کتاب خاک لس

مقدمه

لس و نهشته های لس-مانند تقریباً 10 درصد از سطح خشکی های زمین را پوشش داده اند، مناطقی که اکثراً نواحی با طول جغرافیایی میانه را شامل می شوند. نواحی جغرافیایی معمول برای تشکیل این خاک و نواحی با ضخیم ترین توالی های لس-پلئوسول (در ادامه این محبث، این مفاهیم تشریح خواهند شد)، دشت ها، فلات ها و در طول حوزه های آبگیر رودها می باشند. نهشته های لسی حاوی تاریخچه ارزشمندی از تغییرات اقلیمی گذشته بوده و می توانند اطلاعات ارزشمندی در رابطه با جهت بادهای دوران گذشته، قدرت بادهای دوران گذشته، تعادل رطوبت و میزان و نوع پوشش گیاهی برملا نمایند.
در طول تاریخ این نهشته های لسی مامن و پناهگاه بسیاری از مردم در برابر سرمای زمستان و گرمان تابستان بوده است. حتی امروزه نیز تعدادی از خانواده ها در داخل سرپناه های لسی زندگی می کنند.
در ایران نیز نهشته های لسی بیش از  477 هزار هکتار از مساحت استان گلستان معدل تقریباً 20 درصد از مساحت استان را پوشانده و پهنه وسیعی از شرق و شمال شرقی استان گلستان را فرا گرفته است. گزارش‌های فراوانی از ناتوانی انسان در برابر مخاطرات لس ها در حفظ و پایداری سازه‌های متأثر از آن وجود دارد و در سطح استان گلستان روستاهای زیادی در معرض تهدید و خطر رمبش فروچاله های لسی قرار دارند.

بخش های وسیعی از گرگان، داشلی برون و مراوه تپه توسط نهشته های لسی پوشانده شده اند که بخش هایی از کمربند لسی هستند که خاورمیانه رو پوشانده و به سمت شمال به کشورهای ترکمنستان، قزاقستان و تاجیکستان امتداد یافته است. در سال های اخیر نهشته های لسی شهر مشهد در شمال شرقی ایران و لس و نهشته های لسی در دیگر نقاط ایران نیز شناسایی شده اند.
در طول سال های اخیر توجه زیادی به خاک های لسی شمال کشور و مخصوصاً استان گلستان معطوف شده است که یکی از دلایل این مسئله وقوع سوانح و مخاطرات طبیعی از جمله زمین لغزش و فروچاله و مختل شدن زندگی بعضی از مردم محلی در اثر قرار گرفتن در مجاورت این نوع خاک می باشد. در ادامه این فصل قصد داریم با معرفی هرچه بیشتر این خاک و بررسی منشاء و پراکندگی آن در سراسر دنیا، شناخت هرچه بیشتری از این خاک در بین مهندسین عمران و زمین شناس ایجاد نماییم.

 

نهشته های بادرفتی

باد نه تنها به عنوان عاملی برای هوازدگی  و فرسایش سنگ ها عمل می نماید, بلکه باعث جابجایی و انتقال ذرات خاک در فواصل قابل توجهی شود، فرآیندی که در نهایت منجر به بوجود آمدن نهشته های بادرفتی میگردد. تلماسه ها و لس ها معروفترین این نهشته ها هستند. تلماسه ها از لایه های بد دانه بندی شده و تراکم پایین تشکیل شده اند چنانکه ذرات تشکیل دهنده این لایه ها گرد گوشه با دانه بندی یکنواخت هستند. بنابراین مهندسین باید در وهله اول متوجه تراکم پایین این خاک باشند. از طرف دیگر خاک لس از پودر سنگ هایی تشکیل شده است که بوسیله باد انتقال یافته اند. این خاک دارای محدوده دانه بندی وسیعی بوده و ساختار سختی دارد. این خاک که دارای ته رنگ زرد است، فاقد لایه بندی بوده و معمولاً در لایه های به ضخامت حدود 10 متر یافت می شود. از دیدگاه میکروسکوپی لس عمدتاً از ذرات سیلت تیز گوشه ای تشکیل یافته که به طرز ناپایداری در کنار یکدیگر قرار گرفته اند، به طوری که اضافه شدن آب حفره ای باعث فروریختن ساختار آن و تغییرات حجمی شدید می گردد. اگر قرار باشد که لس به عنوان مصالح فونداسیون استفاده گردد بایستی شناسایی شده و اشباع گردد تا قبل از قرارگیری بارهای فونداسیون، تغییرات حجمی در آن رخ دهد.
بین خاک های بادرفتی انتقالی و خاک برجا بایستی تفاوت خاصی قائل شد. خصوصیات منحصر به فرد و عجیب بعضی از این خاکها (مثل لس) به خاطر ساختار باز آنها باعث بروز مشکلاتی در نمونه گیری و بروز رفتار های خاص, به خصوص در مجاورت با آب خواهد شد. معمولاً لازم است که از آزمایشهای درجا در این موارد استفاده نماییم. امروزه یکی از روشهای رایج تثبیت لس ها این است که قبل از بارگذاری و احداث سازه بر روی آن, خاک را اشباع نموده و مصالح مرطوب را بوسیله بارهای دینامیکی متراکم نماییم. این کار باعث افزایش تراکم آن میگردد و هنگامی که تحکیم در طی زمان صورت میگیرد، مقاومت برشی آن نیز افزایش خواهد یافت. مواردی وجود داشته است که آبیاری چمن ها در چنین خاک هایی باعث نشست خانه های مجاور شده است بنابراین شناسایی ژئولوژیکی این خاک ها می تواند کمک مهمی در مطالعات مهندسی این خاکها نماید.


تعریف لس، Loess

اولین تحقیقات برروی خاک لس مربوط به مطالعات انجام شده توسط زمین شناس نامی آلمانی و استاد کانی شناسی دانشگاه هایدلبرگ گوستاو فن لئونارد  (شکل 1-1-الف) و همکارانش انجام یافت. نام لس نیز از کلمه آلمانی Löss  یا  Löß به معنای سست گرفته شده است که در زبان های مختلف به طرق مختلف تلفظ میگردد (معادل انگلیسی این کلمه Loose می باشد).
این خاک ریزدانه بادرفتی به صورت نهشته های تحکیم نیافته یافت می شود و منشاء آن نهشته های یخرفتی می باشد.  چنانکه در گذشته، این فعالیت های یخرفتی باعث خرد شدن سنگ ها به شکل پودر سنگ شده اند. پس از خشک شدن، این نهشته ها بسیار آسیب پذیر در مقابل فرسایش باد هستند، به طوری که نهشته هایی که در جهت وزش باد قرار دارند ممکن است بسیار عمیق گردند. این عمق می تواند حتی به صد متر و یا بیشتر نیز برسد مثل مناطقی در چین و نواحی مرکزی آمریکا. از دیدگاه زمین شناسی نهشته های لس، طبیعتی ناپایدار داشته و به سرعت فرسایش می یابند. حتی زمین های کشاورزی می توانند فرسایشی در حدود 25 تن در هکتار در سال را تجربه نمایند.

                                                                                                 

(الف)                                                         (ب)

شکل 1-1: گوستاو فن لئونارد, زمین شناس و استاد کانی شناسی دانشگاه هایدلبرگ

(الف) گوستاو فن لئونارد (ب) کارل سزار فن لئونارد

 

فون لئونارد نهشته های سیلتی به رنگ قهوه ای مایل به زرد در طول رود راین در نزدیکی هایدلبرگ را مورد تحقیق قرار داده و برای اولین بار این نهشته ها را لس نامید. چارلز لیل[1] (1834) با مشاهده شباهت های بین خاک لس و مشتقات آن در طول رود راین و میسی سیپی باعث گسترش و شناخته شدن این واژه در سطح دنیا گردید. در آن زمان گمان می رفت که رسوبات قهوه ای مایل به زرد غنی از سیلت منشاء آبرفتی داشته و توسط رودهای بزرگ نهشته می شوند. اما در سال های آخر قرن 19، منشاء بادرفتی لس کشف شد. به ویژه اینکه مشاهدات خاک های لس چین توسط فردیناند فون ریشتهوفن[2] (1878) تاثیر زیادی در اثبات منشاء خاک لس داشت. از آن زمان تاکنون مقالات بسیار زیادی با تمرکز بر منشاء لس و توالی لس/پلئوسل به عنوان تاریخچه و آرشیو تغییرات اقلیمی و زیست محیطی زمین به چاپ رسیده است.

ویژگی های خاک لس

از جمله مهمترین مشخصه های خاک لس می توان به موارد ذیل اشاره نمود:


  • این خاک پوششی نسبتآ یکنواخت بر روی تپه ها و دره ها شکل می دهد
  • این خاک حاوی فسیل گیاهانی است که در خشکی ها می رویند و همچنین فسیل حیواناتی که در خشکی ها می زیستند.
  • همگن و بدون لایه بندی است.
  • به علت ویژگی کلیواژ قائم، دارای قابلیت ایجاد صخره های قائم می باشد.

دانه های لس، گوشه دار با کمی گرد شدگی بوده و از کریستال های کوارتز، فلدسپار، میکا و دیگر کانی ها تشکیل شده اند. چون دانه ها گوشه دار هستند، لس اغلب به صورت توده برای سالیان متمادی بدون تحمل گسیختگی، پایدار خواهد ماند.

این خاک مشخصه ای به نام "کلیواژ قائم" دارد که باعث می شود به راحتی حفاری شده و حتی غارهایی برای سکونت در آن ساخت (شکل 1-2). این روش هنوز در بعضی مناطق چین برای ساخت اقامتگاه ها بکار می رود.  نهشته های لسی دارای ته رنگ زرد، وزن واحد حجم پایین (معمولاً کمتر از 14kN/m3) , با مقاومت بسیار کم در حالت مرطوب و دارای قابلیت ایستایی به صورت دیواره های قائم می باشند. به طور معمول ذرات تشکیل دهنده لس دارای اندازه ای بین 0.002 تا 1.00 میلیمتر می باشند که بیشتر ذرات آن در محدوده ای بین 0.005 تا 0.15mm میلیمتر قرار دارند (الک نمره 100#). عامل پایدار ماندن نهشته های لسی به صورت دیواره های قائم اتصال سیمانی بین آنها می باشد که توسط ذرات رسی، فعالیت ها ارگانیکی و کربنات کلسیم تامین می شود. این نوع ساختار هنگام اشباع شدن به شدت مستعد فروریختن بوده و هنگامی که ترانشه های قائم اشباع گردند بلوک های بزرگی از آن به صورت ناگهانی جداشده و فرو خواهند ریخت.

شکل 1-2: منازل مسکونی حفاری شده در داخل خاک لس توسط مردم محلی

اما لس بسیار فرسایش پذیر در برابر باد و آب است و خاک های قرار گرفته در زیر آن تمایل به زهکش شدن شدیدی دارند. وقتی دانه ها هوازده می شوند کانی هایی از آن رها می گردند که نشان دهنده آن است که خاک های مشتق شده از لس بسیار غنی می باشند. یک نظریه حاکی از آن است که حاصلخیزی لس به مقدار زیادی به خاطر ظرفیت تبادل الکترونی (EEC) و گریز منفذی (قابلیت گیاهان برای جذب مواد مغذی خاک و منافذ خاک) می باشد. بر خلاف دیگر خاک ها خاصلخیزی لس به خاطر مواد ارگانیک داخل آن نیست که در واقع نیز مقدار این مواد در لس نسبتاً کم است ( برخلاف خاک های حاره ای که حاصلخیزی آن ها تماماً به خاطر مواد عالی آن می باشد). حاصلخیزی تپه های سیلتی آیووا به خاطر وجود لایه خاک فوقانی آن است که از تجمع گیاخاک غنی از مواد ارگانیک در یک دوره 10 هزار ساله پس از دوره یخبندان تشکیل شده است. هنگامی که لایه ارزشمند افق A فرسایش یافته و تجزیه می گردد، خاک لس زیرین غیر حاصلخیز خواهد شد و نیاز به آن دارد که مواد حاصلخیز کننده به آن افزوده گردد تا بتوان در آن کشاورزی نمود.

گرچه در مقیاس زمین شناسی، لس آهنگ فرسایش زیادی دارد، ولی در مقیاس انسانی پایداری لس بسیار زیاد است (شکل 1-3). به طور مثال در چین، نهشته های لسی در طول رود زرد به مدت بیش از هزار سال مورد کشت قرار گرفته و محصولات بسیار زیادی در آن کشت شده است. گرچه عمده دلایل این امر خود کشاورزها بوده اند چون کشاورزان چینی اولین کسانی بودند که بیش از هزاران سال از شیوه های کنترل فرسایش استفاده می نمودند. بزرگترین نهشته لسی در ایالات متحده تپه های لسی در طول مرز آیووا و نبراسکا می باشد. به مدت 150 سال این نهشته های لسی با ابزار های کشاورزی و گاو آهن کشت شده اند که باعث شده نرخ فرسایش به بیش از 100 تن در هکتار در سال برسد.

شکل 1-3: دیواره قائمی از لس در اروپای شرقی که مدت زمان زیادی در حالت پایدار باقی مانده است

منشاء لس ها

یکی از مسائل مورد بحث در زمین شناسی کواترنری ( بخش سوم دوره سنوزوئیک) مسئله منشاء تشکیل لس ها می باشد. از میان بسیاری از دلایل ارائه شده در مورد نحوه تشکیل و گسترش لس ها، مقبول ترین توضیح در مورد منشاء لس ها این است که لس ها در نتیجه فعالیت های دوره یخبندان تشکیل شده اند چنانکه این فعالیت های باعث خرد و آسیاب شدن سنگ ها شده و در مرحله بعد این رسوبات توسط باد مجدداً توزیع و به صورت نهشته در آمده اند. تصور بر این است که لس های نواحی وسیعی از اروپا در اثر همین فعالیت های یخچالها در دوره کواترنری بوجود آمده اند. از طرف مقابل دیدگاه دیگری وجود دارد که لس ها را ناشی از فرایندهایی می دانند که در بیابان ها صورت گرفته اند. بعضی از طرفداران این نظریه بر این عقیده هستند که مصالح با اندازه سیلتی در اثر فرایند های هوازدگی در بیابان های داغ بوجود آمده اند. مکانیزم پیشنهادی دیگری هم وجود دارد و آن هم ساییدگی ذرات ماسه در اثر حمل آنها توسط باد می باشد. این احتمال وجود دارد که بسیار از سیلت هایی که بدین ترتیب بوجود آمده اند در دریاها رسوب نمود اند ولی لس های کشور چین احتمالا در صحرای گوبی  تشکیل شده اند.
بنابر این دو منشاء اصلی لس عبارتند از:
1.بیابان ها
2.دشت های سیلابی ناشی از دوره یخبندان
لسی که بخشهای چین مرکزی را پوشانده است از بادرفت های مناطق بیابانی آسیای مرکزی شکل گرفته است. بخشی از این رسوبات نیز ممکن است ناشی از شکسته شدن سنگ ها در اثر یخرفت های کوه های بلند آسیای مرکزی شکل گرفته باشند. لس های یخرفتی در مناطق مرکزی آمریکای شمالی و اروپای شرقی به وفور یافت می شوند. شکل و ترکیب دانه های تشکیل دنده این لس شباهت زیادی به رسوبات ریز دانه خرد شده توسط یخرفت ها دارد.


لس و پلئوسول

نهشته های لسی حاوی تاریخچه ارزشمندی از تغییرات اقلیمی گذشته می باشند (علمی که به آن paleoclimates اطلاق می شود). نهشته های لسی می توانند اطلاعات ارزشمندی در رابطه با جهت بادهای دوران زمین شناسی گذشته، قدرت بادهای آن دوران، تعادل رطوبت و میزان و نوع پوشش گیاهی برملا نمایند. در حد فاصل نهشته های لسی اغلب به خاک های مدفون قدیمی برمیخوریم که نشان از دوره های عدم ته نشینی لس دارند (شکل 1-5). این خاک های مدفون که پلئوسول نام دارند، اطلاعات ارزشمندی دررابطه با آب و هوا و پوشش گیاهی دوران گذشته به دست می دهند.

 

 
شکل 1-5: دیاگرام نشان دهنده طبیعت تاریخچه چینه شناسی لس. در اکثر نواحی دنیا از جمله آمریکای شمالی، اروپا و چین، لس در طی دوران یخ بندان نهشته شده و خاک پلئوسول در دوره های میان یخچالی تشکیل گردیده ا ست.  

شکل 1-6: عکس نشان دهنده تاریخچه بلند مدت لس-پلئوسول در نزدیکی دهکده اِلبا در ایالت نبراسکا که به طور غیرمعمولی کامل است. آخرین چرخه میان یخچالی-یخچالی توسط پلئوسول سانگامون (آخرین میان یخچالی) و لس پیوریا (آخرین یخچال) به نمایش در آمده است. خاک جدید در قسمت رویه، در آغاز دوره میان یخچالی کنونی شکل گرفته است.

یکی از نگرانی های عمده دنیای کنونی، شرایط آب و هوایی آینده می باشد. پیش بینی های شرایط آب و هوایی آینده به میزان زیادی بر مبنای مدل های کامپیوتری از جو زمین و نحوه تغییرات آن در اثر افزایش گازهای گلخانه ای یا دیگر تغییرات سیستم کره زمین به انجام می رسد. این مدل های کامپیوتری با گذشت زمان پیچیده تر می شوند اما کماکان نیاز به آزمایش دارند. یک راه موثر برای آزمایش مدل های آب و هوایی آینده این است که از همان مدل ها برای شبیه سازی شرایط آب و هوایی گذشته استفاده نماییم. اما برای این کار لازم است درکی از شرایط آب و هوایی گذشته داشته باشیم. نهشته های لسی به همراه خاک های پلئوسول ابزار مناسبی برای بازسازی شرایط آب و هوایی گذشته هستند زیرا بازه ای از شرایط آب و هوایی حدی را شامل می شوند، از بخبندان کامل تا شرایط آب و هوایی بین یخچالی.

 

پهنه بندی لس

لس ها از رایج ترین نوع خاک فروریزشی بوده که مهندسان عمران با آنها مواجه می شوند. حدوده 17 درصد از ایالات متحده آمریکا، 15 تا 20 درصد اروپای غربی و بخشهایی از اروپای شرقی (اطراف رودخانه های راین و دانوب)، 10 تا 15 درصد روسیه از جنوب تا کوههای فقفاز، بخش های بزرگی از کشور چین و بخشهایی از کشور ترکمنستان و استان گلستان ایران پوشیده از این خاک است (Bowles, 1999) نواحی مرکزی بلژیک نیز از کومه های لسی با ضخامت زیاد پوشیده شده است. برخی لس ها از ذرات پودر مانند هم اندازه توسط عملکرد یخچالها روی سنگها تشکیل شده اند. ذرات حمل شده توسط باد در مناطق با رطوبت بالای اطراف آبرفتهای یخچالی و یا مرطوب، پس از جذب آب، موجب ته نشینی و تشکیل این خاک ها شده است لذا مناطق غیر یخچالی فاقد نهشته های بادرفتی هستند. عمق لس ها از 1 تا 50 متر در تغییر بوده و اعماق 2 تا 3 متر خیلی متداول است.
در کشور ها و مناطقی که ضخامت و وسعت لس در آنها زیاد است لس منبع بسیار مهم و غنی برای کشاورزی محسوب می شود بعضی از این گونه مناطق عبارتند از:

  • دره های میسیسیپی
  • فلات کلمبیا در ایالت واشنگتن
  • فلات لسی در نواحی چین مرکزی
  • بسیاری از نواحی اروپایی شرقی تا روسیه
  • نواحی وسیعی از کشور مغولستان
  • کشورهای ترکمنستان، ازبکستان و تاجیکستان
  • نواحی شمالی ایران
  • مناطقی از آرژانتین

نقشه پهنه بندی لس و نهشته های لسی در دنیا در شکل 1-7 نشان داده شده است. در ادامه این بخش، هریک از این نواحی را به طور جدا مورد بحث قرار خواهیم داد.

شکل 1-7: نقشه گستره نهشته های لس در دنیا

لس های ایران

زمین های پست شمال ایران بخشی از کمربند لسی یوروآسیاست که از شمال غربی اروپا تا آسیایی مرکزی و چین امتداد یافته است. در طی دوران یخچالی در دوره زمین شناسی Pleistocene، ناحیه شمال ایران گستره وسیعی از زمین هایی را شامل می شد که به طور فزاینده ای در معرض انباشته شدن گرد و غبار و تشکیل نهشته های لسی قرار داشتند. این رسوبات به طور گسترده نواحی کوه پایه ای رشته های کوه های البرز را پوشش داده اند (شکل 1-13).

شکل 1-13: نقشه پهنه بندی لس شمال ایران (نواحی زرد رنگ مطابق با راهنمای نقشه)

لس را می توان در فلات لسی نواحی تپه ای شمال ایران بین رود گرگان و اترک در استان گلستان و کوه پایه های شمالی البرز بین شهرهای ساری و مینودشت یافت (Kehl et al., 2006)، (شکل 1-13). علاوه بر این نواحی، ناحی پراکنده ای از لس را می توان در نواحی تپه ای در طول رود ارس در آذربایجان شرقی و همچنین غرب رود هری در استان خراسان و قسمتی نیز به طور بسیار موضعی در حاشیه های رود سفید رود و چالوس و حوزه آبگیر قره تیکان یافت (Bsche et al, 1990). در ایران مشتقات لسی را همچنین می توان در حوزه های آبگیر کوه های زاگرس جنوبی یافت جاییکه تشکیلات لسی را به دوره اوج گسترش آخرین دوره یخبندان  مرتبط دانسته اند (Kehl et al., 2005).
بخش نکا و بخش نوده بین شهرهای ساری و مینودشت در مجاورت جلگه ساحلی مازندران و جلگه آبرفتی رود گرگان در نواحی کم ارتفاع حاشیه دریای خزر واقع شده است (شکل 1-13). نهشته های لسی تا 30 متر ضخامت داشته و بر روی بستر تریاسه و و مزوزوئیک دامنه های کوه البرز نهشته شده اند. بخش آق بند در فلات لسی ایران، بین فلات آبرفتی اترک و رودهای گرگان واقع شده و شیب آن به سمت کوه های کپه داغ افزایش می یابد. در آنجا لس ضخامتی بیش از 70 متر دارد.
گستره فضایی نواحی منشاء و ته نشینی گرد و غبارهای بادرفتی شمال ایران به احتمال بسیار زیاد تحت تاثیر نوسانات قابل توجه تراز آب دریای خزر بوده و به تغییرات آب و هوایی دوران کواترنری باز می گردد. داده های موجود برای توسعه دادن یک همبستگی بین مراحل پسرونده و پیشرونده دریای خزر کافی نیست. رسوبات رودهای منشاء گرفته از کوه های البرز به طور مثال سفید رود و نوده، به داخل دریای خزر به دلیل تغییرات در شرایط جوی در طی دوره یخبندان و میان یخبندان تغییرات زیادی داشته است. ضخامت نهشته های لسی به میزان زیادی بستگی به مجاورت آنها با رودخانه ها دارد.
نهشته های لسی بیش از  400 هزار هکتار از مساحت استان گلستان معادل تقریباً 20 درصد (بعضی منابع این مساحت را 17 درصد و بعضی منابع 23 درصد اعلام نموده اند) از مساحت استان را پوشانده و پهنه وسیعی از شرق و شمال شرقی استان گلستان را فرا گرفته است.
در سطح استان گلستان روستاهای زیادی در معرض تهدید و خطر رمبش فروچاله های لسی و مخاطرات ناشی از آن قرار دارند. وقوع فرآیندهای همچون انحلال ساختارهای زیرین و ریزش قسمت بالایی در لس ها و پدیده رگاب ، از دلایل ایجاد فروچاله ها است. با توسعه درزه های ستونی در لس ها در اثر جریان آب، ذرات ریز شسته شده و از محیط خارج می‌شوند که به آن رگآب گفته می‌شود و با گسترش تونل‌های فرسایشی ایجادشده و با ریزش سقف این تونل‌ها، فروچاله ها به وجود می‌آیند. فروچاله ها پس از ایجاد تغییرات بعدی که در سطح زمین  روی می‌دهد، ژئومورفولوژی خاصی را به وجود می‌آورند و در استان گلستان این اشکال فرسایشی رایج است (شکل 1-14).

  شکل 1-14: مولف در حال بررسی یکی از فروچاله های ایجاد شده در اثر فرسایش پیشرونده در خاک لس با عمق در حدود 20 متر در روستای چشمه لی واقع در ناحیه مراوه تپه در استان گلستان ( از طرف پژوهشکده سوانح طبیعی ایران)

 ضخامت نهشته های لسی استان گلستان به تدریج از شمال شرق به جنوب غرب کاهش می یابد. حداکثر ضخامت گزارش شده 70 متر مربوط به بخش آق بند می باشد. این ضخامت به تدریج به کمتر از 17 متر در جهت جنوب غرب (گرگان) کاهش می یابد . بخش های وسیعی ازگرگان، داشلی برون و مراوه تپه توسط نهشته های لسی پوشانده شده اند که بخش هایی از کمربند لسی هستند که خاورمیانه رو پوشانده و به سمت شمال به کشورهای ترکمنستان، قزاقستان و تاجیکستان امتداد یافته است. لس و نهشته های بادرفتی لسی در استان گلستان به وفور یافت می شوند و به طور گسترده به عنوان مصالح ساختمانی در این استان مورد استفاده قرار می گیرند. اندازه ذرات لس در استان گلستان عمدتاً در محدوده سیلت (50 تا 90%) بوده و با رس و بعضی مواقع ماسه همراه است (Hao et al, 2010).  در سال های اخیر نهشته های لسی شهر مشهد در شمال شرقی ایران (کریمی و همکاران، 2009) و لس و نهشته های لسی در دیگر نقاط ایران نیز شناسایی شده اند (Kehl, 2009; Asadi et al. 2012).
پوشش گیاهی طبیعی کوه پایه های البرز و زمین های پست مجاور متشکل است از گونه هایی از جنگل های هیرکانی. امروزه نواحی ساحلی تقریباً به طول کامل تحت کشت قرار گرفته و بقایای پوشش گیاهی طبیعی بین زمین های کشاورزی و نواحی مسکونی پراکنده شده اند. در فلات لسی ایران، پوشش جلگه ای چمن زار و علف های بلند، خط الراس های شیب دار لسی را پوشش داده است. نواحی مسطح بین خط الراس ها تحت کشاورزی دیمی قرار دارند (شکل 1-15).

شکل 1-15: چمنزارهای لسی و مناطق تحت کشت بین تپه ها توسط مردم بومی نواحی شرقی استان گلستان

فونداسیون در خاک رمبنده

خاک لس به خاطر منشاء بادرفتی آن دارای دانسیته خشک صحرایی نسبتاً پایینی می باشد بدین دلیل یکی از ابزارهای معمول جهت بهسازی عملکرد این خاکها پیش مرطوب نمودن و یا غرقاب نمودن سایت  قبل از ساخت و ساز می باشد. یکی از موثر ترین شیوه ها پس از مرطوب نمودن، تراکم هیدرولیکی سایت می باشد. تثبیت شیمیایی با آهک، سیلیکات سدیم و یا دیگر مواد شیمیایی، غالباً کارایی لازم را دارند. در ادامه خلاصه ای از روش های عملی موثر جهت بهسازی این خاکها بیان می گردد. بطور کلی پس از تشخیص پتانسیل انهدامی و یا فروریزشی داخلی در خاکها می توان یکی از راه حل های زیر را به کار گرفت:

  1.  برداشت و جابجایی خاک مستعد.
  2. اجتناب یا به حداقل رساندن ترشدگی ناشی از آبیاری، بارش، نشت از کانال ها، آب انبارها، استخر ها و مخازن سدها.
  3. متراکم سازی (خاکبرداری و جایگزینی) با غلتکها و یا تراکم سطحی در محل, به طوری که برای خاک   شود.
  4. متراکم سازی لایه های ضخیم تر خاک مستعد فروریزش می تواند توسط شمع کوبی، تراکم دینامیکی و یا ویبره فلوتاسیون صورت گیرد.
  5. استفاده از مواد افزودنی در حین تراکم همانند آهک، آهک و خاکستر آتشفشانی و یا سیمان پرتلند.
  6. استفاده از تمهیداتی برای جلوگیری از مرطوب یا اشباع شدن خاک مظنون به رمبندگی (غالباً عملی نیست).
  7. استفاده از شمع و عبور از لایه فروریزشی و اتکای شمع ها به لایه مناسبتر زیرین جهت تحمل بار.
  8. غرقاب و مرطوب نمودن بهمراه سربارهای موقت.

قابل ذکر است که انتخاب یک و یا چند روش و یا اتخاذ روش بهینه بستگی به میزان پتانسیل فروریزش، گستره خاک رمبنده در پلان و پروفیل، میزان نشست محتمل، وضعیت ساخت و ساز و نوع بار وارده و در نهایت میزان و محدوده تر شدگی خواهد داشت.


تراکم دینامیکی:

بهسازی با روش تراکم دینامیکی شامل سقوط وزنه ای سنگین از ارتفاع بر روی سطح زمین است (شکل 1-30). از این روش برای بهسازی تا عمق 30 متر نیز استفاده می شود. تراکم دینامیکی توسط منارد در سال 1974، ابداع شد. از این روش علاوه بر خاک های رمبنده می توان برای متراکم ساختن زباله ها و نخاله های ساختمانی, خاکریزهای سنگی, ماسه های سست، غارهای آهکی، حفره ها و کانال های زیرزمینی نیز می توان استفاده نمود. جرم کوبنده هایی که در این روش به کار می روند، ممکن است از 1 تا 100 تن تغییر کند. در مواردی ارتفاع سقوط تا 40 متر نیز به کار برده شده است. در عمل وزنه های 2 تا 20 تن و با ارتفاع سقوط 5 تا 20 متر متداول است. کوبنده ها در پلان, عموماً به شکل مربع یا دایره بوده و بسته به وزن مورد نیاز و مصالح موجود, ابعادشان به چند متر هم می رسد. برای مساحت های بزرگ، منطقه را شبکه بندی می کنند. در هر جزو شبکه، تراکم چند مرتبه تکرار می شود. معمولاً بهسازی با 2 تا 3 بار سقوط وزنه به هر متر مربع صورت میگیرد.

 

 

 شکل 1-30: تجهیزات موردنیاز، ارتفاع سقوط و عمق موثر در روش تراکم دینامیکی خاک لس

 

در یک محل، تراکم باید در دو یا سه مرحله مجزا از هم و با فاصله زمانی مناسب که بستگی به سرعت محو فشار منفذی اضافی و کسب مجدد مقاومت خاک دارد، صورت گیرد. این فاصله زمانی از چند روز برای ماسه های درشت دانه تا چند هفته برای خاکهای ریزدانه متغیر است. معمولاً بین این مراحل, سطح زمین تسطیح می شود. به منظور ایجاد یکنواختی و دانسیته بالا در نواحی نزدیک سطح زمین باید اتوکشی صورت گیرد. برای این کار ضربات سبک کوبنده در تمام سطح اعمال می شود. در هر مرحله تراکم، نشست سطح زمین حدود 2 تا 5 درصد ضخامت لایه مورد تراکم است. در شکل 1-31 محدوده دانه بندی موثر برای استفاده از روش تراکم دینامیکی برای خاک های مختلف نشان داده شده است.

عمق تاثیر تراکم به نوع خاک، انرژی سقوط وزنه بستگی دارد. لایه های نرم دارای خاصیت میراکنندگی نیروهای دینامیکی هستند. سقوط از جرثقیل دارای بازده کمتری نسبت به روش سقوط آزاد وزنه است. روابط تجربی متعددی برای تعیین این معق تاثیر تراکم دینامیک پیشنهاد شده است. یکی از معروف ترین این روابط، رابطه لوکاس (Lukas, 1980) می باشد که به صورت زیر ارائه شده است:
که:
D = حداکثر عمق تاثیر بر حسب متر
W = جرم وزنه بر حسب تن
H = ارتفاع سقوط بر حسب متر
استفاده از این روش ممکن است روی تاسیسات و بناهای اطراف اثر گذارد. همچنین در استفاده از این روش عواقب زیستی محیطی را نیز نباید از نقطه نظر دور نگه داشت. تجهیزات مکانیکی که برای انجام تراکم دینامیکی مورد نیاز است در جدول زیر ارائه شده است (From Lukas, 1986):

انفجار:

تراکم در عمق توسط انفجار مواد منفجره مدفون در بسیاری ای حالتها می تواند وسیله ای سریع و کم هزینه برای بهسازی خاک باشد. مراحل کلی این روش به شرح زیر است:

  1. نصب لوله با حفاری جت آب و یا گمانه زنی جهت جاگذاری مواد یا خرج های انفجاری
  2. جاگذاری مواد انفجاری در لوله و یا در عمق مورد نظر
  3. پر کردن گمانه یا لوله یا خاکریزی به داخل آن
  4. منفجر کردن مواد طبق الگوی از پیش تعیین شده

شکل 1-31: محدوده موثر تراکم دینامیکی (Lukas, 1986)

اگر جهت انفجار از لوله استفاده شده باشد لوله ها قبل یا بعد از انفجار بیرون کشیده می شوند. مواد انفجاری به کار رفته شامل دینامیت، تی ان تی و آمونیت می باشد. روش انفجار در آب برای تراکم لس ها بسیار موفقیت آمیز و اقتصادی است. در این روش در ابتدا یک ترانشه راهنما به عرض 2/0 تا 4/0 متر و با عمق چند متر از هم احداث می شود. پس از آن طی چند روز از طریق گمانه ها به داخل لس آب پمپ می شود تا درصد رطوبت خاک به حد روانی نزدیک شود. می توان از دیوارهای جداکننده یا غشاهای پلاستیکی برای جلوگیری از انتقال آب به خاکهای اطراف استفاده نمود. سپس خرج های انفجاری به قرار هر خرج حدود 5 کیلوگرم توسط لوله هایی در فواصل 3 تا 6 متری شبکه داخل گمانه قرار داده شده و منفجر می شوند. نشست های سطحی تا 10% ضخامت لایه و کاهش تخلخل تا درصد های بالا رخ می دهد. مناطقی به وسعت 1000 تا 10000 متر مربع شامل 10000 تا 100000 متر مکعب از لس را در یک مرحله زمانی می توان با تکنیک انفجاری مورد بهسازی قرار داد.


غرقاب نمودن و مرطوب نمودن به همراه سربارهای موقت:

از مزایای این روش می توان علاوه بر ایجاد نشست های رمبندگی که در نهایت موجب کاهش تخلخل طبیعی خاک می گردد به عدم ایجاد سروصدا اشاره نمود که استفاده از ان را در مناطق شهری و یا در مواردی که محدودیت های همسایگی مطرح است اشارده نمود.  

ادامه دارد ...

 

جهت مطالعه کامل مطالب، می توانید کتاب را از لینک ذیل دانلود فرمایید

پیوست ها:
لینک حجم فایلدانلود ها
دسترسی به این لینک (دانلود کتاب خاک لس)دانلود کتاب خاک لس0 kB713

شرکت مقاوم سازان مینو با بیش از 10 سال سابقه اجرای ژئوسنتتیک ها در زمینه های مختلف از جمله کشاورزی، صنعت و معدن، گودهای ساختمانی و... در تمامی نقاط کشور ... بیشتر بدانید

ساعت کاری

شنبه تا

پنج شنبه

08:00 صبح  الی

15:00 بعد از ظهر

جمعه   تعطیل

 

Please publish modules in offcanvas position.