7433  

بررسی تاثیر تراکم خاک در طراحی سازه

در زمینه طراحی سازه و اجرای آن، تراکم خاک از جمله فعالیت های مهم می باشد. در احداث خاکریزها، سدهای خاکی و سازه های مهندسی متعدد دیگر، خاک شل باید متراکم شود تا وزن مخصوص آن افزایش یابد. تراکم خاک باعث افزایش و بهبود مشخصه های مقاومتی خاک و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری شالوده احداث شده بر روی آنها می شود. تراکم همچنین باعث کاهش نشستهای ناخواسته سازه و افزایش پایداری شیروانی خاکریزها می گردد. در کارگاه برای تراکم خاک از غلتکهای چرخ استوانه ای صاف، غلتکهای پاچه بزی، غلتکهای چرخ لاستیکی، غلتکهای ارتعاشی و در کارگاه های کوچک از تخماقهای موتوری و یا دستی استفاده می شود. غلتکهای ارتعاشی اغلب برای تراکم خاکهای دانه ای مورد استفاده قرار می گیرند. تاثیر تراکم حاصل از دستگاهای فوق، محدود به اعماق 15 تا 30 سانتیمتر سطحی است. برای افزایش عمق نفوذ تراکم و متراکم کردن لایه های عمقی از تراکم ارتعاشی و تراکم دینامیکی استفاده می شود. 

درجه تراکم خاک از وزن مخصوص خشک آن سنجیده می شود. اگر در حین تراکم، به خاک آب افزوده شود، نقش ماده روان کننده روی ذرات خاک خواهد داشت. در حین تراکم، ذرات خاک روی هم لغزیده و در وضعیت متراکم تری در کنار یکدیگر، قرار می گیرند. برای کوشش تراکم یکسان، با افزایش میزان رطوبت، وزن مخصوص خاک متراکم شده افزایش می یابد.

رطوبت یکی از مسائل تاثیر گذار در زمینه تراکم خاک می باشد و هرچه رطوبت خاک بالاتر رود عملیات تراکم خاک بهتر انجام می گیرد. در کنار میزان رطوبت، عوامل مهم دیگری که در تراکم موثر هستند، شامل نوع خاک و انرژی تراکم می شود.

نوع خاک، (یعنی منحنی دانه بندی، شکل ذرات و دانه های خاک، چگالی دانه های خاک و مقدار و نوع کانیهای رس موجود در خاک)، تاثیر بسیار مهمی در حداکثر وزن مخصوص خشک و رطوبت بهینه دارند.

با افزایش انرژی تراکم، حداکثر وزن مخصوص خشک نیز افزوده می شود و همچنین میزان تراکم بهینه کاهش می یابد.

لمب تاثیر تراکم بر ساختار خاکهای رسی را مورد مطالعه قرار داد. اگر خاک رس با میزان رطوبتی کمتر از رطوبت بهینه متراکم می شود ساختار فولوکوله (لخته ای) خواهد داشت. این مساله از آنجا ناشی می شود که در میزان رطوبت کم، یونهای لایه مضاعف که ذرات رس را احاطه می کنند، به طور کامل تشکیل نمی یابند و در نتیجه نیروی دافعه بین ذرات کاهش می یابد. این مساله باعث می شود که امتداد ذرات کاملا اتفاقی بوده و وزن مخصوص کم باشد. وقتی که میزان رطوبت تراکم افزایش می یابد، لایه مضاعف اطراف ذرات رس توسعه یافته که نتیجه آن افزایش نیروی دافعه بین ذرات رس و در نتیجه درجه فولوکولاسیون کم و وزن مخصوص زیاد است. برای یک رطوبت معلوم، افزایش کوشش تراکم باعث توازی بیشتر امتداد ذرات شده و در نتیجه میزان ذرات در واحد حجم خاک افزایش یافته و وزن مخصوص خشک بیشتر می شود.

تراکم باعث ایجاد تغییرات در ساختار خاکهای چسبنده می شود. نتیجه این تغییر در ساختار، شامل تغییر در نفوذ پذیری، قابلیت فشردگی و مقاومت است. ملاحظه می شود که با افزایش میزان رطوبت، ضریبنفوذ پذیری کاهش می یابد و مقدار آن در میزان رطوبت بهینه به حداقل می رسد. بعد از میزان رطوبت بهینه، ضریب نفوذپذیری به مقدار کمی افزایش می یابد. درجه نفوذ پذیری زیاد برای میزان رطوبتهای کمتر از بهینه، امتداد اتفاقی ذرات رس است که نتیجه آن افزایش فضای حفرات است. مقاومت خاکهای رسی تراکم یافته معمولا با افزایش میزان رطوبت کاهش می یابد. توجه شود که در حدود رطوبت بهینه، کاهش بزرگیدر مقاومت دیده می شود. این بدان معناست که اگر دو نمونه به وزن مخصوص خشک یکسانی متراکم شوند، به طوری که یکی در سمت خشک رطوبت بهینه و دیگری در سمت مرطوب رطوبت بهینه باشد، نمونه ای که در سمت خشک رطوبت بهینه متراکم شده دارای مقاومت بیشتری خواهد بود.