بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه استفاده از تکنیکهایی برای بهبود مشخصات خاک از جمله تثبیت و تسلیح ، با توجه به آثار مثبتی که بر مشخصات خاک دارند، رایج است. بهبودهایی مانند افزایش مقاومت فشاری، برشی و کششی، کاهش تورم و انقباض و ... در تحقیقات محققان قبلی اثبات شده است. هدف این تحقیق، بررسی اثر ابعاد - طول - الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت کششی خاک تثبیت شده با آهک میباشد. بدین منظور 24 طرح اختلاط متفاوت مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته است. نمونه ها با 3 درصد وزنی متفاوت الیاف 0/15 - ، 0/25و 0/35 درصد وزن خشک خاک - با سه طول متفاوت 6 - ، 12 و 19 میلیمتر - ، و همچنین 3 درصد متفاوت آهک 1 - ، 3 و 5 درصد - تهیه و تحت دمای 30 درجه سانتی گراد، برای مدت های 1، 7 و 28 روزه عمل آوری شدهاند. این نمونهها برای تعیین مقاومت کششی تحت آزمایش بار نقطهای قرار گرفته و نتایج نشان میدهند که افزودن الیاف با طول های مختلف به خاک علاوه بر بالا بردن مقاومت نهایی نمونه ها، باعث شکل پذیرتر شدن رفتارآنها نیز شده، بطوریکه کرنش گسیختگی مخلوط و مقاومت پس ماند افزایش مییابند. میزان افزایش برای طول های مختلف، به ازای مقادیر مختلف الیاف و آهک و همچنین مدت زمان های عمل آوری مختلف متفاوت بوده است.
کلمات کلیدی: مقاومت کششی، کائولینیت، الیاف پلی پروپیلن، آهک
1. مقدمه
استفاده از خاک در ساخت سازه های مختلف در تمام ادوار متداول بوده است. بشر از ابتدای آفرینش همواره از خاک به عنوان ارزان ترین و در دسترس ترین مصالح ساختمانی استفاده کرده است. امروزه نیز از خاک در احداث سازههای مهمی مانند سدهای خاکی، خاکریزها و غیره و همچنین احداث سازهها بر روی آن استفاده می شود. با توجه به وسعت و بزرگی سازههای خاکی، پرواضح است که احداث این سازهها علاوه بر هزینه های بسیار، نیازمند صرف دقت زیادی است، لذا تضمین پایداری بلند مدت و قابلیت بهره برداری در طول دوره طرح از موضوعات حیاتی در احداث این سازهها می باشد. همچنین در تحقیقاتی که امروزه بدین منظور صورت میگیرد، توجه به اصل اجرایی بودن و اقتصادی بودن آنها از اهمیت بسیاری برخوردار است .[1]
تثبیت خاک به مجموعه عملیاتی گفته می شود که به منظور بهینه کردن مشخصات ژئوتکنیکی خاک برای رسیدن به نتیجه از پیش تعیین شده انجام می پذیرد. مشخصات ژئوتکنیکی که می تواند بر اثر این عملیات تغییر کند شامل: مقاومت برشی، کرنش - الاستیک و پلاستیک - ، دوام و پایداری، نفوذپذیری و کنترل تورم و نشست می باشد. تثبیت خاک با آهک از پرکاربردترین عملیات در پروژه های عمرانی می باشد که از کاربردهای آن می توان به تثبیت بستر کانال ها، پایدار نمودن زمین بستر راه ها، پی سازی، استفاده از شفته آهکی جایگزین پشت سازه ها و خاکریزها اشاره کرد .[2]
محمد و همکاران درسال 2009 با بررسی اثر تثبیت خاک با آهک دریافتند که تثبیت خاک با آهک باعث افزایش مقاومت و دوام خاک و کاهش جذب آب و تورم پذیری خاک میشود .[3] المختار و همکاران در سال 2011 با بررسی تاثیر آهک بر خصوصیات ژئوتکنیکی و میکرو ساختاری خاک های متورم شونده، نتیجه گرفتند که افزودن آهک به سرعت بر خصوصیات خاک تأثیر گذاشته، به طوری که خاک خصوصیات چسبندگی خود را از دست میدهد و مانند خاک دانهای رفتار میکند. شاخص خمیری و فشار تورم کاهش یافته، در حالی که مقاومت فشاری محصور نشده و نفوذپذیری افزایش یافتهاند .[4]
به رغم تاثیرات مثبت قابل توجهی که آهک بر مشخصات خاک دارد، تاثیرات نامطلوبی نیز در اثر افزودن آن به خاک مشاهده شده است. به طور مثال افزودن آهک باعث شکنندگی و شکست ترد خاک میشود. برای رفع این نقیصه، اضافه کردن الیاف پلیمری به خاک پیشنهاد شده است .[5] الیاف پلیمری که به طور معمول جهت تسلیح خاک مورد استفاده قرار میگیرند، دارای ویژگیهای مثبتی هستند. این الیاف با خاک مخلوط شده و در نتیجه توزیع آنها کاملاً بصورت تصادفی میباشد. در سیستم توزیع تصادفی، خاک در تمام جهات تقویت و تسلیح شده و صفحات ضعیف از بین می روند .[6]
عبدی و پارساپژوه در سال 2006 اثرات طول و درصد الیاف بر روی خصوصیات تحکیم پذیری خاک رس را با استفاده از آزمایش تحکیم مورد بررسی قرار دادند. نتایج تحیقات آنها نشان داد که افزودن کائولینیت نفوذپذیری را تا 3 برابر افزایش میدهد .[7] لی و همکاران در سال 2014 تاثیر افزودن الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت کششی خاک رس سیلتی را مورد بررسی قرار دادند. نتایج آزمایشات آنها نشان داد که افزودن مقادیر اندکی از الیاف مقاومت کششی خاک را به میزان قابل توجهی افزایش داده، بطوریکه با تغییر مقدار الیاف از صفرتا 0/2 درصد وزنی خاک خشک، مقاومت کششی خاک 65/7 درصد افزایش یافته است .[8]
کای و همکاران در سال 2006 به بررسی اثر توأم استفاده از الیاف پلی پروپیلن و آهک بر خصوصیات مهندسی خاک رسی پرداختند. نتایج آزمایشات آنها دربردارنده تغییرات سودمندی از مشخصات خاک در اثر اضافه شدن الیاف و آهک به خاک بود. اضافه کردن آهک باعث افزایش اولیه مقاومت فشاری محصور نشده و سپس کاهش ناچیز آن میشد. مقدار مناسب آهک %5 ارزیابی شده است. با افزایش مدت زمان عمل آوری، مقاومت فشاری محصور نشده، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک افزایش یافته اند. افزایش مقدار الیاف باعث افزایش مقاومت، پتانسیل انقباض و سختی خاک و در عین حال کاهش پتانسیل تورم شده است. بطور خلاصه با استفاده از تکنیک تثبیت با خاک و تسلیح با الیاف، خاک مقاومت بالاتر و چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی بیشتری را نسبت به خاک تنها تثبیت شده با آهک نشان میدهد. اگرچه پتانسیل تورم و انقباض و خصیصه های شکست تغییری نمیکند .[5] در سال 2013 اوصیا معلم و کاتبی با استفاده از آزمایش 3 محوری دریافتند که در تنش همه جانبه ثابت، با افزایش مقدار الیاف با 3 درصد آهک، زاویه اصطکاک و چسبندگی همواره افزایش مییابد. در تمام موارد، زاویه اصطکاک نمونههای مسلح شده از زاویه اصطکاک رس غیر مسلح بزرگتر و چسبندگی نیز از چسبندگی رس بدون الیاف و آهک بیشتر بوده است .[9] عبدی و رهبر در سال 2015 به بررسی اثر همزمان تثبیت با آهک و تسلیح با الیاف مصنوعی بر مقاومت کششی و فشاری خاکهای رسی پرداختند. نتایج آزمایشها نشان داد که افزودن آهک و الیاف به کائولینیت باعث افزایش مقاومت کششی و فشاری نمونه ها شده و تاثیر الیاف و آهک به صورت مجزا بر مقاومت کششی بیشتر از تاثیر آنها بر مقاومت فشاری بوده است. اثرات استفاده توام آهک و الیاف بر مقاومت کششی نمونهها به مراتب بیشتر از مقاومت فشاری بوده است .[10]
2. مصالح مصرفی و آزمایشات مربوطه
مشخصات مصالح مصرفی در این تحقیق بر اساس استانداردهای ASTM تعیین گردیده است. در جدول 1 مشروح آزمایشات و شماره استاندارد مربوطه معین شده است. خاک مصرفی از نوع کائولینیت بوده که مشخصات آن در جدول 2 و نمودار دانه بندی - هیدرومتری - آن در شکل 1 نشان داده شده است. آهک مصرفی از کارخانه آهک سمنان تهیه شده و جهت تاثیر بهتر در ساخت نمونهها از الک شماره 200 عبور داده شده است. چگالی ویژه ذرات آهک 2/28 میباشد. الیاف مورد استفاده در این تحقیق از نوع پلی پروپیلن با طول های 6 ، 12 و 19 میلی متر با قطر 23 میکرون بوده که از کارخانه الیاف بنیاد تهیه شده است. مشخصات الیاف مورد استفاده در جدول شماره 3 داده شده است.
3. مخلوط های مورد مطالعه و ساخت آنها
نمونه های مورد مطالعه در این آزمایش، بر حسب تجربیات گذشته و مطالعات پیشین به چند دسته طبقه بندی شدند، بطوری که 3 درصد وزنی متفاوت از الیاف 0/15 - ، 0/25و 0/35 درصد وزن خشک خاک - با سه طول متفاوت 6 - ، 12 و 19 میلی متر - و 3 درصد متفاوت از آهک 1 - ، 3 و 5 درصد - تهیه و تحت دمای 30 درجه سانتی گراد برای مدتهای 1، 7 و 28 روزه عمل آوری شدند. برای آماده سازی مخلوط های مورد مطالعه، مصالح خشک مربوط به هر مخلوط در داخل همزن برقی ریخته شده و پس از اختلاط در زمان ثابت به تدریج رطوبت اولیه به آنها اضافه شده است. نمونه ها بصورت استوانه ای با طول 53 میلی متر و قطر 38 میلی متر در سه لایه تهیه شده و با چکش لاستیکی با تعداد ضربات معین کوبیده شده اند. عمل تراکم بر مبنای نتایج آزمایش تراکم استاندارد صورت گرفته است بهصورتی که رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک بیشینه هر ترکیب، مبنای ساخت نمونهها قرار
