تحقیق و توسعه

به نام خدا

همزمان با رونمایی از سایت جدید انجمن ژئوسنتتیک به پیشنهاد اینجانب و تایید هیئت مدیره چهارم، بخشی به عنوان تحقیق و توسعه در نظر گرفته شد. هدف از اینکار در اختیار قراردادن فضایی از سایت انجمن به محققان دانشگاهی و غیر دانشگاهی، تولید کنندگان،  مجریان و سایر دست اندرکاران دانش و صنعت ژئوسنتتیک برای ارائه تحقیقات جدید خود در جهت توسعه علم ژئوسنتتیک در ایران است.

صرفاً برای شروع و در جهت ترغیب همکاران، دانشجویان و … برای به مشارکت گذاشتن یافته های جدید پژوهشی خود و دیگران در این قسمت در ادامه به گوشه ای از تحقیقات انجام گرفته توسط اینجانب و دانشجویان تحصیلات تکمیلی بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست دانشگاه شیراز اشاره شده است. مراجع مطالب نیز در زیر این نوشتار برای کسب اطلاعات بیشتر آورده شده است.

امیدوارم که با ارائه دستاوردهای متخصصان و محققان این بخش، ایجاد انگیزه و نشاط علمی در بین دانشجویان و صنعت گران موثر افتد و تولید کنندگان در پشتیبانی از این تحقیقات به خصوص در موارد کاربردی دین خود را در توسعه مرزهای دانش در این زمینه ادا کنند.

با آرزوی به کامی

نادر هاتف

هیئت مدیره چهارم انجمن ژئوسنتتیک ایران

تحقیقات انجام گرفته توسط اینجانب و دانشجویان تحصیلات تکمیلی بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست دانشگاه شیراز

• ابداع و معرفی سامانه مهار-شبکه، Grid-Anchor (2007)

مصلی نژاد و همکاران در سال 2007 نسل جدید مسلح کننده‌ها به نام مهار-شبکه را معرفی کردند. این مسلح کننده‌های سه بعدی به ‌علت درگیری بیشتر با خاک، توانایی بیشتری در افزایش ظرفیت باربری پی دارند. همچنین مقاومت بیرون کشیدگی این مسلح کننده در مقایسه با مسلح کننده‌های معمولی به طور قابل توجهی بیشتر است. ایشان در پژوهش‌های خود در دانشگاه شیراز به ‌صورت آزمایشگاهی و صحرایی و به کمک یک جک هیدرولیکی آزمایش‌هایی روی پی‌های مربعی با ابعاد 20، 30، 40، 50 سانتی‌متر قرار گرفته شده بر خاک ماسه‌ای انجام دادند. هم‌چنین از دو نوع مسلح کننده ژئوگرید و مهار-شبکه‌جهت مقایسه‌ی تأثیر نوع مسلح کننده‌ها بر میزان ظرفیت باربری پی‌های مربعی استفاده کردند. پارامتر‌هایی که به عنوان متغییر در این پژوهش بررسی شد شامل: فاصله‌ی اولین مسلح کننده تا کف پی، فاصله مابین مسلح کننده‌ها، عرض ناحیه‌ی مسلح شده، عرض ناحیه‌ی انکر شده و تعداد لایه‌های مسلح کننده بود. نتایجی که ایشان در قسمت اول این پژوهش گرفتند نشان می‌داد که ظرفیت باربری نسبت به حالت بدون مسلح کننده، 3 برابر و نسبت به حالت مسلح کننده‌ی معمولی 8/1 برابر افزایش یافته است. در قسمت دوم پژوهش ایشان که در آزمایشگاه دانشگاه مانی توبا^[1] کانادا انجام گرفت، تأثیر استفاده از این نوع جدید مسلح کننده بر ضریب اندرکنش در بیرون کشیدگی و ضریب اندرکنش در برش مستقیم مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت به این نتیجه دست یافتند که مقادیر این ضرایب نسبت به مسلح کننده‌های معمولی به ترتیب 2 و 45/1 برابر می‌شود.[1]

• بررسی تأثیر استفاده از مسلح‌کننده‌ها بر ظرفیت باربری شالوده‌های دایره‌ای و حلقوی (2008)

بوشهریان و هاتف در سال 2008 پژوهشی برای بررسی تأثیر استفاده از مسلح‌کننده‌ها بر ظرفیت باربری شالوده‌های دایره‌ای و حلقوی قرارگرفته شده بر خاک رسی انجام دادند. خاک رسی مورد استفاده در آزمایش‌ها CL، با زاویه اصطکاک داخلی 26 درجه بود. قطر پی دایره‌ای و قطر خارجی پی حلقوی 15 سانتی‌متر در نظر گرفته شد. آزمایش در یک جعبه‌ی استوانه‌ای با قطر و ارتفاع یک متر صورت گرفت. ایشان به این نتیجه دست یافتند که تأیر مسلح‌کننده بر روی پی دایره‌ای بیش از پی حلقوی می‌باشد. هم‌چنین در صورت استفاده از 4 لایه مسلح‌کننده، میزان افزایش ظرفیت باربری در پی دایره‌ای برابر با 8/1، و در پی حلقوی برابر با 6/1 می‌باشد.[2]

• تعیین ظرفیت باربری پی صلب نواری بر روی شیب ماسه‌ای (2009)

علمشاهی و هاتف در سال 2009 به بررسی تأثیر مسلح کننده‌ی جدید ژئوگرید در ظرفیت باربری یک پی صلب نواری بر روی شیب ماسه‌ای پرداختند. مجموعه‌ای از شرایط، شامل حالت‌های غیر مسلح، با پارامتر‌های مختلف مانند نوع ژئوگرید، تعداد لایه‌های ژئوگرید، فاصله عمودی و عمق بالاترین لایه ژئوگرید، تست شده است. بعد از آن، نتایج، برای یافتن روابط کمی و کیفی بین ظرفیت باربری و پارامتر‌های ژئوگرید، بعلاوه یک‌سری آنالیزهای اجزاء محدودی بر روی نمونه اولیه شیب انجام شد و با مشاهداتی که از مدل آزمایشگاهی بدست آمد مقایسه شد و نتایج مدل آزمایشگاهی را تکمیل کرد. نتایج نشان داد که ظرفیت باربری پی‌های نواری صلب بر روی بستر شیب دار، می‌تواند به‌شدت با وجود لایه‌های مهار-شبکه در بستر، افزایش یابد و  مقدار ظرفیت باربری بسیار بستگی به این دارد که چگونه ژئوگریدها توزیع شده باشند. عمق بهینه‌ی جا گذاری و فاصله‌ی عمودی لایه‌های مسلح کننده، که در نتیجه باعث افزایش ظرفیت باربری نهایی شیب‌های مسلح شده با ژئوگرید می‌شود برابر با 75/0 برابر عرض پی است. تعداد بهینه‌ی مسلح کننده‌ها برابر با 2 است. نتایج به‌طور واضح نشان می‌دهد که تأثیر ژئوگرید معمولی در بهبود ظرفیت باربری خاک کمتر از مهار-شبکه می‌باشد. این بدلیل وجود انکرها در ژئوگرید می‌باشد که باعث بوجود آمدن مقاومت بیرون کشیدگی^[2]بیشتر می‌شود.

هم‌چنین نشان داده شده است که رفتار بار_نشست و ظرفیت باربری پی‌های صلب می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ای به‌وسیله‌ی وجود لایه‌های مسلح کننده در مکان مناسب در شیب‌ها، بهبود یابد. توافق نتایج مشاهده شده و محاسبه شده از نظر رفتار بار_نشست و پارامتر‌های بهینه‌، مناسب به نظر می‌رسد. در مقایسه با مطالعات قبلی، این تحقیق نشان دهنده‌ی برتری استفاده از مهار-شبکه برای بهبود ویژگی مقاومت و نشست خاک در مقایسه با ژئوگرید معمولی است.[3]

• بررسی ظرفیت باربری پی مربعی مسلح شده با گرید انکر (2010)

مسلح کردن خاک بوسیله ژئوگرید‌های دو محوری، نشان داده اند که تأثیر بسزایی  در افزایش و بهبود ظرفیت باربری نهایی خاک‌های دانه‌ای دارند. مقاومت بیرون کشیدگی  المان‌های مسلح کننده، یکی از مهم‌ترین شاخص  ها در افزایش ظرفیت باربری است. مصلی نژاد و همکاران در سال 2010 در پژوهش خود از مسلح کننده‌ای که شامل یک المان متصل شونده (انکر‌ها) به ژئوگرید معمولی است برای افزایش مقاومت بیرون کشیدگی مسلح کننده، استفاده کردند. در نتیجه مسلح کننده از یک ژئوگرید و یک سری انکر با المان‌های مکعبی متصل شده به آن تشکیل شده است که نویسندگان نام مهار-شبکه را را برای آن انتخاب کرده اند. مطالعات آنالیز 3 بعدی جهت بررسی ظرفیت باربری پی مربعی مسلح شده با چنین سیستمی انجام شد. اثر عمق اولین لایه مسلح کننده، فاصله عمودی، تعداد و عرض لایه‌های مسلح کننده، زاویه انکرها، سختی مسلح کننده و انکرها و فاصله بین انکرها که مؤثر هستند، بررسی شده است. آنالیز عددی سه بعدی توسط نرم افزار “Plaxis 3D Tunnel”، نشان داد که هنگامی که یک لایه مسلح کننده استفاده شده است، یک عمق جاگذاری بهینه برای رسیدن به بیشترین ظرفیت باربری برابر با  است. ‌هم‌چنین مشاهده شد که یک فاصله‌ی عمودی بهینه برای زمانی که از چند لایه مسلح کننده استفاده می‌شود وجود دارد که این مقدار برابر با است. از طرفی مقدار ظرفیت باربری با افزایش تعداد لایه‌های مسلح کننده در صورتی که مسلح کننده‌ها در جای مناسبی در بازه‌ی عمق مؤثری برابر با  قرار گیرند، افزایش می‌یابد. به علاوه، آنالیز ها نشان می‌دهد که افزایش سختی انکر و مسلح کننده بیش از مقدار آستانه افزایش ظرفیت باربری را افزایش نمی‌دهد.(1کیلونیوتن  برای انکر ها و 100 کیلونیوتن بر متر برای ژئوگرید.). همچنین سیستم مهار-شبکه برای تسلیح می‌تواند ظرفیت باربری ماسه را 74/2 برابر بیشتر از زمانی که از ژئوگرید معمولی استفاده می‌شود و 43/4 برابر بیشتر از زمانی که از مسلح کننده استفاده نمی‌شود، افزایش دهد.[4]

برای بررسی و آنالیز  بیشتر کارایی سیستم مهار-شبکه در افزایش ظرفیت باربری نهایی خاک‌ ماسه‌ای خوب دانه بندی شده، 45 تست آزمایشگاهی و 15 تست در محل انجام شد و نتایج نشان ‌داد که سیستم مهار-شبکه، 8/1 برابر بیشتر از ژئوگرید معمولی در افزایش ظرفیت باربری نهایی پی‌های مربعی تأثیر می‌گذارد. به علاوه، گسیختگی خاک مسلح شده با ژئوگرید معمولی در نشستی برابر با 9 درصد عرض پی و برای سیستم مهار-شبکه در نشستی برابر با 13 درصد عرض پی اتفاق می‌افتد.[5]

• تسلیح خاک زیر پی‌های سطحی با استفاده از کیسه خاکی، Geobag (2018)

هاتف و صیادی در سال 2018 به بررسی پی‌های سطحی در حالت وجود کیسه خاکی و عدم وجود آن پرداختند. این مطالعه به صورت آزمایشگاهی و عددی انجام پذیرفته است. اندازه‌های مختلف کیسه خاکی علاوه بر تعداد کیسه خاکی به عنوان پارامترهای مورد بررسی در این تحقیق استفاده شده است. نتایج حاکی از آن بوده است که چیدمان و تعداد کیسه‌های خاکی از جمله مهمترین عوامل در افزایش ظرفیت باربری پی‌های سطحی و کاهش نشست آن بوده است.[6]

منابع

[1] Mosallanezhad, M., Hataf, N., & Ghahramani, A. (2008). Experimental study of bearing capacity of granular soils, reinforced with innovative grid-anchor system. Geotechnical and Geological Engineering, 26(3), 299-312.

[2] Boushehrian, A. H., & Hataf, N. (2008). Bearing capacity of ring footings on reinforced clay. In Geosynthetics in Civil and Environmental Engineering (pp. 328-331). Springer, Berlin, Heidelberg.

[3] Alamshahi, S., & Hataf, N. (2009). Bearing capacity of strip footings on sand slopes reinforced with geogrid and grid-anchor. Geotextiles and Geomembranes, 27(3), 217-226.

[4] Mosallanezhad, M., Hataf, N., & Ghahramani, A. (2010). Three dimensional bearing capacity analysis of granular soils, reinforced with innovative grid-anchor system. Iranian Journal of Science and Technology, 34(B4), 419.

[5] Mosallanezhad, M., Hataf, N., & Sadat Taghavi, S. H. (2016). Experimental and large-scale field tests of grid-anchor system performance in increasing the ultimate bearing capacity of granular soils. Canadian Geotechnical Journal, 53(7), 1047-1058.

[6] Hataf, N., & Sayadi, M. (2018). Experimental and numerical study on the bearing capacity of soils reinforced using geobags. Journal of Building Engineering, 15, 290-297.