تیپ بندی خاک چیست؟

تیپ بندی خاک از مهم‌ترین مفاهیم موجود در طراحی سازه و ساختمان سازیه. دقیق شدن در نوع خاک، منجر به مقاومت سازه در برابر زلزله میشه که اساس و بنیان آئین نامه های طراحی شده جهت ساختمان سازی ایده آل و مستحکم در شمال و اقصی نقاط کشور است. انتخاب بهترین خاک برای هر ویلا، رسالتی است که تیپ بندی خاک دنبال میکنه. با پورتال جامع مهندسین ایران همراه باشید تا ذره بین به دست، به سراغ این مفهوم بریم و جزئیاتش رو تشریح کنیم.

طبقه بندی خاک، نخستین گام ساختمان سازی

تیپ بندی خاک، به معنای طبقه بندی کردن خاکه، بر اساس آنچه در آیین نامه “طراحی ساختمان در برابر زلزله”، آمده، چهار طبقه اصلی برای خاک وجود داره و هر خاکی متعلق به یکی از این چهار طبقه است. بررسی ها حاکی از اینه که تیپ بندی خاک بر اساس سرعت عبور امواج زلزله از خاک، صورت می گیره، بر این اساس، یک خاک نرم با سرعت کند و آهسته عبور امواج زلزله روبروست و نوع دیگری از خاک، به دلیل استحکام زیاد، با بیشترین سرعت عبور امواج، دست به گریبانه. تیپ ۱ تا تیپ ۴، همان تیپ بندی معروفی است که برای خاک های ساختمان سازی در شمال لحاظ شده.

انواع تیپ بندی خاک

براساس آئین نامه های طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (آئین نامه ۲۸۰۰)، خاک برمبنای میانگین سرعت امواج زلزله (برشی) به چهار دسته زیر تقسیم بندی می گردد:

خاک تیپ ۱

تیپ ۱ مستحکم ترین خاک های سطحی هستند. به طوری که بر اساس آیین نامه ۲۸۰۰ ، سنگ ها و شبه سنگ ها در این دسته قرار می گیرند. سرعت موج برشی عبوری در خاک نوع یک بیشتر از ۷۵۰ متر بر ثانیه است و عمدتا از سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگونی تشکیل شده است.

خاک تیپ ۲

تیپ ۲ شامل خاک های بسیار متراکم و یا سنگ های سست می باشد. شن و ماسه متراکم و رس بسیار سخت با ضخامتی بیش از ۳۰ متر مشمول این دسته هستند. سرعت موج برشی در خاک تیپ دو بین ۳۷۵ تا ۷۵۰ متر بر ثانیه است. از جمله سنگ هایی که در این دسته قرار می گیرند، سنگ های آذرین و رسوبی سست مانند توف و یا سنگ های متورق و هوازده می باشند.

خاک تیپ ۳

تیپ ۳ شامل خاک هایی با تراکم متوسط است. سنگ های متلاشی شده در اثر هوازدگی جزو خاک نوع سه هستند. همچنین خاک هایی با تراکم متوسط، طبقات شن و ماسه با پیوند متوسط و رس ها با سختی متوسط جزو نوع ۳ می باشند. سرعت موج برشی درآن بین ۱۷۵ تا ۳۷۵ متر بر ثانیه است.

خاک تیپ ۴

نرم بودن خاک، اصلی ترین ویژگی خاک تیپ ۴ است. هر گونه پروفیل که شامل حداقل ۶ متر رس با اندیس خمیری بیشتر از ۲۰ و رطوبت بیشتر از ۴۰ درصد باشد. به عنوان مثال نهشته های نرم با رطوبت زیاد در اثر بالا بودن سطح آب زیر زمینی مشمول این دسته است. سرعت موج برشی در خاک نوع چهار کمتر از ۱۷۵ متر بر ثانیه است.

روش تعیین تیپ خاک

تعیین نوع خاک توسط آزمایشگاه ژئوتکنیک و به وسیله نتایج آزمایش خاک صحرایی دانهول و یا نفوذ استاندارد انجام می پذیرد.

آزمایش دانهول

اصلی ترین آزمایش صحرایی که از نتایج آن به طور غیر مستقیم می توان تیپ خاک را تشخیص داد، آزمایش دانهول است. نتایج تست دانهول مستقیما سرعت موج برشی در خاک را نشان می دهد. با داشتن سرعت موج برشی می توان نوع خاک را تشخیص داد. هر چه سرعت موج برشی در خاکی بیشتر باشد، نشان دهنده آن است که سفت تر و متراکم تر است. به عنوان مثال اگر سرعت موج برشی در خاک ، بیش از ۷۵۰ متر بر ثانیه باشد، نوع ۱ می باشد و اگر سرعت موج برشی در آن ها کمتر از ۱۷۵ متر بر ثانیه است، خاکهای ضعیف و سستی بوده و در رده تیپ ۴ قرار می گیرند.

آزمایش نفوذ استاندارد SPT

اگر محاسبه مستقیم سرعت موج برشی در تست خاک میسر نباشد از روابط تقریبی استفاده می گردد. یکی از آزمایش هایی که با استفاده از آن می توان سرعت موج برشی را تخمین زد، آزمایش نفوذ استاندارد است.

به طور کلی اگر عدد SPT استاندارد در خاکی بیش از ۵۰ باشد آن خاک متراکم بوده و تیپ ۲ است. عدد SPT کمتر از ۵۰ نیز نشانگر نوع ۳ یا ۴ است.

معیار تعیین تیپ خاک در آزمایش نفوذ استاندارد دستی عدد ۱۶۰ است. به طوری که اگر عدد SPT بیش از ۱۶۰ شود از نوع متراکم تیپ ۲ یا ۱ در نظر گرفته می شود.

جدول طبقه بندی خاک بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ می تواند راهنمای مناسبی جهت تشخیص نوع خاک باشد.

طبقه بندی خاک بر اساس استاندارد ۲۸۰۰

نوع زمین	توصیف لایدبندی زمین	Vs (m/s)	N1(60)	Cu(kPa)
خاک تیپ یک	سنگ و شبه سنگ، شامل سنگ های آذرین ، دگرگونی و رسوبی و خاک های سیمانته بسیار محکم  با حداکثر ۵ متر مصالح ضعیف تر تا سطح زمین	۷۵۰<	_	_
خاک تیپ دو	خاک خیلی متراکم یا سنگ سست، شامل شن و ماسه خیلی متراکم، رس بسیار سخت با ضخامت بیشتر از ۳۰ متر که مشخصات مکانیکی آن با افزایش عمق به تدریج بهبود یابد. سنگ های آذرین و رسوبی سست، مانند توف ویا سنگ متورق و یا کاملا هوازده	۷۵۰-۳۷۵	۵۰<	۲۵۰<
خاک تیپ سه	خاک متراکم تا متوسط، شامل شن و ماسه متراکم تا متوسط یا رس های سخت با ضخامت بیشتر از ۳۰ متر	۳۷۵-۱۷۵	۵۰-۱۵	۲۵۰-۷۰
خاک تیپ چهار	خاک متوسط تا نرم، لایه های خاک غیر چسبنده یا با کمی خاک چسبنده با تراکم متوسط تا کم، لایه های خاک کاملا چسبنده نرم تا محکم	۱۷۵>	۱۵>	۷۰>

کاربرد تیپ بندی خاک در صنعت ساختمان

کاربرد اصلی تیپ بندی خاک در فرآیند ساخت سازه و ساختمان است، با توجه به اینکه هیچ سازه ای از آسیب زلزله در امان نیست، استانداردی تحت عنوان استاندارد ۲۸۰۰ زلزله، که به نحوه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله می پردازه، این طور نتیجه گیری میکنه که هر زلزله یک نیروی افقی به ساختمان وارد میکنه که می تواند منجر به تخریب شود، در واقع این نوع خاک است که مشخص میکنه نیروی افقی وارد شده تا چه اندازه قابلیت توزیع و تخریب داشته باشد.

خاک تیپ یک، کمترین ضریب بازتاب رو داره به این معنا که با وقوع زلزله و ورود نیروی افقی، کمترین بازتاب و انعکاس رو به ساختمان داره و منجر به کمترین میزان خرابی میشود و خاک تیپ ۴ با دارا بودن بیشترین ضریب بازتاب، می تواند حجم خرابی بیشتری به بار بیاورد.

نقش تعیین کننده تیپ خاک در انتخاب مصالح ساختمانی

خاک تیپ ۴، بعنوان ضعیف ترین نوع خاک شناخته میشه. چنانچه قرار به ساختمان سازی بر روی خاک تیپ ۳ یا ۴ باشد، ناگریزم از مصالح مستحکم تری استفاده نماییم تا در صورت وقوع زلزله، شاهد کمترین تخریب ساختمانی باشیم به عنوان مثال در خاک تیپ ۳، از فونداسیون های بالاتر و تیر و ستون های بلندتری برای خنثی سازی نیروی زلزله استفاده میشه. بنابراین هرچه تیپ خاک اولیه، قوی تر باشد، هزینه ای که در پروسه ساخت ساختمان ویلا گریبان گیرمان می شود، کمتر خواهد بود.

تیپ بندی تقریبی خاک تهران

بر اساس مطالعات و آزمایش های صورت گرفته، حدود تقریبی تیپ خاک شهر تهران به شرح ذیل است.

• تیپ ۱ (بسیار خوب)
  بخش هایی از منطقه نیاوران، ازگل، گیشا و امیرآباد و در محدوده خیابان شریعتی و یخچال شهر تهران تیپ یک است
• تیپ ۲ (خوب)
  غالب مناطق ۱ تا ۸ و منطقه ۲۲ و در اکثر مناطق ۹ تا ۱۵ و ۲۱ تهران تیب دو است.
• تیپ ۳ (متوسط)
  بخش هایی از مناطق ۹ تا ۱۵ و ۲۱ تهران جز تیب سه است.
• تیپ چهار (ضعیف)
  غالب مناطق ۱۶ تا ۲۰ تهران مشتمل بر یافت آباد، خاوران، افسریه و میدان جهاد، قلعه مرغی و آیت ا.. سعیدی تیپ ۴ است.

تاثیر تیپ بندی خاک بر روی هزینه ساخت سازه

همانطور که بیان گردید، تعیین نوع خاک محل پروژه، در محاسبه نیروی زلزله وارد بر ساختمان تاثیر بسزایی داشته به طوری که با تغییر آن از یک به دو، از دو به سه و از سه به چهار، موجب افزایش نیروی زلزله وارد به ساختمان و در پی آن بالا رفتن مقاطع تیر و ستون، مقاطع فونداسیون ها، بادبندها و دیوارهای برشی و در نتیجه افزایش هزینه های ساختمان را در پی دارد.