چکیده

اصلاح خاک یکی از راهکارهای مناسب برای بهرهبرداری و اجرای سریعتر پروژه های عمرانی است که با روش های گوناگون از جمله روش مکانیکی امکانپذیر میباشد. یکی از این راهکارهای مکانیکی استفاده از ژئوسنتتیک ها برای مسلحکردن خاک زیر پی است. از پرکاربردترین محصولات ژئوسنتتیکی میتوان به ژئوگریدها اشاره کرد. در این تحقیق نیز برای بهبود ظرفیت باربری بستر از ژئوگرید استفاده شده است. تاکنون توجه کمی به خاک هایی شده است که درآنها تغییرات محلی در شرایط سطحی منجر به بوجود آمدن پاکت های نرم یا حفره در خاک گردیده است. از جمله عوامل بوجود آمدن چنین شرایطی، فعالیت های طبیعی یا دستکاری شده بشر می باشد. اندازه و موقعیت پاکت نرم می تواند خیلی وسیع باشد و وجود پاکت نرم می تواند باعث خطر زیاد و جابجایی های غیر قابل تحمل زمین شود. هدف از این تحقیق بررسی عملکرد پی نواری واقع بر بستر ماسه ای شامل پاکت نرم، پس از تسلیح میباشد. در راستای نیل به این هدف ظرفیت باربری پی سطحی در حالت اول روی بسترماسهای بدون پاکت نرم و تسلیح، در حالت دوم روی ماسه شامل پاکت نرم و بدون تسلیح و در حالت سوم روی بستر ماسهای شامل پاکت نرم و تسلیح مورد بررسی قرار گرفت. ظرفیت باربری به دست آمده در حالت اول با ظرفیت باربری به دست آمده در حالات دیگر مقایسه گردید. در حالت دوم موقعیت پاکت نرم از کف پی و همچنین ابعاد پاکت نرم مورد بررسی قرار گرفت و در حالت سوم بهینه پارامترهای تسلیح به منظور رسیدن به ظرفیت باربری بیشینه و کاهش نشست بستر ماسه ای مورد بررسی واقع شدند.

واژگان کلیدی: ظرفیت باربری، بستر مسلح، پاکت نرم، فوم

-۱ مقدمه

روش های متعددی در چند دهه گذشته برای بهبود خواص مکانیکی خاک پیشنهاد و مورد استفاده قرار گرفته شده است. یکی از این روش ها خاک مسـلح است. ژئوگرید ها که از محصولات ژئوسنتتیکی هستند از جمله عناصر تسلیح کننده هستند که به طور گسترده در تسلیح خاک مورد استفاده قرار می گیرند. امـروزه در خاک های مسلح جایگزینی ژئوگریدها به جای تسمه های فلزی به طور فزاینده ای ادامه دارد که یکی از علل آن مشکل خـوردگی تسـمه هـای فلـزی در خـاک و هزینه بیشتر آنها در مقایسه با ژئوگریدها می باشد. مندال و ساه [۱]، دس و خینگ [۲]، شین و دس [۳]و داس و ماجی [۴]ظرفیت باربری پی سطحی واقع بر بستر مسلح به ژئوگرید را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که پی مستقر بر بستر مسلح می تواند بار بیشتری نسبت به حالت مسلح نشده تحمل کند. پـاترا و همکـاران [۵]و ساداقلو و همکاران[۶]اثر خروج از مرکزیت بار روی ظرفیت باربری پی سطحی واقع بر بستر مسلح را بررسی کردند. نتایج آنها نشـان داد کـه مشـارکت مسـلح کننده با افزایش خروج از مرکزیت بار کاهش می یابد. سیریش و همکاران [۷]و محمد [۸]ظرفیت باربری پی سطحی واقع بـر خـاک لایـه ای حفـره دار را بررسـی کردند. آنها دریافتند که وجود پاکت نرم اثر مهمی در کاهش باربری خاک در مقابل بارهای سطحی دارد و گسیختگی بستر ماسه شل مسلح شامل پاکت نرم عمـدتا بخاطر گسیختگی برش موضعی می باشد. در تحقیقات انجام شده روی ظرفیت باربری پی واقع بر بستر مسلح، از عناصر تسلیح مختلف از جمله ژئوسل، الیاف بافتـه شده، ژئوتکستایل و لاستیک فرسوده نیز برای تسلیح بستر استفاده شده است. از جمله مطالعات انجام شده روی ظرفیت باربری پی واقع بر بستر مسـلح بـه ژئوسـل مندال و گوپتا[۹]، داش و همکاران [۱۰]، کومار و همکاران [۱۱]، سیتهارام و همکاران [۱۲]، پخارل و همکاران [۱۳]و تفرشی و داوسون [۱۴] می باشد، نتایج این تحقیقات نشان دهنده بهبود بیشتر ظرفیت باربری پی در برابر سایر مسلح کننده ها می باشد. در سال های اخیر ظرفیت باربری پی واقع بر بسـتر مسـلح تحـت بـار دوره ای نیز مورد بررسی واقع شده است که مطالعات انجام شده توسط الصواف و نظیر[۱۵]، الصواف و همکاران[۱۶]و تفرشی و همکاران[۱۷]در این زمینه می باشد، در این تحقیقات برای تعداد سیکل های مشابه بار، با افزایش سطح بار استاتیک اولیه نشست پی افزایش می یابد و نشست تجمعی با افزایش تعداد دوره های بار بـه صورت نرخ کاهشی تدریجی، افزایش می یابد. نتیجه همه این بررسی ها بهبود عملکرد پی های سطحی را با مسلح کردن خاک نشان می دهد.

-۲ مواد و مصالح

-۱-۲ ماسه

مشخصات ماسه استفاده شده در این تحقیق بر اساس استانداردهایASTM در آزمایشگاه تعیین و در جدول ۱ خلاصه گردید. این خاک دارای %۸ ریزدانـه بوده و بر اساس طبقه بندی USCS از نوع SP می باشد.

جدول -۱مشخصات ماسه

d(min)(gr/cm3) d(max)(gr/cm3) Gs Cu CC D60 D30 D10 نوع خاک
۱/۵۵ ۱/۸۲ ۲/۶۹ ۱/۴۳ ۰/۸ ۰/۴ ۰/۳ ۰/۲۸ SP

منحنی دانه بندی ماسه مورد استفاده به صورت زیر می باشد.

۱۰۰
۹۰
۸۰
۷۰ (%)
۶۰
Finer
50
40 Percent

۳۰
۲۰
۱۰
۰
۱۰ ۱ ۰٫۱ ۰٫۰۱

Grain Size (mm)

شکل-۱ منحنی دانه بندی ماسه

-۲-۲ پی مدل

پی مدل به کار رفته در تست های مدل از نوع نواری و از جنس فولاد به ابعاد ۲۵×۵×۲/۵ سانتیمتربود. کف پی برای ایجاد اصطکاک و جلـوگیری از لغـزش بین خاک وپی در حین آزمایش، چسب کاری و در ماسه غلتانده شد. برای ایجاد شرایط بار قائم متمرکز، حفره ای به شکل نیم کره در مرکز پی ایجاد گردید.

-۳-۲ ژئوگرید و فوم

با توجه به اثرات مقیاس از توری به ابعاد چشمه ۳mm×۳mm و مقاومت کششی نهایی ۴kN/m در کرنش گسیختگی نهایی ۵۵درصـد بـه عنـوان ژئوگریـد برای تسلیح بستر ماسه ای استفاده شد. برای ایجاد شرایط پاکت نرم از فوم پلی اتیلن EPE با استحکام کششی ۰/۲ Mpa و دانسیته ۲۵Kg/cm3 استفاده گردید.

-۴-۲ جعبه آزمایش و سیستم بارگذاری

جعبه آزمایش داری ابعاد داخلی ۲۵×۳۰×۴۰ سانتیمتربود. چهارچوب جعبه از یک سری نبشی و تسمه های فـولادی بـه هـم جـوش خـورده جهـت ایجـاد استحکام کافی تشکیل شده بود. دیواره ها به منظور مشاهده تغییرات ایجاد شده در بستر، از جنس شیشه انتخاب شدند. بارگذاری پی توسط دستگاهCBRبه صورت قائم صورت گرفت.

-۳ نحوه ساخت مدل و انجام آزمایش

سه سری تست بر روی پی مدل جهت بدست آوردن ظرفیت باربری بیشینه انجام شد. در سری اول پی بر بستر ماسه ای بدون فوم و ژئوگرید، در سری دوم بر بستر ماسه ای که فقط شامل فوم بود و در سری سوم بر بستر ماسه ای شامل فوم و ژئوگرید مستقر شد. ظرفیت باربری بدست آمده در سری اول به عنوان مبنای ظرفیت باربری جهت مقایسه با نتایج بدست آمده در تست های بعدی مورد استفاده قرار گرفت. جهت ساخت نمونه آزمایش، ابتدا ماسه به روش ریزشی در جعبه ریخته شد و برای رسیدن به دانسیته مورد نظر تحت کوبش قرار گرفت. لایه های بعدی نیز به همین صورت آماده شدند. زمانی که در لایه مورد نظر فوم قرار داشت ابتدا فوم بر سطح لایه مستقر گردید و سپس خاک در اطراف و روی فوم ریخته و تحت کوبش قرار گرفت. زمان رسیدن به لایه مسلح، ژئوگرید بر سطح لایه قرار داده شد و روی آن توسط خاک پوشانده و متراکم گردید. در نهایت پی مدل بر سطح خاک مستقر و آماده بارگذاری گردید.