شکل۳-۴- نمونه های مختلف ترک ایجاد شده در اثر از دست دادن رطوبت]۲۷[

شکل ۳-۵-ترک های ایجاد شده در طی زمان]۲۸[
۱) ترک های انقباضی؛ که ناشی از خشک شدن و از دست رفتن رطوبت خاک می باشند.
۲) ترک های حرارتی؛ که ناشی از تغییرات درجه حرارت می باشند.
۳) ترک های کششی؛که عمدتا ناشی از فشار سربار و گاهی در اندرکنش با سایر ترک ها توسعه می یابند.
۴) ترک های شکست؛ که در اثر بارگذاری ایجاد می گردند.
۳-۵-۲- تقسیم بندی ترک ها براساس عامل اصلی خرابی:
براساس عامل اصلی ایجاد خرابی، می توان ترک ها را در سه گروه عمده تقسیم بندی نمود:
الف) ترک های ناشی از کاهش تنش موثر خاک
ب) ترک های ناشی از فشار آب
ج) ترک های ناشی از کاهش مقاومت مصالح
الف- ترک های ناشی از کاهش سطح تنش موثر خاک: با کاهش سطح تنش موثر، وقوع ترک های کششی و برشی افزایش می یابد. به طور کلی مناطق کم تنش از اختلاف سختی مصالح در قالب پدیده هایی همچون نشست های اختلافی در بدنه، و نشست پی به وجود می آیند.
ب- ترک های ناشی از فشار آب:
فشار آب به دو صورت موجب خرابی در توده های خاکی می گردد:
۱- روانگرایی ۲- ترک یا شکست هیدرولیکی
در حالت طبیعی، آب قادر به غلبه بر تنش موثر خاک و ایجاد روانگرایی و ترک هیدرولیکی نیست با این حال ، شرایط خاصی نظیر زلزله ممکن است منجر به افزایش فشار آب حفره ای و در پی آن روانگرایی گردد.
ج- ترک های ناشی از کاهش مقاومت مصالح:
تغییر خواص مصالح پس از آبگیری سد، در برخی موارد موجب افزایش مقاومت و در برخی موارد موجب کاهش مقاومت مصالح می گردد. با آبگیری سد و ورود آب به هسته، رطوبت خاک افزایش می یابد و در نهایت هسته اشباع می شود؛ سپس پدیده تحکیم آغاز می گردد. مطالعات متعدد نشان می دهد که مقاومت خاک اشباع نشده برای جلوگیری از شکست هیدرولیکی، بیشتر از مقاومت خاک اشباع شده و تحکیم نیافته است ولی خاک اشباع شده و تحکیم یافته از هردو حالت مقاوم تر است.
وجود برخی از املاح در آب مخزن و واکنش شیمیایی با یون های خاک رس اثرات کاهنده در مقاومت دارند.
۳-۵-۳- جلوگیری از ترک خوردگی
وجود ترک ها، یکی از دلایل عمده در پیدایش آب شستگی در خاک های واگراست جلوگیری از بروز این پدیده، یکی از مسائل مهم است هرچه وزن مخصوص خشک خاک بیشتر باشد، قابلیت تراکم ونشست آن کمتر است. چنانچه خاک در طرف مرطوب بهینه کوبیده شود، قابلیت تراکم آن نسبت به زمانی که در طرف خشک رطوبت بهینه کوبیده می شود بیشتر است. نکته در خور توجه آنکه، اگر خاک در طرف مرطوب کوبیده شود دارای نشست های بیشتری خواهد بود ولی در عوض انعطاف پذیری آن بیشتر و امکان ایجاد ترک در آن بر اثر عواملی نظیر نشست کمتر می شود. البته در این حالت اگر زمان بین خاکریزی دولایه متوالی طولانی شود، امکان ایجاد ترک بر اثر کاهش رطوبت و انقباض خاک بیشتر می شود؛ از سوی دیگر، خاک کوبیده شده در طرف خشک با وجود اینکه نشست کمتری دارد امکان ترک خوردگی آن بیشتر است. به طور کلی، هرچه انرژی تراکم بیشتر باشد، خاک دارای قابلیت تردی و شکنندگی بیشتری خواهد بود. با توجه به مسائل فوق، باید در انتخاب نوع آزمایش تراکم و انرژی مناسب با آن نیز دقت شود. به طور نظری چنین نتیجه گیری می شود که بهتر است خاک را در ترازهای پایین تر، با انرژی بیشتر ودر ترازهای بالاتر با انرژی کمتر و رطوبتی بیشتر از رطوبت بهینه متراکم کرد. در این صورت خاک قسمت های بالای سازه انعطاف پذیر می شود و امکان ایجاد ترک در آن بر اثر نشستهای نامتساوی کمتر است و در قسمت های پایین که تنشها بیشتر است، مقاومت خاک بیشتر و نشست آن کمتر است.

نمودار۳-۱-تاثیر رطوبت در نشست خاک
به طور کلی می توا ن از روش های زیر جهت جلوگیری از ایجاد ترک در خاکریزها و سدهای خاکی و… استفاده نمود:
– ترمیم واصلاح پی بستر خاکریز و دیوارهای جانبی، به منظور کاهش نشست های نامساوی
– دقت در میزان تراکم، رطوبت خاک و اجرای لایه های مختلف
– استفاده از دیوارهای جداکننده در پی و دیوارهای جانبی سدهای خاکی و اجرای آن تا عمقی که وجود ترک های ناشی از خشک شدن خاک های رسی امکان پذیر است]۴[.
۳-۶- روش های مواجهه با خاک های واگرا
درصورتی که واگرایی خاک در یک منبع قرضه یا در زمین پی و تکیه گاه یک سازه محرز گردید، در درجه اول امکان عدم کاربردآن مورد بررسی قرار می گیرد. با این وجود در برخی موارد به علت عدم دسترسی به منابع مناسب و یا مقرون به صرفه نبودن حمل خاک جایگزین از فواصل دور، کاربرد خاک های واگرا اجتناب ناپذیر می گردد. در این گونه موارد، استفاده یا عدم استفاده این مصالح باید در قالب اهمیت و میزان ریسک پذیری پروژه بررسی گردد.اگرچه برای استفاده از خاک های رس واگرا در سد های خاکی، تمهیدات خاصی لازم است، با وجود این در بسیاری پروژه های کوچک می تواند با صرفه ترین مصالح باشد. لذا باید روش هایی پیش بینی نمود که علی رغم استفاده از خاک رس واگرا، با ایجاد خصوصیت دفاعی مناسب از مسایل ناشی از واگرایی جلوگیری به عمل آید. روش های متفاوت برای دستیابی به این اهداف وجود دارد که در عمل ممکن است یکی و یا مجموعه ای از آن ها مورد استفاده قرار گیرد.
۳-۶-۱-روش های طراحی و اجرای مناسب
تقریبا همه گزارش هایی که از تخریب سد ها در نتیجه خاک های رس واگرا داده شده، در سد های همگن بدون فیلتر بوده و علاوه برآن، نواحی با تراکم نسبتا کمتر و نتیجتا دارای نفوذپذیری بیشتر مانند اطراف لوله ها و آب روها در مجاورت سازه های بتنی و تکیه گاه های شیب دار و در سطوح تماس با پی، همگی در طول عملیات اجرا نیاز به توجه خاص دارند.
بنابراین کنترل تراکم و دانسیته خاک بسیار مهم است. این امر مستلزم نظارت دقیق بر میزان تراکم و رطوبت در طول زمان اجرا است. در این زمینه معیار های زیر می توانند مورد توجه قرار گیرند:
– بهینه کردن فواصل زمانی ریختن خاک، به گونه ای که امکان ایجاد ترک های موئین ناشی از خشک شدن خاک، بخصوص در نواحی گرمسیری به حداقل رسد.
– مشاهده دقیق سطح متراکم شده خاک از نظر وجود ترک و روش های مناسب برای اصلاح رطوبت و جلوگیری از ایجاد ترک
– افزودن رطوبت به خاک در محل منبع قرضه به روش های آب اندازی، آبیاری خاک از قبل و غیره.
– خودداری از افزودن آب به لایه ریخته شده خاکریز با بهره گرفتن از جریان آب متمرکز
– اعمال مدیریت صحیح در استفاده از منبع قرضه و جلوگیری از بکار بردن خاک های حاوی مقادیر زیادی شن و ماسه و با خاک رس نسبتاکمتر
– بازرسی مستمر افراد متخصص ماهر، انجام آزمایش های مکرر مقاومت فشاری تک محوری و افزایش تعداد آزمایش های تراکم و رطوبت در زمان اجرا
– آب بندی موثر ترک های سطحی در سنگ پی توسط تزریق دوغاب سیمان. هنگامی که هسته سد ازخاک واگرا بر روی سنگ پی ساخته می شود، بهترین راه برای جلوگیری از نفوذ ذرات رس به داخل ترک های کوچک سنگ آن است که ابتدا ترک های مهم پاکسازی شده و تا عمق حداقل سه برابر عرضشان با ملات سیمان پرشوند. زمانی که سنگ دارای ترک های متعدد است، بهتر است دال بتنی پیوسته ایجاد گردد]۲۱[.
۳-۷- مونتموریلونیت ( بنتونیت)

شکل۳-۶- مونتموریلونیت
مونتموریلونیت که بیشتر با نام تجاری بنتونیت شناخته می شود، یکی از رس های مشهور از گروه اسمکتیت است. در اسمکتیت ها، صفحات، حامل بار منفی بوده که ناشی از کاتیون های بین لایه ای می باشد. همچنین پیوند صفحات مختلف آنها بسیار پایین بوده و آب به راحتی در بین صفحات آن نفوذ می کند. در اثر جذب آب زیاد، خاصیت تورمی این رس ها بسیار بالاست.
بنتونیت یکی از انواع خاک های رسی بسیار ریزدانه به رنگ سفید تا آبی روشن است که در اثر تجزیه خاکسترهای آتشفشانی تشکیل شده است. از مشخصات بارز این نوع رس، به خاصیت خمیری زیاد، پتانسیل تورم آن در مجاورت آب و همچنین انقباض شدید آن به هنگام خشک شدن می توان اشاره نمود. در مجاورت آب، بنتونیت حاوی سدیم، تغییرات حجمی بیشتری را نسبت به بنتونیت های حاوی کلسیم از خود نشان می دهد. قدرت تورم این نوع رس به حدی است که در تماس با آب، معمولا حجم آن ۱۰ تا ۱۵ برابر شده و در موارد استثنایی ممکن است این رقم به ۲۵ تا ۳۰ برابر افزایش یابد
وجود خواص متعدد در خاک رس بنتونیت،کاربرد آن را در بسیاری از پروژه های مهندسی افزایش داده است. به عنوان مثال، از این نوع رس، برای کاهش شدید جریان تراوش،آب بندی در سدها و مخازن آب استفاده می شود]۲۹[.
۳-۸- فرایندخودترمیمی

شکل۳-۷- ترک ترمیم یافته]۲۴[
بحث خودترمیمی خاک های رسی به عنوان یکی از شاخص ها و ویژگی های مثبت رس در چند سال اخیر مورد توجه محققین بوده است برای ارزیابی این موضوع روش ها و متدهای متفاوتی را انتخاب و مورد تجزیه و تحلیل قرار داده اند]۱۶[.
رس های متعلق به گروه اسمکتیت با ساختار لایه ای دارای کاتیون ها در فضای بین لایه ای هستند، این نشان می دهد که خواص تورم رس از هیدراتاسیون کاتیون ها در فضای بین لایه ای بدست آمده است، چرا که تورم رس دلالت بر ویسکوزیته ای خاص به نام تیکسوتروپی دارد. این ویژگی اثر مسدود کردن فضای خالی در مقابل یون های محلول در آب داخل خاک را دارد]۲۶[. با توجه به این خصوصیت، از این خاک رس به عنوان یک مانع و یا مواد آب بندی برای محل های دفع زباله های رادیواکتیو]۲۴[،زباله های شهری]۱۵[ و هسته سدهای خاکی]۴[و]۲۳ [استفاده می شود.
خاصیت ترمیم ترک رس،بسته شدن ترک های خارجی ایجاد شده در آن است]۱۵[ (ترک های سطحی راحت تر از ترک های عمیق ترمیم می شوند]۲۳[.) البته این ترک ها به شکل قبل از ترک خوردگی شان بازنمی گردند و در هر صورت در خصوصیات لایه رسی تغییراتی به وجود می آید]۲۴[ برای مثال نفوذپذیری لایه رسی مقداری افزایش خواهد یافت]۱۵[.
به طور کلی عوامل موثر بر خودترمیمی در رس ها عبارتند از قابلیت تورم، نشست و خزش؛ با وجود اینکه سهم کمی هیچ کدام از این عوامل قابل تشخیص نمی باشد هرکدام از آن ها نقش متفاوتی در روند کلی خودترمیمی که بسته به خصوصیات سنگ بسترو حالت های آن است اجرا می کنند]۲۴[.
۳-۹- جمع بندی
کانی های رسی هرکدام دارای ویژگی ها و خصوصیات جداگانه ای هستند که تاثیرات متفاوتی بر رفتار کلی خاک های رسی می گذارند، مونتموریلونیت به عنوان کانی موثر در تغییرات دامنه خمیری خاک بیش از سایر کانی ها مورد توجه می باشد به همین دلیل از آن ، چه در مقیاس نانو و چه به صورت عادی برای اصلاح رفتار خاک استفاده می کنند.
خاک های رسی دارای توانایی تورم و انقباض در برابر افزایش و کاهش درصد رطوبت می باشند، در این میان ویژگی های دیگری مثل واگرایی خاک باعث بروز مشکلاتی در طی زمان می شوند از جمله این مشکلات ایجاد حفره و یا ترک در درون سازه می باشد، که برای جلوگیری از به وجود آمدن این مشکلات به اصلاح و تثبیت خاک می پردازیم، یکی از این ویژگی های مثبت رس که در صورت اصلاح مشکل واگرا بودن خاک و ترک های ایجاد شده ناشی از آن را برطرف می کند خودترمیمی خاک رس می باشد؛ خودترمیمی به معنای بسته شدن ترک های خارجی ایجاد شده درون خاک می باشد که در طی زمان انجام می شود اما این ترمیم به گونه ای نیست خاک به شکل اولیه خود برگردد و ممکن است نفوذ پذیری آن تا حدودی افزایش یابد.
۴-۱- مقدمه
در این فصل به شرح مشخصات مواد مورد استفاده، روش تهیه و نگهداری آن ها، نکات مهم در انجام آزمایش ها، شیوه ی ساخت نمونه ها، ذکر استانداردهای مربوطه و در نهایت روش اعتبار سنجی نتایج پرداخته می شود.
۴-۲- مواد مصرفی
۴-۲-۱- خاک رسی
خاک رس مورد استفاده در این تحقیق از منطقه مهرشهر کرج تهیه شده است.
در همه آزمایش ها به دلیل لزوم تناسب قطر بزرگترین دانه با ابعاد قالب و نیز همخوانی نسبی ابعاد ماده افزودنی و مصالح مادر، خاک رسی از الک مش ۴۰ عبور داده شد. بنابراین، آزمایش های شناسایی خاک ( دانه بندی و تعیین چگالی ویژه) بر روی خاک عبوری از این الک انجام شد. ضمن اینکه برای آزمایش تعیین حدود اتربرگ نیز خاک گذرنده از الک مش ۴۰، توسط استانداردهای مربوطه معرفی شده است.

شکل۴-۱ آزمایش دانه بندی خشک و تر
بر اساس استاندارد ASTM D422 آزمایش دانه بندی به دو روش دانه بندی با الک و هیدرومتری انجام شد نتایج به قرار شکل ۴-۱ است:
نمودار۴-۱ منحنی دانه بندی
۴-۲-۲-نانو رس مونتموریلونیت اصلاح نشده
نانو رس مورد استفاده دارای مشخصات فیزیکی و شیمیایی زیر در ساختار خود می باشد:

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت tinoz.ir مراجعه کنید.

حق انحصاری © 2021 مطالب علمی گلچین شده. کلیه حقوق مح