بخشی از مقاله
چکیده
در احداث بسیاری از سازه های مهندسی نیازمند اصلاح ساختگاه و بستر مورد نظر هستیم، به طوریکه ظرفیت باربری خاک آن منطقه افزایش پیدا کند. در این راستا به کلیه روشهایی که باعث رسیدن به این مقصود می شود تراکم خاک می گویند. به طور کلی از فواید تراکم می توان به افزایش باربری خاک، کاهش نشست های ناخواسته و پایداری شیروانی ها اشاره کرد. تراکم با دستگاههای معمول از جمله غلطک های استوانه ای صاف و پاچه بزی می تواند تا 30 سانتیمتر سطح خاک را متراکم کند. در صورتیکه بخواهیم تراکم در لایه های عمیق تر خاک رخ دهد می بایست از تراکم دینامیکی و یا ارتعاشی استفاده کرد. برای طراحی مناسب سازه های بزرگ لازم است شرایط بهینه انتخاب گردد، به طوریکه روش انتخاب شده می بایست توجیه فنی و اقتصادی و زیست محیطی داشته باشد. بر این اساس انتخاب روش بهسازی ساختگاه بعد از روش تغییر ابعاد شالوده می باشد، در حالیکه نسبت به اجرای پی های عمیق برتری دارد.
کلمات کلیدی : ظرفیت باربری خاک، نشست، تراکم دینامیکی
-1 مقدمه
اغلب اتفاق می افتد که خاک طبیعی موجود در محل عملیات ساختمانی به طور کامل برای تحمل بارهای وارده ناشی از احداث سازه مناسب نیست و چه بسا در اثر بارگذاری نشست های بیش از حد مجازی در خاک به وجود می آید امروزه اکثر زمینهای با شرایط مناسب برای کاربری های مختلف چون شهرسازی و اهداف تجاری و اقتصادی و ... مورد استفاده قرار گرفته اند و باقی زمین ها دارای زیر ساختی سست می باشند. همین موضوع دلیلی بر آن بوده تا از دیر باز مساله اصلاح خاک همواره مورد توجه قرار گیرد،به طوریکه امروزه این شاخه به صورت یکی از موضوعات مهم در مهندسی خاک و پی مطرح می باشد. روشهای مختلفی برای اصلاح خاک وجود دارد که روز به روز در حال گسترش است. شاید در گذشته فقط استفاده از پی عمیق تنها گزینه مناسب برای احداث یک سازه به شمار می رفت، اما اجرای پی عمیق با معضلاتی همراه است مثلاً شمع کوبی در مناطق شهری مناسب نمی باشد و استفاده از گزینه شمع بتنی درجا نیز معضلات اجرایی خود را دارد. تکنیک های بهبود خاک با توجه به تنوع آن علاوه بر رفع معضلات فوق می تواند دست طراحان و مجریان را در انتخاب بهترین روش با توجه به شرایط موجود در سایت باز گذارد تا در نهایت ضمن ارائه یک طرح اجرایی، طرح از لحاظ اقتصادی نیز توجیه پذیر باشد. یکی از روشهای اصلاح خاک، تراکم دینامیکی نام دارد که به نام تحکیم دینامیکی نیز نامیده می شود. این روش شامل اعمال ضربات تکراری با انرژی زیاد بر سطح خاک با استفاده از کوبه هایی با وزن 5 تا 40 تن از ارتفاع 10تا 30 متر است. از آنجا که تجهیزات و تکنولوژی مورد نیاز این روش ساده و در دسترس است، در حال حاضر این روش یکی از متداولترین روشهای بهسازی استفاده شده در کشور است. اما چون اساس طراحی آن هنوز تجربی است و تعداد پارامترهای متغیر در این روش زیاد است، برای رسیدن به یک الگوی بهینه کوبش در چند ناحیه تراکم آزمایشی همراه تعدادی آزمایش قبل و بعد از کوبش انجام می شود. با توجه به هزینه قابل توجه تراکم آزمایشی و آزمایش های مورد نیاز، می توان با مدل سازی عددی این عملیات، کارایی و دقت این روش را بالاتر برد و هزینه ها را کاهش داد. - - 2
-2 عمق بهبود
میزان بهبود خاک از طریق متراکم سازی دینامیکی را می توان با محاسبه ویژگی های خاک قبل از بهبود و پس از آن تعیین نمود. روشهای متعددی جهت تعیین میزان بهبود خاک وجود دارد که می توان به روشهای استاتیکی و آزمایشات دینامیکی اشاره کرد. در هر صورت بهترین روش این است که در هر پروژه از چندین آزمایش به منظور بررسی عملکرد بهبود خاک نسبت به بارگذاری استفاده شود. سپس با مقایسه نتایج کلیه آزمایشهای صورت گرفته قبل از متراکم سازی و بعد از آن میزان اصلاح خاک را ارزیابی نمود. با توجه به ضخامت لایه مورد آزمایش تراکم دینامیکی در سه مرحله طراحی می شود: تراکم سنگین - تا عمق 10 متر - ، تراکم متوسط - تا عمق 6 متر - و تراکم سبک - تا عمق 4 متر - . در هر مرحله ابتدا با استفاده از رابطه - 1 - و نیز میزان عمق بهبود مورد نیاز، جرم و ارتفاع سقوط کوبه را فرض کرده و ضربه اول را تحلیل می کنیم که w وزن کوبه بر حسب تن، H ارتفاع سقوط کوبه بر حسب متر و D عمق تاثیر بر حسب متر و n ضریب تجربی می باشد. حال با استفاده از رابطه - - 1 و با توجه به تجهیزات موجود، جرم و ارتفاع کوبه را آن قدر تغییرمی دهیم تا افزایش تراکم نسبی خاک در عمق بهبود مورد نظر حدود 5 درصد شود. قابل ذکر است برای یک انرژی مشخص، استفاده از وزنه سنگین تر و ارتفاع سقوط کمترباعث افزایش کارایی انرژی انتقال یافته به زمین می شود. بدین ترتیب جرم و ارتفاع مناسب سقوط کوبه برای هر مرحله تعیین می شود. پس از تعیین جرم و ارتفاع سقوط کوبه ضربات بعدی را اعمال می کنیم. در هر مرحله با بررسی نمودار تغییر شکل افقی در عمق، پس از هر ضربه تعداد ضربه ای که منجر به ایجاد بیشینه ی تغییر شکل افقی در عمق مورد نظرمی شود، به عنوان تعداد ضربه بهینه انتخاب می شود. میزان عمق تأثیر روش دینامیکی با جذر انرژی اعمال شده به زمین ارتباط دارد.
روشن است که کیفیت خاک از محل ضربه تا خاک عمل نیامده در عمق تغییر می کند. این عمق در حدود دو برابر حداقل بعد جانبی شالوده در شالوده های کوچک است. اما در پی های گسترده که سطح بزرگی را پوشش می دهند، این موضوع با قضاوت مهندسی مشخص می گردد. - 4 -
جدول -1 رابطه بین نوع خاک و ضریب - 1 - n
به عبارت بهتر عمق بهبود به عنوان عمقی که تراکم دینامیکی باعث بهبود خواص دینامیکی خاک می شود تعریف می گردد. تراکم دینامیکی خاک، سختی خاک و ظرفیت باربری خاک از جمله خصوصیات خاک هستند که بهبود می یابند. لذا در جاهایی که خاک تحت اثر تراکم دینامیکی قرار می گیرد، لازم است که عمق بهبود خاک تخمین زده شود و تا زمانیکه خاک به عمق بهبود مورد نظر نرسیده است، می توان انرژی ضربه را بالا برد، اما لازمه این کار این است که تراکم دینامیکی با انرژی بالاتر توجیه پذیر باشد. - - 5 در اینجا با استفاده از روش بوزینسک توزیع تنش در عمق خاک با استفاده از رابطه - 2 - بدست آمده و با نتایج بدست آمده از نرم افزار آباکوس و نتایج آزمایشگاهی به منظور بررسی عمق مناسب بهبود خاک مقایسه شده اند.
که در این رابطه q تنش بر روی سطح زمین - - kpa، r شعاع پی از مرکز - متر - و z عمق خاک - متر - می باشد. لازم به ذکر است نتایج مورد نظر برای وزنه ای به وزن 875 کیلوگرم که از ارتفاع یک متری بر روی خاک سست رها شده است، می باشد.همانطور که در شکل 1 مشخص می باشد، مقدار عمق بهبود در حدود 1 تا 1,2 متر می باشد که نتایج عددی تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد.
