بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از مسائلی که همواره مورد توجه محققین در مدلسازي هاي ژئوتکنیکی بوده، تاثیرپذیري برخی از پارامترهاي فیزیکی و مکانیکی خاك ها از شرایط مختلف محیطی و یا آزمایشگاهی می باشد. یکی از شرایط تاثیرگذار بر این پارامترها، دانسیته خشک و همچنین درصد رطوبت اولیه خاك می باشد. در این مقاله به تاثیر دانسیته خشک و درصد رطوبت اولیه خاك بر روي شیب خط باربرداري پرداخته شده است. براي این منظور با انجام آزمایش هاي تحکیم ادئومتر بر روي نمونه هاي ساخته شده در آزمایشگاه از یک خاك کائولین متورم شونده که در حالت پیش تحکیمی قرار دارند، به تاثیر این دو عامل بر شیب خط باربرداري پرداخته شده است. نتایج حاصله حاکی از این می باشد که با افزایش دانسیته خشک نمونه ها، مقدار شیب خط باربرداري افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهند که با کاهش درصد رطوبت اولیه نمونه ها در دانسیته هاي خشک مختلف، مقدار شیب این خط بصورت ناچیزي افزایش پیدا می کند.
کلمات کلیدي: شیب خط باربرداري، دانسیته خشک، درصد رطوبت
مقدمه
با پیشرفت جوامع بشري و گسترش ساخت و ساز، تمایل براي ساخت مجتمع هاي بزرك و گسترده افزایش یافته و این امر ضرورت بررسی هرچه دقیق تر شرایط زمین و خاك ها را نشان میدهد. مطالعه بر روي تاثیرپذیري پارامترهاي فیزیکی و مکانیکی خاك ها از شرایط مختلف محیطی و یا آزمایشگاهی یکی از مسائل مورد توجه در مهندسی ژئوتکنیک میباشد. بطوریکه همواره محققین مختلفی در این زمینه پژوهشهایی را انجام داده اند. در سال 1936 مطالعاتی به منظور بررسی اثر دما بر روي فشار پیش تحکیمی در خاك رس توسط گري صورت گرفت. نتایج آزمایش ها بیانگر وابستگی حرارتی فشار پیش تحکیمی به دما بوده است [1]
برخی محققین نیز به تاثیر درصد رطوبت بر روي پارامتر زاویه اصطکاك در خاك ها پرداختند. نتایج آزمایش هاي این محققین نشان می دهند که با کاهش رطوبت خاك، زاویه اصطکاك در خاك مسلح و غیرمسلح افزایش می یابد[2] برخی از محققین ازجمله UD و همکاران - 1999 - ، به تاثیرپذیري برخی از پارامترهاي فیزیکی و مکانیکی خاك ها، از میزان آهک ترکیبی پرداختند. این افراد روي خاك هاي متورم شونده آزمایش هایی را انجام دادند و دریافتند که هم درصد تورم و هم فشار تورم با یک مقدار داده شده از آهک ترکیب شده با خاك هاي قابل انبساط به صفر کاهش پیدا کرد4]،[3 محققین دیگري نیز به تاثیرپذیري پتانسیل رمبندگی خاك ها بر اثر تغیییرات درصد رطوبت اولیه و همچنین تنش وارده پرداختند. بر اساس نتایج بدست آمده توسط این افراد، در خاك هاي رسی رمبنده، افزایش همزمان تنش و میزان رطوبت اولیه تا بازه تر منحنی تراکم، سبب کاهش قابل ملاحضه اي در پتانسیل رمبندگی آن می شود و نیز نشان داده شد که در تنش هاي کم و متوسط، افزایش رطوبت در بازه خشک منحنی تراکم، تأثیر چندانی بر کاهش میزان پتانسیل رمبندگی نداشته است[5]
تعدادي از محققین از جمله فردلاند و رهاردجو - ١٩٩٣ - ، مارینهو و استیومر - ٢٠٠٠ - و فربر و همکارانش - ٢٠٠٩ - نیز به بررسی تاثیر دانسیته خشک اولیه بر میزان فشار تورمی خاك هاي متورم شونده پرداختند. این افراد طی تحقیقات خود به این نتیجه رسیدن که فشار تورمی خاك ها با دانسیته خشک اولیه رابطه مستقیمی را دارد و با افزایش دانسیته خشک اولیه نمونه ها، مقدار تورم نیز افزایش می یابد[6] براساس مطالب ذکر شده، مهندسین ژئوتکنیک همواره در طبیعت با خاك هاي مختلفی سروکار دارند که خصوصیات فیزیکی و مکانیکی این خاك ها نیز متاثر از عوامل مختلفی می باشند. از جمله این عوامل می توان به درصد رطوبت اولیه خاك و همچنین دانسیته خشک آن ها اشاره کرد. با توجه به اهمیت این موضوع، در این تحقیق با استفاده از آزمایش هاي تحکیم ادئومتر، به تاثیر پذیري شیب خط باربرداري_ بارگذاري از درصد رطوبت اولیه و دانسیته خشک خاك پرداخته می شود.
مصالح و روند آزمایش -1خاك مصرفی
در این پژوهش از یک خاك کائولین متورم شونده خالص استفاده گردید. منحنی دانه بندي این خاك در شکل - 1 - نشان داده شده است. همچنین دیگر پارامترهاي مشخصه این خاك در جدول - 1 - آورده شده است.
-2تهیه و ساخت نمونه ها
با توجه به اهداف مورد نظر، نمونه هایی با شرایط اولیه متفاوت جهت انجام آزمایش تحکیم ادئومتر ساخته شدند. براي این منظور نمونه ها در وزن مخصوص هاي 1,5 gr/cm3 و 1,6 gr/cm3 و 1,7 gr/cm3 تهیه شدند. همچنین رطوبت هاي بکار رفته شده در ساخت نمونه ها بین 8 تا 15 درصد متفاوت بودند. شرایط اولیه نمونه هاي بکار رفته، در جدول - 2 - نشان داده شده است. جهت ساخت هر کدام از نمونه ها بعد از انجام محاسبات مربوط و تعیین مقدار خاك و آب مورد نیاز، بوسیله آب پاش به خاك مورد نظر رطوبت داده شد و نمونه مرطوب شده جهت رسیدن به تعادل رطوبتی و یکسان سازي آن، به مدت 24 ساعت در یک فضاي بسته و پوششی از سه لایه پلاستیک، قرار داده شد. سپس با گذشت 24 ساعت از عملیات رطوبت دهی، نمونه درون قالب تراکم ریخته شد و تحت تراکم استاتیکی قرار گرفت. بعد از عملیات تراکم، نمونه مورد نظر درون قالب تحکیم قرار داده شد و آزمایش تحکیم بر روي آن صورت گرفت8]،[7
-3آزمایش تحکیم ادئومتر
مطابق با شکل هاي - 2 - تا - 7 - آزمایش تحکیم بدین صورت بود که ابتدا نمونه با درصد رطوبت اولیه خود و در حالت غیراشباع تحت بارگذاري قرار گرفته شد. سپس بصورت افزایشی و مرحله اي بارگذاري ادامه پیدا کرد و در تنش مشخصی نمونه اشباع گردید - نقطه . - 1 نمونه پس از اشباع سازي و جذب رطوبت، دچار افزایش حجم و تورم شد. پس از گذشت 24 ساعت و اتمام عملیات تورم - نقطه - 2، نمونه بار دیگر تحت بارگذاري قرار گرفت. بارگذاري تا جایی ادامه پیدا کرد که کل تورم نمونه بر اثر اشباع شدگی از بین برود - نقطه . - 3 سپس با توجه به نیاز پژوهش به پارامتر شیب باربرداري، نمونه مورد نظر تحت باربرداري قرار گرفت - نقطه . - 4 همچنین در جهت تکمیل عملیات، نمونه تحت آزمایش، بار دیگر تحت بارگذاري مجدد قرار داده شد.
نتایج
نتایج حاصل از آزمایش هاي تحکیم ادئومتر بر روي نمونه هاي خاك کائولین متورم شونده، در قالب نمودارهاي - 2 - تا - 7 - و جدول - 3 - نشان داده شده است.
از نکات روند آزمایش ها، مطابق با نمودارهاي ارائه شده، تنش هاي اشباع شدگی و تنش هاي بارگذاري متفاوت می باشد. بر اساس مقدار تورم ناشی از اشباع شدگی، برخی از نمونه ها تا تنش 400 kpa و برخی دیگر از نمونه ها تا تنش 800 kpa بارگذاري شدند. نمودار مربوط به آزمایش هاي تحکیم ادئومتر برخی از نمونه ها در شکل هاي - 2 - تا - 7 - نشان داده شده است.
