بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه به بررسی ویژگی های نشست و تراکم پذیری ترکیب های ماسه و بلوک های EPS پرداخته شده است. برای ارزیابی این پارامترها از یک دستگاه ادئومتر بزرگ مقیاس استفاده شده است تا بتوان اثر پارامترهای تغییرشکلی را در ابعاد بزرگ بررسی کرد. مجموعهای از تست های مختلف با در نظر گرفتن ضخامت های مختلف برای لایه های EPS و همچنین تراکم های نسبی مختلف برای ماسه در نظر گرفته شده است. نتایج حاصله از این مطالعه نشان می دهد که استفاده از بلوک EPS در ترکیب با ماسه رفتار آن را بسیار پیچیده تر میکند. نتایج بیانگر افزایش نشست ها و افزایش ضریب تراکم پذیری می باشد. همچنین نتایج نشان دادکه کاربرد EPS با لایه های با ضخامت کمتر ولی بطور متوالی منجر به نشست های بیشتری می شود.
-1 مقدمه
یکی از زمینه های مهم در مهندسی ژئوتکنیک استفاده از مواد سبک وزن به عنوان مصالح مصرفی در پروژه ها می باشد. این مواد سبک وزن بصورت منفرد یا در ترکیب با خاک مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از این مواد نیازمند مطالعات فراوان و دقیقی می باشد تا بتوان مشخصات و پارامترهای رفتاری آنها را تحت شرایط مختلف بارگذاری بررسی کرد. یکی از این مصالح مصرفی ژئوفوم می باشد که بدلیل سبک وزن بودن، راحتی کار با آن و هزینه پایین نسبت به سایر مصالح کاربرد بیشتری دارد. استفاده از ژئوفوم در ژئوتکنیک و عمران نیازمند آگاهی از خصوصیات این نوع مواد و محدودیت های استفاده از آنها می باشد. زیرا علاوه بر مزایای فراوان این مصالح محدودیت های از جنبه های مختلف نیز در مورد آنها وجود دارد.
ژئوفوم پلی استایرن - EPS1 - ماده ای فوق سبک، بشکل سلول های بسته، سفت و محکم و فوم پلاستیکی می باشد. چگالی آنها در حدود یک صدم چگالی خاک می باشد. دارای خواص خوب عایق حرارتی با سختی و مقاومت فشاری قابل مقایسه با خاک رس متوسط می باشند. این مصالح در کاهش نشست زیر خاکریزها، میرایی صدا و لرزش، کاهش فشار جانبی بر سازه های زیرین، کاهش تنش روی خطوط لوله صلب مدفون و سایر موارد استفاده شده است. استفاده از ژئوفوم از چندین دیدگاه دارای مزایایی می باشد، از آن جمله می توان به کاهش وزن مصالح پرکننده، بهبود پارامترهای خاک، کاهش فشار جانبی خاک بر دیوارها، کاهش هزینه های ساخت، بهبود زیباسازی پروژ ها و سایر موارد اشاره کرد. ژئوفوم را می توان بصورت بلوک و یا بصورت قطعات کلوخه ای و یا پودر شده در ترکیب با خاک به عنوان مصالح پر کننده پشت دیوارها و نیز بستر راههای کم تردد - ضریب ترافیکی کم - بکار برد .
با توجه به این مطلب که سختی این مصالح در مقایسه با خاک کمتر است، تحت اعمال تنشهای وارده دارای تغییر شکلهای قابل توجهی نیز می باشند که می تواند استفاده از این مصالح را با پیچیدگیهائی همراه نماید. در این راستا تحلیلهای تنش- تغییر شکل در سازههائی که از این نوع مصالح و مخلوطها ساخته می شوند، دارای اهمیت ویژه ای خواهند بود که البته نیاز به پارامترهای تغییر شکلی این مصالح از جمله مدول الاستیسیته و نیز ضریب تراکمپذیری دارد که باید براساس نتایج آزمایشگاهی تعیین گردند. از سوی دیگر عواملی نظیر سختی خود مصالح ژئوفوم، چگالی نسبی خاک، ضخامت بلوک های ژئوفوم و البته سطح تنش اعمالی بصورت همه جانبه یا تحت شرایط سکون بر مقدار این پارامترها تاثیر خواهند داشت.
در تحقیق حاضر سعی بر آن است تا با استفاده از یک دستگاه ادئومتر بزرگمقیاس به بررسی مشخصات تغییر شکلی این ترکیب ها بپردازیم.
-2 پیشینه مطالعات
نگوسی و جهان اندیش - Negussey and Jahanandish, 1993 - ویژگی های مختلف ترکیبات ژئوفوم و خاک را بررسی کردند. تست ها با دو چگالی مختلف و در دو حالت محدود شده و نشده انجام گرفت و بارگذاری بصورت تنش کنترل بود. رفتار تغییر شکل و مقاومت و ضرایب تنش جانبی برای خاک و ژئوفوم ها محاسبه شد. نتایج نشان داد ویژگی های مهندسی ترکیبات خاک و ژئوفوم را می توان با روش های موجود برای مصالح ژئوتکنیکی مورد بررسی قرار داد. ژئوفوم و ترکیباتش با خاک مزیت های زیادی نسبت به برخی خاک های دارد.
هازاریکا - Hazarika, 2006 - مدل رفتاری تنش-کرنش را برای ژئوفوم EPS برای کاربردهایی با کرنش های بالا ارائه داد. او در این تحقیق مدل رفتاری برای تنش- تغییر شکل ژئوفوم ها با استفاده از تئوری افزایشی پلاستیسیته ارائه داد. در محاسبه معادلات ساختاری ژئوفوم او از قانون فون میزس استفاده کرد و فرض کرد که ناحیه سخت شوندگی ماده دارای منحنی هذلولی می باشد. پارامترهای مدل رفتاری از یکسری از تست های فشاری محدود نشده روی انواع مختلف ژئوفوم ها با شکل و ابعاد گوناگون بدست آمد. او نتیجه گرفت که این پارامترها تابعی از ابعاد مطلق نمونه ها و همچنین چگالی EPS ها می باشند. اعتبار مدل با شبیه سازی عددی برنامه تست فشاری ژئوفوم EPS سنجیده شد. نتایج نشانگر دقت بالای مدل پیشنهادی EPS بود.
ایکیزلز و همکاران - Ikizler et al. 2008 - رفتار ژئوفوم EPS را با خاک های منبسط شونده در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار دادند. آنها کاهش فشار تورمی جانبی انتقالی روی سازه های نگهبان در خاک های منبسط شونده را مورد بررسی قرار دادند. اگر خاک براحتی نتواند متورم شود، فشار تورمی در آن گسترش خواهد یافت. بزرگی فشار تورمی بسته به درجه انبساط خاک دارد. آنها نشان دادند که حتی اگر به خاک اجازه اندکی انبساط آزاد داده شود، فشار تورمی ناشی از آن بسیار کمتر از مورد بدون انبساط آزاد خواهد بود. آنها نقش ژئوفوم منبسط شونده EPS را در کنترل خاک منبسط شونده وکاهش فشار تورمی روی سازه های مجاور را بررسی کردند. نتایج آنها بطور مشخص نشان داد که ترکیب ژئوفوم و خاک منبسط شونده، فشار تورمی بمراتب کمتری نسبت به خاک منبسط شونده تنها دارد.
ترندافیر و ارتگرول - Ertugrul and Trandafir, 2013 - فشار جانبی زمین را روی دیوارهای طره ای تغییر شکل پذیر با استفاده از ژئوفوم بعنوان پرکننده بررسی کردند. آنها از تست های میز لرزه برای بررسی رفتار این نوع دیوارها استفاده کردند. در این مطالعه، اثر ترکیب مواد پرکننده، تغییر شکل پذیری دیوار، مشخصات پرکننده بدون چسبندگی و ژئوفوم روی فشار جانبی زمین بررسی شدند. تحلیل تفاضل محدود نیز برای بررسی نتایج مطالعات آزمایشگاهی نیز انجام گرفت. نتایج نشان داد که شکل توزیع فشار اکتیو پشت دیوار نگهبان طره ای غیر خطی بوده و بسته به سختی دیوار و مشخصات لایه های تغییر شکل پذیر متغیر است. همچنین نتایج نشان داد که ژئوفوم فشار جانبی را روی دیوار کاهش می دهد. همچنین بر اساس نتایج مطالعات پارامتریک، یک سری از چارت های طراحی و مدل های رگرسیونی برای پیش بینی فشار جانبی اکتیو زمین روی این نوع دیوارها با و بدون لایه های ژئوفوم تغییر شکل پذیر ارائه دادند.
-3 مطالعه آزمایشگاهی
-3-1 معرفی دستگاه ادئومتر بزرگ مقیاس
برای انجام آزمایش ها از یک دستگاه ادئومتر بزرگ مقیاس استفاده شده است. این دستگاه برای تست مصالحی که امکان ارزیابی آنها در دستگاه های استاندارد وجود ندارد مورد استفاده قرار می گیرد. شکل شماتیک این دستگاه در شکل 1 نشان داده شده است. برخی از ویژگی های این دستگاه عبارتند از: قطر داخلی مخزن 49 سانتیمتر، ارتفاع مخزن خاک 50 سانتی متر، ضخامت بدنه محفظه 8 میلیمتر، جک بارگذاری هیدرولیکی دو طرفه با قطر مفید داخلی 8 سانتی متر، واحد ثبت اطلاعات اتوماتیک، سنسور ها تحتانی فشار جانبی ، فشار سنج آب و تغییر شکل سنج، ورودی و خر.جی آب برای زهکشی و آب رسانی. برخی از قابلیت های دستگاه نیز در فهرست زیر آورده شده اند:
· اعمال فشار تا سطح 1000 کیلوپاسکال بصورت رفت و برگشت با دامنه جابجائی50 سانتیمتر
· کنترل فشار نمونه بر سطح خاک با استفاده از فشار سنجهای هیدرولیکی و نیز سلولهای فشار سنج
· تعیین فشار افقی با استفاده از سلولهای کمربندی
· تعیین ضریب فشار افقی خاک در حالت سکون
· توانائی اعمال بار بصورت پله ای برای تعیین مشخصات تغییرشکلی خاکها و مصالح مشابه
· تعیین فشار آب حفره ای در بالا و پائین نمونه در شرایط زهکشی نشده
-3-2 مصالح مصرفی و آزمایش ها
در تحقیق حاضر از ماسه با قطر متوسط دانه ها برابر با 0/2 میلیمتر استفاده شده است. بر اساس طبقه بندی متحد این خاک در طبقه خاک های SP قرار دارد. وزن مخصوص ماکزیمم آن 2/63 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد. این نوع ماسه دارای ضریب یکنواختی 1/51 و ضریب انحناء 0/88 است. این نوع ماسه در حاشیه دریاها بخصوص در نواحی شمال ایران یافت می شود. بر اساس منحنی دانه بندی این خاک می توان اینگونه نتیجه گرفت که این خاک یک ماسه بد دانه بندی شده می باشد. نتایج دانهبندی در شکل 2 آورده شده است. برای مقایسه پارامترهای تغییرشکلی خاک باید یک مبنا برای آزمایشها در نظر گرفته شود،که بتوان تمام آزمایشها را با یکدیگر مقایسه کرد، به همین منظور سعی شد از پارامتری تحت عنوان وزن مخصوص ماتریکس خاک استفاده شود. این پارامتر تراکم نسبی بخش ماسه ای مخلوط را بیان می کند.
