بخشی از مقاله
چکیده
بطور کلی یکی از روشهای بهسازی خاکهای سست استفاده از ژئوسینستیکها بعنوان عوامل تسلیح در خاک می باشد. در دهه های اخیر مطالعاتی در خصوص تسلیح خاک با مسلح کننده های سه بعدی توسط محققین مختلف انجام شده است. ژئوسلها بعنوان نسل جدیدی از مسلح کننده های سه بعدی، با ایجاد تغییر در صلبیت خاک زیر پی و همچنین کنترل فشار همه جانبه خاک در زیر پی، باعث افزایش ظرفیت بارربی پی می کردند
. تقریبا در تمامی مطالعاتی که تا کنون صورت گرفته است تسلیح خاک با ژئوسل در خاک خشک و با تغییرات پارامترهای مختلف اثرگذار مورد توجه بوده است. در این میان در خصوص مطالعه اثر تسلیح خاک در صورت حضور آب یا درواقع شرایط اشباع، در حالت بارگذاری استاتیکی کارهای محدودی صورت گرفته است. تغییر پارامتر هایی مانند ابعاد ژئوسل جهت استفاده بهینه از این مسلح کننده ها، هم از نظر فنی و ظرفیت باربری و هم از نظر اقتصادی دارای نقش اساسی در روند طراحی به حساب می آید.
در این تحقیق مسلح کننده ژئوسل در خاک ماسه ای اشباع به صورت افقی در زیر پی استفاده شده است و با اعمال بار در نشست های مختلف میزان افزایش ظرفیت باربری خاک اشباع مسلح شده با ژئوسل تاثیر ارتفاع و ابعاد شبکه ژئوسل مطالعه شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با کاهش ابعاد شبکه های ژئوسل کمتر ظرفیت باربری افزایش می یابد همچنین با افزایش ارتفاع آن، مکانیزم اثر این مسلح کننده بهتر شده و موجب بهبود چشمگیر تر ظرفیت باربری پی میشود.
مقدمه
روش های مختلفی جهت بهبود ویژگی های خاک از قبیل تثبیت خاک، پیش بارگذاری، خاکریزی، خاکبرداری و جایگزینی خاک، اجرای شمع و استفاده از ژئوسنتتیک ها وجود دارد. در این میان امروزه استفاده از تسلیح خاک توسط انواع ژئوسنتتیک ها توسعه چشمگیری یافته است. در حقیقت مفهوم خاک مسلح در اضافه نمودن عناصری مقاوم به خاک جهت بهبود خواص مکانیکی آن خلاصه می شود.
این عناصر جهت بالا بردن باربری خاک باید از مقاومت کششی مناسب، کرنش پذیری کم و دوام زیاد در محیط خاک برخوردار باشند. در نهایت هدف از افزودن این عناصر به خاک، ایجاد خاکی با مقاومت کششی بالا جهت افزایش مقاومت و باربری کل مجموعه می باشد.
با گسترش استفاده از مواد پلیمری برای مسلح کردن خاک، محصولات جدیدتری از ژئوسنتتیک ها نظیر ژئوسل ها به بازار عرضه شده است. استفاده از ژئوسل جهت تسلیح خاک به میزان قابل توجهی سبب افزایش مقاومت برشی خاک و همچنین کاهش نشست خاک مسلح شده در مقایسه با خاک غیر مسلح شده می شود. مزیت قابل توجه ژئوسل در مقایسه با سایر ژئوسنتتیک ها مانند ژئوتکستایل در این است که به دلیل ماهیت سه بعدی علاوه بر مقاومت برشی بین خاک و مسلح کننده، فشار مقاوم خاک پشت دیواره قائم آن نیز نقش بسزایی در افزایش مقاومت خاک دارد و در مجموع نظیر یک دال نسبتا صلب در بستر خاک عمل می کند.
در دهه های اخیر به دلیل مسائل اقتصادی و سهولت ساخت و ساز و عملکرد، خاک مسلح به طور گسترده ای در کاربردهای مهندسی ژئوتکنیک مانند ساخت وساز جاده ها، راه آهن، سد ها، دیوارهای حائل، پایداری شیب ها و بهبود زمین های نرم مورد استفاده قرار گرفته است .[1] زمین مسلح شده ترکیبی از مواد شامل لایه های سطحی مختلف فشرده شده و مواد مسلح کننده ساخت انسان می باشد. هدف اصلی مسلح کردن خاک بهبود پایداری، افزایش ظرفیت و کاهش نشست و تغییر شکل جانبی می باشد .[2,3] از این روش به طور کلی به عنوان مقرون به صرفه ترین راه برای بهبود شرایط سایت های نامطلوب نسبت به روش های سنتی یاد می شود.
تاکنون چندین بررسی تجربی به منظور تعیین ظرفیت باربری پی های سطحی در انواع مختلف خاک مسلح شده با چندین متد انجام شده است. همچنین اثرات مفید استفاده از مسلح کننده های صفحه ای برای افزایش ظرفیت باربری ماسه در تحقیقات مختلف به وضوح نشان داده شده است. در تحقیقات - Dash و همکاران - 2001، برای تعیین ظرفیت باربریی پی های نواری از یک سری آزمایشهای کوچک مقیاس استفاده شد. خاک مورد استفاده آنها در آزمایش، از نوع خاک دانه ای با دانسیته نسبی 70 درصد و زاویه اصطکاک خاک 46 درجه در نظر گرفته شد. از ژئوگریدهای دو سویه نیز به ابعاد 350 mm × 350 mm در زیر شبکه ژئوسل استفاده کردندکه نتایج آنها نشان می دهد که استفاده از ژئوسلها همراه با نوعی مسلح کننده صفحه ای، مانند ژئوگرید، مقدار نشست را بطور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد و موجب جلوگیری از چرخش و همچنین موجب بالا رفتن ظرفیت باربری پی می شود.
از طرفی نتایج آنها نشان دادکه بهترین حالت استفاده از ژئوسلها همراه با مسلح کننده صفحه ای در h/B=2 رخ می دهد که h ارتفاع ژئوسل و B عرض پی می باشد. همچنین نتایج آنها نشان داد که قرار دادن لایه ژئوگرید در بالای سیستم ژئوسل تاثیر چندانی بر ظرفیت باربری نخواهد داشت و نیز عملکرد کلی بهبود ظرفیت باربری خاک با کاهش زاویه اصطکاک خاک قرار گرفته در داخل ژئوسل، کاهش می یابد.[4] قضاوی و همکاران در سال 1392 ظرفیت باربری پی های نواری متکی بر خاک ماسه ای مسلح شده با ژئوتکستایل را به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق به کمک یک دستگاه بارگذاری کوچک مقیاس ابداعی، پی نواری بر روی بستر ماسه ای مسلح شده با ژئوتکستایل مدل سازی شده است و با انجام آزمایشات متعدد حالات بهینه استفاده از ژئوتکستایل مشخص شده است.
به عنوان مثال بیشترین افزایش ظرفیت باربری که 18 درصد می باشد در حالتی اتفاق افتاده است که طول لایه مسلح کننده 5 برابر عرض شالوده است و در صورتی که طول لایه مسلح کننده بیشتر از این شود میزان افزایش ظرفیت باربری کاهش خواهد یافت. در مورد فاصله لایه مسلح کننده از زیر پی نیز با توجه به اینکه با افزایش این فاصله ظرفیت باربری کاهش خواهد یافت زمانیکه این فاصله نصف عرض شالوده گردد بهینه تریت حالت میباشد
در تحقیقات خود به بررسی عوامل موثر در رفتار مسلح کننده ژئوسل تحت بار استاتیکی پرداختند. به لحاظ شکل، ژئوسل قرارداده شده به شکل دایروی نسبت به شکل بیضوی سختی و ظرفیت باربری بالاتری در پی مسلح شده نشان داده است. همچنین مشخص شد ژئوسل با مدول الاستیسیته بیشتر سختی و ظرفیت باربری بیشتری در اساس مسلح شده دارد. اساس مسلح شده با یک لایه ژئوسل نیز سختی و مقاومت باربری کمتری نسبت به اساس مسلح شده با چندین ژئوسل دارد.[6] عساکره و همکاران - - 1385 با بررسی آزمایشگاهی رفتار ماسه مسلح با ژئوتکستایل در حالت خشک و مرطوب دریافتند به طور کلی مقاومت خاک مسلح مرطوب در شرایط یکسان از نظر فشار همه جانبه و تعداد لایه های تسلیح از خاک مسلح خشک کمتر است.[7]
همانطور که ملاحظه می گردد غالب مطالعات انجام شده روی ماسه مسلح منحصر به ماسه خشک است و ضرورت آزمایش بر روی ماسه اشباع مسلح شده که در این تحقیق موردنظر است روشن می گردد.
روش آزمایش:
به منظور بررسی عوامل موثر بر رفتار ماسه مسلح اشباع تعداد 12 آزمایش انجام گردیده است. برنامه آزمایش های انجام شده با توجه به پارامترهای موثر بر رفتار تنش - کرنش خاک مسلح در مقایسه با خاک غیر مسلح تنظیم شده است. بعد شبکه ژئوسل، ارتفاع ژئوسل و عرض ژئوسل ازمتغیرهای اصلی این آزمایش ها می باشند و فاصله ژئوسل از زیر پی به علت تاثیرگذاری بیشتر این مسلح کننده در ترازهای نزدیک به پی، در میزان ثابت u/B=0.25 واقع شده است.در شکل شماره 1 این پارامترها مشاهده می شوند.
شکل شماره: 1 برش عرضی از مدل سازی در مخزن دستگاه بارگذاری
جهت به دست آوردن ظرفیت باربری خاک ماسه ای اشباع مسلح شده با ژئوسل در حالت های مختلف، از یک دستگاه بارگذاری کوچک مقیاس ابداعی در آزمایشگاه خاک دانشگاه آزاد همدان استفاده شده است. قسمت های اصلی این دستگاه که درشکل شماره 2 به صورت شماتیک نشان داده شده است عبارتند از:
شکل شماره: 2 تصویر شماتیک دستگاه
سیستم مورد استفاده در برنامه آزمایشها از یک مخزن فلزی به ابعاد 0.5m*0.5m*0.5m - طول *عرض*ارتفاع - جهت مدلسازی بستر خاک تشکیل شده است، با توجه به اشباع بودن خاک یک شیر تخلیه آب در زیر این مخزن قرار دارد که قابلیت تخلیه آب اضافی پس از اشباع خاک را دارد. جهت بارگذاری یک جک اعمال بار به ظرفیت 0,5 تن استفاده شده است توانایی اعمال بار قائم به پی دارد.
