بخشی از مقاله
خلاصه
پیش بینی رفتار تحکیمی خاک های غیر اشباع به عنوان یک مبحث علمی جدید مورد توجه بسیاری از محققین این زمینه قرار گرفته است، که منجر به ارائه تعدادی مدل رفتاری در این خصوص شده است. در این پژوهش بر اساس نتایج آزمایشگاهی، معادله ای بر مبنای وزن مخصوص خشک و درصد رطوبت خاک برای خط تحکیم غیر اشباع یک خاک رمبنده ارائه شده است. نمونه های رمبنده با شرایط اولیه متفاوت و به صورت استاتیکی در آزمایشگاه ساخته شدند. نمونه های ساخته شده در شرایط ادئومتریک و در حالت غیر اشباع تا یک تنش مشخص بارگذاری شدند. بر اساس نتایج بدست آمده، رفتار تحکیمی نمونه های رمبنده در حالت غیر اشباع به علت تغییرات شرایط اولیه، بررسی شد و در نهایت با استفاده از نرم افزار متلب معادلاتی بر مبنای وزن مخصوص خشک ودرصد رطوبت خاک، برای شیب و عرض از مبدا خط تحکیم غیر اشباع خاک رمبنده بدست آمد. معادلات تدوین شده موجب تسهیل در پیش بینی رفتار تحکیمی خاک های رمبنده در حالت غیر اشباع می شوند.
کلمات کلیدی: خاک رمبنده، خاک غیر اشباع، وزن مخصوص خشک، درصد رطوبت
1. مقدمه
خاک رمبنده یک خاک مسئله دار است که نسبت به تغییرات رطوبت حساس می باشد. خاک های رمبنده در اثر اشباع شدن در یک تنش ثابت کافی، با کاهش حجم زیاد، ناگهانی و برگشت ناپذیر همراه هستند. این نوع خاک بیشتر در مناطق بیابانی و نیمه بیابانی یافت می شود.[1] وجود خاک رمبنده در یک منطقه ممکن است خسارات جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. برای مثال در سال 1988 در ایالات متحده آمریکا هزینه تعمیر ساختمان های آسیب دیده کارخانه سیمان که بر روی خاک های رمبنده احداث شده بودند، حدود بیست میلیون دلار تخمین زده شد. خاک های رمبنده در ایالات متحده آمریکا، اروپا، روسیه، سیبری، برزیل، مصر، کویت، شمال آفریقا و مناطق وسیعی از چین وجود دارند. همچنین در ایران، خاک فروریزشی در مناطق جنوبی، جنوب شرقی، جنوب غربی و مناطقی از شمال و شمال شرقی یافت می شود.[2]
یکی از پیش نیاز های اساسی به منظور فروریزش در ساختمان یک خاک رمبنده، غیر اشباع بودن خاک می باشد.[3] برای توصیف رفتار تحکیمی خاک های غیر اشباع مدل های رفتاری مختلفی مانند مدل فردلاند، ویلر - سیواکومار و مدل الاستوپلاستیک بارسلونا ارائه شده است. متغییر های اساسی در این مدل ها تنش متوسط، تنش انحرافی و مکش بافتی می باشند. اکثریت این مدل ها بر اساس مدل های حالت بحرانی کم کلی و کم کلی اصلاح شده پایه گذاری شده اند و سطح تسلیم در آنها تابعی از مکش بافتی می باشد3]، 4، .[5 در این مقاله بر اساس نتایج آزمایشاتی که در شرایط ادئومتریک در حالت غیر اشباع بر روی نمونه های رمبنده با شرایط اولیه متفاوت انجام شده است، معادله ای جهت پیش بینی رفتار تحکیمی یک خاک رمبنده در حالت غیر اشباع، بر مبنای وزن مخصوص خشک و درصد رطوبت خاک برای خط تحکیم نرمال خاک رمبنده در حالت غیر اشباع ارائه شده است.
2. مشخصات خاک
در این تحقیق برای بازسازی نمونه ها، از یک خاک با منحنی دانه بندی شکل - - 1 استفاده شده است. آزمایش دانه بندی برای خاک مورد نظر بر اساس آیین نامه های - ASTM D 422-87 روش انجام آزمایش - و ASTM D 421-87 - آماده سازی نمونه - انجام شده است.
3. جزئیات دستگاه ادئومتر
در آزمایش تحکیم یک بعدی، تغیییر شکل جانبی صفر بوده و تمامی تغییر شکل ها در راستای قائم اتفاق می افتد. این آزمایش بر روی نمونه هایی به ارتفاع 20 تا 40 میلی متر و قطر 45 تا 113 میلی متر انجام می شود. آیین نامه ASTM D 2435-90 بارگذاری 25، 50، 100، 200، 400، 800 کیلوپاسکال را برای آزمایش تحکیم اشباع پیشنهاد نموده است. تجهیزاتی که در این آزمایش استفاده می شوند عبارتند از قالب تحکیم، حلقه فلزی، سنگ های متخلخل باقطرهای 5 و 7 سانتی متر، همچنین برای جلوگیری از ورود ذرات خاک به درون حفرات سنگ متخلخل از فیلتر کاغذی استفاده می شود[6]
4. روش انجام آزمایشات
آزمایشات تحکیم غیر اشباع بر روی نمونه های رمبنده با وزن مخصوص های خشک 1/35 ، 1/5، 1/55، 1/6 گرم بر سانتی متر مکعب و درصد رطوبت های 8، 10 و 15 درصد انجام شد. برای این منظور ابتدا با استفاده از دستگاه تک محوری، نمونه ها با روش تراکم استاتیکی ساخته شدند. پس از بازسازی نمونه ها، آزمایش تحکیم غیر اشباع با بارگذاری 25، 50، 100، 200 و 400 کیلوپاسکال بر روی نمونه ها انجام شد.
5. مشخصات نمونه ها
در این تحقیق 36 نمونه رمبنده با شرایط اولیه متفاوت و به روش تراکم استاتیکی بازسازی شد. آزمایش تعیین پتانسیل فروریزش نمونه ها، بر اساس آیین نامه ASTM D5333-3 انجام شده است. بر اساس این آیین نامه میزان فروریزش خاک ها در یک تنش ثابت، از رابطه .1 محاسبه می شود. که در آن تغییرات ارتفاع نمونه 24 ساعت پس از اشباع سازی نمونه در یک تنش ثابت و ارتفاع اولیه نمونه هستند. آیین نامه ASTM D5333 -03 خاک های رمبنده را بر اساس میزان شاخص فروریزش آنها به 5 گروه مختلف تقسیم نموده است. جدول .2 طبقه بندی خاک های رمبنده بر اساس آیین نامه ASTM را نشان می دهد. مشخصات نمونه های بازسای شده در این تحقیق و مقدار پتانسیل فروریزش آنها تحت تنش های اشباع 100، 200، 400 کیلوپاسکال در جدول .3 مشاهده می شود.
