بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یکسري مطالعات آزمایشگاهی به منظور بررسی باربري جانبی مدلهاي کوچک مقیاس گروه شمع مدفون در شیب ماسه اي در هر دو حالت تسلیح نشده وتسلیح شده با میکرو - تریشه هاي موکت - و ماکرو - ژئوگرید - تسلیحها به صورت همزمان، انجام شده است.
روند تحقیقات بدین گونه بوده است که در ابتدا با انجام یکسري آزمونهاي آزم ایشگاهی با درصدهاي وزنی و نسبت ابعاد مختلف میکروتسلیح ها - تریشه هاي موکت - ، درصد وزنی و نسبت ابعاد بهینه تریشه هاي موکت تعیین شده و سپس تأثیر پارامترهاي مختلفی از قبیل میزان تراکم شیب ماسه اي، فاصله شمعها درگروه از یکدیگر و فاصله گروه شمع از لبه تاج شیب، بر باربري جانبی گروه شمع، درحالتی که شیب ماسه اي با درصد وزنی و نسبت ابعاد بهینه میکروتسلیح ها - تریشه هاي موکت - و ماکروتسلیح ها - ژئوگرید - به صورت همزمان تسلیح شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است.
.1 مقدمه
در بعضی مواقع سازه هاي مستقر برشمعهاي قائم ممکن است درکنار شیروانی هاي خاکی، ترانشه ها وبریدگی هاي طبیعی یامصنوعی قرارگیرند که در این موارد شمعها علاوه بربارقائم، تحت اثرنیروهاي جانبی نیزقراردارند. به عنوان مثال، به بارجانبی ناشی ازبرخوردکشتی باسازه هاي پهلوگیري اسکله ها، بارجانبی ناشی از فشارجانبی خاك بردیوارحایل، بارناشی ازحرکت وترمزاتومبیل برروي پلها، بارناشی از بادواردبه توربین هاي بادي غول پیکرو... می توان اشاره نمود.
نیروهاي افقی گاهی اوقات بسیاربیشترازوزن خودسازه می باشندونقش عمده اي درطراحی دارند، بنابراین سیستمهاي پی درچنین مواقعی می بایست براي مقابله با هردوي نیروهاي محوري وجانبی طراحی شوند. گاهی اوقات ممکن است سازه هاي متکی برشمعهاي قائم در مجاورت شیبها وبریدگی هاي طبیعی یامصنوعی قرار گیرند.
به عنوان مثال به دکلهاي انتقال برق، پایه هاي پلها، ساختمانهاي بلندمرتبه و... می توان اشاره نمود. رفتارجانبی پی هاي شمعی وسازه هاي متکی برآنها درچنین مواقعی با رفتار آنها زمانیکه برروي زمین صاف وافقی قرارگرفته اند، متفاوت است. زیرا شمعها نه تنها ممکن است باعث القاءگسیختگی درشیب - بخصوص درلایه هاي سطحی - شوند، بلکه ممکن است ظرفیت باربري جانبی خودشمعها نیزتا حدزیادي کاهش یابد.
جهت افزایش مقاومت و پایداري زمینهاي شیبدار وبه تبع آن بهبودرفتارسازه ها وپی ها متکی برآنها، می توان از روشهاي مختلفی ازقبیل میخ کوبی، تسلیح باالمانهاي ممتد - براي مثال ژئوگرید - ، نصب شمعها یاسپرها، استفاده نمود. با این حال تاکنون اثرات استفاده همزمان از تکنیک تسلیح شیب با تریشههاي موکت به شیوه توزیع تصادفی - میکروتسلیح ها - و ژئوگرید - ماکروتسلیح ها - برباربري جانبی گروه شمع قائم مجاورشیب، مورد تحقیق و بررسی قرار نگرفته است.
از طرفی پیشرفتهاي سریع علوم وتکنولوژي وتوسعه روزافزون صنایع موجب به جا ماندن مقدارزیادي ضایعات وبه تبع آن بروز مشکلات عدیده زیست محیطی، اقتصادي و...شده است. این حجم عظیم ضایعات نیازبه محلهاي وسیع براي دفن دارند، که این امر به خصوص درکشورهاي پرجمعیت که زمین گرانبها می باشد، به هیچ وجه مقرون به صرفه نیست.
علاوه بر این حتی به شرط تأمین زمین به منظور دفن ضایعات ویااستفاده ازروشهاي دیگر چون سوزاندن آنها، به نظرراهکاري مناسب و منطقی نمی آید. زیرا هردوي این موارد موجب آلودگی هاي زیست محیطی و به مخاطره افتادن سلامتی انسانها می شوند. یکی ازروشها براي کمک به حل این مشکلات می توانداستفاده مجددازآنها درکاربردهاي مهندسی عمران ازقبیل ساخت سازه هاي حایل، خاکریزها، پایداري زیراساس راهها وبستر پی ها باشد، تا با یک تلاش دوهدف مهم یعنی به نوعی استفاده مجددودرابعاد وسیع ازاین قبیل ضایعات وعلاوه برآن اصلاح خواص مهندسی ورفتارمکانیکی خاك راتأمین نمود.
البته با توجه به تحقیقات قبلی صورت گرفته توسط نویسندگان، چنین نتیجه گیري شده است که در جهت بهبود هرچه بیشتر باربري جانبی شمعهاي مجاور شیب، علاوه بر تریشه هاي موکت بهتر است از لایه هاي ژئوگرید نیز بصورت توام، در جهت کاربردي تر شدن نتایج تحقیق استفاده نمود. به نظر می رسد تنها استفاده از تریشه هاي موکت در کارهاي عملی نمی تواند به طورکافی مثمرثمر بوده از طرفی چنانچه در پروژهاي واقعی بخواهیم صرفا از ژئوگرید جهت تسلیح استفاده کنیم بدلیل گران بودن این المان تسلیح، مسایل اقتصادي پروژه نمود بیشتري پیدا خواهد کرد، بنابراین چنین می نماید که ترکیب این دو المان در کنار یکدیگر می تواند علاوه بر بالابردن ظرفیت باربري، توجیه اقتصادي نیز داشته باشد.
بنابراین هدف اصلی دراین تحقیق بررسی میزان تأثیرهمزمان استفاده از میکروتسلیح ها - تریشه هاي موکت - و ماکروتسلیح ها - ژئوگرید - به عنوان المانهاي تسلیح بررفتارجانبی گروه شمع قائم مجاورشیب ماسه اي می باشد. براي نیل به این هدف مجموعه آزمونهاي آزمایشگاهی برروي مدل کوچک مقیاس گروه شمع مجاور شیب ماسهاي تسلیح شده انجام گرفته است.
.2 مصالح، تجهیزات استفاده شده و شرح آزمایشها
آزمایشهاي مدل فیزیکی در یک جعبه آزمایش فولادي ساخته شده به ابعاد داخلی 1/8m×0/8m در پلان و0/8m در ارتفاع انجام گردید. جداره هاي طولی دو طرف جعبه آزمایش از شیشه سکوریت با ضخامت 10 میلیمترکه به پشت بندهاي فولادي محکمی متکی بودند، ساخته شد. وجوه شیشه-اي جعبه آزمایش امکان مشاهد ه بصري مراحل آماده سازي نمونه ها و همچنین جابجاییهاي ایجاد شده درتوده خاك، طی مراحل مختلف آزمایش را فراهم نمود.
مدلهاي شمع به کار رفته در این تحقیق داري قطرهاي داخلی و خارجی به ترتیب برابر 16/1 و 21/3 میلیمتر می باشندکه از لوله هاي فولادي تهیه شده اند. شمعهاي گروه داراي طول مدفون 300 میلیمتر بوده که نسبت طول به قطر - - L/d آنها 14/1 می باشد. گروه هاي شمع در آرایش 3×3 وبه فاصله مرکز تا مرکز 2، 3 و 5 برابر قطر شمعها تهیه شده اند.
شمعهاي مدل توسط کلاهکی که از ورقی فولادي به ضخامت 10 میلیمتر ساخته شده بود، به هم متصل شده اند. نحوه ساخت وچگونگی انتخاب طول مدفون مدلهاي شمع - که شرایط شمعهاي صلب کوتاه را ارضاء می نمایند - مطابق با جزئیات مطالعات ال سواف2006و8]2008و[9 و دهقان ابنوي و زمردیان [11]2011، صورت گرفته است. شمع هاي مدل با استفاده از یک سیستم سیم و قرقره، به صورت گام به گام تحت بارگذاري جانبی قرارگرفتند وبراي هرگام بار گذاري، جابجایی جانبی ایجادشده د ربخش کلاهک گروه شمع توسط گیج صفحه ساعتی قرائت شد.
نمایی شماتیک ازجعبه آزمایش، سیستم بارگذاري ومعرفی پارامترهاي مختلف به کار رفته، درشکل1 ارائه گردیده است. ساخت مدلهاي شیب خاکی با به کار بردن سیستم کوبش ماسه مرطوب توسط کوبه ها ي خاصی که براي متراکم کردن خاك ساخته شده بودند وبااستفاده از نوعی ماسه رودخانه اي یکنواخت که بر اساس سیستم طبقه بندي متحد جزء ماسه هاي بد دانه بندي شده - SP - قرار می گیرد، انجام شد. مشخصات ماسه مورد آزمایش در جدول 1 ارائه شده است.
شکل -1نمایی شماتیک ازجعبه آزمایش و معرفی پارامترهاي مختلف
جدول -1مشخصات ماسه مورد استفاده براي آزمایشها
المان تسلیح مورد استفاده از جنس پلی پروپیلن بوده که از برش دادن نوارهاي زائدکارخانه موکت شیراز به صورت تریشه هاي با ابعاد مختلف تهیه گردیده است. این تریشه ها داراي چگالی - - Gs=1 می باشند. مقطع تریشه ها مستطیلی - به طول20 وعرض - ضخامت موکت - 5 میلیمتر - ، طول آنها 20، 60، 100 و140 میلیمتر - به ترتیب معادل با نسبت ابعاد1، 3، 5 و - 7 ودرصدهاي وزنی مورد استفاده 0/2، 0/6، 1، 1/4و1/8 درصد وزن ماسه خشک می باشند. همچنین در آزمایش ها از ژئوگریدهاي دو محوره مدلFortrac با حداکثر مقاومت کششی35 kN/m به عنوان عناصر مسلح کننده شیب استفاده شد. این ژئوگریدها از پلیمرهاي با دانسیته بالا ساخته شده اند و اندازه چشمه هاي مربعی شکل آن ها 20×20 میلیمتر است.
.3 روش انجام آزمایش
ساخت مدل شیب با ریختن ماسه مرطوب به درون جعبه آزمایش و سپس کوبش هر لایه توسط کوبههاي خاصی که براي متراکم کردن خاك ساخته شده بودند ، صورت گرفته است - با علامت گذاري، وجوه شیشه اي مقابل یکدیگر به 12 قسمت مساوي - هرقسمت60 میلیمتر تقسیم شده بود بطوري که هر قسمت حکم یک لایه خاك را داشت - . این عمل تا رسیدن به ترازي که می بایست گروه شمع نصب شود، ادامه یافت. دراین مرحله گروه شمع در محل از پیش تعیین شده توسط یک گیره و به صورت قائم، بر تراز لایه مهارگردید. در طی مراحل آزمایش لایه هاي ژئوگرید نیز در محلهاي از پیش تعیین شده قرار میگرفتند.
در حالت تسلیح شده، پس از وزن کردن میزان تریشه هاي لازم براي تسلیح، به منظوراختلاط بهتر، تریشه ها و ماسه به چهار قسمت مساوي تقسیم شده و هر قسمت از تریشهها بایک قسمت از ماسه یکبار با دست و یکبار توسط بیل، مخلوط شدند. سپس مخلو ط ماسه و تریشه ها با دقت و به آرامی درون جعبه آزمایش ریخته و متراکم شدند.
براي جلوگیري از جداشدگی یا به عبارتی شناور شدن تریشه ها به هنگام اختلاط با ماسه، آنها به میزان مشخصی مرطوب شدند. براي به حداقل رساندن اثرات کف جعبه، شیبهاي مدل برروي یک پایه ماسه اي به ضخامت 240 میلیمتر - بزرگتر از 5 برابر قطر شمع که توسط ال سواف2006و8]2008و[9 توصیه شده - ، قرارگرفته اند. بطور همزمان روند ساخت شیب از طریق جداره هاي شیشه اي جعبه آزمایش مشاهده و کنترل می شد.
در نهایت پس از خارج کردن خاك اضافی، ظاهر شیب به وسیله خط کش هاي چوبی خاصی و به کمک الگوي ترسیم شده از هندسه شیب بر روي جداره هاي شیشه اي جعبه آزمایش، به دقت شکل داده می شد. پس از تکمیل مراحل ساخت شیب، بار جانبی به صورت تدریجی و گام به گام تا رسیدن به حالت گسیختگی، به گروه شمع اعمال گردیده و جابجایی هاي افقی ایجاد شده دربخش کلاهک شمع توسط گیج صفحه ساعتی قرائت می گردید.
.4 برنامه آزمایشها
برنامه آزمایشهاي انجام شده در سه گروه تقسیم بندي شده اند. سري یک، آزمایشهایی در حالت شیب تسلیح نشده، سري دو آزمایشهایی درحالت شیب تسلیح شده با درصدهاي وزنی و نسبت ابعاد مختلف تریشه هاي موکت و در نهایت آزمایشهاي سري سه درحالتی که شیب با مقادیر بهینه تریشه ها - به دست آمده از آزمایشهاي سري دو - به همراه یک و دو لایه ژئوگرید تسلیح شده بود، انجام شده است. تستهاي سري یک و سه به منظور بررسی تأثیر پارامترهاي مختلفی از قبیل فاصله شمعها در گروه از یکدیگر، تراکم شیب و فاصله گروه شمع ازلبه تاج شیب، انجام شده اند. درجدول2 برنامه آزمایشها به صورت خلاصه همراه با پارامترهاي ثابت ومتغییر دخیل درهرآزمایش، ارائه شده است
