تاثیر تثبیت خاک

امروزه جایگزین های در دسترس گوناگونی برای افزایش تثبیت و تقویت خاک ضعیف و اصلاح رفتار خاک تحت شرایط بارگیری و محیطی گوناگونی در نظر گرفته شده است. ژئوتکستایل ها به طور وسیعی به منظور تثبیت در اجزای ورقه بکار رفته اند و انواع گوناگونی از ژئوتکستایل های در دسترس در بازار وجود دارند. ژئوتکستایل که خاک را تثبیت کرده بارها در پروژه های گوناگون عمران و محیطی بکار رفته است زیرا ژئوتکستایل ها مقرون به صرفه اند و دارای ویژگی هایی مناسب با محیط می باشند.

تثبیت و خاک، هر دو با هم به عنوان ماده ی ساختاری برای مطالعه ی رفتار خاک تثبیت شده در نظر گرفته شده اند. در صورت داشتن نمونه ای از خاک تثبیت نشده، در طول برش سطحی نقصی رخ خواهد داد که به گونه ای خواهد بود که نمونه های خاک تثبیت شده در نتیجه ی وجود برآمدگی بین لایه های مجاور ژئوتکستایل عملکرد ضعیفی خواهند داشت.

مطالعات گوناگونی پیرامونی ماسه و خاک رس تثبیت شده در دسترس است. آزمایش سه محوری یکی از بهترین تست های آزمایشی برای تشخیص تاثیر تثبیت بر رفتار خاک است.

تست های گوناگون سه محوری بر روی ماسه توسط هائری و همکارانش در سال 2000، چندراسکاران  و همکارانش در سال 1989، گری و آلرفی در سال 1986، ژانگ و همکارانش در سال 2006، لاتا و مرتی در سال 2007، تفرشی و اساکره در سال 2007 و غیره  انجام شده است تا به مطالعه ی جنبه های گوناگونی از تثبیت بپردازد.

همچنین چندین مطالعه توسط محققان گوناگون بر روی خاک رس انجام گرفته است از جمله نورزاد و میرمرادی در سال 2010، فابین و فور در سال 1986، و غیره. نتایج ازمایش در مطالعات اولیه بر خاک تقویت شده نشان داده است که رفتار ماسه ی تقویت شده به پارامترهای گوناگونی از جمله ترتیب تثبیت، فشار وارده، اندازه ی نمونه و تثبیت ویژگی ها بستگی دارد.

فاکتورهای اضافی دیگری بر رفتار خاک رس تقویت شده تاثیر می گذارد از جمله نفوذپذیری تثبیت، رطوبت خاک، و زهکشی شدن و زهکشی نشده بودن خاک و فشرده سازی بستگی دارد. تثبیت خاک به افزایش قدرت، انعطاف پذیری و نرمی  خاک تقویت شده کمک می کند به گونه ای که عملکرد ضعیف خاک تغییر می کند و از خاکی شکننده به خاکی انعطاف پذیر و نرم تبدیل می شود.

همچنین میزان افت وزنی با اضافه کردن ژئوتکستایل کاهش می یابد.مطالعات گوناگونی در گذشته به منظور تشخیص رفتار تثبیت ماسه و خاک رس تثبیت شده انجام شده است که تعداد کمی از آنها پیرامون خاک تثبیت شده ی c-φ در دسترس است. در مطالعه ی حاضر تلاش هایی پیرامون تشخیص تاثیر تعداد لایه ها و فشار وارده بر پیک فشار یک خاک c-φ متراکم صورت گرفته که به خوبی هموار شده است.

ماده ی مورد استفاده در این مطالعه

یک خاک c-φ در این مطالعه استفاده شده است که از بخش Domehar در Himachal Pradesh، هند جمع آوری شده است. ویژگی های شاخص خاک به شکل فهرستی در جدول 1 آمده است. اندازه ی دانه های توزیعی خاک در نمودار یک نشان داده شده است.

ژئوتکستایل

ژئوتکستایل های بافته شده و بافته نشده در این مطالعه به صورت ورقه و فیبر استفاده شده اند. این ژئوتکستایل ها از Virendera Textiles, Noida, Uttar Pradesh خریداری شده اند که در نمودار 2 نشان داده شده اند. ویژگی های ژئوتکستایل های بافته شده و بافته نشده به ترتیب در جدول 2 و 3 آمده است. ژئوتکستایل های استفاده شده مقاوم در برابر انواع گوناگونی از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم موجود در خاک می باشند همچنین دارای مقاومت کوتاه مدتی در مقابل امواج فرابنفش می باشند.

ابزار سه محوری

تمامی نمونه های آزمایشی از آزمایش سه محوری دارای قطر 38 میلی متر و ارتفاع 76 میلی متر می باشند. ابزلر استفاده شده در این مطالعه در نمودار 3 نشان داده شده است.

برنامه ی آزمایشی و روش انجام کار

همه ی نمونه های خاک از بخش Domehar در Himachal Pradesh جمع اوری شده است. ویژگی های شاخص خاک جمع اوری شده بر اساس استانداردهای هندی در آزمایشگاه تشخیص داده شده اند. اندازه ی دانه های توزیعی، رطوبت خاک و سازگاری محدود و پارامترهای متراکم به ترتیب بر اساس IS: 2720 (Part IV) -1985 [18], IS: 2720 (Part II)-1973 [19], IS: 2720 (Part V) – 1985 [20] and IS: 2720 (Part- VII)-1980 [21] مشخص شده اند. ورقه های ژئوتکستایل به صورت دایره ای و در اندازه ی 37 میلی متر برش داده شده اند. ارایش ژئوتکستایل های استفاده شده در این ازمایش در نمودار 4 نشان داده شده است.

این نمونه برای ازمایش سه محوری که در آزمایشگاه آماده شده است از یک ستون اسپلیت فلزی یا لوله ی قابل اتصال استفاده می کند. این ستون فلزی به ترتیب دارای قطر 38 میلی متر و ارتفاع 76 میلی متر است. یک لوله ی قابل اتصال، قائم به محور عمودی این ستون به انتهای این ستون متصل است. تثبیت ورقه های دایره ای شکل در ارتفاع های گوناگونی در این ستون قرار دارند. یک روش آزمایشی و خطا به منظور دست یابی به موقعیت لایه های ژئوتکستایل در نمونه های سه محوری انجام شده است.

در فرایند آزمایشی خطا، این ژئوتکستایل در یک ارتفاع اختیاری از پایه ی ستون و و مقادیر ارتفاعی که در برگه ی مشاهده نوشته شده است در نظر گرفته شده است. نمونه ی خاک در لایه هایی متراکم شده است که از یک میله ی فلزی صاف استفاده می کند. این روش تا زمانی تکرار می شود که ورقه های ژئوتکستایل به موقعیت مطلوبی در نمونه ی سه بعدی برسند.

نمونه ی خاک آماده شده در یک ستونی از ابزار سه بعدی و برای ازمایش های بیشتری قرار داده شده اند. این آزمایش تا زمانی انجام می شود که به بیشترین مقدار فشار برسیم. ازمایش های سه محوری زهکشی نشده بر روی نمونه های خاک بر اساس IS: IS: 2720 (PART 11) – 1993 [22]. انجام شده اند.

نتیجه گیری و بحث

تاثیر تعدادی  از لایه ها و اجزای فیبر بر پیک فشار خاک تثبیت شده

پیک فشار با افزایش تعداد لایه ها و فیبر در نمونه های خاک افزایش می یابد. وقتی که تعداد لایه ها از صفر به یک و صفر به دو افزایش پیدا می کند،  پیک فشار به صورت خطی افزایش می یابد. افزایش در پیک فشار زمانی بیشتر خواهد بود که تعداد لایه ها از 2 به 3 افزایش پیدا کند. تاثیر تعداد لایه در پیک فشار برای ژئوتکستایل های بافته شده و بافته نشده به ترتیب در نمودار 5a  و b آمده است.

همچنین با افزایش میزان فیبر در ژئوتکستایل ها پیک فشار نیز افزایش می یابد. میزان بهینه ی فیبر تقریبا 10 درصد در نظر گرفته شده است. تاثیر فیبر بر پیک فشار در نمودار 6 نشان داده شده است.

تاثیر فشار وارده بر پیک فشار در خاک تقویت شده

با افزایش فشار وارده بر تعداد لایه ها و درصد ژئوتکستایل، پیک فشار به صورت خطی افزایش پیدا می کند. تاثیر فشار وارده بر رفتار خاک تقویت شده در نمودار 7 نشان داده شده است.

با افزایش فشار وارده، پیک فشار به صورت خطی افزایش پیدا می کند. پیک فشار برای ژئوتکستایل هایی با میزان فیبر 10 درصد و 15 درصد تقریبا به همان اندازه ی مقادیر ویژه ی فشار است. تاثیر فشار وارده بر پیک فشار در خاک تقویت شده در نمودار 8 نشان داده شده است. همچنین میزان بهینه ی ژئوتکستایل تقریبا 10 درصد از خاک در نظر گرفته شده است.

McGown و همکارانش در سال 1981 اظهار کردند که با افزایش فشار وارده، پیک فشار نیز افزایش پیدا می کند زیرا افزایش در فشار وارده منجر به افزایش در فشار مقاومت بین خاک و ژئوتکستایل می شود. همچنین افزایش در فشار وارده فراتر از یک محدودیت خاص و همچنین تفاوت در پیک فشار تعدادی از لایه ها مشاهده شده اند. این مشاهدات با مشاهدات نورزاد و میر مرادی در سال 2010 مطابقت دارد.

 نتیجه گیری

ویژگی های شاخص و سایر تست های آزمایشی بر اساس استانداردهای هندی انجام شده است. هر دو ژئوتکستایل بافته شده و بافته نشده به عنوان فاکتورهایی برای تثبیت خاک بکار رفته اند تا میزان مقاومت خاک را افزایش دهند. با افزایش در تعداد لایه ها و میزان فشار وارده، در پیک فشار افزایش خواهیم داشت که در مقادیر بالایی از فشار وارده کمتر مشاهده شده است. با افزایش فشار وارده صرفنظر از تعداد لایه ها و درصد ژئوتکستایل ها پیک فشار به طور خطی افزایش پیدا می کند.

همچنین با افزایش تعداد لایه ها تا دو لایه، پیک فشار افزایش پیدا می کند اما در صورتی که این افزایش تعداد لایه ها به میزان بیش از 2 مورد باشد،  باعث افزایش بیشتر مقاومت خاک می شود.  مقدار بهینه ی فیبر در ژئوتکستایل ها حدود 10 درصد در نظر گرفته شده است. افزایش فشار وارده فراتر از میزان محدود، و همچنین تفاوت در مقادیر پیک فشار در تعداد متفاوتی از لایه ها کمتر مشاهده شده است.