2-4-5- بررسي تحقيقات صورت گرفته بر تاثير استفاده از ژئوگريد در تسليح خاک هاي رسي31
فصل 338
3-1 مقدمه:39
3-2- مشخصات مصالح:39
3-2-1- آزمايش دانه بندي:40
3-2-2- آزمايش حدود رواني و خميري:40
3-2-3- آزمايش چگالي ويژه:41
3-2-4- آزمايش تراکم:41
3-3- مشخصات آهک:43
3-4- مشخصات سيمان:43
3-5- مشخصات ژئوگريد:44
3-5-1- ژئوگريدهاي يکپارچه تزريقي:45
3-6- نحوه آماده سازي نمونه هاي مورد آزمايش:47
3-6-1- آماده سازي نمونه تثبيت شده به آهک:47
3-6-2- آماده سازي نمونه تثبيت شده به آهک-سيمان- ژئوگريد:51
فصل 459
4-1- مقدمه:60
4-2- 4آماده سازي آزمايش60
4-2-1- پيش نيازها60
4-2-2- آماده سازي محل آزمايش60
4-3- انجام آزمايش بارگذاري صفحه:60
4-3-1- پيش بارگذاري60
4-3-2- بارگذاري61
4-3-2-1- آهنگ ثابت نشست61
4-3-2-2- بارگذاري پله اي61
4-3-2-3- بارگذاري تناوبي61
4-3-2-4- بارگذاري مستقيم طراحي62
4-3-2-5- بارگذاري براي خزش62
4-3-3- باربرداري62
4-3-4- اجراي آزمايشات در سايت62
4-3-5- تفسير نتايج آزمايشات65
فصل 573
5-1- نتيجه گيري:74
5-2- پيشنهادات:74
فهرست منابع76
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل (1-1) تفاوت در منطقه تحت تنش صفحه و پي اصلي3
شکل (1-2) انواع نمودارهاي فشار – نشست7
شکل (1-3) آزمايش در کف چاهک يا در دستک افقي8
شکل (1-4) محاسبه ضريب عکس العمل بستر براي پي مورد نظر با استفاده از نسبت پهناي پي به پهناي صفحه آزمايش9
شکل (2-1) انجام آزمايش بارگذاري صفحه روي مدل ساخته شده در محيط آزمايشگاهي14
شکل (2-2) نمونه هاي ساخته شده جهت انجام ازمايش21
شکل (2-3) نحوه عمل آوري نمونه هاي آزمايشگاهي22
شکل (2-4) نمونه هاي گسيخته شده پس از انجام آزمايش23
شکل (2-5)رفتار تنش- کرنش نمونه ها پس از 7 روز عمل آوري24
شکل (2-6) رفتار تنش- کرنش نمونه ها پس از 14 روز عمل آوري24
شکل (2-7) رفتار تنش- کرنش نمونه ها پس از 28 روز عمل آوري25
شکل (2-8) ژئوگريد تک سويه27
شکل (2-9) ژئوگريد دوسويه27
شکل (2-10) انواع نسل هاي ژئوگريد28
شکل (2-11) مشخصات خاک دانه اي32
شکل (2-12)مشخصات خاک چسبنده اصطکاکي32
شکل (2-13) شالوده واقع بر ماسه مسلح به ژئوگريدهاي قائم33
شکل (2-14)شالوده واقع بر ماسه مسلح به ژئوگريدهاي افقي33
شکل (2-15) مشخصات ژئوگريد مورد استفاده در تحقيق عبدي و رفيعي نيا (1391)35
شکل (2-16) مش بندي مدل36
شکل (2-17) ژئوگريد مورد استفاده37
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول (3-1) مشخصات خاک مورد مطالعه42
جدول (3-2) مشخصات آهک استفاده شده در اين تحقيق43
جدول (3-3) مشخصات سيمان استفاده شده در اين تحقيق43
جدول (4-1) مقادير مورد نياز جهت محاسبه پارامتر هاي الاستيک خاک65
جدول (4-2) داده هاي آزمايش بارگذاري صفحه روي نمونه S167
جدول (4-3) داده هاي بدست آمده از آزمايش نمونه S168
جدول (4-4) داده هاي اوليه آزمايش بارگذاري صفحه روي نمونهS269
جدول (4-5) داده هاي بدست آمده از آزمايش نمونه S270
جدول (4-6) داده هاي نهايي آزمايشات بارگذاري صفحه71
پيشگفتار
کليات تحقيق:
احداث سازه هاي مختلف عمراني روي خاکهاي ضعيف يا نرم، غالبا امري اجتناب ناپذير است. در ‏اين شرايط انتخاب روش هاي مناسب جهت بهبود خصوصيات فيزيکي و مکانيکي خاک ضروري ‏است.‏
يکي از اين روش ها، تثبيت خاک با استفاده از انواع مواد افزدوني همچون: آهک، سيمان و انواع ‏مصالح ژئوسنتتيکي همانند:ژئوگريد و ژئوتکستايل مي باشد.‏
سابقه استفاده از آهک به دوران باستان بر مي گردد و يکي از ابتدايي ترين روش ها است که در آن آهک با خاک به شکل اکسيد کلسيم و يا هيدروکسيد کلسيم مخلوط شده و در، درصد رطوبت ‏بهينه متراکم مي گردد. در اين شرايط بنا به تحقيقات بسيار گسترده اي که در گذشته صورت ‏گرفته بسياري از خواص ژئومکانيکي خاک رس بهبود مي يابد که از اين بين مي توان به: افزايش ‏مقاومت تک محوري و ظرفيت باربري کاليفرنيا و در نتيجه افزايش ظرفيت باربري، کاهش دامنه ‏خميري و همچنين کاهش چمشگير قابليت تورم و ليکن افزايش تردي و شکنندگي خاک نام برد. ‏افزايش تردي در مناطق لرزه خيز ، به دليل توليد موج برشي و شکست خاک تثبيت شده مخاطراتي ‏را براي سازه ايجاد خواهد کرد به همين دليل با پيشرفت تکنولوژي و توليد مصالحي همچون ‏سيمان استفاده از ترکيب هر دو افزودني و يا استفاده از سيمان روز به روز افزايش يافت. اولين ‏خاک تثبيت شده سيماني در سال 1935 در راهي واقع در جنوب کاليفرنيا بود که تاکنون قابل ‏استفاده بوده و سرويس دهي مي کند. دلايل اصلي استفاده از سيمان در تثبيت، موثر بودن آن در ‏مواجه با خاک هايي با خصوصيات مختلف، دسترسي آسان، سادگي و سهولت استفاده از آن در ‏زمينه هاي اجرا و صرفه جويي در هزينه هاست. ‏
به طور کلي خاک جزء مصالحي است که به خوبي در برابر فشار و برش مقاومت مي کند اما در برابر ‏نيروهاي کششي مقاومت چنداني از خود نشان نمي دهد. در زمان هاي کهن نيز به طور تجربي ‏ديده شده که از ريشه هاي درخت يا گياهان در تقويت توده خاک استفاده مي شده است و از زمان ‏هاي دور تا به حال انسان ها خانه هاي خود را با ترکيبي از کاه و گل مي ساختند که در اين ‏مخلوط کاه نقش تسليح کننده داشته و همانند يک المان کششي عمل مي کند.‏
امروزه به منظور بالا بردن توان باربري و افزايش مقاومت کششي توده خاک از مصالح ژئوسنتتيک ‏‏(زمين پارچه ها) استفاده مي شود. يک دسته عمده از اين عناصر ژئوگريدها مي باشند. در واقع با ‏استفاده از اين عناصر مقاومت برشي توده خاک افزايش مي يابد. بررسي اندر کنش ،خاک- عنصر ‏مسلح کننده، يکي از مهمترين عوامل در طراحي خاک مسلح مي باشد. کارايي اين سيستم وابسته ‏به بسيج شدن مقاومت اصطکاکي بين خاک و المان هاي تسليح مي باشد.‏
با وجود اثبات کارايي اين افزودني ها لازم است که به طور دقيق ميزان تغييرات پارامترهاي اساسي ‏وابسته به ظرفيت باربري پي ‏سازه و ميزان نشست پذيري همچون: ضريب عکس العمل بستر‎(Ks)‎‏ و ‏مدول الاستيسيته ‏‎(Es)‎‏ تعيين گردد.‏ يکي از بهترين روشها جهت تعيين اين مقادير آزمايش بارگذاري صفحه ‏‎(Plate Load Test)‎‏ مي ‏باشد که در اين تحقيق با اصول انجام و تفسير اين آزمايش مهم آشنا خواهيم شد.‏ بطور کلي اين تحقيق شامل 2 فصل مي باشد:‏
•فصل اول : کاربرد، روش و تفسير آزمايش بارگذاري صفحه بر روي توده خاک
در اين فصل به بيان مفاهيمي همچون: دامنه کاربرد، موارد استفاده ، آماده سازي، روش انجام و ‏تفسير نتايج آزمايش بارگذاري صفحه و همچنين تعميم نتايج آزمايش براي بدست آوردن ظرفيت ‏باربري مجاز و نشست پي سازه ها خواهيم پرداخت.‏
•فصل دوم : مطالعات تا به حال انجام شده بر روي ظرفيت باربري خاک رسي تثبيت ‏شده به انواع افزودني همچون: آهک، سيمان و ژئوگريد
اين فصل شامل : بررسي تاريخچه ي تحقيقات ارائه شده در اين زمينه و ارائه نتايج آنها مي باشد.‏
فصل 1
کاربرد، روش و تفسير آزمايش بارگذاري صفحه بر روي توده خاک
1-1-
مقدمه
کاربرد ، روش و تفسير آزمايش بارگذاري صفحه شامل چگونگي انجام آزمايش ، تعيين يافته ها و تفسير يافته هاي آزمايش است. آزمايش، با چيدمان و آرايشهاي گوناگون و همچنين روشهاي بارگذاري متفاوت انجام مي شود که بايد در هر مورد ، محدوديتها و جنبه هاي تفسيري آزمايش مورد توجه قرار گيرد. البته ساخت پي با انداره واقعي و بارگذاري آن، بدون شک بهترين روش تعيين مقاومت زمين است. اما به دو دليل انجام اين کار مطلوب نيست. نخست آنکه بسيار پرهزينه است و دوم آنکه مقاومت زمين فقط براي پي با يک اندازه به دست مي آيد و اگر پي هاي ساختمان، بيش از يک اندازه داشته باشند، نياز به آزمايشهاي متعدد است. در اين شرايط، با انجام آزمايش برروي يک صفحه کوچک و تعميم نتايج (بارعايت جوانب لازم )، مي توان ويژگيهاي مورد نظر را به دست آورد:
1-1-1- هدف:
هدف از اين آزمايش ، کمک به تعيين پارامترهاي مهمي مانند مدول يانگ ، ضريب عکس العمل بستر و مقاومت مجاز مصالح آزمايش شده و در نهايت تعيين مقاومت زمين هنگام ساخت پي است.
1-1-2- دامنه کاربرد:
آزمايش بارگذاري عبارت است از : قرار دادن يک صفحه صلب (اغلب فولادي ) روي خاک و اعمال فشار بر آن، همراه با اندازه گيري ميزان فرورفتن صفحه در خاک، به ازاي مقدار فشاري که وارد مي شود. به طور معمول از صفحه هاي گرد با قطرهاي 60،45،30 سانتي متر استفاده مي شود. استفاده از صفحه هاي بزرگ تر(حتي به اندازه پي اصلي ) نيز رايج و مرسوم است. [1]اغلب، هرچه اندازه خاک درشت تر باشد (خاک همگن نباشد)، استفاده از صفحه هاي بزرگ تر بهتر است و ترجيح داده مي شود که قطر صفحه از 10 برابر اندازه بزرگترين دانه خاک بزرگ تر باشد. لازم به ذکر است که صفحه مي تواند در سطح زمين، در عمق بر روي کف و يا روي ديوارها و سقف قرار گيرد. با توجه به اينکه ابعاد صفحه آزمايش بارگذاري ، اغلب نسبت به ابعاد پي اصلي کوچک و عمق نفوذ تنش نسبت به پي اصلي ، کوچک تر است (شکل 1-1) در صورت وجود لايه بندي يا تفاوت مشخصات ژئوتکنيکي در محدوده تاثير پي، بايد از تعميم نتايج آزمايش براي پي خودداري شود. بديهي است که نتيجه هاي بدست آمده از آزمايش، در راستاي بار وارده داراي اعتبار است و به ويژه در خاکهاي ناهمگن و ناهمسان در تعميم نتايج بايد به اين نکته توجه کرد.
شکل (1-1) تفاوت در منطقه تحت تنش صفحه و پي اصلي [1]
1-2- موارداستفاده آزمايش
1-2-1- تعيين مقاومت نهايي
1-2-2- تعيين پارامترهاي تغيير شکل(مدول کشساني و ضريب عکس العمل بستر)
1-2-3- برآورد نشست
1-3- آماده سازي آزمايش
1-3-1- پيش نيازها
پيش از شروع هر مطالعه کارگاهي در زمينه انجام آزمايش بارگذاري صفحه بايد همه تجهيزت مورد نياز اعم از : جک ها، فشارسنجها و وسايل اندازه گيري واسنجيده شوند . اين امر، بهتر است دست کم هر شش ماه يک بار انجام شود . اطمينان از کارکرد درست سنجشگرها بيش از شروع هر آزمايش ضروري است .
1-3-2- آماده سازي محل آزمايش
در آزمايشهايي که روي خاک و رس نرم انجام مي شود ، محل آزمايش بايد به طور کامل دست نخورده باشد و هرگونه مصالح دست خورده يا سست شده را بايد برداشت. سطح مورد آزمايش بايد صاف باشد و در صورت امکان، بهتر است آماده سازي با دست انجام گيرد. پيشنهاد مي شود سطح آزمايش با گچ يا ملات سيمان صاف شود . اگر سطح مورد آزمايش بسيار سخت باشد، استفاده از لايه هاي متعدد گچ يا ملات سيمان براي بدست آورد سطح کاملا صاف ضروري است . در آزمايشهايي که روي سطح افقي انجام مي شود، مي توان از لايه نازکي از ماسه نرم و يکنواخت نيز استفاده کرد که در اين صورت، ضخامت آن اغلب 1 تا 2 سانتي متر است و در مواردي که مصالح درشت دانه نيز در مصالح مورد آزمايش ديده شود اين مقدار تا 5 سانتي متر قابل افزايش است . اين لايه ، وظيفه زهکشي مصالح را نيز درهنگام بارگذاري بر عهده دارد. در چنين مواردي ، ميتوان اطراف صفحه را هم با لايه ماسه نرم و يکنواخت پوشش داد. [1]
1-4- روش انجام آزمايش
1-4-1- پيش بارگذاري
براي جلوگيري از دست خوردگي زمين زير صفحه، مي توان پيش از بارگذاري اصلي، چند بارگذاري تناوبي سريع با فشارهاي کم اعمال کرد.
1-4-2- بارگذاري
بارگذاري، در پله هاي مختلف انجام مي گيرد. مقدار بار و مدت دوام بار در هر پله و بسياري از نکات ديگر مي تواند براساس نياز طراح پي، مدل سازي بار وارد بر پي و يا نوع مصالح مورد آزمايش انجام گيرد. آنچه در ادامه ارائه شده فقط به جهت راهنمايي است و به طور کلي ، بارگذاري به يکي از پنج روش زير يا ترکيبي از آنها انجام مي شود: [1]
1-4-2-1- آهنگ ثابت نشست
اين روش، اغلب براي خاکهاي ريز دانه چسبنده مناسب است. آهنگ نشست براساس ضريب نفوذ پذيري خاک و اندازه صفحه انتخاب مي شود تا آزمايش در شرايط زهکشي نشده انجام شود. آهنگ نشست براي صفحه هايي به قطر 30 تا 90 سانتي متر را به عنوان يک الگوي تقريبي ، مي توان 5/2 ميلي متر بر دقيقه در نظر گرفت . لازم به ذکر است که تا نشست حداکثر 15 درصد قطر صفحه اين نوع آزمايش ادامه مي يابد. [1]
1-4-2-2- بارگذاري پله اي
در اين نوع آزمايش فشار نهايي به صورت مضربي از مقاومت مجاز، پيش بيني و تعيين مي شود . سپس 10 پله مساوي بارگذاري تا رسيدن به بار نهايي انجام مي گيرد. مدت زمان نگه داشتن بار در هر پله بار بايد يکسان باشد. اين مدت در خاکهاي درشت دانه 8 دقيقه ( با اندازه گيري در دقايق 4،2،1و8 ويا 1 تا 2 اندازه گيري در هردقيقه ) و در خاکهاي ريز دانه چسبنده از رابطه نشست به زمان تعيين مي شود، به گونه اي که تحکيم اوليه به دست آيد. [5] به هرحال در اين روش بايد شرايط بارگذاري زهکشي شده فراهم گردد . هر پله بار ، 10/1 ظرفيت نهايي پيش بيني شده در خاک در نظرگرفته مي شود. طراح پي مي تواند براساس نياز ، پله هاي بارگذاري و زمان هر پله را بر اساس جداولي ارائه کند که در آنها عواملي همچون: جنس، حد رواني، درصد تخلخل، درجه اشباع، چگالي توده خاک (دانسيته ) وغيره در نظر گرفته شده باشد . [5]
1-4-2-3- بارگذاري تناوبي
در شرايطي که عملکرد تناوبي پي در طراحي پيش بيني شود مي توان بارگذاري تناوبي را انجام داد. در اين نوع آزمايش اغلب نشست ،پس از چند با تکرار ثابت مي شود. در صورت نياز مي توان پس از تثبيت نشست، فشار بارگذاري را براساس يکي از روشهاي گفته شده در بالا افزايش داد و يا در يک پله مورد نظر بارگذاري تناوبي را اعمال کرد. [5]
1-4-2-4- بارگذاري مستقيم طراحي
در اين روش با الگو برداري از شرايط ساخت و بهره برداري سازه، فشار وارد به صفحه به گونه اي انتخاب مي شود که مشابه تغييرات دوران ساخت و بهره برداري باشد. در اين شرايط رفتار دراز مدت مصالح زير پي ارزيابي مي شود. [5]
1-4-2-5- بارگذاري براي خزش
از اين روش ، هنگامي استفاده مي شود که رفتار خزشي خاک مهم باشد و يا سازه اهميت ويژه اي داشته باشد و يا نسبت به نشست بسيار حساس باشد. [6]
1-4-3- باربرداري
اغلب عمليات باربرداري در پله هايي با دو برابر پله هاي بارگذاري انجام مي گيرد. دفعات چرخه باربرداري برحسب نياز طرح تعيين مي شود. در طول پروسه باربرداري اطلاعاتي درباره تغيير شکل هاي ثابت و دائمي مصالح زير پي به دست مي آيد. [6]
1-5- تفسير نتايج
معمولا نتيجه آزمايش به صورت نموداري که نشان دهنده فشار وارده برصفحه و نشست متناظر با آن است تهيه مي شود . در اين نمودار، يکي ازحالت هاي الف، ب يا ج شکل 1-2 ديده مي شود. مقادير نشست براي رسم منحني هاي مورد نظر، ميانگين اندازه گيري هاي دست کم سه سنجشگر است. در ادامه هر يک از نمودارها به اختصار توضيح داده خواهند شد. [6]
حالت الف: در اين حالت ظرفيت باربري نهايي، با بالاترين فشار ممکن اندازه گيري شده است. نشست متناظر براي همين فشار، نشست نهايي صفحه است.
حالت ب: در اين حالت تغيير شکل در پله اي از فشار نسبت به تغيير شکل در پله قبلي آشکارا افزايش مي يابد که نقطه شروع اين تغيير چشمگير، ظرفيت باربري نهايي به شمار مي آيد.
حالت ج: در اين حالت، نشست به طور مرتب رو به افزايش است اما هيچ يک از دو حالت ( الف) يا (ب) پيش نمي آيد. در اين صورت ظرفيت باربري نهايي، معادل مقدار متناظر يا نشست صفحه ، به ميزان 15 درصد قطر يا پهناي صفحه منظور مي شود. [6]
شکل (1-2) انواع نمودارهاي فشار – نشست[6]
1-5-2- تعميم نتايج آزمايش
1-5-2-1- ظرفيت باربري مجاز
با مراجعه به منحني فشار- نشست ( شکل 1- 2) مي توان مقدار مقاومت نهايي مصالح ()را تعيين کرد. ظرفيت باربري مجاز (qa ) با استفاده از ضريب اطمينان (SF) و ضريب آرايش و چگونگي آزمايش(I) به شرح زير تعيين مي شود :
qu*I/S.F qa=
مقدار ضريب اطمينان در اين رابطه ، دست کم 2 پيشنهاد مي شود. مقدار پارامتر I با توجه به توضيحات ذيل تعيين مي گردد.
الف) آزمايش برروي سطح :
در صورت انجام آزمايش روي سطح زمين، با فرض اينکه سختي مصالح در عمق ثابت بوده و مصالح همگن باشد ، مقدار I=1 در نظر گرفته مي شود.
ب) آزمايش بر کف چاهک و يا در دستک افقي:
در اين دو حالت مقدار I از منحنيهاي شکل 1-3به دست مي آِيد.
شکل (1-3) آزمايش در کف چاهک يا در دستک افقي[7]
ج) حالتهاي ديگر:
در حالت هاي ديگر مانند آزمايش در کف چاهک بدون پوشش کامل کف چاهک، آزمايش در تونلها در شرايطي که فشار بر قسمتي از سطح تونل وارد مي شود و يا آرايشهاي متعدد و متفاوتي که مي تواند مورد استفاده قرار گيرد، توصيه مي شود براي تعيين ضريب اصلاح I که مقدار نشست اندازه گيري شده را اصلاح مي کند، به منابع مربوط مراجعه شده يا تحليل به روش اجزاي محدود انجام گيرد . پيشنهاد مي شود از اين گونه روشها و مراجع ، براي محاسبه در زمينه هاي خاص ديگر، براي مثال مقدار بيشينه نشست و غيره نيز استفاده شود.
1-5-2-2- ضريب عکس العمل بستر
مقدار ضريب عکس العمل بستر () از رابطه زير تعيين مي شود :
که در آن ،مقدار نشست با توجه به نمودار – فشار نشست است (q) چون مقدار تحت تاثير پهناي صفحه آزمايش قرار مي گيرد ، بايد مقدار صفحه به پي با پهناي مورد نظر تبديل شود . به عنوان مثال براي اين تبديل و تعيين پي در خاکهاي ماسه اي از شکل1-4 استفاده مي شود
شکل (1-4) محاسبه ضريب عکس العمل بستر براي پي مورد نظر با استفاده از نسبت پهناي پي به پهناي صفحه آزمايش[6]
1-5-2-3- تعيين مقدار نشست پي
با تعيين و و داشتن مقدار فشار وارد بر پي q،(q) مي توان مقدار نشست را از رابطه تعيين کرد . اگر مقدار نشست براي پي ، از ديد طراح پي مجاز نباشد، مي توان ابعاد جديد در نظر گرفت و مقدار جديد را از منحني شکل 1-4 يا رابطه اشاره شده ، تعيين و بار ديگر با فشار جديد (q) ، مقدار نشست () را محاسبه کرد . [6]
فصل 2
مروري بر تحقيقاتي که تا به حال صورت گرفته
2-1- بررسي تاثير آهک بر ويژگيهاي مهندسي خاک هاي رسي:
از گذشته تا به حال از تثبيت خاک، به عنوان روش نتيجه بخشي در افزايش توان باربري و کاهش تغيير شکل پذيري و ‏خواص خميري بسياري از خاک ها استفاده شده است. تثبيت خاک، عموما با به ‏کارگيري: آهک، سيمان، قير، مواد شيميايي مختلف و مصالح ژئوسنتتيک امکان پذير است.
در تثبيت مصالح خاکي، مواد تثبيت کننده با ذرات خاک آميخته مي شوند و گاه ترکيبات شيميايي ‏جديدي با خواص متفاوت به وجود مي آورند. به عنوان مثال: آهک، چه به صورت زنده (با ترکيبات ‏شيميايي ‏cao‏) و چه به صورت شيمياييca(OH) 2‎، با ذرات رس ترکيب مي شود و خصوصيات ‏فيزيکي آن را بهبود مي بخشد. اين عمل، يعني استفاده ازآهک به عنوان تثبيت کننده ارزان، قابل ‏دسترس، و بسيار نتيجه بخش، ساليان دراز است که در بسياري از پروژه هاي عمراني مورد استفاده قرار ‏گرفته است. اصولا پس از افزودن آهک به خاک، دو دسته واکنش آلي در خاک صورت مي گيرد. اين دو واکنش عبارتند از: 1-واکنش جايگزيني يون هاي مثبت 2- واکنش تجمع-تراکم . در طي اين دو واکنش، ذرات آهک با خاک رس ترکيب شده، به يکديگر مي چسبند و يک مخلوط سيماني با اجزاي درشت تر را به وجود مي آورند که داراي خواص خميري کمتر و مقاومت بيشتري است. و پس از آن نيز در بلند مدت، واکنش هاي ديگري بين اجزاي رسي خاک و آهک صورت مي گيرد. واکنش هاي پوزولاني که طي آن، مواد سيماني شده بيشتري توليد مي شود و مقاومت بلند مدت خاک بر آن اساس قرار دارد، همچنين واکنش هاي کربناسيون که به توليد مواد غير محلول در آب مي انجامد، از جمله اين واکنش ها هستند. افزايش مواد سيماني کننده در خاک تا يک سطح مشخص، مي تواند به افزايش تعداد نقاط برخورد و چسبندگي اجزاي درشت تر بيانجامد و مقاومت مخلوط را افزايش دهد.
علاوه برخاک هاي رسي در موارد متعددي از آهک، جهت سيماني شدن مصنوعي مصالح درشت دانه تر مانند ماسه ها استفاده مي شود که از جمله آن مي توان به کاربرد آهک زنده در تثبيت ماسه ها در آلمان و موارد ديگر در بازسازي ماسه هاي ريزدانه در شمال غربي قاره استراليا اشاره نمود[17].خصوصيات مختلف خاکهاي بهسازي شده با آهک، توسط محققين مختلفي مورد بررسي قرار گرفته است. اين افراد در بررسي هاي خود به اين نتيجه رسيدند که در خاک هاي بهسازي شده با آهک، ميزان رطوبت بهينه افزايش قابل توجهي يافته و مقادير وزن واحد حجم خشک حداکثر نيز کاهش يافته است. کاهش ميزان دانسيته خاک در اين آزمايش را مي توان به تشکيل سريع موادي با خاصيت سيماني ارتباط داد که باعث کاهش تراکم پذيري و در نتيجه کاهش دانسيته خاک بهسازي شده مي شود. Shen و همکاران در مورد درصد آهک مورد نياز براي تثبيت خاکهاي رسي تحقيقاتي را انجام دادند و به اين نتيجه رسيدند که محدوده آهک مورد نياز براي تثبيت خاک هاي رسي بين 2 تا 8 درصد وزني خاک مي باشد[17].
Osinubi و Nwaiwu در سال 2006 تحقيقاتي را روي تاثير افزايش آهک بر خصوصيات تراکمي و مقاومتي خاک رس تثبيت شده با آهک انجام دادند. آنها به اين نتيجه رسيدند که بالاترين مقاومت محوري زماني حاصل مي شود که بلافاصله بعد از مخلوط شدن خاک رس با آهک عمليات تراکم آغاز گردد و همچنين بهينه ترين درصد آهک مخلوط شده، 5 درصد است که بالاترين مقاومت فشاري محوري و مدول الاستيسيته را ارائه داده است. Kavak و Akyrah در سال 2006 به بررسي کاربرد خاک رس هاي سبز و قهوه اي تثبيت شده به 5 درصدآهک پرداختند که در آن با استفاده از آزمايش بارگذاري صفحه ميزان تغييرات مدول الاستيسيته مورد بررسي قرار گرفت. برپايه تحقيقات آنها مقدار مدول الاستيسيته اين دو نوع خاک رس با افزدون آهک به مقدار قابل توجهي افزايش يافته که اين ميزان در خاک رس قهوه اي هشت برابر و در خاک رس سبز چهار برابر حالت تثبيت نشده بوده است. همچنين از يافته هاي آزمايش بارگذاري صفحه دريافتند که ميزان تغيير شکل دائمي در هر دو نوع خاک رس به ميزان قابل ملاحظه اي کاهش يافته است و در نتيجه رفتار خاک رس از حالت پلاستيک به صلبيت تغيير يافته است[16].
Rao و همکاران در سال 2011 به بررسي ميزان تغييرات پارامتر هاي ظرفيت باربري يک خاک رسي معمولي و تثبيت يافته توسط آهک و ژئوتکستايل در دو شرايط محيطي آزمايشگاهي و سايت پرداختند.
شکل (2-1) انجام آزمايش بارگذاري صفحه روي مدل ساخته شده در محيط آزمايشگاهي
بر پايه ي نتايج آنها ميزان ظرفيت باربري و مدول الاستيسيته خاک در هر دو شرايط افزايش يافته و اين در حالي است که آزمايش هاي انجام شده در سايت مقادير کوچک تري نسبت به آزمايش هاي انجام شده در محيط آزمايشگاهي را نشان مي دهند[13].

محققان ديگري نيز نشان دادند که رفتار هاي گسيختگي نمونه خاکهاي بهسازي شده با آهک، مشابه رفتار مصالح ترد و شکننده مي باشد و مقاومت اين خاکها پس از افزودن آهک، افزايش پيدا کرده است. با گذشت زمان استفاده از مواد تثبيت کننده اي همچون: سيمان و ژئوسنتتيکها در خاک افزايش يافت و بسياري از ويژگيها و رفتار هر يک از آنها توسط پژوهشگران مختلف داخلي و خارجي مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته است که در ادامه به مرور مختصري از آنها خواهيم پرداخت.
2-2- بررسي تاثير سيمان بر ويژگهاي مهندسي خاکهاي رسي
سيمان و آهک رايج ترين تثبيت کننده هاي متعارف سيماني هستند که به طور وسيعي از آنها در اصلاح و تثبيت خاک ها استفاده مي شود. با وجود اينکه تقريبا تمام منافع و مضرات اين تثبيت کننده ها شناخته شده است اما هنوز نکات مهمي در مورد اين تثبيت کننده ها و نحوه تعيين درصد بهينه آنها وجود دارد. به طور مثال يکي از اين موارد در آيين نامه ايران و عدم توجه به نوع کاني هاي رسي است.در اين بخش ابتدا تثبيت کننده هاي سيماني معرفي شده و تاثير آنها بر خصوصيات مهندسي خاک بر اساس نتايج جديدترين تحقيقات علمي بيان مي شود.
آهک و سيمان از متداول ترين موادي هستند که براي اصلاح و بهبود خصوصيات محدوده وسيعي از خاکها به کار مي روند. سابقه استفاده از آهک به دوران باستان بر مي گردد و اين در حالي است که تثبيت خاک ها با استفاده از سيمان تنها 70 سال قدمت دارد. در سال 1935 اولين راه تثبيت شده با سيمان، در جنوب کاليفرنيا ساخته شده که تاکنون به بهره دهي خود ادامه مي دهد. دلايل اصلي براي استفاده از سيمان در تثبيت: موثر بودن آن در مواجه شدن با خاک هاي با خصوصيات مختلف، دسترسي آسان ، سادگي و سهولت استفاده از آن در زمينه هاي اجرا و صرفه جويي در هزينه هاست. غالبا تصور مي شود که سيمان براي تثبيت خاک هاي درشت دانه به کار مي رود ولي سيمان براي بهبود مقاومت و سختي خاکهاي ريز دانه هم به کار مي رود[3].
2-2-1- واکنش هاي تثبيت کننده هاي سيماني
مهمترين واکنش هايي که در اثر افزودن سيمان به خاک رخ ميدهند واکنش تبادل يوني، واکنش پوزولاني و واکنش هيدراسيون هستند که در ادامه به اختصار توضيح داده مي شوند.
2-2-1-1- ‏واکنش تبادل يوني
واکنش تبادل يوني در خاک هاي ريز دانه با خاصيت تبادل کاتيوني و در حضور آب به طور آني رخ مي دهد. بعد از افزايش غلظت يونهاي دو ظرفيتي (کلسيم سيمان) در اطراف کانيهاي رسي اين يونها جانشين يونهاي با خاصيت الکترونگاتيوي کمتر خاک مي شوند و ضخامت لايه دو گانه و فاصله بين کانيها کاهش مي يابد و در نتيجه نيروي جاذبه بين کاني ها شدت گرفته و منجر به تماس کانيهاي رسي از لبه (لختگي) يا وجوه(کلوخگي) به يکديگر مي شود[6]. در اثر اين واکنش ميزان آب جذبي خاک کاهش، مقاومت برشي و کارايي خاک افزايش مي يابد. اين واکنش باعث افزايش پوکي و تخلخل کانيهاي رسي مي شود.
2-2-1-2- ‏واکنش پوزولاني
واکنش هاي بين سيمان، آب، سيليکات و آلومينات موجود در کانيهاي رسي که موجب تشکيل انواع مختلفي از ژل هاي چسباننده مي شود، به عنوان واکنش هاي پوزولاني شناخته مي شوند. در اثر واکنش هاي پوزولاني، اجزاء سيماني شده اي توليد مي شوند که قابليت باربري بيشتري نسبت به همان خاک طبيعي پوزولاني دارند. بعضي از اجزاء خاک هاي ريز دانه به خصوص کاني هاي رسي به طور طبيعي پوزولان هستند و قابليت ترکيب شدن با سيمان و توليد ژل چسباننده را دارا هستند اين ژل چسباننده(سيليکات و آلومينات کلسيم هيدراته) همان اشکال هيدراته اي هستند که در حين واکنش هاي هيدراسيون سيمان ايجاد مي شوند[4]. برخلاف واکنش هاي قبلي، واکنش پوزولاني به مرور زمان انجام مي شود. عوامل موثر در واکنش هاي پوزولاني نوع، شکل و نحوه پراکندگي کاني هاي رسي موجود در خاک، غلظت آهک افزوده شده به خاک و دما هستند.
شرط لازم براي انجام واکنش هاي پوزولاني، وجود کانيهاي رسي در خاک است. واکنش هاي پوزولاني تا زماني که کلسيم کافي از آهک مخلوط با سيليکات و آلومينات قابل حل وجود داشته باشد وPH مخلوط به اندازه اي بالا باشد که بتواند حلاليت سيليکات و آلومينات کاني هاي رسي را فراهم کند، ادامه مي يابند[5].
2-2-1-3- واکنش هيدراسيون ‏
به واکنشي گرمازا که در آن اجزاء سيمان با آب ترکيب مي شوند، هيدراسيون گفته مي ‏شود که در آن اجزاء جامد تشکيل دهنده سيمان با آب واکنش داده و سيليکات هاي کلسيم هيدراته و ‏آلومينات هاي کلسيم هيدراته را به وجود مي آورند . اين واکنش ها در مدت زمان ‏کوتاهي صورت گرفته و باعث کاهش درصد رطوبت مخلوط مي شوند. يونهاي کلسيم آزاد شده به وسيله ‏هيدراسيون سيمان و آهک زنده باعث شروع واکنش هاي تبادل يوني مي شوند[5].
2-2-2- تاثير کوتاه مدت تثبيت کننده هاي سيماني ‏
تاثيرات سريع خاک هاي خميري عموما ناشي از واکنش هاي تبادل يوني و هيدراسيون است. البته در بعضي موارد واکنش هاي پوزولاني بر آنها تاثير مي گذارند. اين واکنش ها عبارتند از : تغييرات خصوصيات خميري، افزايش مقاومت آني، بهبود دانه بندي، تغيير نفوذ پذيري، اصلاح خصوصيات تورمي، تغيير در خصوصيات تراکمي و رطوبت بهينه. در ادامه به مهمترين آنها اشاره خواهد شد[5].
2-2-2-1- بهبود دانه بندي
بهبود خواص خاکها با سيمان در کوتاه مدت به سبب واکنش تبادل يوني و در دراز مدت ناشي از واکنش هاي پوزولاني و تشکيل اجزا سيماني باعث درشت تر شدن دانه بندي خاک ها مي شود. در سيمان علاوه بر دو واکنش فوق، تشکيل اجزا سيماني اوليه نيز به بهبود دانه بندي در کوتاه مدت کمک مي کند .chew و همکارانش با مقايسه منحني دانه بندي رس هاي تثبيت نشده و تثبيت شده با سيمان بعد از 7 و 28 روز به تفصيل بهبود دانه بندي را نشان دادند. نکته جالب توجه اين بود که اندازه ذرات بعد از 7 روز عمل آوري همواره بيشتر از اندازه آنها بعد از 28 روز عمل آوري است زيرا، مواد توليد شده بوسيله واکنش هاي هيدراسيون، به سرعت در واکنش هاي تبادل يوني شرکت کرده و باعث لختگي و کلوخگي کاني هاي رسي مي شود، اما در دراز مدت واکنش هاي پوزولاني منجر به رسوب در اطراف کلوخه ها شده و باعث کاهش اندازه ذرات آنها مي گردند[5].
2-2-2-2- افزايش مقاومت آني
بلافاصله پس از اضافه کردن آهک به خاک حاوي کاني هاي رسي فعال، مقاومت آني خاک ناشي ‏از تجمع و کلوخه شدن کاني هاي رسي افزايش مي يابد. اين پارامتر معمولا با آزمايش ‏CBR‏ اندازه ‏گيري مي شود[5].
2-2-2-3- اصلاح خصوصيات تورمي‏
پتانسيل تورم و فشار ناشي از تورم خاکهاي ريز دانه با دامنه خميري بالا عمدتا به طور قابل توجه اي با تثبيت توسط سيمان کاهش مي يابد . اصلاح خاک هاي رسي با سيمان سبب مي شود که به طور قابل ملاحظه اي، از قابليت تورم اين نوع خاک ها کم شود .
علت اين امر کاهش ميل به جذب آب توسط کاني هاي رسي پس از انجام واکنش هاي تبادل يوني و کاهش دامنه خميري آنها است . Little يک رابطه خاص افزايشي را بين دامنه خميري و پتاسيل تورمي نشان داد که مي توان استنباط کرد که کاهش خصوصيات خميري و پتانسيل تورمي کوتاه مدت همسو است [5].

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2-2-3- تاثير دراز مدت تثبيت کننده هاي سيماني ‏
اين تغييرات عمدتا ناشي از واکنش هاي پوزولاني بوده و شامل موارد زير هستند : افزايش مقاومت دراز مدت، افزايش مدول الاستيسيته، بهبود خستگي، بهبود دوام که در ادامه به مهمترين آنها اشاره خواهد شد.
2-2-3-1- افزايش مقاومت دراز مدت:
مهمترين ويژگي مورد نظر در اثر تثبيت خاکهاي ريز دانه يا دانه اي با مواد تثبيت کننده سيماني، افزايش مقاومت مخلوط با زمان است. در حالت کلي اين مقاومت ها با پارامترهايي نظير: مقاومت ‏فشاري محدود نشده، مقاومت کششي، مقاومت برشي، مقاومت خمشي بيان مي شود. محققين ‏افزايش مقاومت کلي خاک در اثر تثبيت با سيمان را ناشي از افزايش مقاومت برشي يا افزايش ‏چسبندگي خاک مي دانند. ميزان مقاومت بدست آمده ازسيمان و آهک معمولا با هم تفاوت دارند . ‏معمولا، سيمان مقاومت بالاتري نسبت به آهک به خاک مي دهد زيرا ژل هاي چسباننده اوليه اي که ‏بعد از واکنش هيدراسيون در خاک تشکيل مي شود باعث چسبيده شدن ذرات خاک به يکديگر شده ‏و اين حالت ربطي به وجود يا عدم وجود کاني هاي رسي در خاک ندارد. البته، اگر کاني هاي رسي ‏در خاک وجود داشته باشند اين کاني ها با آهک آزاد شده در واکنش هيدارسيون، واکنش پوزولاني ‏داده و بر مقاومت مخلوط مي افزايد. اما در تثبيت خاک با آهک اگر کاني هاي رسي وجود نداشته ‏باشند ، آهک هيچ نقشي در افزايش مقاومت خاک نخواهد داشت. از مطالب عنوان شده مي توان ‏نتيجه گرفت که سيمان تثبيت کننده قوي تري نسبت به آهک است. [5].
2-2-3-2- افزايش مدول الاستيسيته
تغييراتي که در اثر واکنش هاي سيماني به وقوع مي پيوندند، باعث تغيير در رفتار تنش – کرنش خاک ‏مي گردند. همچنين مصالح تثبيت شده در تنش بالاتري نسبت به مصالح تثبيت نشده دچار شکست يا ‏گسيختگي مي شوند . در اين حالت ميزان کرنش گسيختگي کم مي شود و ماده حالت ترد و شکننده به ‏خود مي گيرد که اين شرايط در خاکهاي تثبيت شده با آهک بسيار حادتر مي باشد. آزمايشهاي سه محوري با بارگذاري سيکليک و آزمايش کشش غير مستقيم و همچنين ‏آزمايشهاي محلي افزايش قابل ملاحظه اي را با زمان براي مدول الاسيتيسيته مصالح تثبيت شده ‏ارائه مي دهند[5].‏


دیدگاهتان را بنویسید