بررسی تغییرات مدول الاستیسته، ضریب عکس‌العمل بستر و میزان ظرفیت باربری در ‏خاک‌

 

از گذشته تا به حال یکی از روش‌های بسیار اقتصادی جهت بهبود خواص مکانیکی خاک‌های رسی، تثبیت ‏به وسیله‌ی مواد افزودنی همچون آهک و سیمان در پروژه های عمرانی همچون راه سازی و تحکیم بستر ‏ساختمان‌ها بوده است. همچنین با گذشت زمان و به وجود آمدن مصالح مصنوعی و پلیمری همچون ‏ژئوسنتتیک ها و ترکیب آنها با سیمان و آهک در چند دهه اخیر این‌گونه مصالح نیز به کمک آمده و موجب بهبود هرچه بیشتر پارامترهای مقاومتی خاک ‏شده اند و دلیل آن این است که افزودن آهک به خاک رس، رفتار خاک از حالت انعطاف ‏پذیر‏‎(ductile) ‎به ترد و شکننده‎ (brittle) ‎تغییرخواهد کرد و این در حالی است که با افزودن درصدی ‏سیمان و استفاده از ژئوسنتتیک ها در بین لایه های خاک تثبیت شده می‌توان رفتار خاک را انعطاف پذیر ‏در نظر گرفت. همچنین با توجه به تحقیقات صورت گرفته، استفاده از ژئوسنتتیک ها موجب افزایش ‏ظرفیت باربری لایه ی تثبیت یافته در شالوده های با ابعاد مختلف خواهد شد. در این شرایط ‏با انجام آزمایش بارگذاری صفحه که با استفاده از یک صفحه کوچک و تعمیم نتایج می توان ویژگیهای ‏مورد نظر را به دست آورد. با توجه به مطالعات اولیه ای که انجام شده است ‏ابعاد صفحه ی بارگذاری و همچنین ضخامت لایه ی تثبیت یافته در نتایج به دست آمده موثر خواهند بود. ‏

اما در این پژوهش به بررسی تاثیر افزودنی: آهک، سیمان و ژئوسنتتیک هایی همچون ژئوگرید و ترکیب ‏آنها بر ویژگی‌هایی همچون رفتار تنش-کرنش، مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، ضریب عکس‌العمل و ‏میزان نشست پذیری خاک رسی با استفاده از آزمون‌های مختلف آزمایشگاهی و درجا (با تکیه بر آزمایش ‏بارگذاری صفحه) خواهیم پرداخت.‏

واژگان کلیدی: تثبیت، رس، آزمایش بارگذاری صفحه، آهک، سیمان، ژئوگرید.

 

فهرست مطالب

 

عنوان..................................................... صفحه

فهرست مطالب   ‌ی

فهرست شکل‌ها ‌ن

فهرست جدول‌ها ‌س

فصل 1  1

1-1- مقدمه  2

1-1-1- هدف: 2

1-1-2- دامنه کاربرد: 2

1-2- موارداستفاده آزمایش    3

1-2-1- تعییم مقاومت نهایی.. 3

1-2-2- تعیین پارامترهای تغییر شکل( مدول کشسانی و ضریب عکس العمل بستر) 3

1-2-3- برآورد نشست... 3

1-3- آماده سازی آزمایش    3

1-3-1- پیش نیازها 3

1-3-2- آماده سازی محل آزمایش.... 4

1-4- روش انجام آزمایش    4

1-4-1- پیش بارگذاری.. 4

1-4-2- بارگذاری.. 4

1-4-2-1- آهنگ ثابت نشست   5

1-4-2-2- بارگذاری پله ای  5

1-4-2-3- بارگذاری تناوبی  5

1-4-2-4- بارگذاری مستقیم طراحی  6

1-4-2-5- بارگذاری برای خزش   6

1-4-3- باربرداری.. 6

1-5- تفسیر نتایج  6

1-5-2- تعمیم نتایج آزمایش.... 8

1-5-2-1- ظرفیت باربری مجاز 8

1-5-2-2- ضریب عکس العمل بستر 9

1-5-2-3- تعیین مقدار نشست پی  10

فصل 2  11

2-1- بررسی تاثیر آهک بر ویژگیهای مهندسی خاک های رسی: 12

2-2- بررسی تاثیر سیمان بر ویژگهای مهندسی خاکهای رسی  15

2-2-1- واکنش های تثبیت کننده های سیمانی.. 15

2-2-1-1- ‏واکنش تبادل یونی  16

2-2-1-2- ‏واکنش پوزولانی  16

2-2-1-3- واکنش هیدراسیون ‏ 17

2-2-2- تاثیر کوتاه مدت تثبیت کننده های سیمانی ‏ 17

2-2-2-1 بهبود دانه بندی  17

2-2-2-2- افزایش مقاومت آنی  18

2-2-2-3- اصلاح خصوصیات تورمی‏  18

2-2-3- تاثیر دراز مدت تثبیت کننده های سیمانی ‏ 19

2-2-3-1- افزایش مقاومت دراز مدت: 19

2-2-3-2- افزایش مدول الاستیسیته  20

2-3- ملات باتارد 20

2-4- کاربرد ژئوگرید در بهبود ویژگی خاکهای رسی  25

2-4-1- ژئوگریدها : 26

2-4-2- کاربردژئوگریدها : 28

2-4-3- خواص فیزیکی ژئوگریدها : 29

2-4-4- مزیت های خاک مسلح ژئوگریدی : 30

2-4-5- بررسی تحقیقات صورت گرفته بر تاثیر استفاده از ژئوگرید در تسلیح خاک های رسی.. 31

فصل 3  38

3-1 مقدمه: 39

3-2- مشخصات مصالح: 39

3-2-1- آزمایش دانه بندی: 40

3-2-2- آزمایش حدود روانی و خمیری: 40

3-2-3- آزمایش چگالی ویژه: 41

3-2-4- آزمایش تراکم: 41

3-3- مشخصات آهک: 43

3-4- مشخصات سیمان: 43

3-5- مشخصات ژئوگرید: 44

3-5-1- ژئوگریدهای یکپارچه تزریقی: 45

3-6- نحوه آماده سازی نمونه های مورد آزمایش: 47

3-6-1- آماده سازی نمونه تثبیت شده به آهک: 47

3-6-2- آماده سازی نمونه تثبیت شده به آهک-سیمان- ژئوگرید: 51

فصل 4  59

4-1- مقدمه: 60

4-2- 4آماده سازی آزمایش    60

4-2-1- پیش نیازها 60

4-2-2- آماده سازی محل آزمایش.... 60

4-3- انجام آزمایش بارگذاری صفحه: 60

4-3-1- پیش بارگذاری.. 60

4-3-2- بارگذاری.. 61

4-3-2-1- آهنگ ثابت نشست   61

4-3-2-2- بارگذاری پله ای  61

4-3-2-3- بارگذاری تناوبی  61

4-3-2-4- بارگذاری مستقیم طراحی  62

4-3-2-5- بارگذاری برای خزش   62

4-3-3- باربرداری.. 62

4-3-4- اجرای آزمایشات در سایت... 62

4-3-5- تفسیر نتایج آزمایشات... 65

فصل 5  73

5-1- نتیجه گیری: 74

5-2- پیشنهادات: 74

فهرست منابع  76

فهرست شکل‌ها

شکل (1-1) تفاوت در منطقه تحت تنش صفحه و پی اصلی  3

شکل (1-2) انواع نمودارهای فشار – نشست   7

شکل (1-3) آزمایش در کف چاهک یا در دستک افقی  8

شکل (1-4) محاسبه ضریب عکس العمل بستر برای پی مورد نظر با استفاده از نسبت پهنای پی به پهنای صفحه آزمایش    9

شکل (2-1) انجام آزمایش بارگذاری صفحه روی مدل ساخته شده در محیط آزمایشگاهی  14

شکل (2-2) نمونه های ساخته شده جهت انجام ازمایش    21

شکل (2-3) نحوه عمل آوری نمونه های آزمایشگاهی  22

شکل (2-4)  نمونه های گسیخته شده پس از انجام آزمایش    23

شکل (2-5)رفتار تنش- کرنش نمونه ها پس از 7 روز عمل آوری  24

شکل (2-6) رفتار تنش- کرنش نمونه ها پس از 14 روز عمل آوری  24

شکل (2-7) رفتار تنش- کرنش نمونه ها پس از 28 روز عمل آوری  25

شکل (2-8) ژئوگرید تک سویه  27

شکل (2-9) ژئوگرید دوسویه  27

شکل (2-10) انواع نسل های ژئوگرید  28

شکل (2-11) مشخصات خاک دانه ای  32

شکل (2-12)مشخصات خاک چسبنده اصطکاکی  32

شکل (2-13) شالوده واقع بر ماسه مسلح به ژئوگریدهای قائم  33

شکل (2-14)شالوده واقع بر ماسه مسلح به ژئوگریدهای افقی  33

شکل (2-15) مشخصات ژئوگرید مورد استفاده در تحقیق عبدی و رفیعی نیا (1391) 35

شکل (2-16) مش بندی مدل  36

شکل (2-17) ژئوگرید مورد استفاده 37

فهرست جدول‌ها

عنوان........................................................... صفحه

جدول (3-1) مشخصات خاک مورد مطالعه  42

جدول (3-2) مشخصات آهک استفاده شده در این تحقیق  43

جدول (3-3) مشخصات سیمان استفاده شده در این تحقیق  43

جدول (4-1) مقادیر مورد نیاز جهت محاسبه پارامتر های الاستیک خاک   65

جدول (4-2) داده های آزمایش بارگذاری صفحه روی نمونه S1  67

جدول (4-3) داده های بدست آمده از آزمایش نمونه S1  68

جدول (4-4) داده های اولیه آزمایش بارگذاری صفحه روی نمونهS2  69

جدول (4-5) داده های بدست آمده از آزمایش نمونه S2  70

جدول (4-6) داده های نهایی آزمایشات بارگذاری صفحه  71