نام فایل : خاك مسلح 1

فرمت : .ppt

تعداد صفحه/اسلاید : 37

حجم : 1 مگابایت

بنام خدا
عنوانخاك مسلح
مقدمه
ابداع خاك مسلح توسط هاني ويدال در سال 1963 و گسترش سريع اين فن جديد در پايان دهه 60 نقطه آغازي بود براي پيدايش سيستم‌هاي تسليح خاك. خاك مسلح به ويژه در مورد سيستم‌هاي تسطيحي كه در آنها ضرورت استفاده از روش‌هاي نگهداري خاك در جاهايي كه تسطيح خاك به صورت متناوب بايد انجام پذيرد و همچنين در جاهايي كه اثر متقابل خاك مسلح كننده در تمام طول مسلح كننده وجود دارد، كاربرد داشت. اين سيستم‌ها توسط اشلوسر و همكاران تحت عنوان خاك مسلح نامگذاري شدند.


هانري ويدال، خاك مسلح را به عنوان نوع جديدي از مصالح مركب درنظر گرفت و مفاهيم بسيار جالبي را در مورد خاك مسلح معرفي نمود كه امروزه كليت، حقيقت و كارايي آنها در عمل به اثبات رسيده است. بايد توجه داشت كه ويدال در اولين مقاله خود در سال 1996 نظريه جامعي درباره شيوه‌هاي مختلف ايجاد يك ماده چسبنده با استفاده از دانه‌هاي ناپيوسته و عناصر تسطيح ارائه نمود.
او ابتدا بافت مسلح كننده‌هايي متشكل از الياف (بافته نشده، بافته شده و ...) را مورد بررسي قرار دارد و رفتار مصالح متعددي نظير چوب، كاغذ رس، بتن و بالاخره مواد تشكيل دهنده بدن انسان را از طريق مجموعه مرتبطي از دانه‌ها و عناصر مسلح كننده‌اي كه به واسطه نيروهاي اصطكاكي در تاثير متقابل با يكديگر قرار مي‌گيرند، توضيح داد.
انواع پليمرهايي كه به عنوان مسلح كننده به كار مي‌روند
از آغاز ايجاد و توسعه خاك مسلح، تلاش‌هاي تجربي بسياري جهت جايگزيني مسلح كننده‌هاي فلزي با مسلح كننده‌هاي پليمري انجام گرفته است. در مقايسه با فلزات دامنه‌ ضرايب تغيير شكل و مقاومت كششي مواد پليمري گسترده‌تر است. تاكنون از فرآورده‌هاي پليمري زير به عنوان مسلح كننده استفاده شده است:
ورقه‌هايي از پرده‌هاي زميني
ورقه‌هاي زمين شبكه
نوارهاي بافته‌ شده‌اي از پرده‌هاي زميني
نوارهاي اليافي پوشش دارد
نوارهاي پلاستيكي صلب


به طور كلي مواد پليمري تغيير شكل‌پذيرترند و نسبت به فلزات مقاومت كمتري دارند. گذشته از اين، آنها از خود رفتار خزشي خاصي نشان مي‌دهند. با وجود اين، در هر سيستم حايل، مي‌توان از مسلح كننده‌هاي پليمري بر اساس تغيير رفتار شكل مجاز ديوار اسنفاده نمود.
كشساني مسلح كننده‌ها به مقدار زيادي بر رفتار خاك مسلح تاثير مي‌گذارد. اين موضوع توسط مك گاون و همكارانش در سال 1987 به طور كاملاً واضح نشان داده شده است. وي مسلح كننده‌هاي كشسان و غيركشسان را مورد بررسي قرار داده است. علاوه بر افزايش مقاومت، عمده‌ترين اثر مسلح كننده‌هاي كشسان، افزايش شكل‌پذيري خاك و كاهش يا حتي حذف نرم شدگي مشاهده شده در رفتار ماسه‌هاي متراكم است. برعكس، مسلح كننده‌هاي غيركشسان، اساساً مقاومت خاك و ضريب تغيير شكل‌پذيري را افزايش مي‌دهند. ليكن آنها سبب مي‌شوند كه ضريب تغيير شكل‌پذيري خاك، بسيار ترد و شكننده شود.
بر اين اساس مي‌توان موارد زير را از يكديگر متمايز ساخت:
تسليح با مسلح كننده‌هاي ترجيحاً غيركشسان كه عمدتاً با خاك مسلح مشخص مي‌شوند. در اين روش، مسلح كننده‌ها عموماً خطي و فلزي هستند.
تسليح با مسلح كننده‌هاي ترجيحاً كشسان كه با خاك لايه لايه (خاك چند لايه) مشخص شده‌اند. در اين روش، مسلح كننده‌ها عموماً مسطح و از مواد صنعتي مصنوعي (پرده‌هاي زميني و غيره) ساخته شده‌اند.


كاربردهاي پليمر در روش خاك مسلح
با توجه به تمامي تحقيقات انجام شده درباره خاك مسطح، به ويژه در آغاز دهه 60، عجيب است كه هيچ كوششي به منظور استفاده از پليمرها به عنوان مسلح كننده انجام نشده است. در واقع ويدال در سال 1996 براي اولين بار اقدام به استفاده از مصالح پليمري نمود. به عنوان نمونه‌هايي از مصالح پلميري مي‌توان به نوارهاي نايلون، نوارهاي ترگال و به ويژه پلاستيك صلب كه از الياف شيشه‌اي با پوشش رزين پلي استر تشكيل شده‌اند، اشاره نمود. ماده اخير در سال 1965 انتخاب شد و به منظور توليد صنعتي عناصر پوششي U شكل و نوارهاي مسلح كننده، سرمايه‌گذاري‌هاي بسياري انجام پذيرفت. به طور مشخص، اين ماده نوعي پلاستيك مسلح از جنس الياف شيشه‌اي بود كه در آن مقاومت و سختي از طريق استفاده از الياف شيشه‌اي در ساخت رزين‌هاي كاملاً شكل‌پذير مشاركت داشتند. تمامي الياف شيشه‌اي ارتجاعي بودند و مقاومتي برابر مقاومت سخت‌ترين فولادها داشتند، به نحوي كه به ماده تركيبي خود خواص تغيير شكل‌پذيري كم و بدون خزش و مقاومت بالا مي‌بخشيدند.
در سال 1965، اين ماده به مدت 10 سال در لوله‌هاي زيرزميني و مخازن بكار گرفته شد و رفتار رضايت بخشي در كار ارائه نمود. با وجود اين، بر اساس اشارات مليندر و همكاران در سال 1977، هنگامي كه اين ماده به مدت طولاني در شرايط مرطوب قرار مر‌گرفت، تا حدي فروسايش مي‌يافت.
در سال 1966، اولين ديوار خاك مسلح آزمايشي با استفاده از واحدهاي پوششي و نوارهاي پلاستيكي كه با الياف شيشه‌اي مسلح شده بودند، ساخته شد. اين اقدام به منظور آزمايش فرآيند ساخت و رفتار مكانيكي ديوار انجام پذيرفت. متاسفانه ماده پلاستيكي مورد هجوم باكتري‌ها قرار گرفت و ديوار خاك مسلح طي 10 ماده ويران شد. پس از گسيختگي، هيچگونه آزمايش بيولوژيك بر روي مصالح خاكريز انجام نشد و عملاً هيچ اطلاعات معتبر و اظهارنظر كارشناسانه‌اي درباره نوع باكتري‌ها و فرآيند فروسايش در حال حاضر موجود نمي‌باشد.


پس از گزارش مليندر و همكازان در سال 1977، چون نتايج آزمايش‌هاي مولفان بر روي پلاستيك‌هاي مسلح شده با الياف شيشه‌اي نشانگر اين حقيقت بود كه اين ماده توسط باكتري‌ها فروسايش نمي‌يابند (زمان غوطه‌وري حدود 6 ماه بود) شايد بتوان چنين نتيجه‌گيري كرد كه گسيختگي‌ها تصادفي بوده‌اند. با وجود اين، گسيختگي نقطه عطفي براي استفاده از مواد پلاستيكي در خاك مسلح بود. در آغاز سال 1967، ويدال تصميم به ايجاد و توسعه خاك مسلح با مسلح كننده‌هاي فلزي گرفت.
با اين حال، استفاده از پلاستيك‌ها در خاك مسلح هنوز به طول كامل منتفي نشده بود، چرا كه كوشش بسيار جالب ديگري در سال 1971 انجام پذيرفت كه در آن نوازهاي ترگال پلي استر براي ساخت ديوار پويتيرز استفاده شد. اين ديوار، يك سازه موقت به ارتفاع 5 متر و طول 40 متر بود و نوارهاي ترگال در آن به قطعات بتني صليبي شكل متصل شده بودند. در محاسبات اين ديوار خزش ترگال درنظر گرفته شد و در طول دوران بهره‌برداري، رفتار آن رضايت‌بخش بود. با وجود اين، طي ساخت مشخص گرديد كه نوارهاي ترگال بايد تا حدي پيش تنيده گردند تا بتوانند از جابجايي‌هاي جانبي بيش از حد پوشش ممانعت كنند.
در سال 1981، يعني ده سال پس از ساخت، اين ديوار تخريب گرديد و آزمايش‌هاي دوام جالبي درباره مصالح نواري آن انجام شد. چنانكه در قسمت‌هاي بعد ملاحظه خواهيد نمود، الياف پلاستيكي فروسايش مي‌يابند و خصوصيات مكانيكي نوارهاي پلاستيكي نيز كاهش خواهد يافت.
خصوصيات پليمرها با توجه به رفتار ديوارهاي خاك مسلح
هنگامي كه مسلح كننده‌هاي فلزي درون خاك جاي داده مي‌شوند، مي‌توان فرض كرد كه آنها نسبت به تغيير شكل‌پذيري خاك و بزرگ تنش‌هاي ايجاد شده، صلب هستند. در مقابل، تسليحات پليمري به وسيله خصوصيات مكانيكي ضعيف‌ترشان مشخص مي‌شوند. اين خواص، عبارتند از: كشساني زياد و مقاومت كششي كم همراه با خزش در طولاني مدت. علاوه بر اين، اگرچه پليمرها نسبت به خوردگي الكتروشيميايي حساس نيستند، اما امكان فروسايش آنها در محيط فيزيكي ـ شيميايي وجود دارد و لذا مسائل مربوط به دوام آنها را نيز بايد مدنظر قرار داد.


به دليل كاربردهاي متفاوت پرده‌هاي زميني در مهندسي ژئوتكنيك، مطالعات متعددي درباره خصوصيات تنش ـ كرنش آنها صورت گرفته است. از مطالعات فوق اين نتيجه به دست آمده است كه در ميان تمام اين كاربردها، ديوارهاي حايل خاك مسلح حالتي را بوجود مي‌آورند كه در آن بزرگي تنش‌هاي اعمال شده از سوي خاك بر روي پرده زميني بيش از موارد ديگر است. در واقع، درك كامل مكانيزم انتقال بار كه بين خاك و پرده زميني روي مي‌دهد و همچنين شناخت موضع دقيق تنش‌هاي وارد بر پرده زميني، كاري بسيار دشوار است.
خواص پليمرها
در واقع رشته به وسيله حديده كاري توده پليمري حرارت داده شده توليد مي‌شوند و رشته‌هاي تنيده با مقاومت كششي بالا از طريق كنترل فرآيند سردسازي رشته‌ها و كشيدن آنها در طي حديده كاري بدست مي‌آيند.
در چنين روش زنجيره پليمري داراي جهت‌يابي ترجيحي و ناهنگوني افزايش يافته‌اي مي‌گردند كه خود افزايش شديد (تا ده برابر) خواص مكانيك (نظير مقاومت كششي يا ضريب كشساني) را سبب مي‌شوند.
اختلاف عمده موجود بين مواد پليمري و فلزي به خصوصيت كشساني زياد پليمرها مربوط مي‌شود. به طوري كه ضريب كشساني براي پليمرهاي متداول 10 تا 30 مرتبه كمتر از فلزات است و نيز مقاومت كششي آنها 5/2 تا 5 مرتبه كمتر از فلزات مي‌باشد، در حالي كه تغيير شكل آنها در هنگام گسيختگي بسيار بيشتر از فلزات است (20 تا 30 درصد در مقابل 3 درصد). به هنگام مقايسه پلميرهاي متداول مي‌توان دريافت كه پلي استر و پلي آميد با چگالي‌هاي بالاتر (به ترتيب 38/1 و 1/1) از سختي و مقاومت كششي بيشتري نسبت به پلي پروپيلن و پلي اتيلن با چگالي بالا (به ترتيب 91/0 و 95/0) برخوردارند.
در حالي كه گسيختگي فولاد با تغيير شكلي معادل 2/3 درصد براي مقاومت كششي 2340 مگاپاسكال روي مي‌دهد، پلي استر و نايلون با تغيير شكل بسيار بيشتر (به ترتيب 11 و 19درصد در شكل) و مقاومت كششي حدود 1000 مگاپاسكال گسيخته مي‌شوند.
در سال 1982، بادونل و همكاران چند رشته از پرده‌هاي زميني پلي استر و پلي پروپيلن متداول را انتخاب كردند كه نتايج آزمايش افزايش طول آنها در شكل بالا نشان داده شده است.
مقدار مقاومت بر حسب كشش‌پذيري بيان شده و عبارت است از نيرو تقسيم بر جرم خطي الياف بافته كه بر حسب N/tex بيان گرديده است. در مورد نمونه بافته نشده اين رشته‌ها، تغيير شكل در هنگام گسيختگي در هر دو مورد بسيار بالاتر بوده است (71 تا 78 درصد راب پلي استر و 155 تا 239 درصد براي پلي پروپيلن). نمودار پروپيلن از دو بخش با شيب‌هاي متفاوت تشكيل شده است كه بخش اول آن مشابه نمودار پلي استر است. اين نتايج بيانگر كاهش خواص مكانيكي هستند كه هنگام آماده‌سازي الياف براي ساخت نسوج نمونه رخ مي‌دهد.
مك گاون و همكاران (1982) شواهد روشني براي تاثيرات اين عوامل ارائه نمودند. آنها آزمايش‌هاي بارگذاري ـ كششي را بر روي پرده‌زميني مدفون در خاك با دستگاه خاص انجام دادند. در اين دستگاه پرده زميني بين دو لايه خاك (با مشخصات ماسه ليتون بوزارد و MM85/0=50D) قرار مي‌گيرد و فشار وارد بر هر طرف نمونه به وسيله يك پمپ لاستيكي فشار كه با هوا كار مي‌كند، تامين مي‌گردد.
مك گالون و همكاران چهار نمونه مختلف بافته شده، بافته نشده، به هم جوش خورده، بافته نشده با سوراخ‌هاي سوزني و تركيبي از نمونه بافته شده و نمونه داراي سوراخ‌ها سوزني را موارد آزمايش قرار داده‌اند. اين آزمايش‌هاي افزايش طول در دماي 20 درجه سانتيگراد و اعمال كرنشي با سرعت ثابت 2 درصد در هر دقيقه انجام شدند.
به نظر مي‌رسد كه براي نمونه پلي پروپيلن بافته شده (لوتراك 15/16 و 120 گرم بر مترمربع) احاطه شدن با خاك اثر بسيار كمي دارد. در مقابل، در مورد پلي استر بافته نشده داراي سوراخ‌هاي سوزني (بيديم 4‌24U و 210 گرم بر مترمربع) اثر احاطه شدن با خاك بسيار مهم است و در نتيجه سبب افزايش سختي آن مي‌شود. اين افزايش سختي با شيب بيشتر نمودار افزايش طول نمايش داده شده است.
پديده فوق را مي‌توان چنين تفسير نمود كه افزايش طول نسوج مورد آزمايش به تك تك رشته‌ها يستگي ندارد، بلكه سبب ايجاد ترتيب و آرايش متفاوتي از رشته‌هاي داراي سوراخ‌هاي سوزني مي‌شود كه اتصال بين رشته‌ها را تحت تاثير قرار مي‌دهند. هنگامي كه خاك تحت تاثير قرار مي‌دهند. هنگامي كه خاك تحت فشار معين در تماس با نسوج قرار مي‌گيرد، به پايداري پيوند بين رشته‌ها كمك مي‌نمايد و لذا مقاومت بيشتري به نمونه مي‌بخشد.
جالب است كه به اثر غالب ساختار بافتي (نسجي) در مقايسه با نوع پليمرها توجه شود، چرا كه يك نمونه بافته شده پلي پروپيلن 120 گرم بر مترمربع از نمونه بافته نشده پلي استر داراي سوراخ‌هاي سوزني كه در خاك قرار گرفته، سخت‌تر است. در يك نمونه بافته شده، گسيختگي در تغيير شكل‌هاي 23 تا 28 درصد اتفاق مي‌افتد، حال آنكه در مصالح بافته نشده، بارهاي كوچكتر تغيير شكل‌هايي حتي تا 40 درصد را بدون وقوع گسيختگي سبب مي‌شوند.
....