بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق و پژوهش تجربی- تحلیلی، نقش تقویت کننده ژئوگرید در ظرفیت باربری خاکهای دانه ای زیرین پی های سطحی دارای بار خارج از محور مورد بررسی قرار گرفته است. صفحه فلزی مربعی شکلی به ضلع 10 cm و ضخامت 1 cm به عنوان پی مورد استفاده در آزمایشات انتخاب و سپس با گزینش پارامترهایی همچون میزان خروج از محوریت بار، طول تقویت کننده، نحوه جاگذاری تقویت کتتده و تعداد لایه های تقویت کننده به عنوان متغیرهای تحقیق، نقش آنها در مقوله ظرفیت باربری با استفاده از آزمایشات صورت گرفته و همچنین مدلسازی این آزمایشات در برنامه کامپیوتری سه بعدی مبتنی بر روش اجزا محدود، شناسایی گردیده است. بر اساس نتایج بدست آمده برای پی های سطحی مربعی شکل، طول بهینه تقویت کننده، نحوه جاگذاری موثر تقویت کننده و تعداد لایه های بهینه تقویت کننده بدست آمده است.
1.مقدمه
در مواجه با مشکلات رایج پی از قبیل ظرفیت باربری ناکافی و نشست بیش از حد مجاز خاک زیرین سازه، معمولا اولین راهکار پیشنهادی مهندسان ژئوتکنیک، تقویت شالوده سازه می باشد. ولی با توجه به هزینه بر بودن این راهکار، تقویت درجای خاک زیرین سازه می تواند گزینه به مراتب اقتصادی تری باشد.
در سالهای اخیر استفاده از ژئوسنتتیکها به عنوان تقویت کننده رشد چشمگیری در دنیای مهندسی ژئوتکنیک داشته و به نظر می رسد تا چندین سال نیز مطلوبترین گزینه پیشنهادی مهندسان این حوزه باشد. خاک تقویت شده در قبال ظرفیت باربری ناکافی و نشست بیش از حد مجاز، سیستمی متشکل از خاک سست و ضعیف و ژئوسنتتیکی با مدول کششی بالا بوده که به دلیل اصطکاک بوجود آمده میان این دو، این سیستم همانند یک سیستم همگن و یکپارچه عمل می کند.
با توجه به مقاومت کششی بسیار کم و ناچیز خاک، استفاده از ژئوسنتتیکهایی با مدول کششی بالاتر جهت تحمل تنشهای کششی ایجاد شده در خاک امری ضروری می باشد. ژئوگریدها به دلیل تامین این نیاز ضروری اغلب به عنوان ژئوسنتتیک مورد استفاده در سیستم خاک تقویت شده به کار گرفته می شود. تنشهای کششی بواسطه اصطکاک مجود مابین خاک و ژئوگریدها، از خاک به ژئوگرید و توسط ژئوگرید به خارج از محدوده گسیختگی منتقل و سبب افزایش مقاومت کششی خاک می گردد.
بطور خلاصه می توان گفت که دلیل رفتار مقاوم سیستم خاک تقویت شده، تحمل همزمان تنشهای فشاری و برشی از سوی خاک و تنشهای کششی از سوی ژئوگریدها می باشد. مطالعه تحقیقات و پژوهشهای مشابه انجام گرفته از سوی محققانی همچون آکینموسورو در سال [1] 1981، داس در سال [2] 1994، شین و دوستان در سال [3] 2002، پاترا و دوستان در سال [4] 2006، السواف در سالهای [5] 2007 و [6] 2009، المساوی در سال [7] 2010 و التیرکیتی در سال [8] 2012، کافی نبودن پارامترهای موثر برروی سیستم خاک تقویت شده در تحقیقات را نشان داده و پژوهش بیشتر در این زمینه را الزامی دانست.
دین جهت در این تحقیق انجام گرفته، تاثیرات پارامترهایی همچون میزان خروج از محوریت بار، طول بهینه ژئوگرید، نحوه جاگذاری ژئوگرید و تعداد بهینه لایه های ژئوگرید برروی ظرفیت باربری و نشست خاک زیرین سازه بصورت تجربی- تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است.
2. فعالیتهای تجربی
2.1. زمین و پی مورد استفاده در محیط آزمایشگاهی
ازجعبه ای پر از خاک، به شکل مستطیل و به ابعاد 1.0*0.5*0.4 m3 که صفحات طولی آن ساخته شده از فلز و صفحات عرضی آن ساخته شده از جنس پلاستیک سفت شفاف می باشد به عنوان زمین و از صفحه ای فلزی، به شکل مربع و به ابعاد 0.1*0.1*0.1 m3 به عنوان پی مورد نیاز در محیط آزمایشگاهی استفاده گردیده است.
2.2. خاک مورد استفاده در محیط آزمایشگاهی
با استفاده از آزمایش دانه بندی با الک، نوع خاک با توجه به سیستم طبقه بندی متحد، ماسه خوب دانه بندی شده و با استفاده از آزمایشات پیکنومتری و دانسیته، جرم مخصوص جامد خاک 2.709 ونسبت تخلخل مینیمم و ماکزیمم به ترتیب 0.487 و 0.740 تعیین گردیده است. همچنین با استفاده از آزمایش برش مستقیم و با توجه به چسبنده نبودن خاک مورد استفاده، زاویه اصطکاک داخلی بدست آمده در حدود 35 درجه می باشد.
2.3. تقویت کننده مورد استفاده در محیط آزمایشگاهی
در آزمایشات، از ژئوگرید سه محوری با چشمه هایی به شکل مثلث، نوارهایی به شکل مستطیل، صلبیت محوری 2000 KN/m، ضخامت نقطه اتصال 1.3 mm، تاثیر نقطه اتصال 90%، نسبت سختی ایزوتروپیک بالای 75 و مقاومت 87% در برابر آسیبهای بارگذاری استفاده گردیده است.
2.4. نحوه انجام آزمایشات
مجموع آزمایشات انجام گرفته در این تحقیق 83 عدد می باشد که می توان این تعداد را به دو سری اصلی تقسیم نمود؛ سری اول - آزمایشات انجام گرفته برروی خاک غیرمسلح و سری دوم - آزمایشات انجام گرفته برروی خاک مسلح
در سری اول آزمایشات، با اعمال خروج از محوریتهای گوناگون برای بار اعمالی به پی، جمعا 5 عدد آزمایش انجام گرفته است که هدف از انجام این سری از آزمایشات، در مرحله ی اول بررسی تاثیر خروج از محوریت بار - eL - برروی مقوله ظرفیت باربری و در مرحله ی دوم بدست آوردن منابعی موثق جهت مقایسه اطلاعات بدست آمده از آزمایشات انجام گرفته در سری دوم و در نتیجه مشخص گردیدن تاثیرات ژئوگرید. خروج از محوریت بار با توجه به عرض پی بصورت تک بعدی به ترتیب 0، 0.05B، 0.10B و بصورت دو بعدی به ترتیب 0.05B-0.05B و 0.10B-0.05B انتخاب گردیده است. تصویر شماتیک آزمایشات انجام گرفته در این سری در شکل -1 الف ارائه گردیده است.
در سری دوم آزمایشات، با اضافه کردن ژئوگرید جمعا 78 عدد آزمایش انجام گرفته است که هدف از انجام این سری از آزمایشات بررسی تاثیر ژئوگرید برروی مقوله ظرفیت باربری به همراه پارامترهای مهمی همچون طول ژئوگرید - b - ، نحوه جاگذاری ژئوگرید - eG - و تعداد لایه های ژئوگرید - N - می باشد. در این سری از آزمایشات برای هر یک از خروج از محوریتهای اعمالی، طول ژئوگرید با توجه به عرض پی به ترتیب 5.5B، 6.0B، 6.5B و 10B وتعداد لایه های ژئوگرید برای تمام طولهای ژئوگرید 1 الی 3 عدد انتخاب گردیده است. - عمق اولین لایه ژئوگرید 0.3B و فاصله سایر لایه ها از هم - 0.5B همچنین نحوه جاگذاری ژئوگرید نیز برای طولهای 5.5B، 6.0B و 6.5B با توجه به مرکز پی به دو صورت الف - در سمت موافق بار اعمالی و ب - در سمت مخالف بار اعمالی مورد آزمایش قرار گرفته است. تصویر شماتیک آزمایشات انجام گرفته در این سری در شکل -1 ب ارائه گردیده است. در شکل، u و h به ترتیب بیانگر عمق اولین لایه ژئوگرید و فاصله لایه های بعدی از هم می باشد.
شکل -1 تصویر شماتیک آزمایشات
در تمام آزمایشات، خاک با دانسیته نسبی 50% مورد استفاده قرار گرفته است که جهت تامین این مقدار از دانسیته، خاک جعبه آزمایش بصورت لایه های 50 میلیمتری حاوی 42 kg خاک که حاصل از روابط زیر می باشد پر گردیده است.
3. فعالیتهای تحلیلی
برای تحلیل تحقیق انجام گرفته، از برنامه کامپیوتری سه بعدی PLAXIS که برنامه ای متکی بر روش اجزا محدود می باشد، استفاده گردیده است. روش اجزا محدود روشی نوین و نسبتا دقیق در تحلیل خاکهای مسلح بشمار می آید که اغلب در مکانیک خاک جهت تعیین مسائل مربوط به تغییر شکل و تحکیم استفاده می شود. بواسطه این برنامه می توان شرایط اولیه خاک، شرایط حدی، رفتار الاستیک - پلاستیک و رفتار زهکشی شده و یا زهکشی نشده خاک را بصورت دقیق تری تعریف کرد.
4. یافته ها
4.1. آزمایشات انجام گرفته در خاک غیرمسلح - سری اول -
در این سری از آزمایشات، با در نظر گرفتن خروج از محوریت بار اعمالی به عنوان متغیر آزمایشات، تاثیر این پارامتر برروی ظرفیت باربری مورد بررسی قرار گرفته است. همانطور که قبلا اشاره گردید، خروج از محوریت بار، با توجه به عرض پی بصورت تک بعدی به ترتیب 0، 0.05B و 0.10B و بصورت دو بعدی به ترتیب 0.05B-0.05B، 0.10B-0.05B انتخاب گردیده است. در این سری از آزمایشات با تقسیم بارهای مسبب نشستهایی به میزان 10، 30 و 50 میلیمتری بر مساحت پی، مقادیر تنشهای مجود محاسبه - جدول - 1 و با جاگذاری این مقادیر در رابطه ظرفیت باربری پیشنهادی تعیین می گردد.
