بخشی از مقاله
خلاصه
آزمایش نفوذ دینامیکی از جمله آزمایشات صحرایی است که به دلیل هزینه اندك، سادگی و سرعت بالا در جهان مورد کاربرد فراگیر قرار گرفته لیکن در ایران مورد توجه چندانی نمی باشد. در این تحقیق با رویکرد توسعه این آزمون تعداد زیادي آزمایش صحرایی در مصالح ماسه اي حاشیه خلیج فارس انجام گردیده است . ابتدا با استفاده از هفت مخروط با هندسه هاي متنوع، آزمایشاتی در رده هاي متفاوت انجام گرفته و با بررسی تکرارپذیري آزمایش، مخروط بهینه ان تخاب گردیده است.
سپس اثر ریزش خاك حول میله هاي رابط، که جزو اساسی ترین عوامل بروز خطا در نتایج می باشد، توسط ثبت پیچش اندازه گیري شده و ضریب اصلاحی ارائه گردیده است. همچنین با تعداد زیادي آزمون در مجاورت گمانه هاي شناسایی، رابطه همبستگی با نتایج آزمایش SPT ایجاد گردیده که می تواند به عنوان جایگزین و یا مکمل این آزمایش متداول مورد استفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدي: آزمایش نفوذ دینامیکی، مخروط نفوذ، تکرارپذیري، اثر اصطکاك، آزمون نفوذ استاندارد
مقدمه
آزمایش نفوذ دینامیکی مخروط در زمره آزمایشات ژئوتکنیک صحرایی به حساب می آید که داراي پیشینه طولانی است. در این آزمایش جهت شناسایی خاك، از انرژي ناشی از سقوط آزاد با ارتفاع مشخص وزنه اي با جرم معلوم استفاده می گردد. انرژي حاصله از طریق یک سندان به میله هاي رابط و نهایتاً به مخروط انتهایی وارد می گردد. در پی ضربات متوالی، نرخ نفوذ مخروط در خاك ثبت می گردد و بدین ترتیب امکان ترسیم پروفیل پیوسته اي از مقاومت خاك در مقابل نفوذ مخروط فراهم می گردد.
آنچه در آیین نامه هاي مختلف کشورهاي اروپایی و آمریکایی متفاوت است تراز انرژي اعمالی - جرم وزنه و ارتفاع سقوط - و هندسه مخروط - شامل زاویه و قطر نوك، طول جدار و طول قسمت پس جدار - می باشد که موجب تفکیک آزمایش به رده هاي متفاوتی گردیده است. این آزمایش مزایاي متعددي دارد که موجب تمایل روزافزون مهندسین ژئوتکنیک به استفاده از آن گردیده است.
من جمله: سرعت بالاي آزمایش،انعطاف پذیري و سهولت کاربرد در مناطقی که دسترسی دشوار دارند، اقتصادي بودن هم از نظر ساخت و هم انجام آزمایش، پیوسته بودن منحنی خروجی، عدم نیاز به حفر گمانه، کاهش نیروي انسانی و غیر تخصصی بودن روند اجرا، امکان نمونهگیري از خاك - در صورت اضافه کردن نمونهگیر - ، کاهش تعداد گمانهها به دلیل جایگزینی گمانه هاي اضافه با آزمایشات نفوذ سنجی، تکرار پذیري مناسب آ زمایش در صورت به کارگیري مخروط مناسب نتایج نفوذگر دینامیکی براي شناسایی خاکهاي ماسه اي بسیار خوب است و در خاکهاي شنی، سیلتی و رسی نیز به خوبی قابل استفاده می باشد.
در هر حال به دلیل ماهیت خودنفوذگر آزمایش - عدم نیاز به حفر گمانه - کاربرد نوع دستی - در تقابل با نوع ماشینی - آن در خاکهاي بسیار متراکم علی الخصوص در رده هاي سبک و متوسط، محدود به اعماق کم می باشد. به عنوان مثال استاندارد آمریکایی ASTM - D6951 کاربرد رده سبک با جرم 8 کیلوگرم یی را جهت شناسایی روسازي تا عمق 1 متري محدود نموده و تصریح گردیده در صورت نیاز به افزایش عمق نفوذ، به دلیل تغییر جرم و اینرسی سیستم و اثرات پیچشی در میله ها امکان استفاده دقیق از روابط همبستگی پیشنهادي فراهم نیست.
از سوي دیگر تنوع تیپهاي آزمایش در استاندارد اروپایی بیشتر است و محدودیت عمق در آن قید نگردیده لیکن تنوع رده هاي آزمایش در این استاندارد ممکن است موجب سردرگمی کاربر در انتخاب رده مناسبتر آزمون گردد. از سویی خطا در تعداد ضربات لازم جهت نفوذ مخروط در یک طول معلوم - معمولاً هر 10سانتی متر ضربات ثبت می گردد: 10عمدتاً ناشی از اصطکاك بین خاك با مخروط و میله هاي رابط می باشد که ضروري است نسبت به تعیین و اصلاح آن اقدام گردد.
همچنین با توجه به ضرورت توسعه بانکهاي اطلاعاتی جهت ارتباط نتایج این آزمایش با سایر آزمایشهاي بیشتر شناخته شده ژئوتکنیکی - همچون SPT و - CPT لازم است آزمایشات کافی در دامنه وسیعی انجام گردد. لذا در این تحقیق که قسمتی از یک برنامه جامع توسعه آزمون نفوذ دینامیکی در خاکهاي ماسه اي می باشد در سه فاز مختلف، انتخاب هندسه مخروط و ارزیابی رده هاي آزمایش تعیین ضریب اصلاحی جهت حذف اثر اصطکاك تعیین رابطه همبستگی با آزمایش نفوذ مخروط ، مورد بررسی قرار گرفته است.
تعیین هندسه مناسب مخروط
بتوجه به محدودیت هندسه مخروطهاي پیشنهادي در استاندارد اروپایی و جهت تعیین تکرارپذیري نتایج با استفاده از هندسه هاي متفاوت، در گام نخست اقدام به ساخت 7 نوع مخروط گردید دو نوع در رده سبک L1 - و - L2 با قطر 35/7 میلی متر و در رده متوسط و سنگین نیز دو مخروط M1 و M2 با قطر 43/7 میلی متر در استاندارد قید گردیده اند لیکن مخروطهاي M3، M4 و M5 با هدف بررسی انواع دیگر هندسه و سایر اهداف پروژه ساخته و در دو سایت متفاوت از نظر سختی زمین، تعداد 56 آزمایش در رده هاي مختلف انرژي و با مخروطهاي ساخته شده اجرا گردید.
متوسط ضریب تغییرات - انحراف معیار تقسیم بر میانگین - در کلیه آزمونهاي انجام شده 11/5 درصد بوده که نشانگر تکرارپذیري بالاي آزمایش می باشد. در کل تکرارپذیري با افزایش قطر مخروط کاهش یافته و با افزایش جرم وزنه افزایش می یابد هر چند انتخاب رده مناسب در هر سایت بستگی به وضعیت تراکم خاك دارد ولی اینگونه مشخص گردید که در صورت امکان، رده سنگین DPH با جرم 30 کیلویی و ارتفاع پرتاب 0/5 متري نتایج قابل اعتمادتري ترسیم می نماید. همچنین مخروط M3 با کمترین میزان پیچش، دقت بالاتري در تعیین مقاومت خاك خواهد داشت.
تعیین رابطه جهت حذف اثر اصطکاك
اصطکاك موجود در مسیر انتقال انرژي، موجب افزایش ضربات می گردد به نحوي که امکان تعیین میزان واقعی مقاومت دینامیکی مخروط میسر نخواهد بود. یکی از راههاي کاهش اصطکاك، افزایش قطر مخروط نسبت به قطر میله هاي رابط است که در اکثر استانداردها مورد توجه قرار گرفته است. همچنین استاندارد اروپایی پیشنهاد نموده از میله هاي سوراخدار - به خصوص در قسمت تماس لوله و مخروط - استفاده شود که حین عملیات توسط تزریق دوغاب بنتونیت، اصطکاك را کاهش دهند لیکن نه تنها تعبیه چنین تجهیزاتی در تناقض با سادگی و در دسترس بودن آزمایش می باشد بلکه عملکرد قطعی آن و عدم تأثیر بر رفتار واقعی مصالح نوك مخروط مورد سؤال می باشد.
در این تحقیق با دو رویکرد متفاوت نسبت به ثبت اثر اصطکاك در مسیر اقدام گردید
الف - انجام چند آزمایش در مجاورت یکدیگر با استفاده از مخروطهایی با هندسه متفاوت و مقایسه رابطه بین میزان اصطکاك و تعداد ضربات در اعماق متفاوت مثلاً بیشترین میزان اصطکاك و بیشترین تعداد ضربات در مخروط M5 و کمترین آن در مخروط M3 ثبت گردیده است.
ب - انجام دو آزمایش در مجاورت هم که یکی یه صورت معمولی از روي سطح زمین و دومی به جهت کاهش اصطکاك از درون یک حفره به عمق حدود 1 مترانجام گردید. طبیعتاً با کاهش اصطکاك در آزمایش دوم، تعداد ضربات نیز تقلیل یافت و تفاضل بین میزان اصطکاك و تعداد ضربات در دو آزمایش در اعماق یکسان ملاك تعیین اثر اصطکاك قرار گرفت.
