بخشی از مقاله
چکیده
در طی سالیان اخیر استفاده از مواد و مصالح مصنوعی با دوام و قابل اطمینان تحت عنوان ژئوسنتتیک در پروژههای عمرانی، پیشرفت وسیعی داشته است. هدف از انجام پژوهش حاضر، طراحی و تولید یک منسوج سه بعدی خاص جهت تقویت پی است. برای این منظور، ابتدا اصلاحات لازم بر روی ماشین بافندگی تاری-پودی انجام شد. سپس با استفاده از نخهای پلیپروپیلن، نمونههایی با ساختار سه بعدی تولید گردید.
در این نوع ژئوسنتتیک خاص، لایههای درونی با نخهای اتصال به یکدیگر متصل گشتهاند. در ادامه با استفاده از تئوریهای موجود، به تحلیل تئوری ژئوسل تولید شده، پرداخته شد و میزان تأثیر آن بر افزایش ظرفیت باربری و تسلیح خاک بررسی گردید. نتایج نشان داد، وجود نخهای اتصال بین لایههای ژئوسل، سبب افزایش باربری خاک مسلح میگردد.
-1 مقدمه
واژه ژئوسنتتیک از دو بخش تشکیل شده است: پیشوند ژئو به معنای زمین که اشاره به موارد استفاده نهایی از این مواد و مصالح در پروژههای عمرانی مرتبط با زمین، خاک و سنگ داشته و پسوند سنتتیک به معنای مصنوعی یا ساختگی، اشاره به تولید این مصالح از فراوردههایمنحصراً مصنوعی دارد. در واقع واژه ژئوسنتتیک، واژه عام است که دامنه وسیعی از فراوردههای تولید شده توسط مواد و مصالحعمدتاً پلیمری را شامل میشود.
خواص فیزیکی و مکانیکی ژئوسنتتیکها همچون استحکام، مقاومت در برابر فرسایش و از همه مهمتر مقاومت کششی بالای آنها نسبت به وزنشان و همچنین صرفه اقتصادی این مصالح باعث به وجود آمدن گسترهی وسیعی از کاربرد این مواد در طرحهای عمرانی شده است.
از این مصالح در زمینههای مختلف از قبیل بهبود وضعیت خاک، اصلاح موارد زیست محیطی، هیدرولیک و سازههای هیدرولیکی و حمل و نقل استفاده میشود.[2] امروزه ژئوسنتتیکها در انواع متنوعی تولید میشود تا پاسخگوی نیازهای مختلف حوزههای گستردهی مهندسی عمران باشند. از بین این محصولات ژئوتکستایلها، ژئوگریدها، ژئوممبرینها، ژئوسلها، ژئونتها و ژئوکامپوزیتها به دلیل دارا بودن خصوصیات فیزیکی و مهندسی مطلوب بیشترین سهم را در کاربردهای مهندسی دارد
ژئوسلها یکی از ژئوسنتتیکها هستند که به عنوان تقویتکننده خاک مورد استفاده قرار میگیرد. ژئوسلها، فراوردهای پلیمری، سهبعدی و نفوذپذیری است که در خاک قرار داده شده تا بدین ترتیب یک لایه پایدار ایجاد کند.
مدهوی لاتا و همکاران[3] در مقالهای به بررسی پارامترهای تاثیرگذار در تقویت خاک به همراه ژئوسل پرداختند. نتایج نشان داد که با افزایش ارتفاع ژئوسل و کاهش اندازه چشمه ژئوسل میتوان شاهد افزایش ظرفیت باربری خاک شد. همچنین مسلح سازی خاک با استفاده از ژئوسلهای ساخته شده از ژئوگریدهایی با استحکام کششی نهایی بالاتر موجب کاهش تغییر شکل خاک در یک فشار یکسان میگردد.
سوجیت کومار داش [4]، به منظور بررسی اثر تراکم خاک بر روی بهبود عملکرد ژئوسل به عنوان جزء تقویتکننده خاک، با پنج تراکم نسبی ماسه، آزمون بارگذاری را انجام دادند. نتایج حاصل از آزمون بیانگر اثرات مفید مسلح کننده ژئوسل، از نظر افزایش ظرفیت باربری، زاویه پراکندگی بار و کاهش نشست بود. همچنین مشخص گشت که بسترهای خاکی با خاک های متراکمتر نتایج بهتری از لحاظ افزایش ظرفیت باربری به همراه دارد.
لایه ژئوسل درون خاک، در سه جنبه عمل کرده و بر ظرفیت باربری خاک اثر میگذارد:
- 1 اثر مقاومت جانبی: ژئوسل محصورکننده، محدودکننده و تقویتکننده انواع مواد داخل سلولهایش است. لایه ژئوسل گسترش جانبی را بهطور کامل محبوس کرده و استحکام برشی خاک را افزایش میدهد.
- 2 توزیع تنش عمودی: ژئوسل، بار وارده بر واحد سطح خاک را در سطح بیشتری توزیع میکند. این امر بهعنوان"اثر پراکندگی یا توزیع تنش" منسوب است. با توجه به شکل 1، ژئوسل گسترش تنش عمودی را وسیعتر میکند، لذا مطابق رابطه - 1 - بستر خاک میتواند بارهای بیشتری را نسبت به خاک غیرمسلح تحمل کند. افزایش ظرفیت باربری بهوسیله اثر توزیع عمودی تنش - ∆ - میتواند از طریق رابطه - 2 - محاسبه شود
در این رابطه، بار وارده بر واحد سطح خاک، بار مربوط به توزیع اثر عمودی تنش، عرض بار یکنواخت و پارامترهای ℎ و به ترتیب ارتفاع و زاویه پراکندگی ژئوسل میباشند که در شکل 1 نشان دادهشده است.
- 3 اثر پوسته: بارهایی که از سمت خاک به ژئوسل وارد میشوند، ژئوسل را از شکل اولیه منحرف میکنند و درنتیجه نیروی کششی بیشتری در راستای ژئوسل ایجاد میشود. جزء عمودی نیروی کششی در تقویتکننده بهمنظور کاهش فشار در بستر خاک مفید است. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، افزایش ظرفیت باربری با توجه به نیروی کششی ژئوسل - - ∆ میتواند مطابق رابطه 3 محاسبه شود
شکل:1 اثر توزیع تنش عمودی ژئوسل
شکل:2 اثر پوسته ژئوسل
بنابراین با توجه به آنچه گفته شد و مطابق مدل محاسباتی نشان دادهشده، ظرفیت باربری پی خاک تقویتشده با ژئوسل - - میتواند با قرار دادن فونداسیون خاک غیرمسلح - - و افزایش ظرفیت باربری بر روی فونداسیون خاک - ∆ - به علت قرار دادن ژئوسل در پایهی خاک مطابق رابطه 4 تعیین شود:
همچنین صحت روابط و تئوریهای بیان شده توسط تجربیات آزمایشگاهی تأیید شد.
-2 طراحی، تولید و تجربیات
برای تولید پارچه به روش بافندگی تاری-پودی، ماشین بافندگی ایور با مدل E 52 234 مورد استفاده قرار گرفت که برای پود گذاری مجهز به راپیر سخت یک طرفه است. همچنین مکانیزم تشکیل دهنه آن دابی منفی بوده و از شانهای به نمره 4/5 در سانتیمتر و 8 ورد استفاده شد. نخ مصرفی برای تولید نمونه، BCF1 اینترمینگل از جنس پلیپروپیلن با نمره 1800 دنیر به تعداد 108 سرنخ بوده و برای نخ پود، نخ BCF تابدار از جنس پلیپروپیلن با نمره 1635دنیر استفاده گردید.
نخ مورد استفاده برای اتصال مابین لایهها - نخ اتصال - ، از جنس نخ تار میباشد. به منظور بافت پارچه، طرح بافت بر روی کاغذ پانچ شد و بر روی مکانیزم دابی سوار گردید. طرح بافت مورد استفاده، یک طرح تافته برای تولید 4 لایه پارچه به طور همزمان میباشد که در نقاطی باعث اتصال بین لایهها شده - شکل - 3 و حالت کلی ژئوسل را ایجاد میکند. پارچه تولید شده به دلیل عدم برخورداری از ثبات و همچنین آزاد بودن حاشیه، نیاز به انجام اقدامی برای ایجاد ثبات داشت، به همین دلیل پارچه در معرض عملیات تکمیل2 قرار گرفت تا از سختی لازم برخوردار گردد و نخهای تار و پود به آسانی قابل خارج کردن از بافت نباشند.
