نگاهي کلي به مبحث ژئوتکنيک - مکانيک خاک و زمينه هاي وابسته (1)

چکيده
 

هدف از ارائه ي اين مقاله، بيان مطالبي درباره ي مبحث ژئوتکنيک و زمينه هاي وابسته به آن، حوزه ي کاربرد و اهميت آن، ابزارهاي مورد نياز، تاريخچه اي از آغاز و تکامل آن مي باشد؛ ضمن اين که به وضعيت آموزش مباحث در اين زمينه اشاره خواهد شد.

موضوع و حوزه ي کاربرد
 

تعريف و توضيح
 

مبحث ژئوتکنيک را مي توان مجموعه اي از زمينه هاي کاربردي مکانيک خاک و مکانيک سنگ (اصولاً مصالح زميني، مشتق از واژه ي Geo) دانست. در عين حال بايد توجه داشت که در بسياري موارد هنوز هم اصطلاح هاي مکانيک خاک و ژئوتکنيک به صورت توأم به کار برده مي شوند و اشاره بر اين است که واژه ي ژئوتکنيک (به عنوان يک فن آوري) و واژه ي مکانيک خاک (به عنوان يک شاخه از دانش) الزاماً مفهومي مترادف و کاملاً يکسان را بيان نمي کنند؛ هر چند وجوه مشترک بسياري دارند و در بسياري از موارد هم به جاي يکديگر قرار گرفته اند. به هر صورت، واژه ي ژئوتکنيک به مفهوم فن آوري مصالح خاکي و سنگي ست، به طوري که در تکميل آن واژه هايي چون ژئوتکنولوژي و ژئومکانيک نيز کاربرد يافته اند. با وجود اين، با درنظر گرفتن تنوع واژه ها در حوزه ي شناخت ويژگي هاي مهندسي مصالحي چون سنگ و خاک، اگر به منظور تلخيص و ايجاز قرار باشد اصطلاحي فراگير به کار برده شود که همه ي مفاهيم مذکور را (اعم از نظري، تجربي و آزمايشگاهي در مقياس اجرايي و يا محدود) در يک واژه بيان کند، به احتمال زياد همين واژه ي ژئوتکنيک مناسب ترين است. نگاهي به کاربرد اين واژه و مشتقات آن در نام گذاري مجلات و همايش هاي مرتبط با آن، مي تواند اين توجيه را تأييد نمايد. براي مثال، نخستين و معتبرترين مجله در زمينه ي مسائل مهندسي خاک که چاپ و انتشار آن از سال 1948م. در انگلستان آغاز شده است و هنوز هم ادامه دارد، «مجله ي بين المللي ژئوتکنيک» (International Journal of Geotechnique) نام دارد. علاوه بر اين توضيحات و در تکميل آن ها مناسب است ترجمه ي تعريفي که در مقدمه ي کتاب «مهندسي ژئوتکنيک» تاليف B. M. Das (1993)، آمده است. عيناً در اين جا نقل شود:
«مهندسي ژئوتکنيک زيرشاخه اي از مهندسي عمران است که خواص مهندسي مصالح طبيعي سطح زمين را بررسي مي کند و نقش آن کاربرد اصول مکانيک خاک و مکانيک سنگ در طراحي پروژه هايي چون پي ها، سازه هاي حايل و سازه هاي خاکي ست».
بنابراين، با توجه به اين که مصالح مورد مطالعه ي دانش ژئوتکنيک، مصالح زميني (و طبيعي) يعني خاک و سنگ است، اين مطالعه و بررسي ها به بخش هايي اساسي تقسيم مي شود که هر کدام حاوي تئوري ها و ابزارهاي خاصي ست. اين بخش ها تحت عناويني چون فيزيک خاک يا سنگ، مکانيک خاک يا سنگ، ديناميک خاک يا سنگ، آزمايش هاي آزمايشگاهي براي خاک يا سنگ، آزمايش هاي صحرايي و ابزارهاي مرتبط با آن ها توضيح داده شده و در سال هاي اخير به نحو چشمگيري توسعه يافته است و به موازات آن کتاب ها و تأليفات متعددي تحت همين نام ها به چاپ رسيده و انتشار يافته است.
از طرفي، به علت ماهيت طبيعي مصالح خاکي و سنگي که غالباً (تقريباً هميشه) «درجا» هستند، مطالعات ژئوتکنيکي ارتباط تنگاتنگي با مبحث «زمين شناسي مهندسي» (Engineering Geology) پيدا مي کند و به همين علت در پروژه هايي اجرايي - مخصوصاً پروژه هايي که در يک مساحت بزرگ (مانند پروژه هاي سدسازي) يا در يک راستاي طويل (مانند راه ها و تونل ها) صورت مي گيرند - مبحث زمين شناسي مهندسي بنياد اوليه ي مطالعات و تصميم گيري ها را تشکيل مي دهد، و به اين دليل، در مواردي بين مبحث زمين شناسي مهندسي، مکانيک خاک و مکانيک سنگ و ژئوتکنيک، نوعي تعامل متقابل و ضروري وجود دارد.

حوزه ي کاربرد دانش ژئوتکنيک
 

هرگونه فعاليت عمراني که بر سطح خشکي هاي زمين (و همچنين در زير سطح آب) صورت مي گيرد، تکيه گاه آن را بستري از سنگ يا خاک تشکيل مي دهد و بنابراين، به ناچار در ارتباط با خواص آن هاست. ساختمان هاي مسکوني و اداري، سيلوها، برج ها، راه ها، ورزشگاه ها، فرودگاه ها، نيروگاه ها، تونل هاي راه و راه آهن و زير گذرها، متروها و پارکينگ ها، پل ها، انبارها، تونل ها و کانال هاي آبرساني، سدها، تصفيه خانه ها، و پالايشگاه ها و ... همه به نحوي بر تکيه گاهي يا بستري از خاک يا سنگ قرار دارند. اين که تا چه اندازه دقت و چه خواص و ويژگي هايي از خاک يا سنگ بايد در هر کدام از اين پروژه ها مورد مطالعه قرار گيرد، بستگي به عوامل مختلفي دارد که اهم آن عبارت اند از: استحکام يا مقاومت محل اجراي پروژه در برابر نيروهايي که قرار است بر آن وارد آيد، عوامل مؤثر دروني آن محل، مثل وجود آب، شکستگي ها، پوکي ها، ناهمگني ها، و ناهمساني ها، اهميت اقتصادي و ميزان ايمني لازم براي حفظ ايمني و امنيت کاربران، عمر مفيد آن پروژه و چگونگي دوام خواص آن محيط در رابطه با زمان، عوامل مؤثر بر پايداري يا آسيب رساني به پروژه و زير ساخت آن و بعضي عوامل ديگر. از اين رو، شناخت خواص ژئوتکنيکي محل اجراي آن پروژه بايد به عنوان نخستين مرحله ي بررسي زيربناي مهندسيِ آن موضوع تلقي گردد؛ گرچه ميزان شناخت و چگونگي ارزيابي و دقت هاي لازم در شناسايي ها و گزارش ها خود بستگي به موارد مذکور دارد. بر اين اساس مي توان پذيرفت که اين گونه شناسايي ها ممکن است از ساده ترين حالت تا مشکل ترين حالت را شامل گردد. به همين دليل بسياري از ساختمان ها و راه ها ساخته شده اند و ده ها سال و حتي صدها سال هم پابرجا مانده اند، بدون اين که مطالعات دقيقي هم صورت گرفته باشد. در مقابل، مواردي از کارهاي عمراني هم بايد طراحي شود که نياز به ماه ها مطالعه و تحليل و اندازه گيري هاي دقيق دارد تا اطمينان کافي از عملکرد رفتاري مناسب و رضايت بخش آن پروژه حاصل گردد.
از ديدگاهي ديگر، خاک و قطعات سنگ به عنوان بخشي از مصالح مورد کاربرد در بسياري از پروژه هاي عمراني نقش مبنايي و حياتي دارد. مثلاً بخش عمده اي از سدها را در حال حاضر انواع سدهاي خاکي و سنگ ريزه اي تشکيل مي دهند، و به ناچار شناخت دقيق خواص مهندسي اين مصالح بسيار با اهميت است که خود جايگاهي در حوزه ي ژئوتکنيک دارد.