بخشی از مقاله
چکیده
ژئوسنتتیک¬ها بر عملکرد ستون های سنگی مورد مطالعه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان داد که ژئوگرید میزان انبساط جانبی را تا حد قابل ملاحظه ای کاهش میدهد، با افزایش سختی ژئوسنتتیک، سختی و ظرفیت باربری ستون سنگی نیز افزایش می¬یابد، و محصور نمودن ستون سنگی با طول محصور شدگی مناسب می¬تواند ظرفیت باربری خاکهای سست را تا چندین برابر نسبت به ستون سنگی معمولی افزایش ستون های سنگی از جمله روش های بهسازی خاک می¬باشد که در مقایسه با شمع ها بسیار پایین آن است که چنانچه خاک مورد نظر بسیار سست باشد
به دلیل غالب شدن فشار وارده از پیرامون محل متورم شدن به خاک احاطه کننده ستون سنگی دچار گسیختگی می¬گردد. پوشاندن ستون سنگی با ژئوسنتتیک¬ها یکی از بهترین روش ها برای بهبود عملکرد ستون سنگی می¬باشد. به منظور افزایش کارایی ستون های سنگی از ژئوگرید به عنوان پوشش تقویت¬کننده ستون ها استفاده می¬شود زیرا این مصالح دارای مقاومت کششی بالا و قفل شدگی قابل توجهی در ساختار شبکه ای خود با مصالح ستون های سنگی هستند. در مقاله حاضر تاثیر دهد.
مقدمه
استفاده از ستون های سنگی به عنوان یک روش اصلاح خاک برای افزایش ظرفیت باربری یا تقلیل نشست خاک زیر پی سازه ها در حال گسترش می¬باشد. این روش مبتنی بر تعویض 15 الی 35 درصد حجم خاک نا مرغوب به وسیله حفر چاه هایی با قطر و عمق و فاصله معین از یکدیگر و پر کردن چاه¬ها به وسیله¬ی ماسه یا شن یا سنگ ریزه و متراکم نمودن به صورت ستون های عمودی می¬باشد. این روش برای اولین بار در فرانسه در سال 1830 جهت اصلاح خاک سست استفاده شد. ستون های سنگی المان های استوانه ای هستند که درخاک های سست با طول، عمق و فاصله معین از هم حفر شده و با مصالح درشت دانه پر و سپس متراکم می¬شوند.
ستون های سنگی سختی و مقاومت خود را در اثر محدودیت و قید جانبی خاک اطراف به دست می¬آورد و تحت اثر بارهای وارد شده در مجموعه خاک و ستون سنگی تغییر مکان جانبی به وجود می¬آید و این کرنش جانبی در ستون سنگی حالت مقاوم ایجاد می¬کند. در مهندسی ژئوتکنیک ستون های سنگی بطور فزاینده¬ای برای بهینه¬سازی خاک های نامرغوب در پروژه های بزرگ عمرانی همچون پل ها، سدهای خاکی و دیگر سازه-ها مورد استفاده قرار می¬گیرد.
ستون های سنگی در دو نوع ستون های سنگی معمولی و ستون های سنگی با پوشش ژئوسنتتیک طراحی و اجرا می¬شوند. زمانی که ستون های سنگی در خاک بسیار نرم کار گذاشته می¬شود، محدودیت¬هایی که توسط خاک اطراف به وجود می¬آید برای شکل گیری و استقرار ستون سنگی مناسب نیست، در نتیجه ستون های سنگی که در این خاک ها مستقر می¬شود قادر به ایجاد ظرفیت تحمل بار مورد نظر نمی¬باشد . در این موارد پوشش ژئوینتتیک می¬تواند با افزایش مقاومت و سختی ستون سنگی، از فشار جانبی سنگ ها زمانی که ستون حتی بر روی خاک بسیار نرم مستقر شده است جلوگیری کند.
بسیاری از محققین نظیر گرین وود 1 - 1970 - و آبوشی 2و همکاران - 1979 - راه حل هایی را جهت تخمین ظرفیت باربری و نشست فونداسیون¬های تقویت¬شده با ستون سنگی مطرح نمودند. برگادو3و همکاران - 1990 - از طریق مطالعات محلی خود دریافتند که استفاده از ستون های سنگی جهت مقاوم سازی بستر خاکریز باعث افزایش ظرفیت باربری به میزان بیش از 4 برابر و افزایش ضریب اطمینان شیروانی¬ها به حدود 25 درصد می¬شود.
پرایب - 1995 - 4 روشی جهت تخمین نشست فونداسیون واقع بر شبکه نامحدود از ستون سنگی را بیان نمود که در این روش سطحی از خاک احاطه کننده ستون ها که فقط تحت تأثیر یک ستون سنگی خاص قرار می¬گیرد با توجه به فواصل ستون¬ها از یکدیگر، با سطح یک دایره معادل سازی می¬شود و در واقع استوانه ای از خاک نرم که در قسمت مرکزی آن ستون سنگی قرار می¬گیرد جهت مدل سازی رفتار یک ستون در محدوده تأثیر آن به کار گرفته می¬شود. مجموعه استوانه ای از خاک نرم و با مقطع دایره¬ای که ستون سنگی در قسمت مرکزی آن واقع شده است تحت عنوان سلول واحد معرفی می¬گردد.
آمبیلی و گاندی - 2007 - 5 با استفاده از تست های آزمایشگاهی و مدل سازی عددی، رفتار ستون های سنگی را مورد بررسی قرار دادند که نتایج مدل سازی عددی همگرایی خوبی با آزمون-های آزمایشگاهی داشت. مالارویژی و ایلامپارومتی - 2004 - 6 گزارشی در زمینه-ی کارایی و نحوه عملکرد ستون های سنگی محصور شده با ژئوسنتتیک بر اساس مطالعات انجام شده در مقیاس کوچک آزمایشگاهی و بر روی ستون هایی که به لایه مقاوم زمین رسیده¬اند و نیز ستون هایی که به لایه مقاوم نرسیده¬اند، منتشر نمودند و اعلام کردند که ظرفیت باربری نهایی بستر تقویت¬شده با ستون های سنگی محصور شده تا سه برابر تقویت نشده است.
بدنه اصلی مقالات
-2 روش های تسلیح ستون های سنگی تحقیق در زمینه مسلح کننده های ژئوسنتتیک معمولا در یکی از سه زمینه زیر انجام می شود: - الف - مسلح کننده های ژئوسنتتیکی ستون های سنگی با استفاده از لایه های افقی ژئوگرید قرار گرفته در بخش بالایی ستون جهت کاهش تورم، - ب - ستون های محصور شده ژئوتکستایلی که اغلب در ستون های ماسه ای با استفاده از پوشش ژئوتکستایلی بکار می رود، و - ج - ستون های سنگی محصور شده با ژئوگرید که ستون های سنگی با استفاده از پوشش ژئوگرید محصور میگردد.
-3 مسلح کردن با پوشش ژئوسنتتیک راگوپال و مورگسان7 در سال 2006 با انجام آزمایشاتی به مطالعه تأثیر استفاده از ژئوسنتتیک¬ها به عنوان مسلح کننده ستون سنگی و بهبود رفتار ستون های سنگی پرداختند. مطالعات آن ها شامل ستون های سنگی غیر مسلح و مسلح شده با ژئوسنتتیک¬های با سختی مختلف و قطر ستون متفاوت انجام پذیرفت.
نتایج آنالیزهای انجام گرفته در اشکال 1 و 2 نشان داده شده است. نتایج نشان می¬دهند که استفاده از مسلح کننده باعث کاهش انبساط جانبی و نشست در ستون های سنگی میگردد و با افزایش سختی ژئوسنتتیک نشست و انبساط جانبی در ستون سنگی کاهش می¬یابد. با افزایش سختی ژئوسنتتیک، سختی و ظرفیت باربری ستون سنگی مسلح افزایش می¬یابد.
اندازه گی ری تنش های جانبی وارد بر ستون نشان داده است که تنش ها در ستون های مسلح نسبت به ستون های غیر مسلح بیشتر می¬باشد. همچنین تأثیر مسلح سازی در بهبود رفتار ستون های سنگی در ستون های با قطر بزرگتر و فشار دورگیر بیشتر، کمتر می¬باشد. با نگرش به تأثیر دانسیته، نتایج نشان می¬دهند که نمونه های سست نسبت به نمونه های متراکم می¬توانند از طریق تأمین محصورشدگی، مقاومت بیشتری بدست می¬آورند.
شکل 1 انبساط جانبی در ستون سنگی
شکل 2 نتایج بارگذاری- نشست ستون سنگی با قطر 1 متر قضاوی و نظری افشار8 در سال 2013 و در تحقیقات آزمایشگاهی به بررسی تاثیر مسلح نمودن ستون های سنگی با ژئوسنتتیک¬ها و چگونگی استفاده از این مسلح کننده ها در دو حالت لایه¬های افقی و یا به صورت غلاف قائم پرداختند. در شکل 3 طرح شماتیک ستون های سنگی و در شکل 4 منحنی بارگذاری-نشست مربوط به ستون سنگی با قطر 80 سانتیمتر به صورت غیرمسلح و مسلح شده در دو حالت ذکر شده، نشان داده شده است.
نتایج بیانگر آن است که با استفاده از ستون سنگی غیرمسلح به منظور بهسازی خلک سست، ظرفیت باربری نهایی خاک بهسازی شده افزایش می¬یابد و در صورت مسلح نمودن ستون سنگی با ژئوسنتتیک¬ها به صورت لایه¬های افقی و یا غلاف قائم، ظرفی ت باربری خاک بهسازی شده افزایش بیشتری می¬یابد و همچنین در صورت افزایش سختی ژئوسنتتیک، این افزایش ظرفیت باربری بیشتر خواهد بود.
شکل 3 طرح شماتیک ستون های سنگی
شکل 4 منحنی بارگذاری- نشست ستون های سنگی
-4 سختی مسلح شده در سال 2012 کیخسروپور9 و همکارانش در تحقیقاتشان
مقاومت کششی مسلح کننده ژئوسنتتیکی بین 300 تا 10000 کیلو نیوتن بر متر در نظر گرفتند. اشکال 5 و 6 به ترتیب نشست نهایی در ستون میانی و حداکثر انبساط جانبی در ستون گوشه را نشان می¬دهد. نتایج نشان می¬دهند که با افزایش سختی مسلح کننده انبساط جانبی و نشست ستون سنگی کاهش می¬یابد به طوری که استفاده از مسلح کننده ژئوسنتتیکی با مقاومت 10000 کیلو نیوتن بر متر، منجر به کاهش حدود 62 درصد و 79 درصد به ترتیب در نشست نهایی وانبساط جانبی ستون سنگی نسبت به حالت مسلح نشده می¬گردد.
شکل 5 نشست ستون میانی با تغییرات سختی مسلح شده
شکل6 تغییر شکل جانبی ستون گوشه با تغییرات سختی مسلح شده
-5 طول مسلح شده ستون ها راگوپال و مورگسان در سال 2006 در مطالعاتی روی
ستون های سنگی با طول مسلح شده متفاوت شان دادند که مسلح کردن ستون سنگی تا ارتفاعی بیشتر از حدود 2 برابر قطر ستون تاثیر زیادی در افزایش فشار دورگیر ندارد و در نتیجه مسلح کردن ناحیه فوقانی ستون سنگی برای عملکرد اصلاحی آم کافی می¬باشد. این موارد در شکل 7 مشخص می¬باشد.
قضاوی و نظری افشار در سال2013 با انجام تحقیقات آزمایشگاهی روی ستون های سنگی منفرد که نتایج آن در شکل 8 نشان داده شده است، بیان داشتند که استفاده از ژئوسنتتیک برا ی مسلح کردن ستون سنگی منجر به افزایش ظرفیت باربری میگردد و با افزایش مقاومت کششی مصالح ژئوسنتتیکی، ظرفیت باربری نهایی ستون های سنگی مسلح شده - در هر دو حالت با پوشش تمام طول و نصف طول ستون - افزایش می -یابد و عملکرد پوشش دادن تمام طول ستون با مسلح کننده، مؤثر تر از پوشش نصف طول ستون می¬باشد.
شکل 7 تاثیر طول مسلح کننده در ستون با قطر 0/6 متر
شکل 8 تاثیر طول مسلح کننده در ستون با قطر 0/8 متر
-7 تسلیح با استفاده از ژئوسنستیک در لایه های افقی ستون های سنگی هنگامی که بارگذاری می شوند، تمایل دارند که بصورت جانبی منبسط شوند. بزرگی و موقعی ت این گسترش شعاعی علاوه بر آنکه به خصوصیات فیزیکی ستون و خاک پیرامون آن بستگی دارد
