خواص تراکم پذیری خاک منسجم تقویت شده با الیاف
تقویت الیاف روشی ثابت برای تقویت خاک است. کار حاضر به بررسی تأثیر غلاف گسسته و تقویت الیاف پلی پروپیلن (به طور جداگانه) بر پارامترهای تراکم پذیری دو نوع خاک منسجم – خاک A (MI-CI) و خاک B (MI) می پردازد. سیم و فیبر پلی پروپیلن از نظر مقاومت ، مقاومت و فشار در حداکثر بار آزمایش شد. تست های استاندارد پروکتور و تثبیت با خاک های تقویت نشده و الیافی انجام شد. مشخص شد که با افزایش درصد فیبر ، میزان رطوبت مطلوب افزایش می یابد در حالی که حداکثر چگالی خشک برای تمام موارد در نظر گرفته شده کاهش می یابد. همچنین ، در صورت فیبر coir ، مقدار شاخص فشرده سازی (C c) تقویت تا 0.3٪ تقویت و سپس تا 0.5٪ تقویت شده اندکی کاهش یافت. همین الگوی در مورد الیاف پلی پروپیلن نیز مشاهده شد. برای خاک A (خاک MI-CI) ، حداکثر مقادیر m v برای رشته کوهی و فیبر پلی پروپیلن به ترتیب 0.2٪ و 0.1٪ مشاهده شد. حداکثر مقدار ضریب تراکم پذیری (a v) به ترتیب برای 0.5 co و 0.3 for برای الیاف coir و پلی پروپیلن مشاهده شد. برای خاک B (MI خاک)، افزایش مداوم در C C با افزایش محتوای فیبر (0٪ تا 0.5٪) برای هر دو نوع تقویت مشاهده شد. در مورد خاک B (خاک MI) ، حداکثر مقادیر v و m v برای الیاف coir و پلی پروپیلن به ترتیب 0.3٪ و 0.5٪ مشاهده شد.
1. معرفی
بهسازی زمین یکی از متداول ترین روشهایی است که این روزها برای بهبود خصوصیات مهندسی و تثبیت خاک در یک مکان خاص که تحمل آن ضعیف است و در برابر بار سازه مقاومت می کند ، استفاده می شود. بسیاری از روش ها مانند ستون های سنگی ، میخ زدن خاک ، تخلیه عمودی ، خاک تقویت شده و غیره تکامل یافته است. تقویت خاک یکی از قدیمی ترین تکنیک های اصلاح زمین است که توسط ویدال در سال 1966 داده شده است.
مواد مختلفی که به عنوان تثبیت کننده نیز شناخته می شوند به خاک اضافه می شوند و افزودن فیبر از جمله روشهای بسیار کارآمد است. خصوصیاتی که معمولاً با افزودن الیاف به خاک بهبود می یابند ، قابلیت انعطاف پذیری ، نفوذ پذیری ، مقاومت برشی و سختی است. خاک تقویت شده با الیاف به عنوان یک ماده ترکیبی رفتار می کند. الیاف هنگام بارگیری ، مقاومت در برابر کشش را ایجاد می کنند و در نتیجه مقاومت بیشتری به خاک می دهند. روش تقویت الیاف را می توان به دو نوع تقسیم بندی کرد: در توزیع گرا ، الیاف در مکانهای مشخص در خاک قرار می گیرند و در روش دیگر فیبر به طور تصادفی در خاک مخلوط می شود. توزیع تصادفی الیاف مزایای بیشتری نسبت به توزیع گرا دارد و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
بابو و همکاران [1] نتایج تحقیقات آزمایشی را با استفاده از آزمون برشی سه محوری ، آزمایش تورم و یکپارچه سازی خاک پنبه سیاه تقویت شده با الیاف coir به صورت تصادفی گزارش داد. نتایج نشان داد که با مخلوط کردن الیاف coir در خاک پنبه سیاه گسترده ، خصوصیات مهندسی آن بهبود یافته است. Estabragh و همکاران [2] نتایج تحقیق در مورد تأثیر الیاف نایلون بر یکپارچگی و رفتار مقاومت برشی یک خاک رس تقویت شده را ارائه داد. یک سری آزمایشات یکپارچه سازی و سه محوری انجام شد و نتیجه نشان داد که فشار قبل از تحکیم کاهش یافته و ضریب تورم و فشرده سازی به طور کلی با افزایش محتوای فیبر افزایش می یابد. کار و همکاران. [3] تأثیر گنجاندن الیاف تصادفی کوتاه را در ته نشینی تلفیقی در رس محلی مطالعه کرد و گزارش داد که شاخص فشرده سازی و ضریب تغییر حجم تا مقدار مشخصی از فیبر کاهش یافته و پس از آن افزایش می یابد. مالی و سینگ [4] رفتار مقاومت خاکهای منسجم تقویت شده با الیاف لاستیک سیم پیچ ، پلی پروپیلن و ضایعات لاستیک را بررسی کردند همانطور که از تحقیقات تجربی گزارش شده است که شامل آزمایش های فشرده سازی سه محوری ، برشی مستقیم و غیر محدود است. Qu و Sun [5] اثرات گندم را بررسی کردند الیاف نی در یکپارچه سازی و رفتار مقاومت برشی خاک رس ریز شانگهای – سایپرز ، باشگاه دانش نتیجه نشان داد که با افزایش درصد الیاف کاه گندم ، فشار قبل از تحکیم کاهش یافته و ضریب تورم و فشرده سازی به طور کلی افزایش می یابد. Subhan [6] در مورد اثرات الیاف پلی پروپیلن به طور تصادفی توزیع شده بر حداکثر چگالی خشک (MDD) ، میزان رطوبت مطلوب (OMC) ، مقاومت فشاری غیر محدود (UCS) ، هدایت هیدرولیکی نسبت تحمل کالیفرنیا (CBR) و فشار تورم یک خاک گسترده بحث کرد . ساتیا پریا و همکاران [7] با هدف بررسی بهبود خواص خاک رسی با خاصیت پلاستیکی بالای منطقه کرالا با افزودن فیبر پلی پروپیلن با درصد متفاوتی از تقویت کننده ها و پارامترهای خاک مانند UCS و تراکم خشک مورد مطالعه قرار گرفت. بات و ورشنی [8] استفاده از الیاف coir در تقویت خاک را مطالعه کردند. الیاف کریر با درصد های مختلف در خاک CL منطقه اوتاراخند مخلوط شده و اثرات آن بر روی خصوصیات خاک از طریق آزمایش های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است که شامل آزمون استاندارد پروکتور ، آزمون فشرده سازی بدون محدودیت و آزمون CBR می باشد.
از ادبیات گذشته مشخص شد که بیشتر محققان برای تعیین مقاومت برشی و مقاومت فشاری غیر محدود خاک تقویت شده با الیاف کار کرده اند. اما مطالعات محدودی در مورد رفتار تلفیقی خاک تقویت شده برای رشته های الیاف طبیعی یا مصنوعی و رشته های پلی پروپیلن وجود دارد. در این مقاله رفتار یکپارچه سازی خاک رسی تقویت شده ارائه می شود که به نوبه خود استقرار ثانویه را بررسی می کند. همچنین ، مطالعه پارامتریک برای پارامترهای مختلف تلفیق و وابستگی متقابل آن انجام شده است.
2. مواد
برای مطالعه تجربی حاضر از دو نمونه خاک استفاده شده است. خصوصیات اساسی ژئوتکنیکی نمونه های خاک ارزیابی شده و در جدول 1 شرح داده شده است.
| خواص | خاک A | خاک B |
|---|---|---|
| وزن مخصوص | 2.65 | 64/2 |
| حد مایع | 39٪ | 42٪ |
| حد پلاستیک | 22٪ | 28٪ |
| شاخص انعطاف پذیری | 17٪ | 14٪ |
| طبقه بندی IS (IS 1498-1970) | MI-CI | MI |
| USCS (سیستم طبقه بندی یکپارچه خاک) | CL | ML |
| خشت٪ | 45٪ | 25.5٪ |
| سیل ٪ | 53.24٪ | 70.48٪ |
| شن ٪ | 1.76٪ | 4.02٪ |
جدول 1: خصوصیات خاک
الیاف به طول 5 میلی متر برش داده شده و به طور تصادفی در درصد مختلف با خاک از 0 to تا 0.5 by وزن خشک (خاک) متفاوت با خاک مخلوط شدند. دو نوع مختلف خاک یعنی خاک A و خاک B به ترتیب MI-CI و MI تعریف شدند. الیاف مورد استفاده برای تقویت خاک همچنین از نظر مقاومت ، مقاومت و برخی خصوصیات دیگر مورد آزمایش قرار گرفته است. شکل 1 و 2 به ترتیب منحنی توزیع اندازه دانه برای خاک A و خاک B را نشان می دهد. جدول 2 خواص تقویت کننده مورد استفاده را نشان می دهد.
| خواص | پلی پروپیلن | کویر |
|---|---|---|
| قطر (میلی متر) | 0.25 | 0.25 |
| وزن مخصوص | 0.93 | 1.5 |
| مقاومت (MPa) | 792.122 | 719.00 |
| سرسختی (MPa) | 3657.207 | 4060.00 |
| فشار در حداکثر بار (٪) | 28.80 | 22.025 |
جدول 2: خواص فیبر
3. مطالعه تجربی
الیاف coir و پلی پروپیلن به طول 5 میلی متر برش داده شده و سپس به صورت تصادفی و گسسته با هر دو نوع خاک با درصد مختلف مخلوط شدند. OMC و MDD مربوطه با انجام آزمایشات استاندارد پروکتور با استفاده از دستگاه پروکتور اتوماتیک تعیین شد. پس از به دست آوردن نتایج آزمایش پروکتور ، نمونه های تلفیقی در OMC و MDD تهیه شد. یک سری آزمایشات یکپارچه سازی یک بعدی برای تمام پنج درصد یعنی 0 ، 0.1 ، 0.2 ، 0.3 ، 0.5 درصد وزنی خاک تقویت شده با الیاف انجام شد. پارامترهایی مانند شاخص فشرده سازی ( C c ) ، ضریب تراکم پذیری ( a v ) و ضریب فشار پذیری حجم ( m v ) ارزیابی شدند. معادله مورد استفاده برای محاسبه شاخص فشرده سازی (ج ج ) است:
4. نتایج و بحث ها
4.1 نتایج تجربی خاک تقویت شده با الیاف Coir و پلی پروپیلن
یک سری آزمایشات استاندارد پروکتور و تثبیت بر روی خاک تقویت شده A انجام شده است ، نتایج مشابهی در جدول 3 نشان داده شده است. روند٪ فیبر v / s OMC برای نوع خاک A در شکل 3 نشان داده شده است. C c به دست آمده برای درصدهای مختلف فیبر در جدول 4 و روند٪ فیبر v / s C c در شکل 4 ارائه شده است. حداکثر مقادیر به دست آمده برای m v و a v مربوط به درصد فیبر مخلوط شده است در جدول 5 برای هر دو الیاف ارائه شده است.
| الیاف کور | الیاف پلی پروپیلن | ||||
| فیبر٪ | OMC (٪) | MDD | فیبر٪ | OMC (٪) | MDD |
| 0 | 18.43 | 1.66 | 0 | 18.43 | 1.66 |
| 0.1 | 98/18 | 1.59 | 0.1 | 19.20 | 1.72 |
| 0.2 | 19.95 | 1.57 | 0.2 | 19.70 | 68/1 |
| 0.3 | 20.40 | 65/1 | 0.3 | 20.34 | 1.57 |
| 0.5 | 20.99 | 1.57 | 0.5 | 20.84 | 1.56 |
جدول 3: نتایج آزمایش استاندارد پروکتور برای خاک تقویت شده با MI-CI
| الیاف Coir | الیاف پلی پروپیلن | ||
| فیبر٪ | C ج | فیبر٪ | C ج |
| 0 | 0.01 | 0 | 0.01 |
| 0.1 | 0.008 | 0.1 | 0.009 |
| 0.2 | 0.009 | 0.2 | 0.016 |
| 0.3 | 0.013 | 0.3 | 0.029 |
| 0.5 | 0.012 | 0.5 | 0.008 |
جدول 4: مقادیر C c مربوط به فیبر٪
4.2 نتایج تجربی برای خاک B تقویت شده با زغال سنگ و الیاف پلی پروپیلن
مجموعه ای از آزمایش های استاندارد پروکتور و تثبیت بر روی خاک تقویت شده با الیاف انجام شده است. نتایج آزمون برای آزمایش پروکتور در جدول 6 ارائه شده است. رابطه بین٪ فیبر و OMC برای خاک MI تقویت شده با سیم پیچ و الیاف پلی پروپیلن در شکل 5. نتایج حاصل از آزمون تثبیت آن در جدول 7 جدول و 8 برای C C و متر ولت و V به ترتیب و روند برای C ج در شکل نشان داده شده است. 6.
نتایج آزمون به دست آمده نشان می دهد که با افزایش درصد فیبر میزان رطوبت مطلوب نیز افزایش می یابد ، هم برای الیاف و هم در نوع خاک یعنی خاکهای MI-CI و MI. از طرف دیگر با افزایش فیبر٪ ، حداکثر تراکم خشک (MDD) کاهش یافت. دلیل این افزایش OMC برای الیاف coir را می توان بیان کرد که الیاف coir مواد جاذب آب هستند و منجر به افزایش OMC می شوند. الیاف پلی پروپیلن هنگامی که با خاک مخلوط می شود باعث دفع آب می شود ، بنابراین به افزایش OMC در محتوای فیبر بالاتر کمک می کند ، همانطور که در Sathya Priya 2017 بحث شده است. شاخص فشرده سازی ( سی سی)) تا تقویت 0.3٪ افزایش یافته و تا 0.5٪ تقویت کننده اندکی کاهش یافته است. در مورد الیاف پلی پروپیلن نیز همین الگو مشاهده شد. نتایج تثبیت خاک MI به نمایش گذاشته افزایش مداوم در ارزش C ج عنوان محتوای فیبر از 0٪ تا 0.5٪ برای هر دو سخت و زبر و پلی پروپیلن الیاف افزایش یافته است. برای خاک MI-CI حداکثر مقادیر متر ولت برای الیاف سخت و زبر و پلی پروپیلن الیاف برای 0.2٪ و 0.1٪ مشاهده شد. برای ضریب تراکم پذیری ( a v) حداکثر مقدار به ترتیب برای 0.5 و 0.3 درصد برای الیاف coir و پلی پروپیلن مشاهده شد. در صورت خاک MI حداکثر ارزش از V و متر V برای فیبر coir و پلی پروپیلن به ترتیب 0.3٪ و 0.5٪ مشاهده شد.
5. نتیجه گیری ها
با افزایش درصد فیبر ، میزان رطوبت مطلوب افزایش می یابد در حالی که حداکثر چگالی خشک برای تمام موارد در نظر گرفته شده کاهش می یابد. همچنین ، در مورد الیاف coir ، مقدار شاخص فشرده سازی ( C c ) تا 0.3٪ آرماتور افزایش می یابد و سپس تا 0.5٪ تقویت کننده کمی کاهش می یابد. همین الگوی در مورد الیاف پلی پروپیلن نیز مشاهده شد. برای خاک B (MI خاک)، افزایش مداوم در C C با افزایش محتوای فیبر (0٪ تا 0.5٪) برای هر دو نوع تقویت مشاهده شد. برای خاک A (خاک MI-CI) ، حداکثر مقادیر m v برای رشته کوهی و فیبر پلی پروپیلن به ترتیب 0.2٪ و 0.1٪ مشاهده شد. حداکثر مقدار ضریب تراکم پذیری ( a v)برای الیاف coir و پلی پروپیلن به ترتیب 0/5 و 3/0 درصد مشاهده شد. در صورت خاک B (MI خاک)، حداکثر مقادیر V و متر ولت برای الیاف سخت و زبر و پلی پروپیلن برای 0.3٪ و 0.5٪ مشاهده شد. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که در اضافه کردن فیبر به خاک مقدار شاخص فشرده سازی (C ج ) به خصوص در مورد خاک MI که می تواند به افزایش در حل و فصل شود، به عنوان ما می دانیم که افزایش C C به طور مستقیم به حل و فصل متناسب است . با توجه به تأثیر طول الیاف و توزیع اندازه دانه از آرماتور و خاک به ترتیب می توان مطالعه بیشتری انجام داد تا زمان نشست برای خاک تقویت شده با الیاف به طور دقیق ارزیابی شود.
منابع
- GLS Babu ، Vasudevan ، Vasudevan و MK Sayida ، “استفاده از الیاف coir برای بهبود خصوصیات مهندسی خاکهای گسترده” ، مجله الیاف طبیعی ، 5 (1) ، صص 61-75 ، 2008.
- AR Estabragh ، AT Bordbar و AA Javadi ، “رفتار مکانیکی یک خاک رسی تقویت شده با الیاف نایلون ،” Geotech Geol Eng. ، 29 (5) ، صص 899-208 ، 2011.
- RK Kar ، PK ، Pradhan و A. Naik ، “خصوصیات تلفیقی خاک منسجم تقویت شده با الیاف” ، مجله الکترونیکی مهندسی ژئوتکنیک ، 17 (Bund. Z) ، ص 3861-3874 ، 2012.
- S. Mali و B. Singh ، “رفتار مقاومت خاکهای منسجم تقویت شده با الیاف” ، مجله بین المللی تحقیقات مهندسی عمران ، 5 (4) ، 353-360 ، 2014.
- J. Qu و Z. Sun ، “رفتار مقاومتی خاک رسی شانگهای تقویت شده با الیاف کاه گندم ،” Geotech Geol Eng.، 34 (2)، pp. 515-527، 2015.
- MD Subhan ، “تأثیر الیاف پلی پروپیلن در خصوصیات مهندسی خاک گسترده” ، مجله بین المللی تحقیقات نوآورانه علوم ، مهندسی و فناوری ، 5 (3) ، صص 3680-3684 ، 2016.
- CM Sathyapriya ، S. Archana ، AB Albert و AD Deeraj ، “تثبیت خاک رسی با استفاده از الیاف پلی پروپیلن” ، مجله تحقیقات بین المللی مهندسی و فناوری ، 4 (4) ، صص 1252-1255 ، 2017.
- H. Bhatt و H. Varshney ، “بررسی اثر فیبر Coir در خاک رس” ، مجله بین المللی تحقیقات پیشرفته در علوم و مهندسی ، 7 (3) ، ص 549-555 ، 2018.
نویسندگان:
دکتر سیدارتا سنگوپتا ، دانشیار ، مهندسی عمران و محیط زیست ، موسسه فناوری بیرلا ، مسرا ، رانچی – 835215 ، هند .
سفیان غنی ، محقق پژوهشی ، گروه مهندسی عمران ، انستیتوی ملی فناوری ، پتنا – 800005 ، هند .
