بررسی آزمایشگاهی رفتار مقاومتی خاک بهسازی شده با الیافCFRP در دستگاه برش مستقیم

در سال های اخیر ساختگاه مناسب برای ساخت و ساز به علت افزایش جمعیت کاهش یافته است. خاک های موجود در محل اکثرا برای ساخت و ساز مناسب نمی باشند، بنابراین باید تغییراتی در راستای بهسازی خاک صورت گیرد. ساخت ساختمان و سایر سازه ها در مهندسی عمران بر روی خاک ضعیف بسیار خطرناک است
چرا که خاک مستعد نشست های دیفرانسیلی در اثر مقاومت برشی کم و تراکم پذیری باال می باشد. از این رو الزم است که خواص مقاومتی خاک نظیر ظرفیت باربری و مقاومت برشی(ø,c)خاک بهسازی شود. در این مقاله به بررسی مقاومت برشی خاک مسلح شده با الیاف پلیمری CFRP پرداخته شده است. هدف اصلی بهسازی خاک و بررسی نقش الیاف مسلح کننده بر مقاومت برشی خاک بر حسب درصد وزنی الیاف است. بدین منظور الیاف CFRP با درصد های مختلف با خاک مخلوط شده و سپس با درصد رطوبت بهینه متراکم گردیده است و تحت آزمایش برش مستقیم قرار گرفته است که نتایج آزمایش نشان دهنده ی افزایش مقاومت برشی خاک می باشد.

با توجه به توسعه ی ساخت و ساز و نیاز روز افزون به زمین، توجه مهندسین به زمین هایی که خاک بسترشان دارای مشکالت ژئوتکنیکی می باشد، جلب شده که بدین ترتیب نیاز به بهسازی این بستر ها در بین مهندسین ژئوتکنیک احساس می شود. با گذشت زمان نیاز به بهسازی خاک های ضعیف به یکی از بدیهی ترین قسمت های پروژه های عمرانی تبدیل شد بدین صورت که احتمال نیاز یک پروژه به بهسازی و تثبیت خاک در هر جایی قابل پیش بینی است. در سال های اخیر بیش از یک میلیون متر مربع ژئوتکستایل برای مسلح کردن خاک مورد استفاده قرار گرفته است. با این وجود، در ارتباط با ژئوتکستایل مشکالت متعدد مهمی وجود دارد، مانند خزش، مقاومت و مدول االستیسیته ی پایین و حساسیت نسبت به محیط تهاجمی. الیاف کربن تقویت شده ی پلیمری (CFRP) بیش از دو دهه ی پیش در رشته ی مهندسی سازه معرفی شده است و همچنین می تواند در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار گیرد. CFRP دارای تمام مزایای مرتبط با ژئوتکستایل است و همچنین هیچ خزشی ندارد و دارای مقاومت باالتر و مدول باالتر است و در محیط های تهاجمی قابل اطمینان می باشد.

 

مصالح مورد استفاده

خاک

خاک مورد استفاده در این پژوهش، خاک ماسه ی رس دار رد شده از الک نمره ی 4 ،می باشد. خاک مورد نظر براساس سیستم طبقه بندی متحد در رده ی SC قرار می گیرد. خصوصیات خاک براساس جدول 1 می باشد.

الیاف مسلح کننده

الیاف مورد استفاده در تسلیح خاک، الیاف پلیمری کربنی CFRP می باشد. مشخصات الیاف مذکور در جدول 2 ارائه گردیده است. در شکل 1 این الیاف به صورت برش داده شده نشان داده شده است.

 

نتایج آزمایش

نمودار تنش برشی:

 

نتیجه گیری

1- با توجه به آزمایش های برش مستقیم انجام شده روی نمونه های آزمایشگاهی، مشاهده می شود خاک مسلح شده با الیاف CFRP در مقایسه با خاک بدون الیاف مقاومت برشی بیشتری دارد.

2- .بهترین میزان برای تسلیح خاک با الیاف CFRP 0.9% درصد وزنی خاک خشک می باشد، به گونه ای که در آن زاویه ی اصطکاک داخلی خاک به مقدار 9 درجه و ضریب چسبندگی خاک به میزان 15.35 کیلو پاسکال افزایش می یابد.

3- توزیع الیاف بصورت تصادفی در خاک باعث تقویت خاک در تمامی جهات شده و خاک در مقابل تنش کششی اعمالی به خوبی مقاومت می کند.

4- بطور کلی می توان گفت که یکی از کارآمد ترین و موثرترین روش ها در بهبود خواص مهندسی خاک های اختالط آن ها با رشته های الیافی می باشد.