مدلسازی عددی رفتار پوشش های بتنی در بستر های اصلاح شده با آهک

اهمیت عملکرد پایدار شبکه های آبیاری و زهکشی در کشور به دلیل نقش آنها در تامین آب کشاورزی و آبادانی موجب شده تا مهندسان آبیاری و عمران با مطالعات دقیق تر زیر ساخت ها، نسبت به شناسایی نقص های فنی و اجرای پروژهای آبیاری اقدام نماید. عواملی نظیر شرایط ژئوتکنیکی بستر کانال، کیفیت مصالح مصرفی، کیفیت اجرا، تاثیر عوامل محیطی، کیفیت آب، نحوه بهره برداری و نگهداری از کانال ها همگی از مهمترین عواملی هستند که میتواند موجب کاهش کارایی شبکه های آبیاری و زهکشی در کشور گردد. شرایط مناسب ژئوتکنیکی بستر کانال ها و نیز اجرای مصالح مناسب ما بین پوشش بتنی لاینینگ کانال ها و بستر خاکی کانال ها تا حدود زیادی می تواند متضمن افزایش عمر بهره برداری از شبکه های آبیاری و زهکشی در کشور گردد. در این میان مشکلات حادث شده در اثر بی توجهی به مطالعات ژئوتکنیکی بستر بیشتر از سایر موارد نمود داشته است. پوشش بتنی رایج ترین و متداول ترین پوشش کانال های آبیاری می باشد که عمدتاً با هدف کاهش اتلاف آب، ایجاد مقاومت نسبی بالاتر در مقابل فرسایش و امکان جریان آب با سرعت بیشتر انجام می گیرد. رفتار پوشش های بتنی در روی شیبهای جانبی و کف کانال تقریبا مشابه رفتار کلاسیک تیر بر بستر الاستیک می باشد که در سال 1867 توسط وینکلر تحلیل شده است. در این حالت پوشش بتنی بر روی بستر الاستوپلاستیک(خاک) قرار گرفته و به سبب نیروهای وارده حاصل از وزن پوشش، وزن و نیرو هیدرواستاتیک آب و نیرو زیر فشار، لنگرهای خمشی و نیروهای برشی به پوشش وارد می شود. در صورتیکه نیروهای وارده بیشتر از تحمل پوشش باشد، اثرات آن بصورت ترک خوردگی های طولی و یا خرد شدگی در سطح بتن قابل مشاهده خواهد بود. عوامل محیطی و تغییرات رطوبت خاک و به تبع آن تغییرات حجمی خاکهای مشکل زا، به شکل انقباض و تورم باعث ایجاد ترکهایی در طول پوششهای بتنی می گردد. در واقع نیروهای وارده از تغییر حجم خاک به صورت نیروها و لنگرهای خمشی به پوشش بتنی وارد شده و باعث شکستگی و ترک بتن می شود. در این تحقیق از داده های مربوط به آزمایشات انجام گرفته توسط مهرموسوی(1391) که شامل خاک بدون مواد افزودنی، خاک حاوی 2 درصد وزنی آهک و همچنین خاک حاوی 4 درصد وزنی سیمان و 4 درصد وزنی آهک استفاده شد. روش اصلاح خاک با مواد افزودنی بیشتر برای خاکهای ریزدانه مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع اصلاح خاک فرآیندی است که طی آن مواد طبیعی یا مصنوعی به عنوان ماده افزودنی به خاک اضافه شده و باعث بهبود مشخصات مکانیکی و فیزیکی خاک می شوند. این تحقیق جهت مطالعه تاثیر مواد افزودنی نظیر آهک و سیمان بر خاک بستر کانالها بر پوشش بتنی انجام شده است. برای شبیه سازی رفتار پوشش بتنی از مدل عددی plaxis بر اساس آزمایشهای صورت گرفته بر روی چند نمونه خاک اصلاح شده با درصدهای مختلف آهک و سیمان استفاده شد. با استفاده از این نرم افزار می توان شرایط واقعی که در طبیعت روی می دهد، شبیه سازی کرد. داده های آزمایشی فاقد برخی از خصوصیات مربوط به خاک بودند که ابتدا مدل را کالیبره کرده و از داده های بدست آمده برای شبیه سازی رفتار پوشش بتنی استفاده شد. در طی بررسی ها حالت های مختلف کارکرد کانال، انتهای مرحله ساخت،کانال پر و حالت نشت معکوس با ابعاد مختلف کانال و تحت شیب های 2، 5/1،1=z در نظر گرفته شد. در کل 360 مدل هندسی رسم و مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که بیشترین لنگر خمشی وارد بر پوشش بتنی کانالها در حالت انتهای مرحله ساخت و حالت نشت معکوس به قسمت میانی کف کانال وارد گشته اما در حالت کارکرد کانال با ظرفیت پر به قسمت پایینی دیواره های کانال وارد شده است. مقدار لنگرهای وارده بر پوشش بتنی در حالت پر بیشتر از دو حالت انتهای مرحله ساخت و نشت معکوس بوده است در واقع بحرانی ترین حالت، کارکرد کانال با ظرفیت پر می باشد. با افزودن آهک2% و مخلوط آهک4% و سیمان4% به خاک مشاهده شد که مقاومت فشاری خاک افزایش پیدا کرده و از میزان لنگر خمشی وارد بر کانال نسبت به خاک بدون مواد افزودنی، کاسته شده است. درصد کاهش لنگر خمشی دو نمونه خاک حاوی مواد افزودنی نسبت به خاک بدون مواد افزودنی نشان می دهد که بیشترین درصد کاهش لنگر خمشی در خاک حاوی سیمان 4% و آهک 4% اتفاق افتاده است. همچنین، افزودن مواد افزودنی به خاک در ابعاد بزرگتر(افزایش عرض کف و عمق کانال) بیشتر از ابعاد کوچک، مقدار لنگر خمشی را نسبت به خاک بدون مواد افزودنی کاهش داده است.