بخشی از مقاله
خلاصه
نظر به مزایای روش استفاده از ریزشمع در بهسازی خاک از جنبه های فنی و اقتصادی، استقبال از این روش در سالیان اخیر رشد چشمگیری داشته است. تحقیقات اخیر برای دستیابی به روابط همبستگی بین نتایج آزمایش های ضربه فرورفت - دینامیکی - شمع و ظرفیت باربری استاتیکی آن حاکی از آن است که این روش جایگزین خوبی برای آزمایش های استاتیکی ظرفیت باربری میباشد که گران و زمانبرند.
ریزشمع نیز به عنوان یکی از اعضا خانواده شمع، نمیتواند از این قاعده مستثنی باشد لذا بررسی ایده ارتباطسنجی بین آزمایش ضربه فرورفت و نتایج آزمایش نفوذ استاندارد توسط مولفین برای سایتی در استان گیلان دارای بستر ماسه ای اشباع مورد بررسی قرار گرفت. در این سایت ابتدا نتایج آزمایش نفوذ استاندارد و پارامترهای دیگر ژئوتکنیکی جمعآوری شده است.
در گام بعد، یکسری آزمایشات ضربه فرورفت بر روی ریزشمع های در حال کوبش انجام و میزان نفوذ برای هر ضربه ثبت گردید. سپس رابطهی همبستگی بین مقادیر ضربه فرورفت و اعداد نفوذ استاندارد بررسی شد. در نهایت، معیاری برای پس زدگی کوبش ریزشمع مورد کاوش قرار گرفت.
کلمات کلیدی: تحکیم بستر، آزمایش ضربه فرورفت، آزمایش نفوذ استاندارد، رابطه همبستگی، ظرفیت باربری ریزشمع.
1. مقدمه
تعیین ظرفیت باربری واقعی شمع ها - یا پی های عمیق - همواره با دشواریهایی همراه بوده و هست. راندولف - 2003 - ابراز می دارد که علی رغم پیشرفت-های قابل ملاحظه ای که در طراحی شمع در چند دهه اخیر حاصل شده، اما همچنان مهمترین بخش آن، یعنی تعیین ظرفیت باربری محوری، به شدت وابسته به روش های تجربی می باشد. [1]
خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد خاک مانند ناهمگونی، ناهمسانی، وجود آب، تنوع ترکیبات مختلف خاک در طبیعت، استعداد خزش، رفتار پیچیده تنش-کرنش از یکسو و تنوع شمع ها از لحاظ جنس مصالح، شکل مقاطع، روشهای اجرا و نصب و سایر موارد دیگر موجب پیچیدگی اندرکنش المان سازهای شمع و خاک اطراف آن میگردند.
لذا مدل کردن چنین شرایط پیچیدهای که متغیرهای مختلفی در آن دخالت دارند، دشوار است. از سوی دیگر، تعیین پارامترهای مدل با دقت مورد نیاز کار دشواری است. این مساله نیز موجب کاهش دقت در تعیین ظرفیت باربری شده و در نتیجه استفاده از روش های تحلیلی را با مشکلات بیشتری مواجه ساخته است. طراحی بهینه شمع ها، پژوهشگران را بر آن داشت که روش ها و شیوه های دیگری را به عنوان مکمل برای تعیین ظرفیت باربری پیشنهاد نمایند.
روش های مختلف تعیین یا کنترل ظرفیت باربری محوری شمع ها را می توان به چهار دسته کلی تقسیم نمود :[2]
· روش های تحلیل استاتیکی
· استفاده مستقیم از نتایج آزمایش های صحرایی
· آزمایش بارگذاری استاتیکی
· روشهای دینامیکی - به منظور تعیین ظرفیت استاتیکی -
روشهای دینامیکی خود شامل روش استفاده از فرمولهای دینامیکی، روش تحلیل معادله موج - WEAP - ، آزمایش دینامیکی شمع - PDA - ، تحلیل انطباق سیگنال - CAPWAP - ، آزمایش کنترل یکپارچگی - PIT - و آزمایش STATNAMIC میگردد.
در روش دینامیکی، هنگامی که ضربه چکش در حین عملیات شمع کوبی به راس شمع برخورد می کند، شمع قدری در زمین فرو می رود. از جمله عوامل موثر بر میزان فرور فتن شمع به ازاء هر ضربه، سختی شمع و مقاومت و سختی خاک در اطراف جداره شمع در عمق های مختلف و همچنین در کف و پایین تر از آن است. لذا میزان فرو رفتن شمع در خاک به ازاء هر ضربه چکش با انرژی وارده مشخصی می تواند شاخصی از مقاومت خاک باشد.
به عبارت دیگر به ازاء هر ضربه چکش یک آزمایش بارگذاری روی شمع انجام می پذیرد. اما تفاوت آن با آزمایش بارگذاری استاتیکی آن است که به علت ماهیت دینامیکی ضربه وارده، اثر جرم و میرایی نیز در رفتار مجموعه شمع و خاک اطراف دخیل است. در نتیجه می توان با حل کلی معادله حرکت برای سیستم، میزان فرو رفتن شمع در خاک، معادل ظرفیت باربری استاتیکی شمع را محاسبه نمود. [3]
توجه به این نکته در دهه های گذشته دست اندرکاران طراحی و اجرای عملیات شمع کوبی را بر آن داشت تا از قوانین ضربه نیوتن برای تخمین ظرفیت باربری شمع در حین عملیات استفاده نمایند. فرض فوق بدان معنی است که در حین اعمال ضربه، انرژی وارده توسط چکش به راس شمع بطور همزمان به نوک شمع - انتهای شمع - نیز اثر کرده و لذا فرمول هایی به نام فرمول های دینامیکی شمع کوبی بر اساس این فرض ارائه شد.
تجربه سالهای متمادی استفاده از فرمول های شمع کوبی نشان داد که نتایج حاصله دستخوش نوسانات زیادی بوده و به مفروضات در نظر گرفته شده وابستگی داشته و لذا تلاشهای زیادی در جهت کامل نمودن و در نهایت پیچیده کردن فرمول ها صورت پذیرفت. ولی به علت استفاده از فرض نادرست قوانین ضربه نیوتن در این مورد، عموماً تلاشهای فوق بی نتیجه ماند.
ایزاکس - 1931 - اولین پژوهشگری بود که نشان داد پس از اعمال ضربه، انتقال انرژی چکش به نوک شمع به طور همزمان صورت نگرفته، بلکه پس از اعمال ضربه، موج طولی در شمع ایجاد می شود. بنابراین سیستم شمع-خاک-چکش در حین شمع کوبی باید توسط تئوری انتشار موج در یک محیط یک بعدی مدل شود. [4]
اسمیت - 1950 - کاربرد روش معادله موج یا WEAP را برای تحلیل شمع و شمع کوب شرح داده اما این روش نیز دارای نقاط ضعفی از جمله دشواری در برآورد صحیح راندمان چکش و تخمین ضریب میرائی و جدار و نوک شمع بود. به منظور رفع نقیصه های WEAP آزمایش دینامیکی شمع یا PDA ارائه شد.
با استفاده از نتایج آزمایش PDA می توان ظرفیت باربری استاتیکی کل شمع - بدون تفکیک مقاومتهای نوک و جدار - را در حین شمعکوبی بدست آورد. [5] بنابراین مکمل آزمایش PDA انجام تحلیل انطباق سیگنال است که در واقع تحلیلی شبیه به WEAP با ورودیهای آزمایش PDA میباشد. یکی از برنامه های تجاری موجود برای این منظور برنامه CAPWAP است.
والتون و براگ - 1998 - تجارب NYSDOT را در استفاده از آزمایش استاتیک برای تایید آزمایش دینامیک شمع - PDA - در کوبش اولیه و کوبش مجدد توضیح داده اند. در NYSDOT بطور گسترده ای، استفاده از PDA جایگزین آزمایش بارگذاری استاتیکی شمع شده است. [6] از جمله روشهای دیگر که براساس قوانین ضربه و انتشار موج در شمع استوار است، روش PIT میباشد که طبق ASTM به آزمایش دینامیکی کرنش پایین معروف شده است و بیشتر برای کنترل یکپارچگی شمع مورد استفاده قرار میگیرد. [4]
نظر به مزایای روش استفاده از ریزشمع به عنوان یکی از اعضای خانواده شمع در بهسازی خاک از جنبه های فنی و اقتصادی، استقبال از این روش در سالیان اخیر رشد چشمگیری داشته است. تحقیقات اخیر برای دستیابی به روابط همبستگی بین نتایج آزمایش های ضربه فرورفت - دینامیکی - شمع و ظرفیت باربری آن حاکی از آن است که این روش جایگزین خوبی برای آزمایشهای استاتیکی ظرفیت باربری میباشد که گران و زمانبرند. لذا در این مقاله، بررسی ایده ارتباطسنجی بین آزمایش ضربه فرورفت و نتایج آزمایش نفوذ استاندارد و سپس تخمین ظرفیت باربری ریزشمع توسط مولفین مورد بررسی قرار گرفت.
2. معرفی سایت
اکثر شهرهای ساحلی واقع در شمال کشور دارای لایه ای سطحی از جنس ماسه بددانه بندی شده اشباع است که اغلب به لحاظ ظرفیت باربری و روانگرایی مهندسین ژئوتکنیک را به چالش می کشاند. سایت مورد مطالعه در شهر زیباکنار استان گیلان یعنی حدود 35 کیلومتری شمال شرقی شهر رشت واقع شده است که به لحاظ زیرسطحی دارای خاک نسبتاً همگنی میباشد و به همین دلیل برای این تحقیق انتخاب شد.
3. نتایج آزمایش نفوذ استاندارد
جهت شناسایی لایه های خاک در محل، دو حلقه گمانه شناسایی توسط دستگاه حفاری دورانی - Rotary - تا عمق 15 متر و قطر 4 اینچ حفر شده است. در هنگام حفاری به منظور تعیین پارامترهای فیزیکی و مکانیکی خاک اقدام به نمونهبرداری دست نخورده - - Undisturbed Samples و دست خورده - Disturbed Samples - از لایه های مختلف و انجام آزمایش نفوذ استاندارد - SPT - در اعماق مختلف گردیده است.
براساس مشاهدات عینی و آزمایشات انجام شده، لایه بندی زمین شامل یک لایه ماسه بددانهبندی شده - SP - تا عمق حدود 15 متر بوده است. در شکل2 محدوده دانهبندی در گمانه های 1 و 2 ارائه شده است. برخی از پارامترهای ارزیابی- مقایسهای - از قبیل ضریب یکنواختی، ضریب دانه بندی و ... - براساس اطلاعات دانهبندی حاصله از گمانه های 1 و 2 مطابق با جدول 1 میباشد.نتایج آزمایش نفوذ استاندارد بصورت اصلاح نشده و همچنین مقادیر اصلاح شده برای نسبت انرژی 60 به ترتیب مطابق شکل -3الف و -3ب است.
