تثبیت خاکریز با آهک در سیستم های خاکی مسلح:

 

 

 

 

 

 

 

 

مصالح مختلفی برای تثبیت خاک وجود دارد؛ از جمله سیمان، آهک و خاکستر. هنگامی که آهک و آب با خاکی رسی ترکیب شوند، واکنش های تثبیت کننده و اصلاح خصوصیات خاک رخ می دهد. در محیط های بسیار قلیایی ( PH>12 برای مدت زمان کوتاه)، ممکن است خوردگی المان های فولادی در سیستم های تسلیحی مانند خاک مسلح اتفاق بیفتد. نوارهای پلی استری با مقاومت کششی بالا و با روکش LLDPE، که به عنوان مسلح کننده نمای پانل بتنی بکار می روند، راهکار مناسبی برای چنین محیط هایی هستند.

جهت استفاده صحیح از این رویکرد، نیاز به فهم درست از پارامترهای خاک، درصد آهک در خاکریز مسلح،رفتار و دوام روکش LLDPE مسلح کننده ها و روال نصب وجود دارد.

 

 

تثبیت خاکریز با آهک در سیستم های خاکی مسلح:تثبیت خاکریز با آهک در سیستم های خاکی مسلح:

 

بهبود مصالح خاکریز:

برهم کنش بین مصالح خاکریز و المان های تسلیح، نقش مهمی در عملکرد دیوارهای خاک مسلح ایفا می کند. خاکریز عموما عاری از مصالح ارگانیک و سایر مواد مضر بوده و از الزامات مشخصی تبعیت می نماید. در صورت مناسب بودن برای طراحی، استفاده از مصالح موجود در محل می تواند جهت کاهش هزینه های کلی سیستم، ترجیح داده شود.

خاک رس با پلاستیسیته متوسط تا بالا یا خاکهای ریزدانه جهت استفاده به عنوان خاکریز، نیازمند بهبود مشخصات خاک هستند. این روند موجب کاهش نشست، افزایش ظرفیت باربری و بهبود پایداری کلی سیستم می گردد. نوع بهبود یا تثبیت خاک بر اساس معیار عملکردی سازه به سه دسته اصلی زیر تقسیم می شود:

  • مصالح نامحدود: مقاومت عمدتا توسط چسبندگی و اصطکاک بین ذرات تامین شده و هیچ مقاومت کششی قابل توجهی نشان داده نمی شود. تغییرشکل توسط برش، تراکم و تجزیه ذرات تعیین می شود.
  • مصالح اصلاح شده: برای افزایش مقاومت یا کاهش رطوبت یا استعداد یخ زدگی (بدون افزایش سختی)، مقدار اندکی از یک ماده تثبیت کننده به مصالح نامحدود اضافه می شود.
  • مصالح محدود: برای دستیابی به عملکرد سازه ای بهتر، ماده تثبیت کننده به مصالح نامحدود اضافه می گردد. مصالح حاصل، دارای مقاومت برشی بیشتری می باشد که در نتیجه ی قفل و بست بین ذرات، پیوند شیمیایی،چسبندگی و مقاومت کششی قابل توجه بدست آمده است. تغییرشکل ها در اثر ترک های ناشی از انقباض، خستگی و تنش های بیش از حد رخ می دهد.

انتخاب تثبیت کننده به عواملی مانند درجه بندی، شاخص پلاستیک، آب و هوا، در دسترس بودن و بهای ماده، در دسترس یودن تجهیزات ساخت،تجربه نیروی انسانی سایت و ... بستگی دارد. معمولا از توزیع اندازه ذرات و حدود اتربرگ برای گرفتن ایده اولیه جهت بهترین نوع تثبیت استفاده می شود. تمام مصالح می بایست پیش از هرگونه کار میدانی، در آزمایشگاه به درستی ارزیابی شوند تا از یکنواختی و کیفیت آنها اطمینان حاصل گردد.

خاکریز تثبیت شده با آهک:

بهبود با آهک می تواند خاکهای ناپایدار را با تغییرات شیمیایی و از طریق بهبود کارایی و مقاومت، تبدیل به مصالحی قابل استفاده نماید. با استفاده از مقادیر کمی از این ماده، خاک ها خشک و اصلاح شده و می توانند به عنوان راه های موقت و سکوهای کار به کار روند. در صورت استفاده از مقادیر بیشتر، خاک پایداری ساختاری دائم پیدا می کند. آهک می تواند در اشکالی مانند آهک زنده (کلسیم اکسید)، آهک هیدراته (کلسیم هیدروکسید) یا دوغاب آهک برای تثبیت خاک بکار رود. آهک زنده از تبدیل شیمیایی کلسیم کربنات( سنگ آهک) به کلسیم اکسید حاصل می شود. آهک هیدراته یا شکفته از واکنش آهک زنده با آب تشکیل می گردد.

هنگامی که آهک و آب با رس ترکیب شوند، این واکنش های شیمیایی سریع رخ می دهد:

  • خشک شدن خاک: آهک زنده فورا با آب واکنش داده و شروع به تولید گرما می نماید. آب موجود در خاک واکنش نشان داده و گرمای حاصل، رطویت اضافی را بخار نموده منجر به خشک شدن خاک می گردد. آهک آبدار حاصل، آنگاه با ذرات رس واکنش داده و ظرفیت خاک برای نگه داری آب را کاهش می دهد. ( خشک شدن مضاعف)
  • اصلاح: پس از فاز اول، یون های کلسیم (ca++)، از آهک آبدار به سمت ذرات رس حرکت نموده جایگزین آب و دیگر یون ها می شوند. در پروسه مجتمع شدن و آگلومراسیون که طی چند ساعت رخ می دهد، شاخص خمیری خاک  و همچنین پتانسیل تورم و انقباض آن، به میزان قابل ملاحظه ای کاهش پیدا می کند. در نتیجه کارکردن با خاک و تراکم آن راحت تر می شود.
  • تثبیت: افزایش مقاومت دراز مدت، ناشی از واکنش های پوزولانی که در محیط فوق العاده قلیایی(PH>12) ، رخ می دهد می باشد. این فعالیت هامنجر به تجزیه ذرات رس شده و باعث تشکیل سیلیکات ها و آلومینات های کلسیم می گردد که عوامل مناسب  مقاومت لایه های خاکی تثبیت شده با آهک را تشکیل می دهند. در نتیجه خاک تغییر حالت پیدا می کند: ساختار کانی های رس، تغییر یافته و تولید لایه سخت نفوذناپذیری با ظرفیت باربری بالا می نماید. این پروسه طی چند ساعت آغاز شده اما نسبتا آهسته بوده و ممکن است چند سال طول بکشد. عموما برای این پروسه هوای گرم مورد نیاز است. دمای هوا باید حین واکنش حدودا 5 درجه زیاد  شود. هوای سرد نیز می تواند امکان پذیر باشد اگر واکنش آهک، برای خشک کردن خاک تر استفاده شود. از شرایطی که در آن خاک یخ بزند باید تا حد امکان اجتناب نمود.

در مجموع، خاک های رسی ریزدانه( با دست کم 25% عبوری از الک 200 و شاخص پلاستیک بزرگتر از 10)، برای تثبیت با آهک مناسب هستند. از آنجایی که تثبیت با اهک به خاکی احتیاج دارد که حاوی پوزولان طبیعی باشد، وجود عناصر رس در خاک جهت واکنش با آهک مورد نیاز می باشد.

مسلح کننده های تسمه ای در محیط های فوق قلیایی:

انتخاب مسلح کننده مناسب، در طراحی خاک تثبیت شده با آهک بسیار مهم می باشد. اگر خوردگی رخ دهد، عمر طراحی سازه می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد. سیستم MacRes مکافری، پانل های پیش ساخته نما را با تسمه های پلی استری با مقاومت کششی بالا و با روکش LLDPE ( پلی اتیلن با دانسیته کم) ترکیب می نماید.

مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی تسمه های پلی استری عموما تابعی از عوامل زیر است:

  • وزن مولکولی پلی استر PET ( Mn)
  • محتوای گروه کربوکسیل پلی استر
  • مقاومت باقی مانده پلی استر پس از 500 ساعت در دستگاه هواسنج

خوردگی بیولوژیکی نیز تابع وزن مولکولی می باشد. مطابق آیین نامه FHWA-NHI-00-044، پلیمرهای با وزن مولکولی بالا، کمتر در معرض آسیب آنزیمی هستند.

پوشش پلی اتیلن در واقع حفاظت مضاعفی از پلی استر در برابر مصالح مخرب خاکریز می باشد. معمولا مخرب ترین مصالح خاکریز از نظر شیمیایی، ریزدانه ها هستند( ماسه رسی یا رس ماسه ای) که می تواند موجب آسیب به روکش پلی اتیلنی شود. ضریب کاهش مربوط به پایایی RFD، بستگی به PH خاک و دمای طراحی آن دارد.

معمولا RFD برای PH بین 4.5 تا 9 و بین 9 تا 11 تعیین می شود.

در PH>10 ، و در مدت زمان های درازمدت در PH>9، سطح فیبرهای پلی استری به نحو پیش رونده ای توسط هیرولیز خارجی فرسایش می باید. این امر منجر به افت مقاومت شده و به موازات هیدرولیز داخلی اتفاق می افتد. به همین خاطر، محدودیت هایی در استفاده از پلی استر PET در محیط های با PH بالاتر از 9 وجود دارد.

بررسی Greenwood در سال 2007، سطح بالایی از مقاومت شیمیایی ناشی از پوشش محافظ را درتسمه ها نشان داد. با این حال همچنان اگر امکان تجاوز PH از 9 در درازمدت وجود داشته باشد، می بایست بررسی دقیق  در خصوص PH، نوع یون فلزی، دما و ... صورت گیرد.

پروژه: دیوار خاک مسلح با خاکریز تثبیت شده با آهک

 

تثبیت خاکریز با آهک در سیستم های خاکی مسلح:

طی ساخت کمربندی جدید در منطقه ای در ایتالیا، حدود 4700 مترمربع دیوار حائل با نمای پانل های بتنی بکار رفت که بر روی خاک آلوویال عمدتا چسبنده ای حاوی سیلت  و رس ماسه ای تراکم پذیر قرار می گرفت. این خاکها در معرض مشکلات جدی ژئوتکنیکی خصوصا در زمینه تغییرشکل های اختلافی و کلی بودند. سازه های خاکی مسلح، که شامل 9 دیوار پره ای(wing wall) بود، با تسمه های پلی استری به عنوان المان های تسلیح ، و پانل های بتنی مربعی به ابعاد 1.5*1.5 متر به عنوان نما طراحی گردید.

تسمه های تسلیح برای این پروژه دارای مقاومت کششی نهایی بین 27 کیلونیوتن تا 36 کیلونیوتن بوده است. بیشینه ارتفاع دیوار حدود 8.5 متر بوده و فاصله عمودی بین لایه های مسلح کننده 75 سانتیمتر در نظر گرفته شد.

خاک مورد استفاده برای ساخت خاکریز، حاصل از حفاری مترو در منطقه بوده که به لحاظ هزینه و نیز پایداری، بهترین گزینه ارزیابی شده است. با این حال، ماهیت رس سیلتی مصالح، در واقع برای ساخت جاده مناسب نمی باشد. ازین رو تکنیکی برای بهبود خصوصیات خاک، مورد نیاز تشخیص داده شد.

پس از طراحی و آزمایش دقیق، راهکار تثبیت با آهک اتخاذ گردید. (میزان آهک به اندازه 2.5% وزن خاک). ترکیب خاک و آهک، بیرون محل  صورت گرفته و خاک تثبیت شده به محل منتقل و آنجا متراکم شد. مصالح حاصل، در اثر قفل و بست بین ذرات، پیوند شیمیایی و چسبندگی، دارای مقاومت برشی بالاتر و همچنین مقاومت کششی بیشتر بوده است.

مقادیر متداول برای مقاومت مکانیکی خاکهای تثبیت شده با آهک، c’=25kPa و f’=30° می باشد.

برای این پروژه، مقادیر مقاومت مکانیکی توسط تست های آزمایشگاهی و جهت تعیین چسبندگی، وزن مخصوص و زاویه اصطکاک خاک تثبیت شده با آهک بدست آمد.

 

 

منبع: geosynthetica.net