بررسی صحرایی خاکها منجر به تهیه نمونه هایی می شود که ممکن است مستقیماً و به طور برجا ( در محل ) آزمایش شده یا برای بررسی به آزمایشگاه ارسال شوند . اندازه گیری ویژگیهای خاکها ، آنگونه که در مورد سنگ نیز گفته شد ، جهت « شناسایی » ، « طبقه بندی » و « تعیین روابطی » که بین ویژگیهای مختلف خاک وجود دارد و بالاخره تجزیه و تحلیلها و « ارزیابیهای مهندسی » استفاده می شود .
ویژگیهای قابل اندازه گیری خاکها را نیز به چهار گروه « ویژگیهای اساسی » ، « ویژگیهای شاخص » ، « ویژگیهای هیدرولیکی » و « ویژگیهای مکانیکی » تقسیم می کنیم . مجموعه ویژگیهای هیدرولیکی و مکانیکی ، که به نام « ویژگیهای مهندسی » نیز می شناسیم ، پایه ای برای تمام تجزیه و تحلیلهای مهندسی هستند . این بررسیها معمولاً دقیق ، پر خرج و وقت گیر هستند . ویژگیهای مهندسی خاکها معمولاً با آزمونهای برجا تعیین می شود . در مقابل ، بررسی آزمایشگاهی خاکها بیشتر به منظور تعیین ویژگیهای اساسی و شاخص آنها صورت می گیرد . در مواردی که بتوان به نمونه دست نخورده ای از خاک دست یافت ، امکان اندازه گیری ویژگیهای مهندسی در آزمایشگاه نیز میسر می شود .
اندازه گیری ویژگیهای اساسی و شاخص خاک :
ویژگیهای اساسی و شاخص خاک عمدتاًعبارت اند از : روابط وزنی – حجمی ، چگالی – رطوبت ، چگالی نسبی ، دانه بندی ، درجه خمیری بودن و مقدار مواد آلی .
روابط بین رطوبت و چگالی ( تراکم خاک ) :
مفاهیم « رطوبت بهینه » و « چگالی خشک حداکثر » معمولاً به منظور مشخص نمودن میزان استانداردی از تراکم لازم در خلال احداث یک خاکریز باربر ، یک راه یا یک سد ، به کار گرفته می شود . در اغلب موارد درصد چگالی خشک حداکثر و دامنه مجاز رطوبت نیز ذکر می گردد .
چگالی نسبی DR :
« چگالی نسبی » در ارتباط با تراکم برجای خاک مطرح می شود و رابطه چگالی طبیعی یک خاک دانه ای بدون چسبندگی را با چگالی حداکثر ( متراکم ترین حالت خاک DR = 100% ) و چگالی حداقل ( سست ترین حالتی که ذرات خاک خشک می توانند داشته باشند DR = 0% ) بیان می کند .
دانه بندی :
« دانه بندی » به نحوه توزیع دانه های با اندازه مختلف در نمونه خاک اطلاق می شود . برای تعیین دانه بندی معمولاً از یک سری الک استاندارد که به روی هم قرار داده شده و به سمت پایین ریزتر می شوند ، استفاده می شود . در صورتی که درصد وزنی ذرات گذشته از هر الک را بر حسب اندازه ( قطر دانه ها ) رسم نماییم ، « منحنی دانه بندی » حاصل می شود .
« دانه بندی خوب » به حالتی اطلاق می شود که همه اندازه ذرات ، در خاک وجود داشته باشد ( و این مخالف مفهوم « جورشدگی خوب » در زمین شناسی است ) . در صورتی که همه ذرات کم و بیش یک اندازه باشند نمونه خاک از « دانه بندی بد » برخوردار خواهد بود . در مواردی نیز ممکن است نمونه ای از خاک دامنه ای از اندازه دانه ها را نداشته باشد .
خمیرسانی :
ویژگیهای « خمیرسانی » رسها و دیگر مواد چسبنده توسط « حدود اتربرگ » که شامل حد روانی حد خمیری و حد انقباض است ، تعیین می شود .
اندازه گیری ویژگیهای هیدرولیکی خاک :
نفوذ پذیری یا قابلیت مواد برای عبور دادن مایعات متأثر از عواملی چون دانه بندی ، تراکم ، تخلخل ، پوکی ، میزان اشباع و لایه بندی است . علاوه بر اینها چگالی نسبی در خاکهای دانه ای و کانی شناسی و ساختهای ثانوی در خاکهای رسی بر نفوذ پذیری تأثیر می گذارند .
اندازه گیری ویژگیهای مربوط به مقاومت گسیختگی خاک :
مقاومت خاکها در برابر گسیختگی عمدتاً ناشی از « اصطکاک » بین ذرات تشکیل دهنده آن است که تابع مستقیمی از نیروهای عمودی است . عامل دیگر که تنها در برخی از خاکهای سیمان شده یا رسها دیده می شود « چسبندگی » ( C ) نام دارد . چسبندگی از پیوند بین ذرات بر اثر نیروهای الکتروشیمیایی به وجود آمده و مستقل از نیروی عمودی وارد به خاک است . مفهوم « مقاومت » ویژگی ثابتی برای یک ماده از جمله خاک نیست و مقدار آن به عوامل مختلف ، مثل ویژگیهای خاک ، بزرگی ، جهت و سرعت اعمال نیرو ، وضعیت زهکشی خاک و بالاخره اندازه نیروهای جانبی ( محصور کننده ) بستگی دارد .
مفاهیم مهم در بررسی مقاومت خاک
عامل مهم در مقاومت شرایط طبیعی تنش حکمفرما در زمین است . زیرا تنشهای عمودی که بر سطوح بالقوه گسیختگی عمل می کنند ناشی از فشار مواد روباره هستند . به طور کلی تنشهای قائم و جانبی موجود در روی یک واحد کوچک از خاک ، که ناشی از وزن مواد قرار گرفته در روی آن است ، « تنشهای ژئواستاتیک » گفته می شود . بدیهی است که وضعیت تنش در زمینهای ناهموار و شیبدار حالتی پیچیده تر به خود می گیرد . تغییر در وضعیت تنشهای ژئواستاتیک بر اثر عوامل مختلفی ممکن است ایجاد شود که از آن جمله است : بارهای وارده از پی سازه ها ، حفاریهای سطحی یا زیرزمینی ، پایین رفتن آب زیرزمینی و پدیده های طبیعی مثل فرسایش و رسوبگذاری .