وبلاگ

رفتار تراکم پذیری خاک‌ها به نگرانی مهمی در مهندسی ژئوتکنیک تبدیل شده است. با اجرای ساختمان‌ها، خاکریزها، جاده‌ها و … اغلب نشست‌های قابل توجهی ایجاد می‌شود. این نشست‌ها را مخصوصاً زمانی می‌توان خیلی مهم تلقی نمود که فونداسیون سازه متشکل از لایه‌های عمیق رسی باشد. پیش‌بینی رفتار خاک بعد از ماه‌ها و یا سال‌ها با بهره گرفتن از دانش امروزی، چالش مهمی در مهندسی ژئوتکنیک می‌باشد. زمانی که خاک تحت بارگذاری ثابتی قرار می‌گیرد، باگذشت زمان تغییرشکل‌هایی را تجربه می‌کند که خزش نامیده می‌شود. تغییرشکل‌های وابسته به زمان، به خصوص زمانی که تغییرشکل‌های دراز‌مدت مطرح می‌شود، در مهندسی ژئوتکنیک اهمیت زیادی دارند. این تغییرشکل‌ها، شامل نشست سازه بر روی زمین‌های تراکم پذیر، حرکات شیب‌های طبیعی و یا گودبرداری شده، فشرده شدن زمین‌های نرم اطراف تونل و… می‌باشد.
استفاده از مصالح ژئوسنتتیک، از اواسط دهه هفتاد میلادی در دنیا اوج گرفته است. در بین این مصالح ژئوتکستایل‌ها و پس از آن ژئوممبرین‌ها بیشترین کاربرد را در بین مصارف گوناگون یافته‌اند. ژئوسنتتیک‌ها از مواد پلیمری تشکیل شده‌اند که همراه با مصالح طبیعی مثل خاک و سنگ در سازه‌های مهندسی بکار می‌روند. ژئوتکستایل‌ها عملکرد بسیار خوبی در رابطه با پخش و یکنواخت کردن تنش‌ها یا نیروها در یک سطح بیشتری داشته و به نحو مطلوبی مانع گسیختگی‌های نقطه‌ای و موضعی می‌شود. مصالح بنایی و خاکریزها تنش‌های فشاری را به نحو مطلوبی می‌توانند تحمل کنند در حالیکه درکشش ضعیف هستند. در حقیقت عملکرد الیاف در عمق معینی از خاک را می‌توان مشابه رفتار میلگردهای فولادی در بتن دانست. یک خصوصیات دیگر ژئوتکستایل‌ها، خاصیت ارتجاعی آن‌ هاست و این امر موجب می شود که خاکی که با الیاف تقویت شده و تحت اثر بار خارجی دچار نشست شده است، بعد از حذف بار به حالت اولیه بر می‌گردد. مطالعات تئوری نشان می‌دهد که استفاده از الیاف ژئوتکستایل در خاک‌ها  باعث افزایش مقاومت و ضریب ارتجاعی خاک می‌شود ( محمد بلوچی، زینب قناد. 1389). با توجه به کاربرد ژئوسنتتیک‌ها، مطالعه تاثیرات آن‌ ها بر رفتار خزشی ضروری بنظر می‌رسد.
2-1- پیشینه تحقیق
خاك به عنوان مصالح ساختمانی در مهندسی عمران در طرح‌های مهمی به كار گرفته می‌شود. انسان روی خاك زندگی می‌كند و انواع مختلف سازه همانند خانه‌ها، راه‌ها، پل‌ها و … را احداث می کند. بنابراین مهندسان عمران باید به خوبی خواص خاك از قبیل مبداء پیدایش، دانه‌بندی، قابلیت زهكشی آب، نشست، مقاومت برشی، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نموده و رفتار خاك را در نتیجه فعالیت انسان پیش‌بینی نمایند. تاریخچه فهم رفتار خزشی خاک‌های رسی به قرن 19 بر می‌گردد. از جمله مثال‌های کلاسیکی می‌توان به نشست برج پیزا در ایتالیا اشاره کرد، به‌طوری که بر اثر خزش، برج حدود 5/1 متر نشست کرده و به یک سمت کج شده است و هم‌اکنون نیز برج مستعد نشست کردن می‌باشد. انحراف برج حدود 5/5 درجه می‌باشد. شرایط ژئولوژیکی سازه و نشست متغیر با زمان در شکل‌1-1 آورده شده است.
زمانی که خاک اشباع تحت بارگذاری ثابتی قرار می‌گیرد، با زایل شدن فشار آب حفره‌ای تنش‌های موثر با گذشت زمان افزایش می‌یابند، به عبارتی تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد. مقدار قابل توجهی از نشست‌ها طی تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد و نسبت تحکیم اولیه را می‌توان با بهره گرفتن از ضریب تحکیم Cv بیان نمود. بعد از زایل شدن کامل فشار آب حفره‌ای اگر بارگذاری برروی خاک حفظ شود، یک سری تغییرشکل‌های با گذشت زمان اتفاق می‌افتد که تراکم ثانویه یا خزش نامیده می‌شود. نسبت تراکم ثانویه را می‌توان با ضریب Cα بیان نمود. بنابراین محاسبه و پیش بینی این نشست‌های دراز مدت اهمیت زیادی دارد.

یک سری تحقیقاتی در زمینه ضریب تراکم ثانویه حدود یک دهه بعد از تئوری ترزاقی[1] (1925) به عمل آمد که بیانگر تراکم خاک‌های رسی در اثر زایل شدن فشار آب منفذی بود. مطالعات آزمایشگاهی انجام شده توسط تیلور[2] (1942) و بیوسمن[3] (1936) به طور واضح، تاثیر زمان بر تراکم پذیری رس را بیان می‌نمود. بیوسمن (1936) رابطه نشست-لگاریتم زمان را تحت تنش ثابت برای خاک‌های رسی به صورت خطی بیان نمود. تیلور (1942) برای اولین بار مدل وابسته به زمان را به منظور شرح رفتار خزشی خاک‌های رسی که در آن تحکیم اولیه و تراکم ثانویه به عنوان دو فرایند مجزا در نظر گرفته می‌شود را ارائه نمود. بجروم[4] (1967) به منظور شرح رفتار خزشی و فشار بیش تحکیمی ناشی از تاثیرات خزش، مدلی را که در آن تحکیم اولیه و تراکم ثانویه به صورت کوپل عمل می‌کنند، ارائه داد. اگرچه تحکیم اولیه و تراکم ثانویه از آغاز بارگذاری به صورت کوپل عمل می‌کنند، اما تراکم ثانویه در پایان تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد. چون سرعت خزش پایین‌تر از تحکیم اولیه می‌باشد بنابراین تغییرشکل‌های خزشی را طی تحکیم اولیه نمی‌توان لحاظ نمود. زمانی که تحکیم اولیه زمان زیادی طول بکشد (به عنوان مثال برای لایه‌های ضخیم رسی) می‌توان تاثیر همزمان خزش و تحکیم اولیه را در نظر گرفت. بررسی‌های آزمایشگاهی انجام شده بر لایه‌های نازک رسی نشان می‌دهد که تحکیم اولیه در مدت زمان کوتاهی اتفاق می‌افتد، بنابراین خزش در مرحله تحکیم اولیه را می‌توان نادیده گرفت. ژانگ و همکاران[5] (2006)، مجیا و همکاران[6] (1988) با انجام آزمایش‌های خزشی تحکیم یک بعدی بر روی نمونه‌های ماسه‌ای در تنش‌های پایین به این نتیجه رسیدند که مقادیر تغییرشکل های خزشی در ماسه با افزایش سطوح تنش، افزایش می‌یابد.
مطالعات صورت گرفته در زمینه تغییرشکل‌های خزشی نشان می‌دهد، ترکیبات معدنی (مواد معدنی موجود در خاک)، سطوح تنش، تاریخچه تنش، مایع منفذی، شرایط زهکشی و ساختار خاک به عنوان پارامترهای مهم تأثیرگذار بر رفتار خزشی می‌باشند (سواجان وارادارجان[7]. 2011). اگرچه تأثیر این پارامترها بطور کامل مشخص نشده است، بنابراین در این مطالعه با بهره گرفتن از نتایج آزمایشگاهی تأثیر مسلح شدن خاک با الیاف ژئوتکستایل بر تغییرشکل‌های خزشی، تاثیر سطوح تنش، تاریخچه تنش و فشار آب حفره‌ای مورد مطالعه قرار گرفته و مکانیسم خزشی با در نظر گرفتن لغزش‌، برخورد و تغییرشکل ذرات شرح داده شده است.
3-1- اهداف
هدف کلی از این پژوهش، مطالعه آزمایشگاهی تغییرشکل‌های دراز مدت خاک ماسه‌ای رس‌دار در حالت مسلح نشده و مسلح شده با الیاف ژئوتکستایل می‌باشد. اهداف خاص مطالعه عبارتند از:
1) بررسی تاثیر سطوح تنش و مایع منفذی بررفتار خزشی خاک ماسه‌ای رس‌دار.
2) بررسی تاثیر مسلح کردن خاک با الیاف ژئوتکستایل بررفتار خزشی خاک ماسه‌ای رس‌دار.
3) بررسی تاثیر تاریخچه تنش به منظور ایجاد شرایط مناسب جهت سرعت بخشیدن به آزمایش خزشی.
دانه بندی خاک مورد استفاده در این تحقیق شامل ماسه اوتاوا و رس می‌باشد که ماسه اوتاوا، رد شده از الک 30 و مانده روی الک 50 می‌باشد. رس مورد استفاده نیز رس کوزه گری همدان می‌باشد. دلیل استفاده از خاک رس این است، چون ماسه نیازمند تنش‌های بالا جهت رخ‌دادن تغییرشکل‌های خزشی می‌باشند، با توجه به ظرفیت محدود دستگاه تحکیم دانشگاه محقق اردبیلی ( ظرفیت دستگاه 1280 کیلوپاسکال)، حداکثر مقداری که رس می‌توانستیم اضافه کنیم تا دانه بندی نمونه مورد استفاده در محدوده ماسه رس‌دار باشد، حدودا 60%  حجمی  بود. الیاف ژئوتکستایل مورد استفاده، ساخته شده از الیاف پلیمری با وزن واحد gr/m 300 می‌باشد. از مزیت‌های شاخص ژئوتكستایل‌ها سهولت و سرعت كاربرد، دوام بالا در مقابل عوامل طبیعی، توانایی نگهداری ذرات خاك در جای خود و مقاومت الكتریكی بالای آن‌ ها می‌باشد.
4-1- ترتیب پایان نامه
 فصل اول، اهداف کلی پژوهش و به صورت جزئی به پیشینه تحقیقاتی اشاره می‌کند. فصل دوم، پیشینه تحقیق شامل مطالعات و تحقیقات صورت گرفته در زمینه خزش و تغییرشکل‌های خاک می‌باشد. فصل سوم به بیان تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه می‌پردازد. این بررسی‌ها شامل آزمایش تحکیم یک‌بعدی برروی نمونه ماسه‌ رس‌دار، جزئیات مصالح استفاده شده، دستگاه آزمایش و روند انجام آزمایش‌ها از جمله آزمایش دانه‌بندی، چگالی نسبی دانه‌ها، حدود اتربرگ و تحکیم می‌باشد. درفصل چهارم نتایج و یافته‌های پژوهش بدست آمده از این بررسی آورده شده و در نهایت فصل پنجم نتیجه گیری کلی از آزمایش‌ها را بیان می‌کند.
[1]Terzaghi
[2]Taylor
[3]Buisman
[4]Bjereum
[5] Zhang et al
[6] Mejia et al
[7]Sivarjan Varatharajan