بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام این تحقیق بررسی آنالیز و مدلسازی رفتار ریزشمع ها تحت اثر بار استاتیکی در خاک های ماسه ای به روش عددی است. مطالعات بر روی ریزشمع ها - میکروپایل ها - با استفاده از تحلیل دو بعدی در نرم افزار plaxis انجام شد و در این راستا بررسی پارامترهای مقاومت برشی خاک و پارامترهای تاثیرگذار در طراحی پی، پارامترهای مقاومتی خاک، طول میکروپایل ها، فاصله آن ها مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به افزایش روزافزون ساختوسازهها و قرار گرفتن پی بسیاری از سازهها در خاکهای ماسهای - بهخصوص در مناطق ساحلی - با ظرفیت باربری کم، بررسی روشی برای بهبود خواص این نوع خاکها الزامی به نظر میرسد.
ازجمله مواردی که امروزه برای افزایش ظرفیت باربری خاکهای ضعیف به کار میرود میتوان به پیهای عمیق - شمعها و ریزشمعها - اشاره کرد. ریزشمع یک شمع جایگزین شونده با حفاری و تزریق دوغاب سیمان میباشد که معمولاً مسلح بوده و دارای قطر کوچک - معمولاً کمتر از 300 میلی متر - است. در این مقاله به بررسی تاثیر طول، فاصله ، زاویه اجرا در میزان نشست پی همراه با گروه ریزشمع پرداخته میشود. بر اساس نتایج افزایش طول ریزشمعها تا میزان معینی باعث کاهش قابل توجه پی میشود و بعد از آن تاثیرگذاری آن کمتر میشود. با قرارگیری ریزشمعها با فاصله مرکز به مرکز 3 تا 8 برابر قطر ریزشمعها میزان نشست پی تغییر چندانی نمیکند ولی با افزایش بیش از حد فاصله بین ریزشمعها تاثیرگذاری آنها در کاهش نشست به طور قابل توجهی کمتر میشود. بهترین زاویه قرارگیری ریزشمعها 20 درجه نسبت به محور قائم میباشد.
واژههای کلیدی: خاک ماسهای، طول ریزشمع، نشست پی، نرم افزار Plaxis، زاویه اجرا
-1 مقدمه
تاریخچه ابداع ریزشمع به اوایل دهه پنجاه میلادی، زمانی که اروپا با خیل عظیمی از ساختمانهای در معرض خرابی ناشی از صدمات وارده در جنگ جهانی دوم روبرو بوده است، برمی گردد. در این دوره ابداع یک روش تقویت بستر که علاوه بر کارایی و قابلیت اجرا در بین ساختمانهای تخریب شده، سریع و اقتصادی نیز باشد، بسیار ضروری بود که در چنین شرایطی ابداع ریزشمع توسط Fondedile پیمانکار مشهور ایتالیایی صورت پذیرفت که بدلیل ویژگی های منحصر به فرد، این روش گسترش فراوانی یافت. [1] در آغاز، استفاده از ریزشمع ها تنها در تقویت بستر ضعیف ساختمانها مورد توجه قرار داشت. لیکن رفتهرفته و با توسعه و اجرای این روش در کشورهای مختلف، دامنه کاربرد آنها به دیگر عرصههای مهندسی ژئوتکنیک نظیر پایدارسازی شیبها، سازههای نگهبان و ... نیز گسترش یافت .در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط سازمان بزرگراههای آمریکا1 به عنوان مرجع قابل قبول و مورد استفاده طراحان و پیمانکاران اجرای ریزشمع میباشد.
ریزشمع یک شمع جایگزینشونده با حفاری و تزریق دوغاب سیمان میباشد که معمولاً مسلح بوده و دارای قطر کوچک معمولاً - کمتر از 300 میلیمتر - است.
مراحل اجرای ریزشمع شامل حفاری یک گمانه، فرو بردن و جاسازی مسلحکنندهها - غلاف و آرماتور - و تزریق دوغاب سیمان میباشد. ریزشمعها میتوانند تحت بارهای محوری و یا جانبی قرار گیرند. همچنین میتوانند جایگزین شمعهای معمولی شده و یا به عنوان جزئی از یک توده مرکب شمع- خاک، بسته به شیوه طراحی، در نظر گرفته شوند. مزایای ریزشمعها باعث استفاده روزافزون این تکنولوژی در تسلیح پیها گردیده است. با توجه به افزایش روزافزون ساخت وسازها و قرار گرفتن پی بسیاری از سازهها در خاکهای ماسهای - بهخصوص در مناطق ساحلی - با ظرفیت باربری کم، بررسی روشی برای بهبود خواص این نوع خاکها الزامی به نظر میرسد.
احیای زمینهای نامرغوب جهت ساخت سازههای سبک و سنگین سبب شده است که روشهای ویژه ای برای بهسازی این نوع زمین ها چه در سطح زمین و چه تا عمق زیاد ابداع گردد. انتخاب روشهای مختلف بهسازی خاک با توجه به ویژگی های خاک هر منطقه و ماهیت هر پروژه متفاوت می باشد یکی از روشهای موثر در بهبود ظرفیت باربری خاک و کاهش نشت شالوده ها اجرای ریزشمع در زیر آن می باشد. ریزشمع علاوه بر آنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل می کند به دلیل تزریق دوغاب سیمان سبب بهبود مشخصات مکانیکی مقاومتی و رفتاری خاک اطراف نیز می گردند. [2] در این تحقیق از دو نوع خاک ماسهای متراکم و سست استفاده شده است. در این بخش به بررسی نشست پی در حالت-های مختلف قرار گیری لایههای خاک و جنس خاک طول و زاویه ریزشمع پرداخته خواهد شد.
-2 مدلسازی عددی
مدلسازی در این پژوهش با نرمافزارپلکسیس - - PLAXIS انجام میشود. پلکسیس نرمافزاری المان محدود و پیشرفته برای تحلیل تغییر شکلها و پایداری میباشد و در پروژهای مهندسی ژئوتکنیک کاربرد دارد. معمولاً در مسائل مهم ژئوتکنیک، یک مدل رفتاری پیشرفته برای مدلسازی رفتار غیرخطی و وابسته به زمان خاکها بسته به هدف مورد نظر ،لازم است. [3] پلکسیس نرمافزاری المان محدود و پیشرفته برای تحلیل تغییر شکلها و پایداری می باشد و در پروژههای مهندسی ژئوتکنیک کاربرد دارد. معمولاً در مسائل مهم ژئوتکنیک، یک مدل رفتاری پیشرفته برای مدلسازی رفتار غیرخطی و وابسته به زمان خاکها بسته به هدف مورد نظر ،لازم است. با این نرمافزار می توان خاکبرداری و خاکریزی مرحلهای با شرایط بارگذاری و شرایط مرزی مختلف را با استفاده از المانهای مثلثی 6 گرهی و 15 گرهی مدل سازی نمود. در این مقاله از مدل رفتار موهر-کلومب با استفاده از المان مثلثی 15 گرهی استفاده شده است.
باید هندسه مدل به صورتی ایجاد شود که هدف مطالعه را به خوبی پوشش و دارای کمترین خطای محاسباتی بوده و همچنین دارای نوآوری2 باشد. منظور از نوآوری، در نظر گرفتن هندسه مدلی برای پوشش مسئله مورد مطالعه است، به گونهای که در عین سادگی برای اجرا در نرم افزار پلکسیس دارای دقت محاسباتی مناسبی نیز، باشد. به منظور یافتن ابعاد مدل از تحقیقات پژوهشگران پیشین استفاده شد. با توجه به تحقیقات [4] - Katsutoshi. U et al., - و به نقل از خزایی وهمکاران [5] در پیهای سطحی تنش در فاصله افقی و عمودی 5 برابر عرض پی اعمال میشود. همچنین در مسائل شمع بایدابعاد مدل بیشتر از 50 برابر قطر شمع باشد .[6]
همچنین با توجه به تحقیقات انجام گرفته [7] برای از بین رفتن اثر مرزهای مدل روی نتایج باید عمق مدل به میزان 2/5 برابر طول شمعها باشد. طبق تحقیقات [8] برای جلوگیری از پدیده کمانش در ریزشمعهای تحت بار محوری باید طول آنها حداکثر 70 برابر قطر در نظر گرفته شود. با توجه به این موارد و برای ارضای شرایط ذکر شده و به حداقل رسانیدن اثر مرزهای مدل روی نتایج ابعاد مدل 110×65 در نظر گرفته شد. یک پی گسترده نواری در مرکز مدل قرار داده شده و ریز شمعها در زیر آن اجرا میشوند - شکل1و. - 2
به منظور درک بهتر نتایج حاصل از این پژوهش هندسه مدل ایجاد شده و جنس خاک با توجه به مطالعات محققین پیشین که با تحققیات حاضر مشابه بود، انتخاب شد. در این پژوهش از خاک ماسهای در مدل سازی استفاده شده است. مشخصات خاک با توجه به تحقیقات [8] - Frassetto., 2004 - در جدول1 آورده شده است. در جدول C، ، Em، t ، و Rinter به ترتیب چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی، مدول شکلپذیری، وزن مخصوص، نسبت پوآسون و ضریب اندرکنش توده خاک می باشند.
