بخشی از مقاله
خلاصه
باتوجه به اینکه در بیشتر موارد تراکم دینامیکی در محیط شهریو نزدیک ساختمان ها انجام میگیرد، لذا محاسبه فاصله ایمن از محل اصابت ضربه امری لازم و ضروری می باشد. باتوجه به اینکه محاسبه فاصله ایمن از روش های آزمایشگاهی بسیار زمانبر و پرهزینه می باشد و ازطرف دیگر دقت آن کم است، لذا با استفاده از روشهای عددی بطور دقیقتر و با هزینه های بسیار کمتر قبل از انجام تراکم دینامیکی درمحل، میتوان فاصله ایمن از محل اصابت ضربه را بهدست آورد.
در این تحقیق با مدلسازی عددی دستگاه ضربه زن سبک در نرم افزار آباکوس بیشینهی سرعت را برای نقاطی که در حد فاصل محل اصابت ضربه تا سازه موردنظر هستند بهدست آورده و نمودار بیشینهی سرعت ذره برحسب فاصله را رسم می کنیم. درگام دوم بیشینه ی سرعت مجاز - طبق معیارهای تجربی - را روی نمودار مشخص کرده و محل برخورد خط ومنحنی را مشخص می کنیم. در گام سوم با توجه به اینکه سرعت در نزدیک سازه باید کمتر از سرعت مجاز باشد لذا با مشخص کردن فاصله متناسب با سرعت مجاز، مرز بین محدوده خطرناک و ایمن بدست می آید. در نتیجه فاصله ایمن تا، لولهها و خطوط برق تعیین میشود.
-1 مقدمه
تراکم دینامیکی1 روشی مفید برای بهسازی بویژه در خاکهای دانهای است. در این روش وزنهای سنگین از ارتفاعی مشخص سقوط کرده و باعث متراکم شدن خاک میگردد. عامل موثر در تراکم خاک، انتشار امواج حجمی و برشی است که موجب تغییرمکان ذرات و افزایش تراکم میشود. این پدیده در صورت مجاورت سازهها میتواند موجب بروز ترک و شکست در پی سازه وگسیختگی احتمالی آن گردد. لذا رعایت حداقل فاصله ایمن از سازه های مجاور جهت اجرای تراکم دینامیکی ضروری است.
در بسیاری از مسائل مهندسی مرتبط با بارگذاری دینامیکی خاک، به پارامترها وخصوصیات دینامیکی خاکها تحت بارگذاری دینامیکی نیازمند هستیم. بعضی از این مسائل عبارتند از: ارتعاشات پی ها، روانگونگی خاکها، ظرفیت باربری دینامیکی خاکها، انتشار امواج زلزله در خاکها، نشست خاک تحت بارهای دینامیکی، تغییر شکل سازههای خاکی مانندسدها، دیوارهای حائل، پیها وغیره تحت باردینامیکی یا زلزله و تعیین پارامترهای دینامیکی خاک حین انجام عملیات تراکم دینامیکی برای اطمیناناز رسیدن به مقدار پیشبینی شده. امروزه برای تعیین پارامترهای دینامیکی خاک از روشهای زیر استفاده میشود:
در آزمایش " تعیین مدت زمان حرکت موج " می توان با عبور دادن موج فشاری یا برشی از نمونه خاک و داشتن زمان، به ترتیب سرعت موج فشاری یا برشی را تعیین کرد. آزمایش "ستون تشدید" شامل مرتعش نمودن یک ستون خاک و اندازهگیری فرکانس تشدید مربوط به آن است. با داشتن فرکانس تشدید میتوان سرعت موج و ضریب میرایی خاک را بدست آورد. در آزمایشهای "برش ساده سیکلی" و "برش ساده پیچشی سیکلی" تنش عمودی ثابتی به نمونه وارد کرده و با واردکردن تنش برشی به نمونه، تغییر شکل برشی ایجاد میکنند. سپس با روابط مربوطه میتوان مدول برشی خاک و ضریب میرایی را بدست آورد. در آزمایش "سه محوری سیکلی" میتوان مدول برشی خاک و ضریب میرایی را محاسبه نمود.
از جمله محدودیتهای آزمایشهای آزمایشگاهی، در دامنه کرنش برشی خاصی کاربرد دارند و در همان دامنه جواب قابل قبول میدهند.
در آزمایش "ارتعاشات مستمر" میتوان بدون حفر گمانه امواج سینوسی در خاک ایجاد کرده و سرعت موج را بهدست آورد. در آزمایشهای "انتشار امواج رو به بالا و پایین" میتوان با حفر گمانههای عمودی و ایجاد ارتعاشاتی به ترتیب در سطح زمین و کف گمانه سرعت امواج گذرنده از خاک را بدست آورد.
در آزمایش "انتشار جانبی امواج" نیاز به حفر دوگمانه داریم و با ایجاد ارتعاشاتی در یکی از گمانهها و دریافت امواج از گمانه دیگر میتوان سرعت موج برشی را بهدست آورد. آزمایش "انعکاس وانکسار" برای تعیین سرعت امواج در لایه های خاک وتعیین مقاومت سنگها بهکار میرود. آزمایش "بارگذاری صفحه" برای تعیین ظرفیت باربری خاک برای طراحی پی بهکار میرود. با استفاده از این آزمایش میتوان مدول عکس العمل خاک را به دست آورد که در محاسبات طراحی پی بسیار مهم است.
از جمله محدودیتهای آزمایشهای ذکر شده در بالا هزینه زیاد، دقت کم، صرف زمان زیاد، استفاده از نیروی انسانی و از جمله اِشکالات اساسی، تعیین تعداد محدودی از خصوصیات دینامیکی خاکها از جمله سرعت امواج وضریب میرایی خاکهاست. سایر پارامترهای دینامیکی خاک ازجمله سختی، عمق موثر خاک و جرم خاک مرتعش شده را نمی توان از آزمایشهای مذکور بهدست آورد. وقتی نمونه خاکی بهوسیله دستگاه تراکم دینامیکی متراکم میشود، برای تعیین مقاومت خاک پس از انجام تراکم دینامیکی میتوان از آزمایشهای نفوذ استاندارد - SPT - 1، نفوذ مخروط[1] - CPT - 2 و فشارسنجی استفاده کرد.
از جمله محدودیتهای این آزمایشها علاوه بر صرف وقت و هزینه زیاد و دقت کم، تعیین سختی خاک بعد از اعمال چند ضربه متوالی روی خاک است. بعداز اعمال چند ضربه متوالی به خاک باید بررسی گردد خاک از نظر سختی به حد مطلوب رسیده است، یا هنوز عملیات تراکم باید ادامه یابد. زیرا با توجه به زمانبر بودن این آزمایشها، آزمایش کردن خاک بعداز هر ضربه از نظر زمانی واقتصادی بهصرفه نیست.
دربیشتر مواقع خاک ممکن است بیشتر از حد تعیین شده متراکم گردد که بعد از عبور از بیشینهی سختی، باعث شروع روند نزولی سختی خاک می گردد. یکی از پارامترهایی که در تراکم دینامیکی بسیار حائز اهمیت است تعیین فاصله ایمن از محل اصابت کوبه می باشد. یکی دیگر از مزایای مدل سازی عددی تعیین فاصله ایمن می باشد. میتوان در کمترین زمان و با داشتن یک کاربر و یک رایانه، فاصله ایمن را برحسب ارتفاع سقوط و جرم مشخص بهدست آورد. در تحقیق حاضر به بررسی این مورد خواهیم پرداخت.
-2 تراکم دینامیکی
در این روش وزنه ای سنگین ار ارتفاع مشخص رها می شود و باعث تراکم خاک می شود.
شکل :1 انتشار امواج در تراکم دینامیکی - منصور پرویزی -
یکی دیگر از مسائل مهم در تراکم دینامیکی با انرژی کم تعیین فاصله ایمن از محل اصابت ضربه تا ساختمانهای مجاور میباشد. عمق تاثیری که در روابط قبل بدست آمد عمق خاک مرتعش شده در اثر برخورد ضربه به خاک میباشد. ولی فاصله ایمن محل اصابت ضربه تا ساختمان مجاور با داشتن بیشینهی سرعت ذره در هر عمق که با روشهای اجزا محدود بهدست میآید، ورسم نمودار "بیشینهی سرعت ذره - فاصله" حاصل می گردد.
ویس درسال [24] 1981، لوکاس در سالهای 1980 و[25] 1986، لئونارد در سال [6] 1981 و رولین و کیم در سال [26] 1994 طبق آزمایشها و مشاهدههای تجربی به این نتیجه رسیدند که بیشینهی سرعت ذره برای این که به ساختمان مجاور خسارت وارد نکند باید کمتر از 2 اینچ بر ثانیه - 50 میلی متر بر ثانیه - باشد. در نتیجه برای فاصله هایی که ppv<2in/sec - بیشینهی سرعت ذره - می باشد خسارتی وارد نخواهد شد.
ویس در سال [24] 1981 و ماین در سال [27] 1971 برای ساختمان های قدیمی بیشینهی سرعت ذره را 12,7 میلی متر بر ثانیه به دست آوردند. در سازه های مدفون در زیر خاک معیاری توسط لوکاس در سال [25] 1986 گزارش شد. برای لوله ها وخطوط برق زیر خاک بیشینهی سرعت ذره باید 3 اینچ برثانیه 75 - میلی متر بر ثانیه - باشد. برای خطوط فشار قوی نیز بیشینهی سرعت ذره بین 254 تا 508 میلی متر بر ثانیه بدست آمد.
به این ترتیب در گام اول با استفاده از نرم افزار اجزا محدود بیشینهی سرعت را برای نقاطی که در حد فاصل محل اصابت ضربه تا سازه موردنظر هستند بهدست آورده و نمودار بیشینهی سرعت ذره برحسب فاصله را رسم می کنیم. درگام دوم بیشینهی سرعت مجاز - یکی از معیارهای ذکر شده در بالا - را روی نمودار مشخص کرده و محل برخورد خط ومنحنی را مشخص میکنیم. در گام سوم با توجه به اینکه سرعت در نزدیک سازه باید کمتر از سرعت مجاز باشد.
