حفاظت لوله مدفون واقع در ترانشه تحت بارهای تکراری با استفاده از مخلوط خاک- خرده‏لاستیک و ژئوسل

حفاظت و نگهداری لوله‏های مدفون هزینه زیادی را در صنعت به خود اخصاص می‏دهد. استفاده از مصالح بازیافت شده به منظور بهینه سازی سیستم لوله‏های مدفون، چنانچه رفتار مناسبی را در جهت حفاظت لوله از خود نشان دهد؛ راه حل خوبی به نظر می‏آید و ممکن است موجب کاهش هزینه‏ها ‏گردد. هدف اصلی این تحقیق، بررسی امکان کاهش تغییر شکل لوله‏های انعطاف‏پذیر و نشست توده درون ترانشه، با استفاده از ژئوسل (به عنوان مسلح کننده سه‏بعدی) و مخلوط خاک- خرده لاستیک تحت بارگذاری تکراری می‏باشد. در این خصوص سه مرحله آزمایش با مقیاس کامل انجام گردید. در مرحله اول آزمایش‏ها، رفتار لوله مدفون واقع در زیر توده خاک با شرایط غیرمسلح، مسلح با مسلح کننده‏های صفحه‏ای و مسلح با ژئوسل مورد بررسی قرار گرفت. در این مرحله نحوه تاثیر تراکم بر رفتار سیستم ترانشه و لوله ارزیابی شد. بارگذاری در این مرحله طی 40 سیکل بارگذاری با مقدار بیشینه تنش اعمالی kpa 800 بر روی صفحه دایره ای به قطر 15 سانتیمتر انجام گردید. به منظور درک بهتر از رفتار ژئوسل با ابعاد چشمه و ارتفاع مختلف، مرحله دوم آزمایش‏ها انجام گردید. همچنین در این مرحله، به بررسی تاثیر استفاده از ژئوسل و مخلوط خاک- خرده لاستیک تحت بارگذاری تکراری پرداخته شد. بدین منظور آزمایش‏ها با پارامترهایی همچون خرده لاستیک با دو اندازه مختلف (با نام‏های تراشه‏لاستیک و خرده‏لاستیک)، سه درصد وزنی مختلف خرده لاستیک ترکیب شده با خاک قرار گرفته در دو موقعیت متفاوت در ترانشه و تحت چهار سطح بارگذاری انجام گردیده و نتایج مورد مقایسه قرار گرفتند. در مرحله سوم آزمایش‏ها، به منظور بررسی اثر لایه خاک واقع بر مخلوط خاک- خرده لاستیک و همچنین تعیین پارامترهای مورد نیاز جهت کالیبراسیون مدل عددی، تعدادی آزمایش با مقیاس کامل انجام شد. در این مرحله تنش اعمالی بیشینه kpa 800 به چهار سطح تقسیم شده، به طوریکه در هر سطح بارگذاری، 10 سیکل بارگذاری- باربرداری بر سطح ترانشه اعمال گردید. در تمامی آزمایش‏ها، نشست سطح ترانشه، کرنش قطر عمودی لوله و تنش در عمق ترانشه به ویژه تنش انتقال یافته بر تاج لوله مورد ارزیابی قرار گرفت. در پایان، تحلیل عددی با استفاده از نرم افزار flac 3d جهت بررسی دقیق‏تر موضوع انجام گردید. مهمترتین هدف از انجام این مرحله از آزمایش ها بررسی اثر لایه خاک تنها بر روی لایه خاک- خرده لاستیک می باشد. بارگذاری انجام گرفته در این مرحله از آزمایش ها، بارگذاری با اعمال تنش بیشینه kpa 800 طی یک سیکل بارگذاری- باربرداری انجام گردید. با ارزیابی نتایج مشخص شد چنانچه تراکم توده مسلح شده با ژئوسل از تراکم مناسبی برخوردار باشد؛ می‏تواند رفتار سیستم ترانشه و لوله را به نحو مطلوبی بهبود بخشد. در این خصوص، نتایج نشان داد که تراکم در بستر ژئوسل (زیر لایه تسلیح شده با ژئوسل) بسیار موثر در کاهش تغییر شکل لوله و نشست سطح ترانشه بوده است. نتایج بدست آمده از آزمایش‏ها نشان داد که مصالح خاک- خرده لاستیک بدون حضور یک لایه خاک بر روی مخلوط، تاثیر منفی بر رفتار سیستم ترانشه و لوله داشته است. در این حالت رفتار مخلوط خاک- خرده‏لاستیک بهتر از رفتار مخلوط خاک- تراشه‏لاستیک بدست آمده است. با استفاده از یک لایه خاک بالای مخلوط خاک- خرده‏لاستیک، بسته به درصد اختلاط، مخلوط نه‏تنها تغییر شکل لوله و نشست سطح ترانشه را کاهش داده؛ بلکه موجب افزایش خصوصیات ارتجاعی سیستم شده و در نتیجه بهبود عملکرد سیستم ترانشه- لوله را در پی داشته است. نتایج نشان می‏دهد با استفاده از ترکیب ژئوسل و مخلوط خاک- خرده‏لاستیک می‏توان رفتار را به میزان زیادی بهبود بخشید. با استفاده از ?5 خرده‏لاستیک مخلوط شده با خاک، واقع در بالای لوله و همچنین قرارگیری لایه خاک مسلح با ژئوسل در بالای مخلوط، مقدار نشست سطح ترانشه و کرنش قطر قائم لوله به ترتیب 70 و 47 درصد نسبت به حالت استفاده از خاک تنها، کاهش یافته است.