسيم مي‌شوند.
a) گل و لاي و خاكهاي رسي با نفوذ و هماهنگي كمتر: حد مايع كمتر از ۳۵% است.
b) گل و لاي و خاكهاي رسي با هماهنگي متوسط: حد مايع بيشتر از ۳۵% و كمتر از ۵۰% است.
c) در گل و لاي و خاكهاي رسي با هماهنگي بالا، حد مايع بزرگتر از H50 است. خاكهاي دانه‌درشت در گروه‌هاي اصلي خاك به بخشهاي بيشتري تقسيم مي‌شوند. و خاكهاي نرم به ۹ گروه اصلي خاك تقسيم مي‌شوند كه خاكهاي آلي و ديگر مواد مختلف خاك در يك گروه قرار دارند. زير تقسيم‌هاي مختلف، گروه‌ها و نمادها آنها در جدول ۲-۴ نشان داده شده است.

طبقه‌بندي مرزي خاكهاي دانه‌درشت
خاكهاي دانه‌درشت با ۵ تا ۱۲ درصد نرمي كه در موارد خط حاشيه بين سنگ‌ريزه‌هاي تميز و كثيف يا شن‌ها وجود دارد در نظر گرفته شده‌اند به عنوان مثال Gw-Gc، Sp-SM به طور مشابه موارد خطي هستند كه در شن و سنگ‌ريزه‌هاي كثيف ديده مي‌شود كه IP‌ بين ۴ و ۷ است به عنوان مثال GM-Gc يا SM-SC‌ كه اين احتمال وجود دارد كه خط مرزي وجود داشته باشد. قوانين براي طبقه‌بندي درست در اينچنين مواردي طبقه‌بندي غيرپلاستيكي است. به عنوان مثال، شن و سنگ‌ريزه با ۱۰ درصد نرمي Cu، ۲۰، و Cc ،۲۰ و Ip از ۱ به Gw-GM‌ تقسيم مي‌شوند.

تقسيم‌بندي ملاك‌ها براي خاكهاي نرم
جدول مربوط به تغيير شكل‌پذيري براي گروه‌بندي خاكهاي دانه‌نرم بر اساس تستهاي آزمايشگاهي تشكيل اصولي را مي‌دهند. گل و لاي‌هاي آلي و خاك رس‌ها متفاوت از خاكهاي غيرآلي هستند كه در همان مكان قرار دارند و متوسط رنگ و مزه مي‌توان تشخيص داد. در مورد هرگونه شك و ترديدي، مواد ممكن است روي گاز خشك شوند و دوباره با آب مخلوط شوند و دوباره در مرز مايع تست شوند. تغيير شكل خاكهاي آلي دانه نرم به طور قابل توجهي با گاز كاهش مي‌يابد. خشك كردن روي گاز بر مرز مايع خاكهاي غيرآلي اثر مي‌گذارد. در مرز مايع كاهشي وجود دارد كه پي از خشك كردن توسط گاز به مقدار كمتر از مرز مايع مي‌رسد و قبل از خشك كردن شناسايي آن مثبت است.

طبقه‌بندي مرزي براي خاكهاي دانه‌نرم
خاكهاي دانه‌نرم كاهش مي‌يابند يا از لحاظ عملي روي خط A، ۳۵=Wl خط و ۵=Wl هستند و اين خطوط اختصاص به طبقه‌بندي مناسب مرزي دارند. خاكهايي در مسير A‌ يا از لحاظ عملي روي آن داراي اندكي تغيير شكل‌پذيري بين ۴ و ۷ مي‌باشند و به Ml-CL‌ تقسيم مي‌شوند.
خاكهاي رسي غيرآلي در محيطي با سازگاري بالا هستند. و توسط فشردگي و خواص تورم بالا مشخص مي‌شوند. زماني كه در رده تغيير شكل‌پذيري قرار مي‌گيرند در بالاي خط A قرار دارند. برخي ممكن است در پائين خط A قرار داشته باشند. كائولين به عنوان گل و لاي غيرآلي عمل مي‌كند و معمولاً در پائين خط A است. و مثل ML، MI، MH گروه‌بندي مي‌شود گرچه اين خاك رسي از قسمت شني مواد معدني است. روش‌هاي گروه‌بندي براي خاكهاي دانه‌درشت و نرم با استفاده از اين سيستم ممكن است تشكيل يك نمودار جريان را دهد كه در شكل‌هاي ۵-۴ و ۶-۴ نشان داده شده است.

تناسب نسبي براي اهداف مهندسي
ويژگي گروه‌هاي مختلف خاك طوري است كه مناسب با مقدار جاده‌ها، خطها هوايي مواد اصلي، زيرگروه هماهنگي و گسترش است. و تجهيزات (از لحاظ كيفي) از وزن خشك واحد، مقدار CBR و واحدهاي زيرگروه در جدول مشخص شده است. ويژگي‌ها متناسب با زيرسازي هستند. مقادير به عنوان ماده تراكم، ويژگي‌هاي تراكم و موادي براي كنترل شيب و تراوش لازم است. كه قابليت تراوايي و وزن خشك واحد هم مشخص است. ويژگي ها متناسب با كانال، تراكم، قابليت كارايي و مواد ساختماني و قدرت و نيروي كششي است كه تراكم و اشباع مي‌شود و اين از لحاظ كيفي بيان شده است. اين اطلاعات براي اهداف راهنمايي يا نشان دادن خوب بودن خاك بر اساس IS پيشنهاد شده است. طرح‌هاي بزرگ و مهم لازم است و تحقيقات عملكرد خاك اول از همه با جزئيات بيان شده‌اند. مقايسه‌اي بين گروه‌بندي مؤسسه استاندارد و گروه‌بندي يكسان وجود دارد كه نشان دهنده نكات زيادي از تشابه است كه فقط برخي نقاط به ويژه در طبقه‌بندي خاكهاي نرم متفاوت هستند.

۶-۴٫ مثالهاي مشخص
مثال ۱-+۴
۲ خاكم S1 و S2 در آزمايشگاه به منظور ثبات آنها آزمايش شدند. اطلاعاتي به صورت زير موجود است:
s2 خاك s1 خاك s1
20% 18% WP‌ مرز پلاستيك
۶۰% ۳۸% WL‌ مرز مايع
۵ ۱۰ IF اندكس جريان
۵۰% ۴۰% W‌ مقدار طبيعي رطوبت
a) كدام خاك داراي حالت پلاستيكي بيشتري است؟
b) كدام خاك داراي مواد اصلي بهتري در هنگام آجدار كردن است؟
c) كدام خاك داراي قدرت پايداري بهتري به عنوان عملكرد آب است؟
e) چه مواد آلي در اين خاكها وجود دارد؟

شكل صفحات ۱۲۱ و ۱۲۲

مكان اين خاكها را روي نمودار تغييرپذيري طراحي كنيد و آنها را در گروه مؤسسه استاندارد طبقه‌بندي نماييد.
۲۰۰= (۱۸-۳۸)=WP-W1=IP براي خاك S1 اندكس تغييرپذيري (a)
40= (20-60)=Wp-Wl=IP براي خاك S2
واضح است كه خاك S2 حالت پلاستيكي بيشتري دارد. همان‌طوري كه در طبقه‌بندي Burmistef ميزان تغييرپذيري گفتيم مرزهاي S1 بين تغيير شكل‌پذيري كم تا متوسط و S2 بين تغييرشكل‌پذيري متوسط تا بالا است.
براي خاك IC=S1
براي خاك IC=S2
چون اندكس ثبات براي خاك S1 منفي است روي آجدار بودن مي‌باشد. خاك S2‌ احتمالاً داراي ماده پي‌ريزي بهتري است
۱۰= براي خاك S1 IF
5= براي خاك S2 IF
چون اندكي جريان براي خاك S2 كوچكتر از S1‌ است پس ۲ داراي قدرت پايداري بهتري به عنوان محتوي آب مي‌باشد.
۲۰=۱۰/۲۰=IF/IP= براي خاك S1 IT
8=5/40=براي خاك S2 IT
چون اندكس مقاومت و پايداري براي خاكهاي S2 بزرگتر است پس قدرت پايداري بهتري در محدوده پلاستيك مي‌باشد. چون تغيير شكل‌پذيري براي هر دو خاك پائين است احتمال وجود مواد آلي كم است.
اين نتايج ممكن اشست تقريباً از موارد زير اثبات شود:
خاكها روي نمودار تغييرشكل‌پذيري كه در شكل ۷-۴ نشان داده شده است علامت‌گذاري شوند.

شكل ص ۱۲۳

به ترتيب S1 و S2 در منطقه CI و CH هستند.
مثال ۲-۴
نمونه خاك داراي مرز مايع ۲۰ درصدي و مرز پلاستيكي ۱۲ درصدي است. اطلاعات زير از تجزيه و تحليل الك به دست آمده است.
عبور % اندازه الك
۱۰۰ ميليمتر ۰۳۲/۲
۸۵ ميليمتر ۴۲۲/۰
۳۸ ميليمتر ۰۷۵/۰
چون بيش از ۵۰% مواد بزرگتر از m75 هستند خاك دانه‌درشت مي‌باشد. طبقه بندي خاك تقريباً مطابق با طبقه‌بندي يكسان يا طبقه بندي مؤسسه استاندارد است. ۱۰۰ درصد مواد از الك ۰۳۲/۲ ميليمتري مي‌گذرند مواد ۰۷۵/۰ ميليمتري هم از الك عبور مي‌كنند. چون اين دانه از اين الك مي‌گذرند ۱۰۰ درصد دانه‌درشت از الك عبور مي‌كند.
چون بيش از ۵۰% دانه درشت از اين الك مي‌گذرد به عنوان شن و ماسه گروه‌بندي شده است.
چون بيش از ۱۲ درصد مواد از الك m75 گذشتند بايد SM يا SC‌ باشند. هم‌اكنون مي‌بينيد كه اندكس تغيير شكل‌پذيري IP 8=(12-20) است و بزرگتر از ۷ مي‌باشد. اگر مقدار WL و IP‌ روي نمودار تغيير شكل‌پذيري طراحي شود اين نقاط در بالاي خط a‌ هستند كه روبه كاهش مي‌باشند.
بنابراين خاك به عنوان SC در گروه‌بندي مؤسسه استاندارد طبقه‌‌بندي شده است و ممكن است به راحتي بررسي شود.

خلاصه نكات مهم
۱٫ روشهاي تعميم يافته شامل شناسايي خاكها در آزمايشگاه و از زمين هستند و به منظور طبقه بندي خاكها در نظر گرفته شده‌اند. و رسوب و ته‌نشين خاك طبيعي به طور گسترده در خواص و عملكرد مهندسي متفاوت است.
۲٫ مشخصه‌هاي مطلوب طبقه‌بندي خاك از لحاظ مهندسي مبهم است و تقريباً غير ممكن است كه شامل يك سيستم متناسب است.
۳٫ روشهاي طبقه‌بندي شامل طبقه‌بندي زمين‌شناسي و توصيفي است و توسط ساختار آن طبقه‌بندي مي‌شود.
۴٫ طبقه‌بندي بافتي به عنوان بخشي از سيستم‌هاي منظم مثل طبقه‌بندي يكسان خاك است.
۵٫ طبقه‌بندي استاندارد هندي خاك شامل شباهتهاي زيادي به طبقه بندي يكسان خاك است گرچه در برخي جاها به ويژه با توجه به طبقه‌بندي خاكهاي نرم متفاوت است.
۶٫ اندازه ذره يك ملاك اوليه براي طبقه‌بندي خاكهاي دانه‌درشت است در حاليكه ويژگي تغييرشكل‌پذيري در نمودار تغيير شكل‌پذيري ملاك اوليه براي طبقه‌بندي خاكهاي دانه‌نرم است.

۵-۱٫ مقدمه
رسوبات خاك طبيعي همواره شامل آب هستند. تحت شرايط خاص، نم خاك يا آب موجود در خاك ساكن نيست يا توانايي حركت در خاك را دارد. حركت آب در خام بر روي خواص و رفتار خام، به صورتي نسبتاً قابل ملاحظه تأثير مي‌گذارد. آب خاك مي‌تواند در عمليات ساختماني و عملكرد ساختمان كامل شده نفوذ داشته باشد. آب رسوبي اغلب در طول عمليات ساختماني مورد توجه قرار مي‌گيرد؛ روشي كه در آن، حركت آب در خاك مي‌تواند اتفاق بيافتد و در نتيجه، تأثيرات آن جاذبه‌اي قابل توجه در تمرين مهندسي فني و تخصصي است.

۵-۲٫ نم خاك و روش‌هاي وقوع آن
حضور آب در فضاهاي خالي يك توده خاك «آب خاك» ناميده مي‌شود. بخصوص، اصطلاح نمناك براي مشخص كردن آن بخش از خرده آب سطحي استفاده شده است كه فضاهاي خالي در خاك بالاي بستر آب رسوبي را اشغال مي‌كند. آب خاك ممكن است به طور وسيع در سخنراني به شكل‌هاي «آب آزاد» يا آب گرانشي يا آب نگاه داشته شده، باشد. اولين نوع براي حركت در فضاي سوراخي ريز در توده خاك، تحت نفوذ جاذبه، آزاد است؛ دومين نوع آن است كه در مجاورت سطح دانه‌هاي خاك با نيروهاي خاص جاذبه نگاه داشته مي‌شود.