بررسی آزمایشگاهی کارایی مواد نانوساختار بر کاهش عمق آبشستگی موضعی پایه پل در جریان غیرماندگار

یکی از مسایل عمده و مهم در مباحث مهندسی رودخانه، طراحی و احداث پل ها می باشد که علاوه بر مسایل پایداری، تخمین عمق بیشینه آبشستگی در مجاورت پایه ها نیز دارای اهمیت بسیاری است. وقوع آبشستگی موضعی یکی از دلایل عمده عدم پایداری پل ها و در نهایت شکست آن ها می باشد. در حالی که اکثر تحقیقات انجام شده در زمینه آبشستگی پایه پل ها در شرایط جریان ماندگار انجام شده است، اما در رودخانه ها و به ویژه در شرایط وقوع سیل، جریان غیر ماندگار بوده و ممکن است تغییرات زمانی دبی جریان نسبتا سریع باشد. نتایج مطالعات نشان داده شده است که در نظر گرفتن جریان غیر ماندگار، موجب پیش بینی واقعی تر واقتصادی تر عمق بیشینه آبشستگی در اطراف پایه های پل می گردد. تاکنون راه کارهای زیادی به منظور حفاظت از پایه پل ها ارایه شده است. در این پژوهش از یک راه حل غیرسازه ای و دوستدار محیط زیست برای کاهش عمق آبشستگی پایه پل ها در شرایط جریان غیر ماندگار استفاده شده است.

تاکنون از مواد نانوساختار عمدتا برای اصلاح رفتار مقاومتی بتن و نیز جاده های روستایی خاکی استفاده شده است. برای دستیابی به اهداف پژوهش، رسوب بستر اطراف پایه پل با نوعی ماده نانو ساختار به نام نانورس مخلوط شد. آزمایش های آبشستگی در شرایط جریان ماندگار و غیر ماندگار برای یک پایه پل استوانه ای به قطر 35 میلی متر و در یک کانال با طول 5/9 متر، عرض و ارتفاع 40 سانتی متر و شیب کف 001/0 انجام شد. این آزمایش ها در دو حالت رسوب بستر با و بدون مواد نانورس انجام شد. برای شبیه سازی جریان غیر ماندگار از هیدروگراف های پلکانی مثلثی با زمان اوج 5/7 دقیقه و دبی های اوج 8، 12 ، 16 و 20 لیتر بر ثانیه استفاده گردید.

توسعه زمانی پدیده آبشستگی در محل پایه پل در هر دو حالت با و بدون حضور مواد نانورس مورد بررسی قرار گرفته و با هم مقایسه شد. در همه دبی های اوج، روند آبشستگی در بازه های زمانی اولیه در حالت استفاده از نانورس مشابه حالت عدم وجود این مواد اما با شیب بیشتری مشاهده شد. این روند در بازه های زمانی بعدی با شیب کمتری ادامه یافت و در نهایت به یک مقدار ثابت رسید.

نتایج آزمایش های جریان غیر ماندگار نشان داد که در حالت حضور مواد نانورس در رسوب بستر با افزایش دبی جریان، عمق بیشینه آبشستگی در مجاورت پایه پل کاهش می یابد. بیشترین درصد کاهش عمق آبشستگی با اختلاف زیاد در دبی جریان بیشینه (20 لیتر بر ثانیه) و حدود 86/62 مشاهده شد. در این دبی جریان، عمق بیشینه آبشستگی از 4/47 میلی متر به حدود 18 میلی متر کاهش یافت. کمینه کاهش عمق آبشستگی با حدود 15/56 درصد در کوچکترین دبی جریان (8 لیتر بر ثانیه) به دست آمد.