بخشی از مقاله
چکیده
نشست تحکیمی به ویژه تحکیم ثانویه یکی از ملاحظات مهم طراحی در پروژه های عمرانی همچون سازهها و راهها میباشد. باتوجه به زمان و هزینهنسبتاً زیاد آزمایش خزش، تخمین نشت ناشی از تحکیم ثانویه با استفاده از پارامترهای موثری که به توان آنها را با انجام آزمایشهای ساده، کم هزینه و با دقت قابل قبول تعیین نمود. همواره مورد توجه بسیاری از محققین ژئوتکنیک بوده است. در این مقاله به بررسی خصوصیات تحکیم ثانویه با تکیه بر مفهوم - C / CC - پرداخته شده است. نمونه هایی از یک نوع خاک ریزدانه - کائولینیت - که دارای ساختار تخلخل دوگانه می باشند، برای این منظور با شرایط اولیه یکسان در تنش های متفاوت تحت آزمایش خزش قرار گرفته اند. میزان تغییر حجم نمونه ها در طول زمان اندازه گیری و ثبت و منحنی های تغییرات آنها رسم گردید. ضرایب تحکیم ثانویه و فشردگی استخراج و مشاهده گردید. تغییرات نسبت ضریب تحکیم ثانویه به اولیه در نمونه های مورد مطالعه در تنش های مختلف در محدوده پیشنهاد شده توسط محققین پیشین در این زمینه که این نسبت را در خاکهای با تخلخل ساده اندازه گیری کرده اندقراردارد. این موضوع نشان دهنده عدم تاثیر قابل توجه ساختار تخلخل دو گانه بر نسبت ضرایب تحکیم ثانویه به اولیه می باشد.
تحکیم ثانویه ، تخلخل دوگانه، کائولینیت
مقدمه
طراحان در اکثر پروژه های عمرانی با انواع خاکها و مشخصات فنی متفاوت مواجه هستند در بسیاری از موارد رفتار آنها قابل پیش بینی نمی باشد؛ از جمله این خاکها می توان از خاکهای ریز دانه با تخلخل دوگانه نام برد.مصالح سنگی و خاکی طبیعی و یا متراکم شده، در موارد زیادی دو مقیاس تخلخل را از خود نشان میدهند که در آن ریزحفرهها1 به وسیله درشت حفرهها 2 احاطه شدهاند؛ مثل مواردی که در بافت سنگهای شکسته شده3 وجود دارد. در خاکها، تخلخل دوگانه4 به دلیل وجود حفرات ناشی از ریشه گیاهان، حفرات و ترکهای ناشی از وجود کرمها در خاک - جانگمنز و همکاران5،[1] - 2003 و یا به دلیل طبیعت کلوخهای محیط میباشد - برگر و همکاران6، .[2] - 2001
ترکها و درزهها بیشتر در خاکهای بسیار زیاد بیش تحکیم یافته و یا رسهای خشک شدهمشاهده شدهاند - گارگا7، [3] - 1988؛ در حالیکه پدیده کلوخه شدن در خاکهای کشاورزی و خاکهای متراکم شده، به طور خاص در مورد خاکهایی که در شرایط رطوبتی کمتر از رطوبت بهینه متراکم شده اند، دیده میشود - رمرو و همکاران8، .[4] - 1999 رفتاری که توسط چنین پدیدههایی به وجود میآید را میتوان با استفاده از مفهوم تخلخل دوگانه مطالعه نمود. با توجه به تحقیقات انجام گرفته قبل از بارنبلات9 توسط اندریو10 در سال 1861 در صنایع نفتی که به ارائه رابطه مستقیم بین تعداد شیار های صخره ها و میزان نفت استخراج شده پرداخته بود بعد از بارنبلات هم همین منظور مورد استفاده قرار گرفت.
از زمان تحقیقات بارنبلات و همکاران تاکنون تحقیقات زیادی در زمینه محیط با تخلخل دوگانه انجام گرفته است. در این میان، موارد قابل توجه عبارتند از: بررسیهای صحرایی و آزمایشگاهی ایوانز 11[5] - 1966 - ، گری گارتن 12[6] - 1975 - ، باودن و همکاران 13[7] - 1980 - ، مایو و همکاران 14[8] - 2000 - ، خلیلی 15[9] - 2003 - ، مندیک و همکاران . 16[10] - 2007 - اگر چه تمامی مطالعات در زمینه چگونگی پاسخ محیط های ترک خورده می باشند. در حقیقت تعداد کمی به بررسی رفتار مصالح کلوخه ای، علیرغم فراوانی آنها در زمینه مهندسی ژئوتکنیک، پرداخته اند. اخیراً رمرو و همکاران و کوپولا دادههای آزمایشگاهی در مورد رفتار خاکهای کلوخه ای17 با تخلخل دو گانه منتشر کردند.
رمرو همکاران در تحقیق خود پدیده کلوخه شدن را در خاکهای کشاورزی و خاکهای متراکم شده شده به طور خاص در مورد خاکهایی که در شرایط رطوبتی کمتر از رطوبت بهینه متراکم شدهاند دیده می شوند. کوپولا - 18[11] - 2000 دادههای آزمایشگاهی در مورد رفتار خاکهای کلوخهای19 با تخلخل دوگانه را بررسی نموده است. هوفمن و همکاران - 20[12] - 2007 رفتار هیدرومکانیکی یک مخلوط کلوخه ای بنتونیت دارای ساختار تخلخل دوگانه را بررسی کرده و میزان تاثیر تخلخل دوگانه را بر رفتار مکانیکی مورد ارزیابی قرار داده اند. در بحث تخلخل دوگانه فرض می شود که خاک از دو نوع منافذ تشکیل شده است و تحکیم اولیه ناشی از خروج آب از منافذ بزرگ - Macropores - و تحکیم ثانویه خروج آب از منافذ کوچک - Micropores - است.
البته در خاکهای دست خورده و متراکم شده نیز با روشهایی می توان این تخلخل دوگانه را ایجاد نمود.گازهی و همکاران[13] - 2003 - 21 اظهار داشتند که کشاورزی و کشت و زرع در خاک منجر به جدا سازی خاکهای متراکم و ایجاد منفذ در آنهاست.باقریه و همکاران [14] - 2009 - رفتار تغییر حجم و منحنی مشخصه آب-خاک را در یک خاک کلوخه ای ارزیابی نمودند. در این پژوهش آزمایشهای افزایش مکش و خشک کردن در شرایط ادئومتریک و تحت سربار ثابت انجام وآزمایشهای تحکیم یک بعدی و خشک کردن انجام گردید و پاسخ کائولین استاتیکی متراکم شده با ساختار دوگانه مورد بررسی قرار گرفت.
آزمایشهای خشک کردن بر روی نمونه های اشباع تحت تنشهای خالص مختلف انجام گرفته و مشاهده گردید در تنشهای محدوده 110 تا 440 کیلو پاسکال ساختار تخلخل دوگانه از منحنی های آب خاک در پاسخ دو موده مشهود و در تنشهای بیشتر از 440 کیلو پاسکال حفرات درشت شروع به ناپدید شدن می کنند و در تنش خالص 750 کیلو پاسکال پاسخ منحنی آب-خاک نزدیک به رفتار خاکی با تخلخل ساده است.در دهه 60 و 70 میلادی، تلاشهای فراوانی به منظور برقراری ارتباط میان ضریب تحکیم ثانویه و دیگر خصوصیات خاک صورت گرفت. والکر22 و ریموند23[15]در سال1968 رابطه ای خطی میان نرخ تحکیم ثانویه و شاخص تراکم را پیشنهاد نمودند.
والکر در سال - C - 1969 را در برابر - CC - برای فشارهای مختلف تحکیم رسم نمود. در سال 1977 مصری و گولدوسکی24[16] نسبت - C / CC - را برای 22 نهشته طبیعی خاک محاسبه نموده و مقدار این نسبت را در محدوده 0/025 تا 0/100 با مقادیر بالاتر برای خاکهای بسیار آلی پیشنهاد نمودند. مشاهدات آنها بیانگر این مطلب بود که - - C تابعی از نسبت افزایش بار نمی باشد. ولی به تنش موثر به کار رفته وابسته می باشد. در سالهای بعدی مصری25 و همکارانش مفهوم نسبت - C / CC - را دنبال نمودند و در قالب مقالات و بحث های فراوانی این نسبت را برای خاکهای مختلف بدست آوردند.در پژوهش جسمانی و همکاران [17] - 1387 - به بررسی خصوصیات تحکیم ثانویه خاکهای ایران با تکیه بر مفهوم نسبت ضریب تحکیم ثانویه به ضریب فشردگی پرداخته شده است.
نتایج کار جسمانی و همکاران نشان دهنده وابستگی ضریب تحکیم ثانویه به مقادیر تنش تحکیمی می باشد؛ به طوری که در تنشهای کم شاهد مقادیر کم برای و با افزایش تنشها مقادیر نیز افزایش می یابد.هدف اصلی این مقاله، ارائه دادههای آزمایشگاهی در مورد تغییرات نسبت ضریب تحکیم ثانویه به ضریب فشردگی تحت تنشهای متفاوت در یک خاک کلوخهای می باشد که در آزمایشگاه متراکم شده است. آزمایشهای تحکیم یک بعدی انجام گرفت و مورد تحلیل قرار گرفت. اثر تنش خالص و پوکی اولیه بر روی تغییرات ضریب تحکیم ثانویه بررسی میشود. این مقاله در چهار بخش ساماندهی شده است؛ پس از این مقدمه به عنوان اولین بخش، بخش دوم جزئیات برنامه آزمایشگاهی شامل خواص خاک مورد آزمایش ، تکنیک آماده سازی نمونه و فرآیند آزمایش - چگونگی اعمال بارها - گنجانده شده است. ارائه و تفسیر نتایج در بخش سوم ارائه میشود. یافته های اصلی این بررسی در بخش چهارم خلاصه شدهاند.
مصالح و روش آزمایش
برای انجام آزمایشها از یک نوع خاک کائولین که توسط شرکت یونیمین26 در کشور استرالیا عرضه می گردد استفاده گردید. کائولین به دلیل راحتی استفاده، نفوذ پذیری نسبتاً بالا و قابلیت تغییر حجم در اثر اشباع و خشک شدن انتخاب گردید. نمودار دانه بندی مصالح در شکل شماره 1 نشان داده شده است و پارامتر های مشخصه مصالح نیز در جدول شماره 1 آورده شده است. این مصالح همان مصالح استفاده شده در پژوهش باقریه و همکاران - 2009 - می باشد که به دلیل مشخص بودن رفتار و مشاهده تخلخل دوگانه در روش ساخت، انتخاب شد.
