شکل ۹-۲ تغییرات مقاومت برشی نسبت به درصد الیاف در رطوبت ۱۱-۱۲ درصد [۱۶]
شکل ۱۰-۲ تغییرات مقاومت برشی نسبت به درصد الیاف در رطوبت ۱۳-۱۴ درصد [۱۶]
الیاف کاه جو در مقایسه با الیاف کنف افزایش کمتری در مقاومت برشی نشان می دهند. رفتار خاک مسلح شده با الیاف کاه جو در میزان رطوبت بالاتر از رطوبت بهینه، روند منطقی را دنبال نمی کند و الیاف بر افزایش یا کاهش مقاومت برشی خاک مسلح اثر معنی داری ندارند[۱۶].
شکل ۱۱-۲ تغییرات مقاومت برشی نسبت به درصد الیاف در رطوبت ۱۷-۱۸ درصد [۱۶]
۲-۲-۳- افزایش ظرفیت باربری خاک ماسه ای مسلح شده با برگ خرما
یکی از محصولات عمده کشاورزی ایران، خرما است که موجب گسترش نخلستان هایی در مناطق جنوبی کشور شده است. هر ساله در این نخلستان ها در کنار خرما، مقدار قابل توجهی برگ خرما تولید می شود. این زوائد دارای خواص ویژه از جمله امکان تهیه ارزان، فراوانی در منطقه، دوام، سبکی، کشش پذیری و مقاومت نسبی در مقابل فساد پذیری می باشد. از این رو می توان آن ها را در تسلیح خاک به کار برد و نوعی خاک مسلح ایجاد کرد. کاربرد عملی این برگ ها در تسلیح خاک نیازمند شناخت خواص و رفتار مکانیکی مصالح مرکب حاصل می باشد.
شفیعی و همکاران در سال ۲۰۱۰ با بهره گرفتن از ماسه بادی لای دار و برگ خرما به عنوان مسلح کننده با مقاومت کششی ماکزیمم ۳۵ مگا پاسکال و مدول الاستیسیته اولیه ۵۵ مگا پاسکال آزمایشاتی را برای بهبود خواص خاک ماسه ای انجام دادند.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

روش آزمایش بدین نحو است که ابتدا مقدار معینی خاک در داخل پلاستیک های ضخیم در بسته قرار داده می شود. سپس به اندازه ای که بتوان درصد رطوبت آن را تعیین کرد نمونه برداری گشته، بعد از تعیین درصد رطوبت مقدار آب لازم جهت رسیدن به درصد رطوبت بهینه به خاک داخل پلاستیک اضافه گشته با دستکش پلاستیکی تا حد امکان خاک را مخلوط کرده تا نمونه ای همگن بدست آید. دوباره نمونه ای از خاک مرطوب برداشته و آزمایش تعیین درصد رطوبت بر روی آن انجام گشته این عمل تا رسیدن به درصد رطوبت بهینه انجام می شود. سپس خاک طی لایه های مختلف داخل جعبه ریخته شده و با چهار چوب تراکم، متراکم شده سپس برگهای خرما بر روی سطح خاک چیده شده و عملیات ریختن خاک و متراکم کردن آن تا رسیدن به سطح نهایی مجددا تکرار می شود. محل قرارگیری لایه ها و تعداد لایه های برگ خرما به صورت جدول زیر می باشد:
جدول ۱-۲ نحوه قرارگیری لایه های برگ خرما به منظور تسلیح خاک [۱۷]
با توجه به شکل ۱۲-۲، نتایج آزمایشات آن ها نشان داد که افزودن برگ خرما در افزایش ظرفیت باربری خاک زیر پی بسیار چشم گیر و قابل توجه است و با افزایش تعداد لایه ها مقدار ظرفیت باربری افزایش می یابد[۱۷].
شکل ۱۲-۲ نسبت ظرفیت باربری بر حسب موقیت قرارگیری لایه برگ خرما [۱۷]
۴-۲- تسلیح خاک ماسه­ای با بهره گرفتن از الیاف مصنوعی
مقاومت هر خاک وابسته به پیوند بین ذرات خاک می باشد این مقاومت را در دو مقیاس کوچک و بزرگ می توان بهبود داد. در مقیاس کوچک مقاومت را باید از طریق ایجاد عاملی برای پیوند بین ذرات بالا برد. این کار را می توان به روش های گوناگونی انجام داد. یکی از روش های تسلیح خاک اختلاط آن با الیاف می باشد. تلفیق این عناصر با خاک محیطی مرکب ایجاد می نماید که در آن درگیری اجزاء کشش پذیر (عنصر تسلیح) با دانه های خاک، مقاومت و شکل پذیری خاک را بهبود می بخشد. اگرچه از گذشته های نسبتا دور تسلیح خاک صورت میگرفته است، اما از حدود نیم قرن پیش تحقیقات گسترده ای پیرامون شناخت و ارزیابی رفتار مکانیکی خاک مسلح شده با الیاف معمول گردیده است.
سابقه کاربرد الیاف در مسلح سازی خاک سابقه ای طولانی دارد و با بهره گرفتن از که در مخلوط کاه گل در عایق بندی رطوبتی ساختمان ها و بناها در ایران بر می گردد. استفاده از مواد تثبیت کننده به استفاده از ملات ساروج در ساخت بنای آب انبارها، پل ها، بند ها و دیگر سازه های آبی در ایران بر می گردد که از آهک به همراه خاکستر در تثبیت استفاده می کردند.
گری^[۱۳] و همکاران در سال ۱۹۸۶ آزمایشهای فشاری سه محوری بر روی ماسه مسلح با الیاف انجام دادند. الیاف به دو صورت الیاف مستقیم و پارچه هایی که به صورت لایه ای در تراز های مختلف خاک قرار داده می شوند مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزایش مقاومت متناسب با میزان مسلح کننده ها و تعداد لایه های نوار مسلح کننده در مخلوط می باشد[۱۸]. در سال ۱۹۹۰ رورک^[۱۴] و همکاران مطالعاتی در مورد مشخصات مقاومت برشی سطح تماس ماسه و الیاف با بیش از ۴۵۰ مورد آزمایش برش مستقیم انجام دادند. نتایج آزمایش ها نشان داد که مقاومت اصطکاکی سطح تماس ماسه و الیاف با افزایش دانسیته خاک افزایش می یابد و پارامتر مقاومت برشی مخلوط تابع نوع ماسه است[۱۹]. ونگ^[۱۵] در سال ۲۰۰۰ طی انجام آزمایش های تک محوری و سه محوری تاثیر افزودن بعضی از تراشه های پلیمری را به خاک در بهبود رفتار مکانیکی خاک های ماسه ای رس دار مطالعه نموده و نتیجه گرفت که اضافه نمودن این الیاف به خاک ضمن افزایش مقاومت برشی نمونه ها شکل پذیری آن ها را نیز بهبود می بخشد[۲۰]. میچلوفسکی و سرماک^[۱۶] در سال ۲۰۰۳، ۴ سری آزمایش های ۳ محوری برای بررسی اثر ماسه های مسلح با الیاف انجام دادند و از دو نوع ماسه ریز دانه و متوسط دانه استفاده کردند. الیاف مورد آزمایش در سه نوع پلی آمید، سیم گالوانیزه فولادی و پلی پروپیلن بود. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزودن مقدار کمی الیاف مصنوعی تنش گسیختگی نمونه را افزایش می دهد. به کار بردن الیاف در ماسه سختی اولیه را کاهش داده و کرنش لحظه گسیختگی را افزایش می دهد[۲۱].
۱-۴-۲ استفاده از الیاف پلاستیک باطله پلی اتیلن ترفتالات^[۱۷] (پت)
در سال ۲۰۰۷، اوچی^[۱۸] و همکاران روشی را برای تولید الیاف پت از بطری های باطله نوشابه به منظور تسلیح بتن با این الیاف ارائه نمودند و گزارش نمودند که مقاومت فشاری و مقاومت خمشی نمونه ها بهبود می یابند[۲۲]. سیم نگار و کمالی در سال ۲۰۱۱ سعی کردند از الیاف پت برای اصلاح خاک ماسه ای استفاده کنند. آن ها از خاک ماسه ای با درصد کمی از لای و رس بدون پلاستیسیته و الیافی از جنس پلی اتیلن ترفتالات که از ذوب کردن و برش دادن بطری های نوشابه به صورت الیاف نازک با طول های ۱۵ و ۳۰ میلی متر تهیه گردیده بود، به عنوان مسلح کننده استفاده کردند.
شکل ۱۳-۲ الیاف پت مورد استفاده در این تحقیق [۲۳]
برای تهیه و ساخت هر نمونه، مقدار خاک، آب و تریشه لازم بر اساس مشخصات هندسی، تراکم نمونه و درصد تریشه ها محاسبه و توزین می گردد. به منظور اختلاط بهتر، ابتدا خاک را کمی مرطوب نموده و سپس تریشه ها را به آن افزوده و به تدریج با اضافه نمودن آب، رطوبت را تا حد رطوبت بهینه افزایش داده تا مخلوطی یکنواخت حاصل شود. آن گاه مخلوط را برای عمل آوری در کیسه گذاشتند و پس از گذاشت ۱۸ ساعت مخلوط حاصل را داخل قالب های مخصوص هر آزمایش متراکم کردند.
نتایج آزمایش های آن ها به شرح زیر است:
با بررسی نتایج آزمایش تراکم مشاهده شد که در یک انرژی تراکم ثابت، با افزودن الیاف به خاک، وزن واحد خشک ماکزیمم نمونه ها کاهش می یابد. همچنین مشخص گردید که با افزایش درصد الیاف مخلوط با خاک، درصد رطوبت بهینه نمونه افزایش می یابد. در محیط های دانه ای مانند خاک که مقاومت کششی نداشته و عامل ایجاد پیوستگی تنها نیروی اصطکاک می باشد، گسیختگی از نوع برشی و سطوح ناپیوستگی لغزشی می باشند. از نتایج مشاهدات مربوط به رفتار نمونه ها در حین برگزاری می توان نتیجه گرفت که با توجه به شکل ۱۴-۲، حضور الیاف در خاک معیار گسیختگی و امتداد سطوح لغزش را تغییر داده و عرض ناحیه برش را افزایش می دهد.
شکل ۱۴-۲ سطح گسیختگی نمونه مسلح شده با الیاف [۲۳]
با بررسی نمودارهای حاصل از نتایج آزمایش ها، همانطور که در شکل ۱۵-۲ مشاهده می­ شود، مشخص شد که در یک طول ثابت، با افزایش درصد وزنی الیاف، مقاومت ماکزیمم و مقاومت باقیمانده در نمونه ها افزایش، لیکن اختلاف این دو مقاومت کاهش می یابد. همین روند برای افزایش تاثیر پارامتر طول الیاف در یک درصد وزنی ثابت نیز مشاهده می شود، یعنی افزایش طول الیاف در یک درصد وزنی ثابت، باعث افزایش مقاومت ماکزیمم و مقاومت باقیمانده در نمونه ها می گردد.
شکل ۱۵-۲ تغییرات مقاومت تک محوری بر حسب درصد الیاف [۲۳]
اختلاط خاک با تراشه موجب می گردد تا شیب منحنی بعد از مقاومت نهایی تا رسیدن به مقاومت ماندگار، کاهش، لیکن کرنش در نقطه تنش ماکزیمم، افزایش می یابد. این رفتار بیانگر نرم تر شدن رفتار خاک در اثر تسلیح با تریشه می باشد. همچنین با مقایسه نمودارها، مطابق شکل ۱۶-۲، مشاهده می شود که در یک درصد وزنی ثابت، با افزایش پارامتر طول، کرنش گسیختگی افزایش و سختی کاهش می یابد.
شکل ۱۶-۲ تغییرات تنش برحسب کرنش محوری برای نمونه های مسلح شده با الیاف [۲۳]
با انجام آزمایش CBR مشخص شد که در تمامی موارد با افزودن درصد الیاف به خاک، به وضوح میزان تنش لازم برای ایجاد نفوذ افزایش می یابد، یعنی مقدار CBR با حضور الیاف به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.اما این افزایش دارای نرخ کاهشی بوده و در درصد های بالا نرخ افزایشی آن کاهش می یابد. شکل ۱۷-۲، نتایج مربوط به آزمایش CBR را نشان می­دهد.
شکل ۱۷-۲ تغییرات CBR بر حسب درصد الیاف [۲۳]
با توجه به شکل ۱۸-۲، نتایج آزمایش های برش مستقیم حاکی از آن است که در یک طول ثابت، با افزایش درصد وزنی الیاف، مقاومت برشی حد اکثر در نمونه ها افزایش می یابد. لیکن این افزایش مقاومت برحسب افزایش درصد الیاف، دارای روند کاهشی بوده و در درصد های بالای الیاف نرخ افزایش مقاومت کاهش می یابد[۲۳].
شکل ۱۸-۲ تغییرات مقاومت برشی حداکثر برحسب درصد الیاف [۲۳]
۲-۴-۲- استفاده از الیاف کارخانه لاستیک سازی
در سال ۲۰۱۰ مهران نیا و وفاییان با بهره گرفتن از الیافی از جنس نایلون ۶-۶ که جزء ضایعات کارخانه لاستیک سازی می باشد و ترکیب آن با خاک ماسه ای سعی در بهبود خاک ماسه ای داشتند. آن ها ابتدا روی ماسه ریز دانه، حالت های مختلف قرارگیری الیاف در خاک، در آزمایش برش مستقیم برای رسیدن به بالا ترین مقاومت برشی را بررسی کردند. برای داشتن نمونه ای کاملا درهم و یکنواخت، خاک و الیاف مورد آزمایش به سه قسمت مساوی تقسیم شده و سپس هر قسمت خاک را با یک قسمت الیاف مخلوط کردند.
نتایج آزمایش های آن ها به قرار زیر است:
باتوجه به شکل ۱۹-۲، نتایج آزمایش های برش مستقیم حاکی از آنست که پخش الیاف به صورت درهم در خاک مقاومت برشی خاک را بیشتر افزایش می دهد.
شکل ۱۹-۲ آزمایش برش مستقیم برای نمونه های با ۰/۲ درصد الیاف [۲۴]
همچنین با افزایش درصد وزنی الیاف در نمونه ها مقاومت برشی افزایش می یابد. آن ها همچنین نتیجه گرفتند که هرچه اندازه نمونه بزرگتر باشد مقاومت برشی ماسه مسلح شده کوچکتر خواهد بود. همچنین می توان گفت با افزایش نسبت طول الیاف به ابعاد نمونه مقاومت برشی نمونه افزایش می یابد. کرنش گسیختگی و نسبت مقاومت نهایی به مقاومت ماکزیمم با افزایش الیاف در ماسه افزایش می یابد. با توجه به شکل ۲۰-۲، می توان نتیجه گرفت که با افزایش الیاف در ماسه، شکل پذیری نمونه افزایش می یابد و خاک حالت نرم تری پیدا می کند.
شکل ۲۰-۲ مقایسه درصد های مختلف وزنی الیاف در ماسه ریز دانه [۲۴]
آزمایش CBR بر روی نمونه های مسلح شده و مسلح نشده ماسه ریز دانه نشان داد که افزودن الیاف به خاک باعث کاهش CBR اصلاح شده از ۱۱/۳ به ۷/۵ در صد شد. آن ها همچنین نتیجه گرفتند که بهترین درصد وزنی الیاف برای افزایش مقاومت خاک در حدود ۳ در صد وزنی است. ضمن این که افزودن الیاف به خاک حالت شکنندگی خاک را کاهش و شکل پذیری را افزایش می دهد، این پدیده با افزایش کرنش گسیختگی نمایان می گردد. الیاف ماسه های ریز دانه را بهتر مسلح می کند و وجود خاک ریز دانه در شن و ماسه های درشت سبب کارایی بهتر الیاف در این نوع خاک ها می شود[۲۴].
۵-۲- استفاده از مواد پلیمری و نفتی برای بهسازی خاک ماسه ای
با مروری بر کار گذشتگان به این نکته می­رسیم که تعداد کارهایی که بر روی پایدارسازهای سنتی انجام شده بسیار زیاد است. اما در مقایسه تحقیقات و مدارک کمی در رابطه با پایدارسازهای غیر سنتی وجود دارد. گپال^[۱۹] و همکارانش در سال ۱۹۸۳، مطالعات مقایسه ای را برای استفاده از اوره فرمالدئید و پلیمرهای هم خانواده آن برای پایدارسازی ماسه بادی انجام دادند. آن ها استفاده از ۹ درصد رزین و ۳ درصد اسید کاتالیست را برای پایدارسازی ماسه بادی پیشنهاد می کنند[۲۵]. الدهام^[۲۰] و همکارانش در سال ۱۹۷۷، تحقیقات کاملی بر روی سنتر های پایدارسازهای شناخته شده، انجام دادند گزارش آن ها در رابطه با کاربرد اسید ها، آسفالت، سیمان، آهک، رزین ها، نمک ها، سیلکات ها و دیگر محصولاتی است که دارای پتانسیل پایدارسازی هستند. نتایج تحقیقات آن ها نشان داد که رزین های پلیمری بیشترین افزایش را در مقاومت مواد ماسه ای دارا می باشد[۲۶]. در ادامه به چند مورد از کاربرد مواد پلیمری و نفتی در اصلاح خاک اشاره می­ شود.
۱-۵-۲- اصلاح خصوصیات ژئوتکنیکی خاک های ماسه ای با بهره گرفتن از پسمانده مواد نفتی پالایشگاه ها:
با توجه به نفت خیز بودن کشور و وجود صنایع وابسته به نفت مانند پالایشگاه ها در نقاط مختلف کشور از پسمانده های موجود در پالایشگاه ها و آن محصولاتی که در پایان برج تقطیر در پالایشگاه ها باقی می ماند، می توان استفاده نموده و ماسه ها را اصلاح نمود. در تحقیقاتی که بر روی ماسه های تثبیت شده با قیر صورت گرفته است نتایج به قرار زیر می باشد:
خاک های ماسه ای به خوبی قابل تثبیت شدن با قیر می باشند[۲۷].
هرگاه در ماسه مقدار کمی مواد ریزدانه موجود باشد مقاومت مصالح تثبیت شده بیشتر بوده و در نتیجه، تثبیت بهتر خواهد بود ولی افزایش میزان ریز دانه در ماسه منتهی به نتایج خوبی نخواهد شد[۲۸].
اصلاح با قیر برای ماسه های با درجه خلوص بالا بهترین کاربرد را نشان داده است. افزایش مقدار درجه خلوص می تواند استحکام خاک را افزایش دهد[۲۹].
یانگ و محمد^[۲۱] در سال ۱۹۹۴، تحقیقی بر روی تثبیت لوم های ماسه ای به وسیله پسمانده مواد نفتی انجام دادند، نتایج این تحقیق نشان می دهد که چسبندگی به صورت قابل توجهی بالا رفته است اما زاویه اصطکاک تغییر چندانی نکرده است. از طرفی با افزایش مواد ریزدانه خاک (بیش از ۳۰ درصد) کارایی تثبیت پایین می آید[۳۰].