توزیع ابعاد ذرات خاک توسط دانه‌بندی آن نمایش داده می‌شود. به طور کلی هر چه طیف ابعاد ذرات تشکیل دهنده خاک وسیع‌تر باشد (خاک با دانه‌بندی خوب)، تراکم‌پذیری بیشتر، هدایت هیدرولیکی کمتر و مقاومت برشی بیشتر خواهد بود.
توزیع دانه‌بندی معمولا توسط آزمایش‌های مخصوص اندازه‌گیری شده و بر روی منحنی دانه بندی نمایش داده می‌شود.
با استفاده از منحنی توزیع دانه‌بندی، پارامترهایی نظیر اندازه موثر، ضریب یکنواختی و ضریب انحنا به دست می‌آیند.
اندازه موثر خاک چیست؟
اندازه موثر، قطری بر روی محنی دانه‌بندی است که ۱۰ درصد ذرات خاک از آن ریزتر هستند. این کمیت برای تعیین هدایت هیدرولیکی و زهکشی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. اندازه موثر خاک با عنوان D10 نمایش داده می‌شود.
ضریب یکنواختی خاک چیست؟
ضریب یکنواختی خاک، میزان یکنواختی توزیع ذرات خاک را نمایش می‌دهد. هرچه این کمیت بزرگ‌تر باشد، دانه‌بندی خاک بهتر خواهد بود. فرمول ضریب یکنواختی عبارت است از:
- D60: قطری که ابعاد ۶۰ درصد از ذرات الک‌شده از آن کوچک‌تر است.
- D10: قطری که ابعاد 10 درصد از ذرات الک‌شده از آن کوچک‌تر است.
ضریب انحنای خاک
ضریب انحنا، معیاری برای تشخیص کیفیت توزیع ذرات خاک بر اساس منحنی دانه‌بندی است. این ضریب مطابق با رابطه زیر محاسبه می‌شود:
- D30: قطری که ابعاد 30 درصد از ذرات الک‌شده از آن کوچک‌تر است.
به طور کلی، در صورتی که شرایط زیر برقرار باشند، دانه‌بندی خاک خوب در نظر گرفته می‌شود:
- شن: ضریب یکنواختی بیشتر از ۴ و ضریب انحنای بین ۱ تا ۳
- ماسه: ضریب یکنواختی بیشتر از ۶ و ضریب انحنای بین ۱ تا ۳
اهمیت دانه بندی در مکانیک خاک
دانه‌بندی، یکی از مفاهیم مهم در مکانیک خاک و مهندسی ژئوتکنیک است که پیش از ساخت سازه‌های خاکی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، برای ساخت فونداسیون ممکن است به خاک با دانه‌بندی درشت نیاز باشد. از این‌رو، تایید اولیه کیفیت دانه‌بندی خاک محل اجرای پروژه توسط آزمایش دانه‌بندی صورت می‌گیرد. در اغلب موارد، دانه‌بندی برجای خاک، پارامترهای طراحی و زهکشی آب‌های زیرزمینی را کنترل می‌کند. به دلیل فضای خالی بین ذرات، میزان تراوش در خاک با دانه‌بندی بد بیشتر از خاک با دانه‌بندی خوب است.
در پروژه‌های عمرانی نظیر خاکریز کنار جاده یا سد خاکی، دانه‌بندی به عنوان یکی از معیارهای انتخاب ماده پرکننده در نظر گرفته می‌شود؛ چراکه خاک خوب دانه‌بندی شده، بهتر از خاک بد دانه بندی شده تراکم می‌یابد. علاوه بر این، دانه‌بندی یکی از عوامل کنترل‌کننده در هنگام انتخاب روش مناسب برای بهسازی خاک است.