بخشی از مقاله
چکیده
امروزه آلودگی های نفتی تاثیر فراوانی بر محیط زیست بشر به ویژه محیط های خاکی گذاشته است. در واقع این آلودگی ها سبب تغییر در مقادیر ژئوتکنیکی خاک ها نظیر چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی، دانسیته خشک و نیز نفوذپذیری می شود. در پژوهش حاضر با استفاده از شاخصه های مقاومتی نمونه ماسه سیلتی آلوده به ماده نفتی، اقدام به مدل سازی و تحلیل عددی شمع مدفون در خاک آلوده به مواد هیدروکربنی با استفاده از نرم افزار PLAXIS نموده و در نهایت تاثیر پارامتر طول به قطر شمع بر ظرفیت باربری آن مورد بررسی و ارزیابی واقع شده است . نتایج این پژوهش کاهش در مقادیر مربوط به ضریب کاهش ظرفیت باربری شمع را ضمن افزایش نسبت طول به قطر آن نشان داده است.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر پژوهش ها و آزمایش های متعددی در زمینه تاثیر آلودگی های نفتی بر پارامترهای مقاومتی خاک ها صورت گرفته است. در واقع می توان اظهار داشت که آلودگی های نفتی علاوه بر خواص ژئوتکنیکی خاک، بر ظرفیت باربری پی های مدفون، تاثیرات فراوانی داشته است. این ترکیبات نه تنها بر خواص فیزیکی و ظاهری بلکه بر خصوصیات شیمیایی خاک ها تاثیرگذار می باشد. البته تغییر در خواص مقاومتی خاک ها ناشی از آلودگی های نفتی، در خاکهای دانه ای به صورت تغییر در خواص فیزیکی و در خاکهای چسبنده به شکل تغییر در ساختار خاک می باشد.
در میان پژوهش های صورت گرفته در این زمینه می توان به پژوهش Evgin و [2] - 1992 - Das بر روی نمونه های کوارتزی آلوده و غیر آلوده به نفت، پژوهش خامه چیان و همکاران [3] - 2007 - بر روی سه نمونه خاک SM - ماسه سیلتی - ، SP - ماسه بد دانه بندی شده - و CL - رس لاغر - ، پژوهش Pandey و [ 4] - 2014 - Bind بر روی خاک های آبرفتی آغشته به روغن موتور، پژوهش Zulfahmi و همکاران [ 5] - 2010 - ، پژوهش [6] - 2012 - Adejumo و نیز سایر پژوهش مشابه در این زمینه اشاره نمود.
در پژوهش حاضر، در ابتدا به معرفی نمونه خاک ماسه سیلتی و تغییرات پارامترهای ژئوتکنیکی آن طی درصدهای متفاوت آلودگی پرداخته شده است. در ادامه به معرفی نرم افزار مربوطه و نیز فرآیند مدل سازی پرداخته شده است. در آخر ضمن تحلیل و بررسی نتایج حاصل از مدل سازی، مقادیر ظرفیت باربری نهایی و نیز اثرگذاری پارامتر نسبت طول به قطر شالوده عمیق مدفون در نمونه ها بر ضریب کاهش ظرفیت باربری شمع محاسبه و مورد ارزیابی واقع شده است.
-2 مشخصات نمونه خاک
در پژوهش حاضر از نمونه های ماسه سیلتی - SM - برگرفته از پژوهش خامه چیان و همکاران در سال [3] 2007 جهت بررسی موضوع مورد بحث استفاده شده است. نمونه ها پس از اختلاط با مقادیر 0 ، 4، 8 ، 12 و 16 درصد آلاینده نفتی مورد آزمایش واقع شده اند. البته قابل ذکر است که مقادیر مقاومتی و ژئوتکنیکی بر گرفته از نتایج آزمایش های صورت گرفته بر روی آن ها مطابق جدول 2 ارائه شده است. همچنین مقادیر مربوط به وزن مخصوص نمونه ها و نیز مدول الاستیسیته هریک مطابق جدول 3 نمایش داده شده است.
جدول :1 گروه بندی نمونه خاک های مورد آزمایش
جدول :2 مشخصات ژئوتکنیکی نمونه خاک های ماسه سیلتی آلوده به نفت[3]
جدول :3 مقادیر وزن مخصوص و مدول الاستیسیته نمونه ها[3]
نتایج جداول 2 و 3 کاهش در مقادیر پارامترهای ژئوتکنیکی و مقاومتی خاک را ضمن وجود آلاینده نفتی نشان می دهد
-3 معرفی نرم افزار و نحوه مدل سازی
-1-3 معرفی نرم افزار
یکی از پرکاربردترین نرم افزارهای مهندسی عمران، به ویژه در گرایش ژئوتکنیک، نرم افزار PLAXIS می باشد که تقریبا در تمامی پروژه های ژئوتکنیکی به کار گرفته می شود. در واقع این نرم افزار یک بسته مدلسازی مهندسی است که با به کارگیری از روش های اجزاء محدود1، برای آنالیز تغییر شکل و پایداری در پروژه های مهندسی ژئوتکنیک به کار برده می شود.
ورودی های گرافیکی ساده برنامه، مدل های پیچیده ای از روش های اجزاء محدود را آنالیز می کند و خروجی های آن، نتایج دقیق و با جزئیات زیادی را ارائه می کند. در این نرم افزار تمام محاسبات به صورت کاملا اتوماتیک که پایه آن بر اساس روش های عددی است، انجام می شود. این نرم افزار برای کاربران این امکان را فراهم می سازد تا از طریق مدلسازی شرایط حاکم بر پروژه، آنالیزی از نحوه عملکرد در مراحل مختلف اجرا را داشته باشند و به تحلیل خروجی های حاصل از این آنالیز نظیر تغییر شکل های ناشی از مراحل ساخت یا اعمال نیرو، میزان نشست، مقادیر تنش ها و کرنش ها در نقاط مختلف طرح، پایداری و ضریب اطمینان و نیز ترسیم نمودارهای متفاوت بپردازند.
در این تحقیق از نسخه دو بعدی این نرم افزار که به خودی خود برای انجام یک آنالیز اجزاء محدود در محیط دوبعدی کاربرد دارد، استفاده شده است. یکی از موارد بسیار مهم که به سادگی از خروجی های نرم افزار قابل محاسبه و استخراج می باشد، میزان حداکثر بار قابل تحمل توسط سازه مدلسازی شده و یا به عبارت دیگر تعیین ظرفیت باربری نهایی یک شالوده مدفون در خاک می باشد.
-2-3 فرآیند و جزییات مدل ها
در پژوهش حاضر در ابتدا به عنوان بررسی یک مدل پایه اولیه اقدام به تعیین ظرفیت باربری نهایی یک شمع بتنی دایروی به قطر 1 متر و طول 10 متر تحت شرایط متفاوت آلودگی نفتی شده است. البته باید توجه داشت که در این پژوهش نصف شمع با بعد d/2 به دلیل تقارن محوری آن تعریف خواهد شد. همچنین مشخصات شمع ها با توجه به راهنمای خود نرم افزار برای مقاطع بتنی به نحوی در نظر گرفته شده که نسبت پواسون برابر 0/15، مدول یانگ بتن با توجه به مقاومت مشخصه بتن برابر 21000000 کیلو پاسکال و وزن مخصوص شمع برابر 25 کیلونیوتن بر متر مکعب اعمال شده است
بنابراین با توجه به موارد فوق، عملیات مدل سازی شالوده شمعی برای محیط خاکی آلوده به 0، 4، 8 ، 12 و 16 درصد حجمی آلاینده نفتی، انجام و در آخر نتایج ناشی از تحلیل مورد بررسی قرار گرفته شده است. البته در این پژوهش به منظور بررسی اثرات نسبت طول به قطر بر مسئله ظرفیت باربری شمع، از پارامتر [ 9] f که بیانگر ضریب کاهش ظرفیت باربری شمع می باشد استفاده شده است. درواقع این پارامتر از نسبت ظرفیت باربری شالوده مدفون در خاک آلوده به شرایط غیر آلوده به دست خواهد آمد.
-4 نتایج و خروجی های نرم افزار
نتایج ناشی از این پژوهش کاهش در مقادیر ظرفیت باربری نهایی شمع مدفون در خاک را با افزایش درصد آمیختگی به مواد هیدروکربنی نشان داده است. این موضوع در نمودار شکل - 1 - که نشان دهنده مقادیر ظرفیت باربری نهایی شالوده ها به روش [10] Terzaghi می باشد به خوبی نشان داده شده است.
شکل :1 مقایسه مقادیر ظرفیت باربری نهایی شالوده های مدفون در نمونه های آلوده به روش Terzaghi
-1-4 نتایج مربوط به تاثیر پارامتر نسبت طول به قطر شمع بر ظرفیت باربری آن
در پژوهش حاضر با در نظر گرفتن مقادیر نسبت طول به قطر شمع برابر با 10، 15، 20و 25 به ازای قطرهای 0/5، 0/7، 1 و 1/20 متر طی مقادیر4، 8، 12 و 16 درصد آلودگی همگن نفتی، تغییرات پارامتر کاهش در مقادیر ظرفیت باربری شمع - f - نسبت به L/D به صورت مجزا مطابق شکل های 2 تا 5 ارائه شده است.
شکل :2 منحنی تغییرات نسبت طول به قطر بر ضریب کاهش ظرفیت باربری شمع در 4 درصد آلودگی
شکل :3 منحنی تغییرات نسبت طول به قطر بر ضریب کاهش ظرفیت باربری شمع 8 درصد آلودگی
شکل :4 منحنی تغییرات نسبت طول به قطر بر ضریب کاهش ظرفیت باربری شمع 12 درصد آلودگی
شکل : 5 منحنی تغییرات نسبت طول به قطر بر ضریب کاهش ظرفیت باربری شمع در 16 درصد آلودگی
در واقع شکل های فوق نشان دهنده کاهش در مقادیر ضریب کاهش مقاومت شالوده ضمن افزایش نسبت طول به قطر آن می باشند. به عبارت دیگر افزایش طول و کاهش قطر شمع تواما موجب افزایش در مقادیر پارامتر f شده است. علت این امر را می توان در بررسی اثر افزایش قطر و نیز کاهش طول شمع به صورت جداگانه بر کاهش ظرفیت باربری شالوده مورد بررسی قرار داد.
-5 نتیجه گیری و جمع بندی
در این پژوهش نتایج نشان دهنده کاهش در مقادیر ظرفیت باربری نهایی شمع مدفون در خاک آلوده به نفت به دلیل کاهش در پارامترهای ژئوتکنیکی خاک بوده است. در واقع وجود آلاینده در خلال ذرات خاک به دلیل افزایش خاصیت روانکاری بین آن ها، ظرفیت باربری شمع مدفون شده در این خاک را کاهش داده است. همچنین افزایش نسبت پارامتر L/D در شالوده های مدفون در خاک آلوده سبب افزایش در مقادیر پارامتر کاهش مقاومت شده است. نتایج این پژوهش می تواند در بحث طراحی سکوهای نفتی در مجاورت سواحل و نیز در مناطق نفت خیز بسیار کارآمد واقع شود.
