تراکم دینامیکی

یکی از علل اصلی خر ابی ها در هنگام زلزله و زمان اعمال نیروهای شدید، گسیخته شدن زمین است. گسیختگی زمین ممکن است به واسطه وجود ترک ها و شکاف ها، حرکاتی مانند خزش یا از دست دادن مقاومت زمین به وقوع بپیوندد. پدیده از دست دادن مقاومت زمین در زمین های ماسه ای، ممکن است به دلیل افزایش فشار آب حفر ه ای روی دهد و این پدیده سیلان یا روان گرایی خاک نامیده می شود.

یکی از روش های بهسازی خاک برای افزایش مقاومت در هنگام اعمال بارهای دینامیکی، فر آیند تراکم دینامیکی است. معمو لاً طراحی و کاربرد تراکم دینامیکی تا حد زیادی بر اساس ارزیابی های مهندسی و اجرای آن به صورت آزمایشی انجام می شود.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 گمانه ها، تورم زمین های اطراف گمانه ها و تراوش آب در مرحله اتوکشی به وقوع میپیوندد. برای مقابله با آن ها این راهکارهای پیشنهاد می شود:

• تخلیه آب از درون گمانه ها با پمپ
• انجام عملیات تراکم دینامیکی در دو مرحله به همراه در نظر گر فتن زمان کافی بین مراحل اعمال ضربات
• لجن برداری زمین های 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، روش های متعددی برای اصلاح خاک متداول است. این روش ها شامل تراکم دینامیکی، تحکیم با پیش بارگذاری، تزریق، تثبیت خاک با اختلاط، تثبیت حرارتی و روش خاک مسلح است. انتخاب هر یک از این روش ها 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 می گیرد و مقاومت سیکلی خاک، نقش عمده ای در ارتباط با پدیده فوق ایفا می کند.عوارض متعاقب روانگرایی که با آن چه معروف به تحلیل پایداری بعد از زلزله است، مورد بحث و بررسی قرار می گیرد 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 آزمایش های محلی در عمق لایه ها است، کاربرد این روش برای تعیین نشست های 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 می شود.همچنین روابط تجربی مناسبی بین مقاومت ماندگار و پارامتر های محلی خاک وجود دارد که سازگاری مناسبی با گسیختگی و سیلان را در موارد متعددی که در زلزله های اخیر مناطق مختلف به وقوع پیوسته، نشان می دهد.

به علت کیفیت بالای نمونه های دست نخورده، معمو لاً سعی بر این است که حتی الامکان از آزمایش های محلی استفاده شود. به همین علت استفاده از آزمایش SPT از جمله متداول ترین آزمایش ها در ایران است. آزمایش دستگاه و نفوذ استاندارد از جمله روش های متداول در جهان و ایران برای پیش بینی روانگرایی است.عملیات اصلا ح 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. بنا بر این، باید مقدار حداقل SPT مورد نیاز که رسیدن به آن موجب حذف پتانسیل روانگرایی خاک می‌شود، در اعماق مختف تعیین شود.

تحلیل روانگرایی

روش های مختلفی برای بررسی و ارزیابی پدیده روانگرایی وجود دارند. در همه این روش ها، 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 حفره ای و صفر شدن تنش مؤثر را می توان با استفاده از آزمایش های 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 آن ها، راهکارهای مناسب بررسی می شود.

تراوش آب در محل گمانه ها

در بعضی نقاط پس از پایان اعمال ضربات، از درون برخی از گمانه های ایجاد شده، تراوش آب صورت گرفته، به نحوی که موجب پرشدن این گمانه ها شده است. در این شرایط وجود آب درون گمانه ها موجب لجنی شدن سطح زمین و بروز دشواری هایی در ادامه کار تراکم دینامیکی و همچنین عدم امکان اجرای مرحله اتوکشی می شود. با توجه به این امر، پیشنهاد می شود که در حین انجام مرحله دوم تراکم دینامیکی آب، درون گمانه هایی که بر اثر تراوش پر شده اند، با پمپ تخلیه شود و گمانه ها 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 می شود جلوگیری به عمل خواهد آمد.

تورم زمین های اطراف گمانه ها

تورم یا بالا آمدگی زمین در محل بین گمانه ها نشانه به وجود آمدن تغییرشکل های پلاستیک در خاک به همراه به وجود آمدن اضافه فشار آب حفره ای 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 می شود 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 می شود 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 می شود فشار آب حفره ای به صورت موضعی بالا رفته و باعث جاری شدن آب در سطح زمین می شود. لذا پیشنهاد می شود قسمت هایی 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 ترانشه های طولی که با مصالح زهکش مناسب پر می شوند، باید بررسی و ارزیابی شوند.

با توجه به این که پدیده روانگرایی یکی از عوامل خرابی سازه ها در حین زلزله در مناطق با خاک دانه ای سست و اشباع است انجام بهسازی خاک با استفاده از روش های 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 روش های اصلاح خاک تأیید می کند.

تراکم دینامیکی موجب کاهش پتانسیل روانگرایی در اعماق حدود 4/5 متر شده، که به نظر می رسد به دلیل وجود آب در این عمق و جذب انرژی ضربه توسط آن است.در مقایسه با سایر روش ها روش اصلاح خاک با تراکم د ینامیکی از ارزان ترین روش ها است. با افزایش مصالح ریزدانه از عمق به سازی کاسته می شود، ولی خطر روانگرایی به علت حضور ریزدانه ها کاهش می یابد. پس با افزایش درصد مصالح ریزدانه شدت انرژی لازم برای رسیدن به انرژی اشباع افزایش می یابد، اما میزان نشست پذیری ناشی از کوبش کاهش می یابد.