بخشی از مقاله
مدلسازي فيزيکي اثر گيرش خاک بر ظرفيت باربري شمعهاي کوبشي در رس
خلاصه
با گسترش روزافزون استفاده از شمعهای كوبشي، تعيين عوامل موثر بر ظرفيت باربری نهایي اینگونه از شمعها در ساليان اخير مورد توجه قرارگرفته است. از جمله این عوامل ميتوان به پدیده گيرش خاک اشاره كرد. تا كنون تحقيقات گستردهای در زمينه پدیده گيرش خاک صورت گرفته، اما مطالعات آزمایشگاهي اندكي در این زمينه وجود دارد. در این مطالعه آزمایشگاهي، خاک رس پس از اشباعسازی در محفظه خاک تحکيم ميیابد. پس از پایان تحکيم و رسيدن به تخلخل مورد نظر، مدل شمع فوالدی در خاک كوبيده شده و در انتهای كوبش و نيز در زمانهای معيني پس از پایان كوبش، شمع تحت آزمایش بارگذاری استاتيکي قرار ميگيرد. نتایج نشان ميدهد كه با گذشت زمان ظرفيت باربری شمع افزایش یافته و پس از 7 روز ظرفيت شمع از 320 نيوتن به 570 نيوتن رسيده است، یعني شمع به مقدار 72 درصد افزایش ظرفيت از خود نشان داده است. در پایان نيز با توجه به ميزان تغييرات ظرفيت باربری شمع با زمان، با فرض 0/04 برای to ضریب گيرش معادل 0/2 برای خاکهای رسي نرم و اشباع متشکل از كائولينيت ارائه شده است.
کلمات کلیدی: مدلسازی فیزیکی،گیرش خاک، رس نرم ، شمع کوبشی،ظرفیت باربری
.1 مقدمه
با گسترش روزافزون استفاده از شمعهای كوبشي در پروژههای بزرگ عمراني، تعيين عوامل موثر بر ظرفيت باربری نهایي اینگونه از شمعها در ساليان اخير مورد توجه ویژهای قرارگرفته است. از جمله این عوامل ميتوان به پدیده گيرش خاک اشاره كرد. هنگام كوبيدن یک شمع، بر اثر جابجایي خاک اطراف و انتهای شمع، فشار آب حفرهای اضافي ایجاد ميشود كه منجر به كاهش تنش مؤثر خاک ميگردد. با گذشت زمان و محو اضافه فشار آب حفرهای، تنش مؤثر خاک و درنتيجه ظرفيت باربری شمع افزایش پيدا ميكند كه این پدیده گيرش خاک نام دارد. با وجود تأثيرات قابل توجه این پدیده بر افزایش ظرفيت باربری نهایي شمعهای كوبشي و در نتيجه آن كاهش هزینههای نهایي مربوطه، غالباً اثرات آن در فاز طراحي این شمعها در نظر گرفته نميشود كه عامل اصلي آن عدم وجود دانش فني الزم نسبت به مکانيزم گيرش است .[1]
با توجه به اینکه ظرفيت باربری شمعهای كوبشي در خاكهای رسي نرم و اشباع )به ویژه در مناطق جنوبي ایران ( تحت تأثير پدیده گيرش خاک قرار دارد، درک بيشتر این پدیده ضرورت دارد. تا كنون تحقيقات گستردهای در زمينه پدیده گيرش خاک صورت گرفته است كه از آن جمله ميتوان به مطالعات Skov و [2] Denver اشاره كرد. صرافزاده، حسينزاده و فخاریان مطالعات گستردهای بر روی پدیده گيرش بر اساس دادههای ميداني از شمعهای اجرایي استان خوزستان انجام دادند [3]، همچنين فخاریان و حداد ) )2012 با استفاده از مدلسازی عددی به بررسي پدیده گيرش خاک چرداختند .[4] اما مطالعات آزمایشگاهي در این زمينه اندک است.
در این مقاله با ساخت یک مدل فيزیکي مناسب به ارزیابي پدیده گيرش در خاكهای رسي نرم و اشباع پرداخته شده است . در این مطالعه آزمایشگاهي، نمونه خاک رس مورد آزمایش پس از اشباعسازی، در محفظه خاک قرار ميگيرد تا فرآیند تحکيم صورت پذیرد. پس از پایان تحکيم و رسيدن به تخلخل موردنظر، مدل شمع فوالدی در خاک كوبيده شده و در انتهای كوبش و نيز در زمانهای معيني پس از پایان كوبش، شمع تحت آزمایش بارگذاری استاتيکي قرار گرفته و ظرفيت باربری نهایي آن محاسبه ميگردد. در پایان نيز با توجه به ميزان تغييرات ظرفيت باربری شمع با زمان، ضریب گيرش مناسب برای خاکهای رسي نرم و اشباع ارائه گردیده است.
.2 نوع خاک و مشخصات آن
برای انجام آزمایشهای مربوط به گيرش خاک، از خاک رس كائولينيت با نام تجاری SZWMK1 استفاده شده كه منحني هيدرومتری آن در شکل 1 ارائه شده است.
شکل -1 منحنی هیدرومتری کائولینیت SZWMK1
آزمایشهای آزمایشگاهی شامل تعیین وزن مخصوص، حد روانی، حد خمیری مطابق استاندارد ASTM انجام شده است. بر اساس سیستم طبقهبندی متحد نام خاک CL (رس لایدار) میباشد. خصوصیات رس در جدول ٌ نشان داده شده است. در این جدول Gs وزن مخصوص ذرات جامد خاک، LL حد روانی، PL حد خمیری، PI شاخص خمیری و A فعالیت رس است
همچنين برای تعيين پارامترهای تحکيمي خاک از آزمایش تحکيم یک بعدی به وسيله دستگاه ادئومتراستفاده شده است. نتایج آزمایش تحکيم شامل ضریب فشردگي، ضریب تورم )باربرداری (، ضریب تحکيم و سایر اطالعات پایه در جدول 2 ارائه شده است. مالحظه ميگردد كه نشست كل حاصله 6/2 ميليمتر یعني كرنش بيش از 30 درصد است.
.3 فرآيند آمادهسازي نمونه
یکي از مهمترین مراحل در پژوهشهای آزمایشگاهي فرآیند نمونهسازی است. از آنجایي كه این فرآیند بر تمامي نتایج تاثيرگذار است، لذا باید دقت شود تا با گزینش شيوه و اجرای مناسب بتوان شرایطي نظير امکانپذیری و تکرار پذیری را فراهم كرد. بر خي از محققان برای تهيه نمونههای دستخورده رس بر اساس نوع خاک از روش تحکيم دوغاب رس با درصد رطوبت 1/5 تا 2 برابر حد رواني [5] و برخي دیگر از درصد رطوبت 2 تا 2/5 برابر حد رواني [6] استفاده كردند تا نمونه همگن تهيه شود . در این پژوهش به منظور تهيه دوغاب رس از تركيب كائولينيت با آب به ميزان رطوبت 68 درصد 1/5( برابر حد رواني( استفاده شده است. این اختالط در یک دستگاه اختالط بتن با ظرفيت 140 ليتر و به مدت زمان 12 ساعت صورت ميگيرد تا نمونه كامأل همگن و اشباع گردد.
.4 فرآيند آزمايش
انجام هر آزمایش شامل دو مرحله است، مرحله تحکيم و مرحله بارگذاری شمع. فرایند تحکيم در یک محفظه كاليبره انجام ميگردد كه در شکل 2 نشان داده شده است. یک الیه نازک )به صخامت 3 سانتيمتر ( از ماسه در اطراف محفظه خاک قرار ميگيرد تا به عنوان یک الیه زهکش عمل كرده و فرایند تحکيم را سرعت بخشد. برای جداسازی ماسه زهکش و خاک رس از یک لوله GRP سوراخدار استفاده ميشود. دوغاب رس آماده شده به ارتفاع 28 سانتيمتر به عنوان الیه اول درون محفظه خاک ریخته شده و سپس دریچههای زهکشي باز شده و نخستين بار به ميزان 25 كيلوپاسکال اعمال ميشود. تغيير شکل خاک مشاهده شده و نشست در زمانهای مشخصي قرائت ميشود تا رابطه بين نشست و لگاریتم زمان تقریبأ افقي شود. افزایش بار دوم به ميزان 50 كيلوپاسکال و افزایش بار سوم به ميزان 100 كيلوپاسکال و در نهایت افزایش بار 200 كيلوپاسکال اعمال ميشود. این روند برای سه الیه دیگر تا رسيدن به ارتفاع موردنظر 80( سانتيمتر( ادامه ميیابد.
