تراکم دینامیکی
یكی از علل اصلی خر‌ابی‌ها در هنگام زلزله و زمان اعمال نیروهای شدید، گسیخته شدن زمین است. گسیختگی زمین ممكن است به واسطه وجود ترك‌ها و شكاف‌ها، حركاتی مانند خزش یا از دست دادن مقاومت زمین به وقوع بپیوندد. پدیده از دست دادن مقاومت زمین در زمین‌های ماسه‌ای، ممكن است به دلیل افزایش فشار آب حفرهای روی دهد و این پدیده سیلان یا روان گرایی خاك نامیده میشود. یكی از روش‌های بهسازی خاك برای افزایش مقاومت در هنگام اعمال بارهای دینامیكی، فر آیند تراكم دینامیكی است. معمو‌لاً طراحی و كاربرد تراكم دینامیكی تا حد زیادی بر اساس ارزیابی‌های مهندسی و اجرای آن به صورت آزمایشی انجام میشود.
تراكم دینامیكی یك طراحی فعال است كه در حین اجرا با توجه به واكنش زمین در برابر ضربات وارده نیاز به بازنگری و اصلاح روش دارد.
در حین اجرای مراحل مختلف تراكم دینامیكی، مشكلاتی از قبیل تراوش آب در محل گمانه‌ها، تورم زمین‌های اطراف گمانه‌ها و تراوش آب در مرحله
اتوكشی به وقوع میپیوندد. برای مقابله با آن‌ها این راهكارهای پیشنهاد میشود.
تخلیه آب از درون گمانه‌ها با پمپ
انجام عملیات تراكم دینامیكی در دو مرحله به همراه در نظر گرفتن زمان كافی بین مراحل اعمال ضربات
لجن برداری زمین‌های اطراف و ریختن مخلوط درشت دانه و در نهایت، در صورت نیاز زهكشی نسبتاً عمیق در ناحیه وسیع.
تراکم دینامیکی
علل انتخاب تراكم دینامیكی برای بهسازی زمین
امروزه، روش‌های متعددی برای اصلاح خاك متداول است. این روش‌ها شامل تراكم دینامیكی، تحكیم با پیش بارگذاری، تزریق، تثبیت خاك با اختلاط، تثبیت حرارتی و روش خاك مسلح است . انتخاب هر یك از این روش‌ها بستگی به عوامل متعددی از جمله نوع خاك و هزینه اقتصادی آن روش دارد. انتخاب تراكم دینامیكی برای بهسازی لایه ماسه سست، اشباع و تراكم پذیر در محدوده مورد نظر، به این دلایل مناسب تشخیص داده شد.
آزمایش SPT
دو مفهوم اصلی از پدیده روان گرایی در مسائل مهندسی از اهمیت بسیاری برخوردار است.
شرایط شروع این پدیده كه تحت عنوان تحلیل روانگرایی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد و مقاومت سیكلی خاك، نقش عمده‌ای در ارتباط با پدیده فوق ایفا می‌كند.
عوارض متعاقب روانگرایی كه با آن چه معروف به تحلیل پایداری بعد از زلزله است، مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد و مقاومت ماندگار خاك در این زمینه بیشترین نقش را دارد. در مباحث ارائه شده مراحل تحلیل روانگرایی خاك كه در حال حاضر مبتنی بر استفاده از نتایج آزمایش‌های محلی در عمق لایه‌ها است، كاربرد این روش برای تعیین نشست‌های به وجود آمده حائز اهمیت است. شناخت مقاومت ماندگار خاك نیازمند ارزیابی كاملتری از رفتار زهكشی نشده خاك است كه تحت تأثیر رفتار ماسه انقباضی یا اتساعی است. معیارهای خاص آزمایشگاهی برای رفتار انقباضی یا اتساعی ماسه بر حسب پارامترهای محلی خاك از قبیل عدد نفوذ استاندارد در آزمایش SPT یا qcc تعیین میشود.
همچنین روابط تجربی مناسبی بین مقاومت ماندگار و پارامترهای محلی خاك وجود دارد كه سازگاری مناسبی با گسیختگی و سیلان را در موارد متعددی كه در زلزله‌های اخیر مناطق مختلف به وقوع پیوسته، نشان می‌دهد.
به علت كیفیت بالای نمونه‌های دست نخورده، معمو‌لاً سعی بر این است كه حتی الامكان از آزمایش‌های محلی استفاده شود. به همین علت استفاده از آزمایش SPT از جمله متداول‌ترین آزمایش‌ها در ایران است. آزمایش دستگاه و نفوذ استاندارد از جمله روش‌های متداول در جهان و ایران برای پیش بینی روانگرایی است.
عملیات اصلاح خاك باید به نحوی انجام پذیرد كه دانسیته خاك و در نتیجه آن عدد نفوذ استاندارد SPT متناظر با آن را تا حدی كه مانع روانگرایی خاك شود، افزایش دهد. بنا‌بر‌این، باید مقدار حداقل SPT مورد نیاز كه رسیدن به آن موجب حذف پتانسیل روانگرایی خاك میشود، در اعماق مختف تعیین شود.
تحلیل روانگرایی
روش‌های مختلفی برای بررسی و ارزیابی پدیده روانگرایی وجود دارند. در همه این روش‌ها، مراحل اصلی ارزیابی پتانسیل روان گرایی شامل موارد زیر است.
محاسبه تنش برشی تناوبی ایجاد شده در حین زلزله
محاسبه مقاومت برشی تناوبی خاك
مقایسه تنش برشی تناوبی با مقاومت برشی تناوبی و به دست آوردن ضریب اطمینان روانگرایی.
مقاومت برشی تناوبی یا به عبارت دیگر تنش برشی لازم برای افزایش فشار آب حفرهای و صفر شدن تنش مؤثر را می‌توان با استفاده از آزمایش‌های صحرایی نظیر آزمایش نفوذ استاندارد SPT محاسبه كرد. روابط متعددی برای محاسبه نسبت مقاومت برشی تناوب CRR با استفاده از عدد SPT اصلاح شده، درصد ریزدانه و بعضاً خواص خمیری خاك ارائه شده است.
پس از محاسبه نسبت مقاومت برشی تناوبی و نسبت تنش برشی تناوبی، در صورتی كه نسبت تنش برشی تناوبی بیش از نسبت مقاومت برشی تناوبی باشد، پدیده روانگرایی اتفاق خواهد افتاد.
مشكلات مشاهده شده حین انجام عملیات تراكم دینامیكی و راهكارهای پیشنهادی با انجام مراحل مختلف عملیات تراكم دینامیكی، مشكلاتی را در روند تراكم ایجاد کرده است. برای مقابله با این مشكلات، با بررسی آن‌ها، راهكارهای مناسب بررسی میشود.
تراوش آب در محل گمانه‌ها
در بعضی نقاط پس از پایان اعمال ضربات، از درون برخی از گمانه‌های ایجاد شده، تراوش آب صورت گرفته، به نحوی كه موجب پرشدن این گمانه‌ها شده است. در این شرایط وجود آب درون گمانه‌ها موجب لجنی شدن سطح زمین و بروز دشواری‌هایی در ادامه كار تراكم دینامیكی و همچنین عدم امكان اجرای مرحله اتوكشی میشود. با توجه به این امر، پیشنهاد میشود كه در حین انجام مرحله دوم تراكم دینامیكی آب، درون گمانه‌هایی كه بر اثر تراوش پر شده‌اند، با پمپ تخلیه شود و گمانه‌ها با مخلوط درشت دانه پر شوند. با انجام این كار از لجنی شدن زمین كه موجب بروز مشكلات زیادی در ادامه اجرای مرحله دوم عملیات تراكم و همچنین مرحله اتوكشی میشود جلوگیری به عمل خواهد آمد.
تورم زمین‌های اطراف گمانه‌ها
تورم یا بالا آمدگی زمین در محل بین گمانه‌ها نشانه به وجود آمدن تغییرشكل‌های پلاستیك در خاك به همراه به وجود آمدن اضافه فشار آب حفرهای است. در این شرایط انجام عملیات تراكم در دو مرحله به همراه در نظر گرفتن زمان كافی بین مراحل اعمال ضربات موجب به بود اثرات تورم زمین میشود و از آن جا كه به هنگام وقوع پدیده تورم، مقداری از انرژی تراكم جذب آب تحت فشار شده و در فرایند تراكم تأثیری نداشته است، پیشنهاد میشود در صورت وقوع تورم جهت حصول حداكثر كارایی عملیات تراكم دینامیكی، ضربات فاز دوم كوبش در دو مرحله اجرا، و یك ضربه به ضربات مرحله دوم فاز دو تراكم اضافه شود.
تراوش آب در مرحله اتوكشی
در برخی از نواحی در حین انجام مرحله اتوكشی، بر اثر انرژی كه در این مرحله به زمین وارد میشود فشار آب حفرهای به صورت موضعی بالا رفته و باعث جاری شدن آب در سطح زمین میشود. لذا پیشنهاد میشود قسمت‌هایی از زمین اطراف نقاط جوشش ماسه كه بر اثر تراوش آب لجنی هستند لجن برداری شوند و با مخلوط درشت دانه پر شوند. در صورتی كه هیچ یك از سه راه حل اشاره شده در بندهای فوق رافع مشكل لجنی شدن
و بالا آمدن آب در حین كویش نباشند، استفاده از زهكشی نسبتاً عمیق در ناحیه وسیع مانند ترانشه‌های طولی كه با مصالح زهكش مناسب پر می‌شوند، باید بررسی و ارزیابی شوند.
با توجه به این كه پدیده روانگرایی یكی از عوامل خرابی سازه‌ها در حین زلزله در مناطق با خاك دانه‌ای سست و اشباع است انجام بهسازی خاك با استفاده از روش‌های مناسب الزامی است. با توجه به موارد مذكور، این نتایج قابل توجه است.
مصالح موجود در محل پروژه و معیار SPT، مناسب بودن روش تراكم دینامیكی را از میان روش‌های اصلاح خاك تأیید می‌كند.
تراكم دینامیكی موجب كاهش پتانسیل روانگرایی در اعماق حدود ۴/۵ متر شده، كه به نظر می‌رسد به دلیل وجود آب در این عمق و جذب انرژی ضربه توسط آن است.
در مقایسه با سایر روش‌ها روش اصلاح خاك با تراكم دینامیكی از ارزان‌ترین روش‌ها است. با افزایش مصالح ریزدانه از عمق به سازی كاسته میشود، ولی خطر روانگرایی به علت حضور ریزدانه‌ها كاهش می‌یابد. پس با افزایش درصد مصالح ریزدانه شدت انرژی لازم برای رسیدن به انرژی اشباع افزایش می‌یابد، اما میزان نشست پذیری ناشی از كوبش كاهش می‌یابد.
