ارزیابی اندرکنش خاکهای ریزدانه وژئوگرید در برگرفته شده درلایه های نازک ماسه

بررسی اندر کنش خاک- مسلح کننده یکی از مهمترین عوامل در طراحی سازه های خاک مسلح می باشد. بدین منظور از آزمایش های برش مستقیم و بیرون کشش استفاده می گردد که تا به امروز عمدتاً بر روی خاک های دانه ای انجام گردیده است. برتری رفتار خاک مسلح بیشتر ناشی از افزایش مقاومت برشی آن می باشد. افزایش مقاومت برشی خاک مسلح شده با ژئوگرید از دو عامل افزایش مدول خاک و مقاومت بالای مسلح کننده در کشش ناشی می شود. مقاومت کششی مسلح کننده در درون خاک حاصل از مقاومت اصطکاکی سطح تماس و ایجاد مقاومت مقاوم (پاسیو ) ایجاد شده در جلو المان های متقاطع عرضی ژئوگرید می باشد. هر دو مقاومت تولید شده بویژه مقاومت مقاوم بستگی به زاویه اصطکاک داخلی خاک دارد. در خاک رس مسلح شده، مقاومت سطح تماس پایین بوده و در نتیجه گسیختگی سطح تماس قبل از رسیدن مقاومت کششی مسلح کننده به حد نهائی رخ می دهد. محل هائی که با کمبود مصالح دانه ای مواجه بوده و خاک های ریزدانه گسترش دارند، امکان این وجود دارد که با بکارگیری لایه ای نازک از مصالح دانه ای با مقاومت زیاد در اطراف مسلح کننده، باعث بهبود مقاومت سطح تماس خاک های ریزدانه – ژئوگرید گردد. مدفون نمودن ژئوگرید در یک لایه نازک ماسه ای برای تسلیح خاک های رسی باعث افزایش مقاومت سطح تماس خواهد شد. در صورت استفاده خاک های رسی به عنوان مصالح خاکریز در احداث سازه های خاک مسلح باعث اقتصادی شدن طرح می شود. بدین منظور از دستگاه برش مستقیم مقیاس بزرگ (cm20×30×30) برای ارزیابی پارامترهای اصطکاکی سطح تماس بین سه نوع ژئو گرید با نام های تجاری fortrac80/30-20، miragrid50/25-30 و ce121/7/8، دو نوع رس a ( حد روانی 26 درصد و شاخص خمیری 22 درصد) و رس b (حد روانی53 و شاخص خمیری 19 درصد ) و ماسه سیلیسی فیروزکوه به عنوان مصالح درشت دانه استفاده شده است. تأثیر اندازه ذرات ماسه، درصد رطوبت ماسه، درصد سهم اعضاء متقاطع عرضی ژئوگرید، تاثیر مقاومت کششی ژئوگرید و تاثیر دانسیته متفاوت خاک رس بر روی پارامترهای سطح تماس مورد بررسی قرار گرفته است. جهت مقایسه، با اصلاح دستگاه برش مستقیم اقدام به انجام آزمایش های بیرون کشش گردیده است. بدین منظور از ژئوگرید fortrac برای ارزیابی و نهایتاً مقایسه با پارامتر های سطح تماس نمونه های رس – ژئوگرید، ماسه – ژئوگرید و رس – ماسه – ژئوگرید استفاده شده است. همچنین با استفاده از برنامه المان های محدود plaxis اندرکنش خاک - ژئوگرید بررسی و با نتایج آزمایش های آزمایشگاهی مقایسه انجام گردیده است. نتایج مطالعات نشان داد که فراهم آوردن یک لایه نازک ماسه در اطراف ژئوگرید درتسلیح خاک رس باعث بهبود اندرکنش سطح تماس و نهایتاً مقاومت برشی سطح تماس می گردد. فراهم نمودن لایه نازک ماسه ای نه تنها باعث بهبود مقاومت برشی خاک های رسی در پشت سازه های حائل خواهد شد، بلکه مسیرهای افقی زهکشی را فراهم می نماید که از اشباع شدن و ایجاد فشار های آب حفره ای احتمالی نیز جلوگیری به عمل خواهد آورد. در سیستم مطالعه شده مشاهده گردید که با افزایش تدریجی ضخامت لایه ماسه اطراف ژئوگرید، مقاومت برشی سطح تماس تدریجاً افزایش یافته و یک ضخامت بهینه از ماسه تعیین گردیده است. افزایش ضخامت لایه ماسه بیش از مقدار بهینه تاثیر چندانی در مقاومت برشی نداشته است. پیش بینی می گردد که برای یک نوع خاص خاک، مسلح کننده و شرایط بارگذاری یک ضخامت بهینه از ماسه وجود داشته باشد که بیشترین بهبود در مقاومت برشی را حاصل نماید. نتایج نشان داد که با افزایش قطر دانه های ماسه مقدار مقاومت برشی سطح تماس نیز افزایش می یابد که دلیل آن افزایش بیشتر قفل و بست شدن دانه ها در داخل چشمه های باز ژئوگرید می باشد. مرطوب بودن لایه نازک ماسه ای در مقایسه با حالت خشک نیز باعث افزایش بیشتر مقاومت برشی سطح تماس گردیده است. بررسی ها نشان داده که سهم درصد مقاومت مقاوم تولید شده توسط المانهای عرضی ژئوگرید در برش مستقیم حدود 10 تا 12 درصد کل مقاومت برشی می باشد. نتایج نشان داد که با افزایش 15 درصد دانسیته رس، مقاومت برشی حدود 45 درصد افزایش یافته است. تاثیر دانسیته در مقاومت برشی سطح تماس در تنش های قائم بالا بیشتر از تنش های قائم پائین بوده است. افزایش زاویه اصطکاک داخلی رس به دلیل افزایش دانسیته باعث افزایش اصطکاک خاک با المانهای ژئوگرید، افزایش مقاومت برشی خاک در چشمه های باز ژئوگرید و افزایش مقاومت مقاوم گردیده است. در نتیجه با افزایش اجزاء مختلف مقاومت برشی سطح تماس، مقاومت برشی افزایش یافته است. نتایج آزمایش های بیرون کشش بر روی نمونه های رس - ژئوگرید نشان داد که مقاومت بیرون کشش ژئوگرید در تنش های قائم بالا بیشتر بسیج شده است. علت این رفتار این است که در تنش های قائم بالا دانه های خاک بیشتر فشرده شده و به طبع آن مقدار مقاومت مقاوم ایجاد شده در جلو اعضاء متقاطع عرضی افزایش یافته در نتیجه مقاومت بیرون کشش سطح تماس بیشتر بسیج می گردد. همچنین مشاهده شد که تسلیح خاک رس در آزمایش های برش مستقیم و بیرون کشش به ترتیب 83 و 555 درصد زاویه اصطکاک ظاهری را افزایش داده است. نتایج آزمایش های بیرون کشش بر روی نمونه های ماسه - ژئوگرید نشان داد زاویه اصطکاک ظاهری نسبت به آزمایش برش مستقیم حدوداً دو برابر افزایش یافته است. آزمایش های بیرون کشش بر روی نمونه های رس – ماسه – ژئوگرید نشان داد که فراهم نمودن لایه نازک ماسه ای در طرفین مسلح کننده ژئوگرید باعث باعث بهبود سطح تماس و افزایش مقاومت بیرون کشش می گردد. همچنین مشاهده شد که یک ضخامت بهینه برای لایه نازک ماسه ای در برگیرنده ژئوگرید وجود داشته که بیشترین بهبود سطح تماس رس- ژئوگرید را نتیجه می دهد.