مبانی تئوری تراکم دینامیکی در خاک ها

تراکم دینامیکی

2-3 مبانی تئوری تراکم دینامیکی

2-3-1 تئوری تراکم دینامیکی در خاکهای دانه­ای…

2-3-2 تئوری تراکم دینامیکی در خاکهای ریز دانه..

2-3-2-1 قابلیت تراکم..

2-3-2-2 روانگرایی…

2-3-2-3 نفوذ پذیری…

2-3-2-4 بندش بازیافتی خاک….

2-3-2-5 نمایش ترسیمی…

2-4 کاربرد تراکم دینامیکی در خاکهای مختلف….

2-5 واژگان..

2-6 روش شناسی…

2-7 نشست به وجود آمده در اثر کوبش…..

2-8 لرزشهای زمین…

2-9 عمق مؤثر بهسازی…

2-10 توزیع تنش در اثر ضربه..

2-11 تراکم دینامیکی در نوشیرو ژاپن…

منابع

در بروزرسانی جدید منابع ندارد

تئوری تراکم دینامیکی در خاک های دانه­ ای

برای بررسی رفتار ماسه حالت ساده­ای که شامل تعداد ذرات ماسه کروی و یکنواخت است در نظر گرفته می­شود. ذرات در سست­ترین حالت آرایش مکعبی و در متراکم ترین حالت آرایش لوزی شکل دارند [5].

با توجه به اینکه نهشته های طبیعی یکنواخت نیستند اما بررسی­ها نشان داده است که حداقل و حداکثر نسبت پوکی آنها اختلاف زیادی با آرایش یکنواخت ندارند، بنابراین امکان مشابه سازی روشی با دانه­های یکنواخت جهت رسیدن از یک حالت سست به یک حالت متراکم وجود دارد [5].

فرض کنید تنش تراکمی یکنواختی مشابه تنش همه جانبه به جسمی که در آن فرو رفته است به ذرات با آرایش مکعبی وارد شود. در این حالت هیچگونه تغییری در آرایش ذرات صورت نگرفته و نسبت پوکی ثابت می­ماند. اما با اعمال نیروی برشی یکنواخت ذرات به حداقل تخلخل می­رسند (شکل 2-1)[5].

با توجه به اینکه ارتعاش باعث القاء تنش برشی و در نتیجه تغییر شکل برشی می­گردد لذا عکس­العمل ذرات به ارتعاش مشابه زمانی است که نیروی برشی یکنواختی به آنها وارد شود که باعث می­شود ذرات به حداقل پوکی برسند. برای روشن شدن موضوع نحوه انتشار امواج در اثر بارگذاری در سطح توضیح داده می­شود.

هنگامی که بار دینامیکی ناشی از ضربه به طور ناگهانی به جسم وارد می­شود تمام جسم در یک لحظه متأثر نخواهد شد. قسمتی از جسم که به منبع تولید بار نزدیکتر است ابتدا متأثر شده و تغییر شکل­های ایجاد شده به علت بهم خوردگی و اغتشاش جسم به شکل امواج تنش در سایر نقاط جسم منتشر می­شود.

در زمین همگن، ایزوتروپ و الاستیک اگر ناگهان در نقطه­ای نزدیک سطح بار دینامیکی وارد شود، سه موج الاستیک با سرعت­های متفاوت از محل ضربه به خارج انتشار می­یابد. دو موج به عنوان امواج پیکره­ای هستند که به صورت جبهه­ های کروی انتشار یافته و خیلی کم تحت تأثیر سطح آزاد زمین قرار می­گیرند.

سومین موج سطحی است و دامنه آن به سرعت با عمق کاهش می­یابد. دو موج پیکره­ای با هم متفاوت هستند. موجی که سریعتر حرکت می­کند موج اولیه (P)، طولی یا فشاری نامیده می­شود. این موج سبب حرکت ذرات در راستای انتشار می­شود ولی موج کندتر یا موج برشی یا ثانویه (S) باعث حرکت ذرات در جهت عمود بر راستای انتشار می­گردد. این موج به دلیل طبیعت برشی در سیالات انتشار نمی­یابد.

تراکم دینامیکی در خاک­های ریزدانه

تا سال 1970 تکنیکی که در آغاز با نام کوبش سنگین شناخته شده بود در مصالح شنی و ماسه­ای کابرد داشت. اما بعد از آن امکاناتی فراهم شد که این روش در خاک­های رسی اشباع نیز استفاده شود. از آن زمان به بعد این روش تحت عنوان تحکیم و تراکم دینامیکی نامیده شد [6].

قبل از اعمال ضربه های سنگین به رس­های اشباع، چنین تصور می­شد که امکان تحکیم این خاکها به نحو رضایت بخش جود ندارد. سپس مشخص شد که در این مصالح وجود حباب­های ریز گاز منجر به تراکم پذیری خاک تحت اثر نیروهای دینامیکی شدید می­شود. علاوه بر آن ایجاد ترک­های شعاعی در اطراف محل ضربه نقش اساسی در تسریع از بین رفتن فشار آبهای منفذی دارند و حتی گاهی منجر به ظهور آبفشان­ها[1] در سطح می­گردند. به منظور درک مکانیزم تحکیم دینامیکی بایستی به 4 نکته توجه داشت [6]:

• قابلیت تراکم پذیری خاک­های ریزدانه اشباع ناشی از وجود حباب­های ریز گاز است.
• در اثر ضربه­های مکرر روانگرایی تدریجی در خاک اتفاق می­افتد.
• در اثر ایجاد ترک­های شعاعی، زایل شدن فشار اب منفذی تسریع می­شود.
• بندش بازیافتی خاک باعث افزایش مقاومت خاک بعد از کوبش می­گردد.

 قابلیت تراکم

خاک­های ریزدانه اشباع را به طور معمول به عنوان خاک­های تراکم ناپذیر طبقه بندی می­نمایند زیرا وقتی این خاک­ها در معرض بارگذاریهای سریع قرار می­گیرند، نفوذپذیری کم آنها مانع زهکشی سریع آبهای منفذی موجود در این خاک­ها می­شود؛ این تخلیه و خرج آب شرط لازم و کافی برای نشست می­باشد. (تئوری تحکیم که توسط ترزاقی بسط و گسترش یافت).

به هر صورت مشاهدات اولیه به طور شگفت­انگیزی نشان داد که هر قدر هم طبیعت خاک قابل اصلاح شدن باشد، همیشه عملیات تراکم منجر به نشست سریع قابل ملاحظه­ای می­گردد. این نتیجه که برای خاک­های دانه­ای قابل قبول بود نمی­توانست به وسیله تئوری­های مرسوم برای خاک­های غیر قابل نفوذ تشریح گردد.

تحقیقات بعدی نشان داد که بیشتر خاک­های کواترنری دارای گاز به شکل حباب­های ریز هستند و مقدار این گاز بین یک درصد برای نامطلوبترین حالت­ها تا 4 درصد برای حالت­های مطلوب متغییر است. ضربه­ها یا ارتعاشات مکانیکی حالت­های تعادل این حباب­های ریز را  به شکل کم و بیش غیر قابل برگشت تغییر می­دهد [6].

کاربرد تراکم دینامیکی در خاکهای مختلف

میشل[1] (1981) دامنه کاربرد بعضی از روشهای پایدارسازی زمین در ارتباط با اندازه ذرات را بصورت شکل (2-5) ارائه نموده است [6]. همانطور که مشاهده می­شود تراکم دینامیکی برای محدوده وسیعی از خاکها کاربرد دارد.

گامبین (1990) روشهای مختلف بهسازی خاک در ارتباط با اندازه ذرات را با توجه به جدول (2-1) ارائه کرد [7]. همانطور که دیده می­شود تراکم دینامیکی برای بهسازی خاک­های مماسه­ای، شنی، مصالح خاکریزی شده و تا حدودی لای مناسب است. پارامترهای ژئوتکنیکی موثر در تراکم دینامیکی، طبقه بندی خاک، درجه اشباع، نفوذ­ پذیری و دانسیته نسبی مصالح است [8]. چنانچه میزان رس در خاک بیش از 15 درصد باشد بدلیل نفوذپذیری پایین و کندی زایل شدن فشار آب منفذی تأثیر پذیری این روش کاهش می­یابد [9].

روش شناسی تراکم دینامیکی

تراکم دینامیکی با سقوط آزاد وزنه­های 1 تا 200 تنی از ارتفاع حداکثر 40 متر انجام می­گیرد [5و6].جهت بالا بردن وزنه تا ارتفاع مشخص از جرثقیل­های خاصی که ظرفیت لازم را داشته باشد استفاده می­شود. بطور معمول انرژی تراکم جهت بهسازی خاکهای تراکم پذیر تا عمق 15 متر موثر است [5]. اما بکارگیری تجهیزات مخصوصی که توانایی بالا بردن و سقوط آزاد وزنه­های سنگین را دارا هستند ممکن است این عمق را به 30 متر افزایش دهد، بطور مثال از وزنه­های 170 تنی با ارتفاع سقوط 22 متر و میانگین انرژی 3500 تن.متر برای بهسازی باند فرودگاه نیس[1] در فرانسه استفاده شد [14].

سطح تماس وزنه­ها با زمین به شکل مربع، دایره­ای، هشت گوشه بوده و دارای قطر بیش از 1 متر می­باشد و ممکن است از بلوکهای بتنی، ورقه­های فلزی ضخیم پر شده با بتن یا ماسه ساخته شده باشد [5و6]. استفاده از وزنه­های گلابی شکل جهت افزایش عمق نفوذ نیز گزارش شده است [15].

شکل (2-7) دامنه تغییرات تراز انرژی اعمال شده در واحد سطح برای 124 پروژه مختلف بصورت هیستوگرامی نشان می­دهد [5]. محل انجام هر پروژه در جدول (2-4)  ارائه شده است.

دامنه تغییرات انرژی در واحد سطح ناحیه بین 100 تا 400 تن متر بوده ولی در چندین محل تراز انرژی وارده برای رسیدن به نتایج مورد نظر افزایش یافته و به 600 تن.متر رسیده است.

اطلاعات مربوط به پروژه­های ذکر شده در جدول (2-4) با توجه به گزارشات منتشر شده، مقالات و بعضی از گزارشات داخلی پیمانکاران توسط مین[2] در سال 1984 جمع آوری شده است. مصالح متراکم شده در نیمی از پروژهها خاکهای برجا و بقیه مصالح خاکریزی شده است. بیش از 50 درصد مصالح برجا ماسه لای دارو حدود 27 درصد لای رس دار یا رس لای دار و بقیه مصالح خرده سنگی، باطله­های معدنی، مواد ارگانیکی و خاکهای رمبنده بوده است [5].

به نظر اسلوکمب (1993) تراکم دینامیکی باید در چند مرحله صورت گیرد. بدین منظور زمین را در سه لایه در نظر گرفته، اولین مرحله کوبش با هدف بهسازی عمیق ترین لایه صورت می­گیرد. در این مرحله فاصله نقاط کوبش از یکدیگر زیاد بوده و حداکثر انرژی به هر نقطه وارد می­شود. در مرحله دوم لایه میانی در اثر کوبش نقاط وسط شبکه اول با تعداد دفعات و ارتفاع سقوط کمتر متراکم می­شود و در مرحله سوم لایه سطحی با کوبش پیوسته سطح و انرژی پایین متراکم می­گردد [13].

استفاده از فواصل و انرژی کوبش نادرست در مرحله اول می­تواند باعث ایجاد یک لایه متراکم در تراز میانی مصالح سست گشته و در نتیجه امکان بهسازی در لایه­های سست زیرین را با مشکل و حتی گاهی غیرممکن می­سازد [5و13].

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات ، پیشینه تحقیق و مبانی نظری پایان نامه های مهندسی عمران کلیک کنید.