بخشی از مقاله
خلاصه
خاک بهعنوان عنصری جداییناپذیر در اکثر گرایشهای علم عمران همواره مورد توجه محققین و مهندسین این علم بوده است. یکی از ضعفهای اساسی خاک، پایین بودن ظرفیت باربری آن میباشد، به همین دلیل محققان به دنبال راهکارهایی هستند تا بتوان مقاومت برشی و ظرفیت باربری آن را بالا برد. در این پژوهش از ژئوسل که یکی از انواع ژئوسنتیک ها است، بهعنوان مسلح کننده خاک، استفاده شده است. در این تحقیق به رفتار پی مربعی بر روی خاک مسلح شده تحت اثر بارهای دینامیکی با استفاده از روش المان محدود پرداخته می شود.نتایج بدست آمده نشان می دهد که تسلیح خاک با ژئوسل، باعث کاهش مقدار نشست ماندگار پی ماشین آلات تحت اثر بارهای استاتیکی و دینامیکی می شود.
کلمات کلیدی: خاک مسلح، ژئوسل،تحلیل دینامیکی، مطالعه عددی،تغییر شکل های ماندگار.
.1 مقدمه
پی ماشین آلات در تقابل با مباحث دینامیک خاک است. در این پی ها، ما شاهد وزن زیاد فونداسیون نسبت به وزن ماشین آلات هستیم. نیروهای دینامیکی که توسط ماشین ها تولید می شوند در مقایسه با وزن استاتیکی ماشین و پی ناچیزند اما این بارها بصورت تکراری و در مدت طولانی به مجموعه پی و خاک وارد می شود. بنابراین لازم است خاک رفتاری الاستیک از خود نشان دهد، در غیر این صورت تغییر مکان و نشست در هر سیکل بیشتر و بیشتر شده در نتیجه بارهای دینامیکی می توانند باعث آسیب دیدن ماشین آلات و مجموعه پی و خاک بستر شود. برای ساخت پی ماشین آلات، روشهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد تا حرکت وجابجایی مجموعه پی و خاک به حداقل برسد و بار ماشین آلات به لایه های مقاوم خاک وارد شود تا ماشین الات بتوانند بدون مشکل کار کرده و از نظر ایمنی نیز برای کاربران، ایمن و قابل استفاده باشد. یکی از روشهای متداول تقویت خاک به منظورکاهش نشست پی،مسلح کردن خاک با محصولات ژئوسنتتیک از قبیل ژئوسل می باشد. مزیت قابل توجه ژئوسل در مقایسه با سایر ژئوسنتتیک ها مانند ژئوتکستایل در این است که علاوه بر مقاومت برشی بین خاک و مسلح کننده، به دلیل ماهیت سه بعدی ژئوسل، مقاومت پاسیو پشت دیواره های ژئوسل نیز نقش بسزایی در افزایش مقاومت برشی خاک دارد.[1]
ژائو و دیگران در سال 2010 مطالعاتی برروی نقش و عملکرد لایه مسلح کننده ژئوسل انجام داده و عملکرد اصلی لایه ژئوسل را در سه مورد زیر بررسی و ارزیابی کردند.[2]
الف - اثر مقاومت جانبی: یک لایه ژئوسل،به جهت دارا بودن سلول های سه بعدی، از لغزش جانبی مصالح پرشده درون سلول ها جلو گیری می کند و موجب افزایش مقاومت برشی مصالح پرکننده درون سلول ها می شود.
ب - اثر توزیع تنش قائم:لایه مسلح کننده ژئوسل همانند یک صفحه نسبتاً صلب عمل می کند که موجب باز توزیع بار در یک سطح وسیعتر می شود.
ج - اثر غشاء و پوسته: بارگذاری ناشی از خاکریز باعث خم شدن مسلح کننده ژئوسل و ایجاد یک نیروی کششی کلی در آن می گردد. مولفه قائم این نیروی کششی،به کاهش فشار بر روی بستر خاک کمک کرده و سبب کاهش تغییر شکل قائم بستر نرم و افزایش ظرفیت باربری خاک بستر می شود.
مقدس تفرشی و داوسون در سال 2012 مطالعاتی را در زمینه رفتار پی های قرار گرفته بر روی خاک ماسه ایی مسلح شده با ژئوسل تحت بارگذاری استاتیکی و دینامیکی را انجام داده و نتایج را با یکدیگر مقایسه کردند. به طور کلی هدف از این تحقیق، بررسی وضعیت پی در دو حالت قرار گرفته بر روی بستر مسلح شده و مسلح نشده ماسه ایی تحت بار دینامیکی، نشان دادن مزایای وجود ژئوسل در زیر پی ها و تعیین پارامتر های تاثیر گذار بر عملکرد بهتر آن می باشد. نتایج ارائه شده از آزمایش آنها نشان داد که برای مسلح سازی بستر یک پی مربعی به ابعاد - B×B - لایه ژئوسل باید در عمق بهینه - u=0.1B - قرار گیرد و بیشترین راندمان برای کاهش نشست ماندگار و افزایش ظرفیت باربری خاک زمانی رخ خواهد داد که طول لایه ژئوسل b=3.2B وضخامت لایه مسلح شده H=1.33B باشد.[3]
.2 مدلسازی عددی در محیط نرم افزار
مطالعه انجام شده در این پژوهش شامل یک مدل خاکی با ابعاد ثابت و ژئوسل به عنوان مسلح کننده با مشخصات فیزیکی و مکانیکی ثابت و با ابعاد و تعداد لایه متغیر مطابق شکل 1 می باشد.
مشخصات مصالح مورد استفاده در این مطالعه عددی، مطابق با مدل صحت سنجی شده انتخاب شده است که در جدول 1 ارائه شده است.
جدول -1 مشخصات مصالح مورد استفاده در مدل سازی
.3 صحت سنجی مدلسازی عددی
مدلسازی عددی در محیط نرم افزار اجزای محدود Abaqus صورت گرفت. برای صحت سنجی مدلسازی انجام شده،ابتدا یک مدل با توجه به ابعاد پی و جعبه آزمایش،مطابق با آزمایش های مقدس تفرشی و داوسون[3]ساخته شد.
در این مدل،ابعاد فونداسیون - 75×75mm - و ابعاد پی - 750×750×375mm - انتخاب شد و در محیط نرم افزار پس از بارگذاری، مورد تحلیل قرار گرفت. بارگذاری مدل مطابق با نمونه های آزمایش به صورت استاتیکی - تغییر مکان کنترل - و با اعمال جابجایی معادل 15 میلی متر در مدل بدون تسلیح و 18 میلی متر در مدل مسلح شده و با نرخ ثابت در مدت زمان 20 ثانیه به شالوده وارد شده است. از آنجایی که هدف این پژوهش بررسی خاک های مسلح شده با ژئوسل در زیر پی ماشین آلات بوده است، در نتیجه از روش Dynamic-Explicite جهت تحلیل مدل های عددی استفاده شده است.
همانطور که در نمودارهای تنش- نشست مشاهده می شود،مطابقت خوبی بین نتایج مطالعه عددی در محیط نرم افزار اجزای محدود - Abaqus - و نتایج آزمایشگاهی دیده می شود که صحت مدلسازی را نشان می دهد.
شکل -1 شمای کلی مدلسازی در محیط نرم افزار شکل -2 شمای کلی سیستم آزمایش مقدس و داوسون
