تراکم دینامیکی
یکی از علل اصلی خرابیها در هنگام زلزله و زمان اعمال نیروهای شدید، گسیخته شدن زمین است. گسیختگی زمین ممکن است به واسطه وجود ترکها و شکافها، حرکاتی مانند خزش یا از دست دادن مقاومت زمین به وقوع بپیوندد. پدیده از دست دادن مقاومت زمین در زمینهای ماسهای، ممکن است به دلیل افزایش فشار آب حفرهای روی دهد و این پدیده سیلان یا روان گرایی خاک نامیده میشود. یکی از روشهای بهسازی خاک برای افزایش مقاومت در هنگام اعمال بارهای دینامیکی، فر آیند تراکم دینامیکی است. معمولاً طراحی و کاربرد تراکم دینامیکی تا حد زیادی بر اساس ارزیابیهای مهندسی و اجرای آن به صورت آزمایشی انجام میشود.
تراکم دینامیکی یک طراحی فعال است که در حین اجرا با توجه به واکنش زمین در برابر ضربات وارده نیاز به بازنگری و اصلاح روش دارد.
در حین اجرای مراحل مختلف تراکم دینامیکی، مشکلاتی از قبیل تراوش آب در محل گمانهها، تورم زمینهای اطراف گمانهها و تراوش آب در مرحله
اتوکشی به وقوع میپیوندد. برای مقابله با آنها این راهکارهای پیشنهاد میشود.
- تخلیه آب از درون گمانهها با پمپ
- انجام عملیات تراکم دینامیکی در دو مرحله به همراه در نظر گرفتن زمان کافی بین مراحل اعمال ضربات
- لجن برداری زمینهای اطراف و ریختن مخلوط درشت دانه و در نهایت، در صورت نیاز زهکشی نسبتاً عمیق در ناحیه وسیع.
علل انتخاب تراکم دینامیکی برای بهسازی زمین
امروزه، روشهای متعددی برای اصلاح خاک متداول است. این روشها شامل تراکم دینامیکی، تحکیم با پیش بارگذاری، تزریق، تثبیت خاک با اختلاط، تثبیت حرارتی و روش خاک مسلح است . انتخاب هر یک از این روشها بستگی به عوامل متعددی از جمله نوع خاک و هزینه اقتصادی آن روش دارد. انتخاب تراکم دینامیکی برای بهسازی لایه ماسه سست، اشباع و تراکم پذیر در محدوده مورد نظر، به این دلایل مناسب تشخیص داده شد.
آزمایش SPT
دو مفهوم اصلی از پدیده روان گرایی در مسائل مهندسی از اهمیت بسیاری برخوردار است.
شرایط شروع این پدیده که تحت عنوان تحلیل روانگرایی مورد ارزیابی قرار میگیرد و مقاومت سیکلی خاک، نقش عمدهای در ارتباط با پدیده فوق ایفا میکند.
عوارض متعاقب روانگرایی که با آن چه معروف به تحلیل پایداری بعد از زلزله است، مورد بحث و بررسی قرار میگیرد و مقاومت ماندگار خاک در این زمینه بیشترین نقش را دارد. در مباحث ارائه شده مراحل تحلیل روانگرایی خاک که در حال حاضر مبتنی بر استفاده از نتایج آزمایشهای محلی در عمق لایهها است، کاربرد این روش برای تعیین نشستهای به وجود آمده حائز اهمیت است. شناخت مقاومت ماندگار خاک نیازمند ارزیابی کاملتری از رفتار زهکشی نشده خاک است که تحت تأثیر رفتار ماسه انقباضی یا اتساعی است. معیارهای خاص آزمایشگاهی برای رفتار انقباضی یا اتساعی ماسه بر حسب پارامترهای محلی خاک از قبیل عدد نفوذ استاندارد در آزمایش SPT یا qcc تعیین میشود.
همچنین روابط تجربی مناسبی بین مقاومت ماندگار و پارامترهای محلی خاک وجود دارد که سازگاری مناسبی با گسیختگی و سیلان را در موارد متعددی که در زلزلههای اخیر مناطق مختلف به وقوع پیوسته، نشان میدهد.
به علت کیفیت بالای نمونههای دست نخورده، معمولاً سعی بر این است که حتی الامکان از آزمایشهای محلی استفاده شود. به همین علت استفاده از آزمایش SPT از جمله متداولترین آزمایشها در ایران است. آزمایش دستگاه و نفوذ استاندارد از جمله روشهای متداول در جهان و ایران برای پیش بینی روانگرایی است.
عملیات اصلاح خاک باید به نحوی انجام پذیرد که دانسیته خاک و در نتیجه آن عدد نفوذ استاندارد SPT متناظر با آن را تا حدی که مانع روانگرایی خاک شود، افزایش دهد. بنابراین، باید مقدار حداقل SPT مورد نیاز که رسیدن به آن موجب حذف پتانسیل روانگرایی خاک میشود، در اعماق مختف تعیین شود.
تحلیل روانگرایی
روشهای مختلفی برای بررسی و ارزیابی پدیده روانگرایی وجود دارند. در همه این روشها، مراحل اصلی ارزیابی پتانسیل روان گرایی شامل موارد زیر است.
- محاسبه تنش برشی تناوبی ایجاد شده در حین زلزله
- محاسبه مقاومت برشی تناوبی خاک
- مقایسه تنش برشی تناوبی با مقاومت برشی تناوبی و به دست آوردن ضریب اطمینان روانگرایی.
مقاومت برشی تناوبی یا به عبارت دیگر تنش برشی لازم برای افزایش فشار آب حفرهای و صفر شدن تنش مؤثر را میتوان با استفاده از آزمایشهای صحرایی نظیر آزمایش نفوذ استاندارد SPT محاسبه کرد. روابط متعددی برای محاسبه نسبت مقاومت برشی تناوب CRR با استفاده از عدد SPT اصلاح شده، درصد ریزدانه و بعضاً خواص خمیری خاک ارائه شده است.
پس از محاسبه نسبت مقاومت برشی تناوبی و نسبت تنش برشی تناوبی، در صورتی که نسبت تنش برشی تناوبی بیش از نسبت مقاومت برشی تناوبی باشد، پدیده روانگرایی اتفاق خواهد افتاد.
مشکلات مشاهده شده حین انجام عملیات تراکم دینامیکی و راهکارهای پیشنهادی با انجام مراحل مختلف عملیات تراکم دینامیکی، مشکلاتی را در روند تراکم ایجاد کرده است. برای مقابله با این مشکلات، با بررسی آنها، راهکارهای مناسب بررسی میشود.
تراوش آب در محل گمانهها
در بعضی نقاط پس از پایان اعمال ضربات، از درون برخی از گمانههای ایجاد شده، تراوش آب صورت گرفته، به نحوی که موجب پرشدن این گمانهها شده است. در این شرایط وجود آب درون گمانهها موجب لجنی شدن سطح زمین و بروز دشواریهایی در ادامه کار تراکم دینامیکی و همچنین عدم امکان اجرای مرحله اتوکشی میشود. با توجه به این امر، پیشنهاد میشود که در حین انجام مرحله دوم تراکم دینامیکی آب، درون گمانههایی که بر اثر تراوش پر شدهاند، با پمپ تخلیه شود و گمانهها با مخلوط درشت دانه پر شوند. با انجام این کار از لجنی شدن زمین که موجب بروز مشکلات زیادی در ادامه اجرای مرحله دوم عملیات تراکم و همچنین مرحله اتوکشی میشود جلوگیری به عمل خواهد آمد.
تورم زمینهای اطراف گمانهها
تورم یا بالا آمدگی زمین در محل بین گمانهها نشانه به وجود آمدن تغییرشکلهای پلاستیک در خاک به همراه به وجود آمدن اضافه فشار آب حفرهای است. در این شرایط انجام عملیات تراکم در دو مرحله به همراه در نظر گرفتن زمان کافی بین مراحل اعمال ضربات موجب به بود اثرات تورم زمین میشود و از آن جا که به هنگام وقوع پدیده تورم، مقداری از انرژی تراکم جذب آب تحت فشار شده و در فرایند تراکم تأثیری نداشته است، پیشنهاد میشود در صورت وقوع تورم جهت حصول حداکثر کارایی عملیات تراکم دینامیکی، ضربات فاز دوم کوبش در دو مرحله اجرا، و یک ضربه به ضربات مرحله دوم فاز دو تراکم اضافه شود.
تراوش آب در مرحله اتوکشی
در برخی از نواحی در حین انجام مرحله اتوکشی، بر اثر انرژی که در این مرحله به زمین وارد میشود فشار آب حفرهای به صورت موضعی بالا رفته و باعث جاری شدن آب در سطح زمین میشود. لذا پیشنهاد میشود قسمتهایی از زمین اطراف نقاط جوشش ماسه که بر اثر تراوش آب لجنی هستند لجن برداری شوند و با مخلوط درشت دانه پر شوند. در صورتی که هیچ یک از سه راه حل اشاره شده در بندهای فوق رافع مشکل لجنی شدن
و بالا آمدن آب در حین کویش نباشند، استفاده از زهکشی نسبتاً عمیق در ناحیه وسیع مانند ترانشههای طولی که با مصالح زهکش مناسب پر میشوند، باید بررسی و ارزیابی شوند.
با توجه به این که پدیده روانگرایی یکی از عوامل خرابی سازهها در حین زلزله در مناطق با خاک دانهای سست و اشباع است انجام بهسازی خاک با استفاده از روشهای مناسب الزامی است. با توجه به موارد مذکور، این نتایج قابل توجه است.
- مصالح موجود در محل پروژه و معیار SPT، مناسب بودن روش تراکم دینامیکی را از میان روشهای اصلاح خاک تأیید میکند.
- تراکم دینامیکی موجب کاهش پتانسیل روانگرایی در اعماق حدود ۴/۵ متر شده، که به نظر میرسد به دلیل وجود آب در این عمق و جذب انرژی ضربه توسط آن است.
- در مقایسه با سایر روشها روش اصلاح خاک با تراکم دینامیکی از ارزانترین روشها است. با افزایش مصالح ریزدانه از عمق به سازی کاسته میشود، ولی خطر روانگرایی به علت حضور ریزدانهها کاهش مییابد. پس با افزایش درصد مصالح ریزدانه شدت انرژی لازم برای رسیدن به انرژی اشباع افزایش مییابد، اما میزان نشست پذیری ناشی از کوبش کاهش مییابد.