بخشی از مقاله
چکیده:
اخیرا به علت انبار کردن دور ریز کارخانه های سنگ بری در اطراف شهر مشکلات زیست محیطی برای آن مناطق ایجاد شده و گاها به علت عبور کردن جادها از بین این مواد و باربری بسیار پایین آنها به فکر تثبیت آنان افتاده شد. الیاف پلیمری مانند پلی پروپیلن که با محیط همخوانی نزدیکی دارند که بهترین گزینه را برای این نو خاک دارا میباشد. در این پژوهش برای اولین بار عملکرد این نوع خاک همراه با ترکیب الیاف پلی پروپیلن با اندازه میلیمتری با درصد وزنی های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت.
مقدمه
یکی از مشکلات اخیر در بحث محیط زیست کشور بحث دور ریز کارخانه های سنگ بری یا همان گل سنگ میباشد. به علت اینکه تجمع این مواد در محیط خارج شهر باعث مشکلات زیست محیطی گشته و به علت باربری پایین آنها،به فکر تثبیت آنان جهت سابگرید راها افتاده شد.قیمت معدن و حمل مواد خارج از سایت ممکن است از یک قیمت پایه کمتر شود ولو اینکه کیفت خوب مواد خوب سابگرید فراهم نگردد عموماً. طراحان با هزینه حمل و نقل مواد قرضه مناسب در نواحی با مصالح نامرغوب مواجه می باشند همچنین تثبیت در محل برای مصالح محلی از یک راه حل مناسب مهندسی برای کم کردن هزینه های ساختمانی می باشند .
همچنین تثبیت در محل، یک راه حل برای بهبود کیفیت راه های روسازی و آسفالت نشده روستایی می باشد .تثبیت خاک تغییر یک یا چند خاصیت خاک با وسائل مکانیکی وشیمیایی می باشدکه مصالح خاکی بعد از آن دارای خواص مهندسی مطلوب میباشند خاک به منظور افزایش مقاومت و دوام و جلوگیری از فرسایش و همچنین کاهش گرد و خاک روی راه های روسازی نشده تثبیت میگردد. طبیعت خاک این مسئله را دیکته می کند که برخی از مواد تثبیت کننده برای برخی خاکها در برخی شرایط مناسب و برای نوع دیگری از خاک و در شرایط متفاوت نامناسب باشد .
با تحول مواد موجود و معرفی تثبیت کننده های جدید مطالعه روی کاربرد این مواد در شرایط و روی مصالح مختلف برای بدست آوردن نتایج ایدآل بایستی گسترش یابد.جهت تثبیت خاک به روش های غیر سنتی برای نخستین بار یک ماده روغنی به بازار معرفی گردید که پس از مشخص شدن آثار زیانبخش محیط زیستی از رده خارج گردید گزینه های بعدی محلول کلرید کلسیم و قیر امولسیون بودند که تا به امروز نیز مصرف می شوند .
اما در یک سوی دیگر و در قالب فن آوری های نوین مواد پلی مری به بازار عرضه شدند.پدیده استفاده از الیاف، جهت ارتقای خصوصیات رفتاری مواد گوناگون، یک ایده قدیمی میباشد . آنطور که تونگو و فیلیپس در کتاب الیاف جدید خود اشاره می کنندسال قبل بشر از الیاف، بعنوان عنصری تقویت گر در خاک رس استفاده میکرده است . همچنین کاربرد الیاف در دیوار چین در سال قبل موید این مطلب است که دانش مهندسی نساجی از قدیم الایام در کنار مهندسین عمران، یاریگر ایشان بوده است
الیاف پلیمری در ارتقای عمر مفید سازههای گوناگون بوده است. با توجه به رشد چشم گیر مواد شیمیایی جدید بخصوص مواد پلیمیری در اجرای پروژههای عمرانی، و اهمیت و موثر بودن این مواد جدید در تثبیت خاک های ضعیف، اخیرا علم شیمی را به علم عمران نزدیک کرده است. استفاده از مواد همچون قیر در تثبیت خاک های روان و سست و استفاده از رزینهای پلیمری نشان دهنده این مسئله میباشد که تاثیر این مواد بر روی پروژه های عمرانی بسیار زیاد شده است.ولی مشخص است که استفاده از مواد نفتی در تثبیت شن های روان مشکلات زیست محیطی بدی ایجاد می کند.
در سالهای اخیر استفاده از خاک مسلح با استفاده از المانهای مختلف تسلیحمخصوصاً مصالح ژئوسینتتیک رو به فزونی گذاشته و کاربرد زیادی در زمینه ژئوتکنیک داشته است. الیافها که به صورت مصنوعی و یا طبیعی تولید میشوند و با اختلاط با خاک باعث افزایش مقاومت برشی و کششی خاک و اصلاح خواص مهندسی آن می شوند. یکی از این نوع الیاف مصنوعی، تریشه های موکت و ژئوتکستایل است که از دیدگاه محیط زیستی دفع و استفاده صحیح از آنها از اهمیت خاصی برخوردار میباشد.
برای جلوگیری از این نشستها و یا خواص مکانیکی ضعیف دیگر باید تکنیک های خاصی را جهت بهبود این خواص بکارگرفت. طراحان همواره برای اضافه کردن مقاومت خاک از فرایندهای مکانیکی نظیر تراکم، زهکشی بوسیله چاه های ماسه ای و تحکیم و فرایندهای شیمیایی نظیر اصلاح و تثبیت یا استفاده از عناصر مسلح کنندهها استفاده نمودهاند .تاکنون عناصر مختلفی نظیر الیاف شیشهای، فولادهای روی اندود و پلیمرهایی از قبیل ژئوتکستایلها، ژئوگریدها و الیاف های بریده شده از جنس پلی اتیلن، پلی استر، پلی پروپیلن جهت مسلح کردن خاک مورد استفاده قرار گرفته اند.
گری و اوهاشی مدلی را برای رفتار خاک و الیاف در ناحیه برشی ارائه نموده اند .آنها با آزمایش تعداد زیادی نمونه های ماسه های مسلح شده با الیاف پلاستیکی و گیاهی و سیم های مسی در دستگاه برش مستقیم و تجزیه و تحلیل نتایج حاصله، مقدار الیاف لازم برای شرایط بهینه مقاومت برشی را تعیین و اعلام نمودند] ٍ.[ تقویت خاک های ضعیف و نامناسب جهت بکارگیری در شیروانیها، پیها، بستر جاده ها، سدها و ... برای ایجاد پیکربندی خاکی با ویژگیهای مهندسی دلخواه، تثبیت و تسلیح خاک نامیده میشود.
تسلیح خاک با الیاف از یک طرف شامل استفاده مستقیم از الیاف بصورت تصادفی در ماتریسی همانند خاک است و از طرف دیگر شامل استفاده از الیاف با آرایش یافتگی مشخص، همچون خانواده ژئوسینتتیکها است. در واقع، خاک مسلح ماده مخلوطی، ناشی از ترکیب و بهینه سازی خواص تک تک مواد تشکیل دهنده آن است
در واقع، خاک مسلح ماده مخلوطی، ناشی از ترکیب و بهینهسازی خواص تک تک مواد تشکیل دهنده آن است] ُ.[روشهای فیزیکی مثل افزودن المان های گسسته با توزیع تصادفی همچون استفاده از الیاف طبیعی و مصنوعی، یک روشنسبتاً موفق در بهبود عملکرد خاک است. همچنین مطالعات نشان میدهد که خصوصیات تنش -کرنش مقاومت خاک های تسلیح شده با توزیع تصادفی الیاف تابعی از میزان الیاف، نسبت طول به عرض، و سطح اصطکاک الیاف در امتداد خاک و الیاف و خصوصیات مقاومتی است
تسلیح خاک با الیاف، بهبود قابل توجه در مقاومت، ظرفیت باربری،شکل پذیری و تغییرات حجم ماتریس - خاک - را به همراه دارد .وایدل برای اولین بار در سال مفهوم تسلیح خاک با الیاف را معرفی نمود .وی بیان کرد که استفاده از المان تسلیح در خاک، مقاومت برشی آن را افزایش میدهد
مطالعات آزمایشگاهی انجام شده برروی خاک های مخلوط شده با الیاف گوناگون، نتایج قابل توجهی را نشان میدهد . در بیشتر موارد، افزودن الیاف به خاک، افزایش قابل توجهی در پایداری خاک در مقابل شرایط مختلف به همراه دارد. مطالعات قبلی نشان میدهد که افزودن الیاف بطور قابل توجهی مقدارCBR ماسه و رس مسلح با الیاف پلیپروپیلن را بدون هیچ نشانی از شکست بعد از آزمایش، افزایش میدهد و نشست ناگهانی خاک های منبسط شونده کاهش مییابد
لاستیک تایر ضایعاتی ظرفیت باربری ماسه ضعیف را بالا میبرد اما ترکیب نخ تایر لاستیک و جداره های لاستیک سبب افزایش بیشتری در ظرفیت باربری میشود افزودن ژئوتکستایل از الیاف نارگیل بافته شده نیز تأثیر قابل توجه برCBR دارد
افزایش مقاومت فشاری محصورنشده هم یکی از موارد مورد بحث در مطالعات آزمایشگاهی بوده است و مقاومت کششی بارزترین خصوصیت الیاف است که منجر به افزایش مقاومت کششی مخلوطهای خاکی میشود
مواد، روش کار و تئوریهای استفاده شده ، مشکل فنی و بیان اهداف پژوهش
گل سنگ مورد بررسی بسیار مخرب برای محیط زیست و دارای باربری بسیار پایین جهت عبور راها می باشد این مواد به علت دانه بندی بسیار بد آنها چسبندگی بسیار پایینی دارند و در هوا معلق می شوند و مشکلات زیادی در آن منطقه ایجاد می کنند و گاها به علت باربری پایین آنها امکان عبور راهای آسفالتی از آن امکان پذیر نیست.
توضیح و شرح آزمایشات
- خاک مورد استفاده :
در این پژوهش یک نوع ماسه با دانه بندی بسیار بد که از دور ریز کارخانه های سنگ بری می باشد استفاده شده است. منحنی دانه بندی آن - ASTM D422-87 - در شکل آمده است.
