خاکریزها

مقدمه

ساخت خاکریزهای جاده بر روی خاک‌های نرم،به دلیل مقاومت برشی پایین خاک زیرزمینی،چالشی برای مهندسین ژئوتکنیک است که باعث نشست‌های تحکیم بیش ازحدوگاهی اوقات شکست ظرفیت باربری میشود.

انواع تکنیک‌های بهسازی زمین،ازجمله زهکشی عمودی،تزریق،جایگزینی کامل خاک، تقویت ژئوسنتتیک،برای حل مشکلات ایجاد شده‌اند

در میان این تکنیک ها،تقویت ژئوسنتتیک به طور فزاینده ای به عنوان تقویت کننده پایه استفاده میشودزیرا ساخت وساز سریع با زینه های کم راتسهیل می کنداگرچه هنگام برخورد با خاک های نرم حساس به سرعت مراقبت لازم است .

وظیفه ژئوسل چیست؟

سیستم‌های محصور سلولی(CCS)همچنین به عنوان ژئوسل شناخته می‌شوندبه طور گسترده درساخت وساز برای کنترل فرسایش،تثبیت خاک درزمین صاف وشیب‌های تند،حفاظت از کانال و تقویت سازه برای پشتیبانی باروحفظ زمین استفاده میشوند.

سیستم‌های محصور سلولی به طور موثری فشردگی خاک راحفظ می‌کنندوبا انجام این کار،ساختارمحکم‌تری هم برای لایه‌بندی وهم برای روسازی ایجاد میکنند.

کاربرد ژئوسل در راهسازی چیست؟

ژئوسل ها سختی و مقاومت خزشی مورد نیاز برای تثبیت جاده ها در خاک های نرم را فراهم می کنند.

آنها ازانقباض وترک خوردگی درخاک رس جلوگیری می کنند،پراکندگی جانبی وکرنش ناشی ازخاک های شنی راکاهش میدهند وزیرساخت هارا درهمه خاک های نرم تقویت می کنند.

ژئوسل یک محصول ژئوسنتتیک باشبکه سلولی سه بعدی است که ازنوارهای پلیمری نازک ساخته شده است.

بسیاری از محققین استفاده مفید از لایه ژئوسل در پایه خاکریز را گزارش کرده اند: به عنوان یک سکوی کاری فوری برای ساخت و ساز،

نشست های یکنواخت تر، کاهش زمان ساخت و حذف هزینه های حفاری و جایگزینی، افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست.

علیرغم حجم زیاد تحقیقات و کاربردهای میدانی موفق، تقویت ژئوسل هنوز به طور گسترده در سطح روش های مرسوم

مانند شمع بندی، جایگزینی خاک یا تسلیح پایه مسطح (ژئوگرید یا ژئوتکستایل) به دلیل فقدان رویه های طراحی مورد استفاده قرار نمی گیرد.

تقویت کننده پایه

برای استفاده از ژئوسل ها به عنوان تقویت کننده پایه دربسیاری از کشورهادردودهه گذشته،

برخی ازپروژه‌های تحقیقاتی آزمایشگاهی ومیدانی برای بررسی عملکرد خاکریزهای ژئوسل برروی بسترهای نرم انجام شده است.

یک مطالعه موردی در مورد عملکرد یک خاکریزی با تشک ژئوسل روی خاک رس نرم گزارش کردند.

کاربردهای میدانی ژئوسل‌هارابرای درمان نشست دیفرانسیل خاکریزهای ساخته شده برروی بسترهای نرم گزارش کرد.

تأثیرمحصور ژئوسل را بر رفتارمقاومت و سفتی خاکهای دانه ای ازطریق تعدادی آزمایش تراکم سه محوری بررسی کرد.

یک سری آزمایشات آزمایشگاهی رابرروی خاکریزهای زمینی بابالشتک تقویت شده باژئوسل انجام داد.

نتایج نشان داد که با ارائه آرماتور ژئوسل، میزان ظرفیت باربری نهایی پی نرم به میزان قابل توجهی افزایش یافت. علاوه بر این، نتایج همچنین نشان داد که استحکام کششی ژئوسل تأثیر زیادی بر عملکرد تقویت آن دارد.

یک سری آزمایشات فشاری رابرای مطالعه کارایی نسبی سه شکل(یعنی شکل‌های مسطح، فیبرگسسته وسلولی)تقویت دربهبود مقاومت برشی ماسه انجام دادند.

تقویت سلولی

تقویت سلولی، که استحکام خاک را با اصطکاک و محصور کردن همه جانبه بهبود می‌بخشد، نسبت به تقویت‌کننده مسطح در بهبود مقاومت خاک مؤثرتر است.

همچنین مشاهده کردند که ژئوسل از طریق آزمایش های تراکم سه محوری، شکل برتری از تقویت کننده نسبت به تقویت مسطح است.

باتهیه یک بالشتک شنی تقویت شده باژئوسل،ضریب واکنش بستر3برابر بهبود یافته وتغییرشکل تا44درصدکاهش یافته است.

عملکردتقویت شده فونداسیون ژئوسل بااندازه سلول های مختلف خواص موادپرکننده وشرایط بارگذاری بررسی کردند.

آنها دریافتند که اثربخشی آرماتور نه تنها به انتقال بار کافی به مواد پرکننده (از طریق اصطکاک و قفل شدن)،

بلکه به سختی آرماتور نیز بستگی دارد. لایه‌های تقویت‌شده با ژئوسل را در زیر خاکریزها بررسی کرد و پیشنهاد کرد که لایه اصلی ژئوسل در سه جنبه عمل میکند:اثرمقاومت جانبی،اثرپراکندگی تنش عمودی،اثرغشایی.

اثر مقاومت جانبی

یک ژئوسل ازسلول های سه بعدی تشکیل شده است که حاوی،محصوروتقویت کننده انواع موادپرشده درسلول های خوداست

که به طورکامل گسترش جانبی رامتوقف میکندومقاومت برشی موادپرشده راافزایش میدهد.

علاوه بر این، مقاومت‌های سطحی، که ناشی از برهمکنش بین آرماتور ژئوسل و خاک‌های زیر و بالای آرماتور است.

محدودیت جانبی و کرنش جانبی پایین‌تر را افزایش می‌دهد که منجر به افزایش مدول بالشتک می‌شود.

لایه وبهبودتوزیع تنش عمودی برروی بسترکه درزیر “اثرپراکندگی تنش عمودی”نامیده میشود وبه ترتیب فشار عمودی در بالای بستر را کاهش می دهد.

مصالح مناسب

انتخاب مصالح مناسب با ویژگی های مقاومت برشی قابل قبول ممکن است ساده ترین ومقرون به صرفه ترین راه برای به دست آوردن مقاومت برشی درصورت امکان باشد.

امادربرخی پروژه ها به دلیل مسافت طولانی دسترسی به منبع مواد با کیفیت بالا و همچنین محدودیت های محیطی هزینه بر است.

بنابراین،درنظر دارد با استفاده از تقویت‌کننده‌های ژئوسنتتیک سه‌بعدی به نام ژئوسل، استراتژی مناسب‌تری را برای دستیابی به خواص مقاومتی مطلوب اتخاذ کند.

آزمایش‌های آزمایشگاهی وتحلیل‌های عددی برای بررسی اثرات وابسته به چیدمان وابعادژئوسل برمقاومت برشی خاک مسلح در بخش‌های مختلف یک عنصر تقویت‌کننده مورداستفاده قرارگرفت.

خروجی‌های تجربی بااستفاده ازشبیه‌سازی عددی ازطریق روش اجزای محدودگسترش یافتند.

نتیجه

نتایج نشان داد که ژئوسل با قطر دهانه حفره کوچکتر مقاومت برشی خاک را تا 31 درصد افزایش داد. همچنین مشاهده شد که با وجود افزایش قطر دهانه پاکت (تا 80%)، تنها 4% کاهش در مقدار مقاومت برشی رخ داد. با توجه به افزایش نسبت ابعاد (ارتفاع به قطر) ژئوسل، مقاومت برشی رابط بین خاک و لبه ژئوسل افزایش یافت.

هنگامی که صفحه شکست دقیقا از وسط ارتفاع ژئوسل عبور می کند،

در مقایسه با حالتی که لبه ژئوسل بر صفحه شکست مماس است، مقاومت برشی 11 درصد افزایش می یابد. با این حال، زمانی که ژئوسل از صفحه شکست دور شد، منحنی‌های تنش برشی – جابجایی افقی روند مشابهی با خاک غیر مسلح داشتند.