بخشی از مقاله
خلاصه
جهت ساخت نمونه هاي خاك تثبیت شده که نشانگر شرایط محلی خاك تزریق شده باشند، میتوان دوغاب موردنظر را در زمین تزریق نمود، تا اینکه حباب تزریق در خاك ایجاد شود، سپس با نمونهبرداري از بخش تزریق شده، نمونههاي استوانهاي مورد نیاز را تهیه کرد. نمونهاي که به این شکل تهیه میشود تحت تاثیر عوامل متعددي میباشد که کنترل آنها مشکل است. این عوامل عبارتند از: فناوري تزریق و برداشت نمونه، تراوایی و ناهمگنی خاك و آن که تا چه مقداري دوغاب فضاي حفرهاي را پر مینماید.
روش دوم ساخت نمونه، تزریق دوغاب در ظرف ماسه در آزمایشگاه میباشد. این روش مشکل ناهمگنی خاك را برطرف مینماید و موجب نفوذ یکنواخت دوغاب با محدود نمودن حرکت آن در یک جهت می شود. اما پر شدن فضاي حفرهاي توسط دوغاب را در تمامی نمونهها تضمین نمیکند. این روش شرایط صحرایی تزریق را به خوبی شبیهسازي مینماید بدون اینکه تکرارپذیري آزمایشات را درنظر بگیرد. به منظور تعیین نظاممند اثرات پارامترهاي تاثیرگذار بر روي مشخصات - مقاومت، تراوایی و غیره - نمونههاي تزریق شده، میبایست تا حد ممکن نتایج آزمایشات انجام شده بر روي نمونه ها، تکرارپذیر باشند.
این مساله با ترکیب نمونه خاك و دوغا ب در یک قالب استوانهاي قابل دستیابی است. این روش درحالیکه تزریق صحرایی را شبیهسازي نمیکند، اثرات فیزیکی و شیمیایی خاك و دوغاب را به درستی نشان میدهد. در صورت انتخاب روش درست ساخت نمونه، این روش از تکرارپذیري مناسبی نیز برخوردار خواهد بود. در این پژوهش انواع مختلف روش ساخت نمونه در آزمایشگاه، جهت ساخت نمونه ماسه لاي دار تزریق شده بررسی شد. با توجه به مزایا و معایب هر روش، بهترین روش ساخت نمونه براي خاك ماسه لاي دار با مقادیر مختلف لاي تعیین گردید.
1. مقدمه
ساخت نمونههاي آزمایشگاهی به منظور انجام پژوهشهاي تجربی در آزمایشگاه، یکی از مهمترین مراحل انجام هر پژوهش آزمایشگاهی میباشد. انتخاب روش ساخت نمونهها می بایست بهگونهاي انجام شود که تا حدامکان نمونههاي مشابه با شرایط واقعی و یکنواخت که داراي قابلیت تکرارپذیري آزمایش را دارند، ساخته شوند.[1] در پژوهش حاضر هدف ساخت نمونههاي ماسه با درصدهاي گوناگون ریزدانه میباشد. نمونههاي ساخته شده در شرایط اشباع با سیلیس کلوئیدي جهت انجام آزمایشات سه محوري استاتیک و دورهاي تهیه شدند. بر این اساس پس از مرور روشهاي گوناگون ساخت نمونههاي آزمایشگاهی، روشهاي مناسب جهت سا خت نمونه مورد استفاده قرار گرفت. سپس بهترین روش ساخت نمونه براي تهیه هر تیپ از نمونهها انتخاب شد.
2. روش هاي ساخت نمونه:
انواع ﻣﺨﺘﻠﻒ روش ﺳﺎﺧﺖ نمونه در آزمایشگاه که به طور معمول مورد استفاده قرار میگیرد عبارتند از: کوبش مرطوب3، پاشش خشک4، تهنشینی در آب1، رسوب دوغاب2، رسوب از قیف بصورت خشک[2]3 که توضیح مختصر هریک در ادامه میآید.
روش کوبش مرطوب: عبارت است از کوبش لایه هاي خاك تا رسیدن به تراکم دلخواه نمونه. در این روش ابتدا نمونه خاك با درصد رطوبت مشخص انتخاب میشود و وزن نمونه با توجه به دانسیته انتخابی آن و حجم قالب تعیین میگردد. نمونه خاك به تعدادي قسمت 4 - الی 8 قسمت - مساوي تقسیم میشود و هر قسمت در قالب تا رسیدن به ارتفاع لایه مورد نظر کوبیده میگردد.[3]
روش پاشش خشک: عبارت است از سقوط آزاد دانه هاي خشک خاك در آب یا هوا .[4] در این روش نمونه با بارش ماسه از یک الک پخش کننده، که در بالاي یک استوانه بلند با قطري معادل قالب دوکفهاي است، ساخته میشود. استوانه سپس بر روي قالب دوکفهاي قرار می گیرد و خاك درون قالب تخلیه میشود. به منظور تهیه یک نمونه یکنواخت Vaid و Negussey پیشنهاد نمودند که ارتفاع سقوط در بالاي نمونه حین ساخت باید ثابت باشد.[5] در برخی از حالات، پاشش خشک از قیف صورت میپذیرد که سرعت رسوب ذرات خاك توسط قطر حفره خروج مصالح کنترل میگردد. روش پاشش در مقایسه با سایر روشها داراي این مزیت است که در عین سادگی، شرایطی شبیه به فرآیند طبیعی رسوب خاك را ایجاد مینماید .[4]
روش تهنشینی در آب: اگرچه برخی از تکنیکهاي تهنشینی در آب شامل بارش خاك خشک در آب میباشد، اما به طور تجربی این مساله تعیین شده است که با رسوب خاك اشباع شده قبل از تهنشینی، اشباع نمونه ساخته شده بهتر حاصل میگردد. در روش تهنشینی در آب که برخی مراجع از آن به نام روش بارش مرطوب یاد می کنند، ابتدا خاك در ظرف با حجم 2 لیتر که نیمی از آن توسط آب پر شده است ریخته می شود. سپس به مدت 30 دقیقه جوشانده می شود و بقیه ظرف توسط آب بدون هوا پر میگردد. سپس به مخلوط اشباع اجازه داده میشود که طی یک شب خنک گردد. قبل از ریختن نمونه خاك در قالب دوکفهاي، قالب و لولههاي زهکشی توسط آب بدون هوا پر میشوند.
درب ظرف ماسه اشباع بسته میگردد و متوالیاً چرخانده میشود تا اینکه نمونه ماسه مخلوط گردد. در مرحله بعد ظرف ماسه وارونه میشود و در کف قالب قرار میگیرد. در نهایت درب آن برداشته میشود و نمونه ماسه با بلند کردن آرام ظرف آن، در امتداد محور تقارن قالب، ساخته می شود. این کار باید بهگونه اي انجام شود که ارتفاع سقوط ماسه همواره صفر باشد. تمامی خاکی
که در ظرف ماسه باقی ماند پس از تهنشینی، خشک میگردد و جهت تعیین وزن دقیق نمونه توزین میشود.[5]
روش رسوب دوغاب: جهت اطمینان از اشباع کامل، نمونه ماسه در روز قبل از آزمایش، مشابه روش قبل جوشانده میشود. بجاي آنکه خاك مستقیماً درون قالب دوکفه اي رسوب داده شود، در این روش ابتدا خاك در ظرف اختلاط بهطور کامل مخلوط میشود و سپس ظرف اختلاط و خاك درون قالب دوکفهاي قرار می گیرند. در نهایت ظرف اختلاط از قالب خارج می شود و خاك در محل خود جایگزین میگردد.[5]
روش رسوب خشک مخلوط: این روش مشابه روش رسوب دوغاب می باشد با این تفاوت که خاك در حالت خشک رسوب داده می- شود.[5] روش رسوب خشک از قیف: ابتدا نوك لوله قیف در ته قالب دوکفهاي قرار می گیرد و مخلوط ماسه و لاي درون قیف ریخته میشوند. قیف به آرامی در امتداد محور تقارن نمونه بالا کشیده میشود تا اینکه ماسه بدون هیچگونه ضربهاي در حالت انرژي کم رسوب نماید. این روش عمدتاً در مصالح ماسه لايدار استفاده می شود. به منظور رسیدن به چگالی بالاتر، قالب دوکفهاي به آرامی و بهصورت متقارن ضربه زده میشود. به این روش ساخت ﻧﻤﻮﻧﻪ، رسوب از قیف با ضربه4 گفته میشود. نمونههاي متراکمتر با بالا کشیدن سریعتر قیف قبل از ضربه زدن ایجاد میگردد. این کار موجب نیاز به ضربات کمتر جهت رسیدن به دانسیته موردنظر میگردد. این روش رسوب سریع از قیف5 نامیده میشود.[5]
روش ساخت نمونه در پژوهش حاضر:
براساس برنامه آزمایشات، ساخت نمونه هاي حاوي ماسه تمیز و ماسه لاي دار با مقادیر گوناگون ریزدانه - درصد لاي صفر، 10، 20، 30 و 40 درصد وزن نمونه - در دستور کار قرار گرفت. جهت کنترل چگالی نمونههاي خاکی با ریزدانه کمتر از 15درصد، براساس پیشنهاد استاندارد ASTM میتوان از تعریف دانسیته نسبی - Dr - و از آزمایشهاي تعیین نشانه خلاء ﮐﻤﯿﻨﻪ1 و ﺑﯿﺸﯿﻨﻪ 2 و یا از تعریف درصد تراکم - Rc - و آزمایش پراکتور 3 استفاده نمود.
اما انجام آزمایش نشانه خلاء کمینه و بیشینه در نمونههاي خاك با درصد ریزدانه بیشتر از 15 درصد امکان پذیر نیست. براین اساس در پژوهش حاضر به منظور یکسان سازي روند کنترل چگالی نمونهها از پارامتر درصد تراکم - Rc - و آزمایش تراکم استاندارد استفاده گردید. درصد تراکم نمونهها در کلیه آزمایشات برابر 93 درصد انتخاب شد که براساس رابطه تجربی میان درصد تراکم و دانسیته نسبی، معادل دانسیته نسبی کمتر از 40درصد میباشد - نمونه در شرایط سست است - .
براساس بررسی هاي انجام شده روش ساخت نمونه آزمایشگاهی به پارامترهایی مانند جنس خاك، وضعیت تراکمی مورد نظر و میزان رطوبت نمونه بستگی دارد. در پژوهش حاضر با توجه به مقادیر گوناگون ریزدانه در نمونهها، برخی از نمونهها رفتاري مشابه با خاك درشت دانه و برخی دیگر رفتاري مشابه با خاك ریزدانه دارند. بر این اساس نمی توان تنها از یک روش جهت ساخت نمونه استفاده کرد. در نتیجه در این پژوهش از روشهاي متفاوت ساخت نمونه که در بند قبل شرح داده شد جهت نمونهسازي استفاده میگردد.
از میان روشهاي گوناگون ساخت نمونه، تنها در روشهاي پاشش خشک در دوغاب و کوبش مرطوب میتوان بر مقدار دوغاب تثبیت کننده در خاك کنترل داشت و در سایر روشها حجم دوغاب درون خاك قابل اندازه گیري دقیق نیست. از آنجایی که در نمونههاي تثبیت شده پارامتر مقدار دوغاب قرارگرفته در حفرات خاك، پارامتر مهمی به شمار میآید تنها از دو روش پاشش خشک در دوغاب و کوبش مرطوب در این پژوهش استفاده شد و نتایج یکنواختی نمونه ها مورد مقایسه قرار گرفت.
لازم به توضیح است با توجه به اینکه هدف از انجام پژوهش حاضر ارزیابی اثر تثبیت کننده سیلیس کلوئیدي بر هر یک از انواع خاكها می-باشد و مقایسه اثر خاكهاي گوناگون در مقاومت حاصله مد نظر قرار نمیگیرد، استفاده از روشهاي مختلف نمونهسازي تاثیري در نتایج نخواهد داشت و مهم یکنواختی نمونههاي ساخته شده و تکرارپذیري آن است. پیش از شروع به ساخت نمونهها، براساس درصد تراکم انتخاب شده براي نمونه و مح اسبه حجم فضاي خالی موجود در حفرات خاك، وزن هریک از اجزاي تشکیل دهنده نمونه شامل ماسه، لاي و تثبیت کننده تعیین میگردد. حجم ماده تثبیت کننده به گونهاي محاسبه میشود که کلیه فضاي خالی خاك را پر نماید.
.4-1 روش پاشش خشک:
در این روش پس از تعیین وزن هر یک از مصالح تشکیل دهنده، ابتدا قالب دونیم شونده سر هم میگردد. به گونهاي که تمام درزهاي آن در پایین و جدارههاي قالب به منظور آب بندي توسط سیلیکون گریس آغشته شده است. در مرحله بعد ماده تثبیت کننده درون قالب ریخته میشود. سپس مصالح خشک خاکی توسط قیف از ارتفاع 5 سانتیمتري درون قالب تخلیه میشود - شکل . - 1 در صورتیکه ارتفاع مصالح تخلیه شده درون قالب، بیش از ارتفاع موردنظر باشد، با زدن ضربه به دیواره قالب مصالح متراکم میگردد. جهت تعیین سرعت تخلیه مناسب از خروجی قیف، تعدادي آزمایش با سرعتهاي مختلف خروج مصالح انجام گرفت. سرعتهاي انتخاب شده به ترتیب 4، 7/5 ، 10 و 12 گرم بر ثانیه بود و مشاهده گردید که هر چه سرعت تخلیه قیف بیشتر باشد، نمونه سستتري حاصل میگردد.
