مجله زمین شناسی مهندسی
سال پانزدهم شماره 4 (زمستان 1400)

خاک مارن، خاکی مساله دار است که در بسیاری از مناطق ایران به خصوص شهر قم گستردگی قابل توجهی دارد. به منظور ساخت و ساز بر روی خاک های مارن، لازم است تا قبل از ساخت، بهسازی این خاک ها با روش های موجود انجام شود. امروزه یکی از روش های رایجی که به منظور بهسازی خاک های مارنی مورد توجه قرار گرفته است، بهسازی با افزودنی های مختلف است. در این مقاله اثر متقابل سیمان و سرباره مس بر پارامتر های ژیوتکنیکی خاک مارن شهر قم مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله، از سیمان پرتلند تیپ دو و سرباره مس مصرفی از کارخانه ذوب مس تهران به عنوان تثبیت کننده خاک مارن استفاده شده است. نمونه ها با استفاده از منحنی تراکم در درصد تراکم های 95 و 90 درصد و با رطوبت های سمت خشک و سمت تر منحنی تراکم ساخته شده و افزودنی ها به میزان 5 و 10 درصد وزن خشک خاک با نسبت آب به افزودنی 44 درصد به آن اضافه شده اند و نمونه ها در دو زمان عمل آوری 7 و 28 روز تحت آزمایش مقاومت فشاری تک محوری قرار گرفته اند. همچنین درادامه به منظور بررسی و تحلیل ریز ساختاری نمونه های بهسازی شده با سیمان و سرباره مس، نمونه ها با استفاده از آزمایش های XRD و SEM مورد تحلیل قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده از آزمایش مقاومت فشاری تک محوری نشان می دهد که افزودن سیمان به تنهایی باعث افزایش مقاومت فشاری خاک می شود اما افزودن سرباره مس به تنهایی تغییر چندانی در مقاومت فشاری خاک به همراه ندارد. این در حالیست که با افزودن پنج درصد سیمان، با افزایش مقدار سرباره ی مس، مقاومت نمونه ها کاهش خواهد یافت، اما با اضافه کردن 10 درصد سیمان، افزایش مقدار سرباره ی مس منجر به افزایش مقاومت نمونه ها خواهد شد. نتایج بدست آمده از آزمایش های XRD و SEM نشان می دهد که با افزودن سیمان و سرباره مس به خاک مارن، اندازه ذرات افزایش می یابد و ساختار متراکم در خاک تثبیت شده ایجاد می شود که البته افزایش اندازه ذرات در درصد های مختلف سیمان و سرباره مس، تفاوت چندانی با یکدیگر ندارد. حد روانی نمونه ها نیز با افزایش درصد سیمان افزایش یافته و افزایش درصد سرباره مس باعث کاهش حد روانی می شود.

نگاهی به آمارهای مربوط به تخریب ساختمان ها و آوارهای حاصل از آن در دهه های گذشته نشان می دهد که مدیریت پسماندهای ساختمانی می تواند مشکالت زیست محیطی در شهرهای بزرگ چون تهران و کرج را کاهش دهد. نخاله های ساختمانی را میتوان در بخشهای مختلف ساختمانهای عمرانی نظیر محوطه سازی در پارک ها، تسطیح شیبها، تهیه بتن و نیز به عنوان مصالح پرکننده زهکشی و زیرسازی راه ها به کار برد. در این پژوهش سعی شده است با انجام آزمایشهای آزمایشگاهی همچون آزمایش های دانه بندی، هیدرومتری، حدود اتربرگ، تراکم استاندارد، تراکم اصالح شده، لس آنجلس، برش مستقیم، CBR ،جذب آب، تطویل و تورق و همچنین آزمایشهای صحرایی همچون آزمایشهای دانسیته در محل، SPT وPLT نشان داده شود که پسماندهای ساختمانی و بخصوص نخاله ساختمانی منطقه حصارکرج، مقاومت کافی برای استفاده مجدد در صنعت ساخت را دارند. همچنین در این مطالعه به بررسی نقش افزودن خرده بتن و ژیوگرید به نخاله های ساختمانی و تاثیرات وجود آن ها در مقاومت برشی این مصالح پرداخته شده است. مطالعات انجام شده نشان می دهد که امکان استفاده از نخاله های ساختمانی در ساخت بدنه راه برای جاده های فرعی با ترافیک کم و همچنین بستر راه های اصلی وجود دارد. علاوه بر این پس از تفکیک پسماندهای ساختمانی می توان از آن ها به عنوان سنگدانه برای ساخت بتن، مصالح ساختمانی برای کفسازیها، پوشش مدفن های زباله و هسته سدهای خاکی استفاده کرد.

از آنجایی که انتخاب مکان مناسب برای محل دفن زباله نیازمند بررسی راه حل های پیشنهادی متعدد و معیارهای ارزیابی مختلف است، لذا مکان یابی محل دفن زباله های جامد شهری کاری مشکل و زمانبر می باشد. بر این اساس هدف از این پژوهش، مکان یابی دفن زباله های شهرستان الشتر در استان لرستان با استفاده از روش های اطلاعات مکانی و فرآیند سلسله مراتبی است. به همین منظور، متغیرهای متعدد و قابل دسترس از جمله کاربری اراضی، شیب، زمین شناسی، نوع خاک، فاصله از رودخانه، فاصله از مناطق مسکونی، فاصله از جاده، سطح آب زیرزمینی، تراکم زهکشی، فاصله از گسل، پستی و بلندی و ارتفاع، به صورت استاندارد بین صفر و یک وزن دهی شد. سپس با بهره گیری از تحلیل سلسله مراتبی (AHP) با توجه به نظرات کارشناسی، وزن هر معیار تعیین شد و با تلفیق معیارها از روش های ترکیب خطی-وزنی، عملگر جمع فازی و عملگر گاما فازی، نقشه پهنه بندی از شهرستان الشتر جهت دفن زباله تهیه شد. نتایج نشان داد مکان فعلی دفن زباله در منطقه نامناسب (روش های ترکیب خطی-وزنی و عملگر جمع فازی) و خیلی نامناسب (روش عملگر گاما) قرار دارد. نتایج نشان داد که مکان های مناسب تر جهت احداث لندفیل، در محدوده ای قرار گرفته اند که دسترسی به آن سخت و مستلزم هزینه های نسبتا زیاد است.

تثبیت و تسلیح خاک ها از دیرباز نقش مهمی در علوم عمرانی به خصوص در علم ژیوتکنیک ایفا کرده است و با گذشت زمان، نیاز به زمینی مقاوم تر و با ثبات‎‎‎‎ تر برای تحمل بارهای ثقلی و نیروهای برشی بیشتر، اهمیت ویژه ای پیدا کردند. هم چنین در سال های اخیر با ورود محیط زیست به صنعت و ساخت و ساز، با هدف کاهش اثرات زایدات صنعتی و نخاله های ساختمانی بر محیط زندگی افراد و حفظ آن برای آیندگان، باعث کاهش هزینه های اقتصادی پروژه ها نیز می گردد. در این پژوهش به تسلیح خاک دانه ای در دو حالت سست و نیمه متراکم با استفاده از مواد زایداتی با نام کامل اتیلن-وینیل استات(EVA) پرداخته شده است.آزمایشات بدون افزودن رطوبت و به شیوه درصد وزنی، با استفاده از دستگاه CBR صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد مقاومت خاک با استفاده از این مواد به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده و با کاهش وزن مخصوص خاک، تاثیر این مواد بر روی خاک بیشتر می شود. هم چنین مقدار بهینه خاک درحالت سست و نیمه متراکم به ترتیب 2% افزودنی و 1% افزودنی می باشد.

علت بسیاری از خرابی های ناشی از زلزله در نهشته های سست تا نیم متراکم اشباع روانگرایی است. بهسازی غیرفعال سایت یک مفهوم جدید است که بیانگر کاهش خطر روانگرایی، بدون اختلال، در سایت های توسعه یافته با سازه های بلند و حساس که در معرض خطر روانگرایی در طول زلزله هستند می باشد. موثر بودن روش بهسازی غیرفعال سایت به افزودنی مورد استفاده در این روش بستگی دارد. نانو سیلیکا کلوییدی با ویسکوزیته نزدیک به آب، قابلیت نفوذ در محدوده گسترده ای از خاک ها، سازگاری بسیار خوب با محیط زیست و نسبت هزینه به عملکرد پایین در این پژوهش به منظور استفاده در بهسازی غیرفعال سایت مورد توجه قرار گرفته است. پژوهش های پیشین در زمینه بهسازی خاک با استفاده از نانو سیلیکای کلوییدی بیشتر بر روی ماسه متمرکز بوده و پژوهش های محدودی بر روی ماسه سیلتی انجام شده است. بنابراین در این پژوهش تصمیم بر بررسی پتانسیل روانگرایی خاک ماسه سیلتی (40 درصد ماسه با 60 درصد لای) بهسازی شده با درصدهای مختلف نانو سیلیکای کلوییدی (5wt%، 10wt% و 15wt%) تحت CSR های مختلف با استفاده از آزمایش سه محوری سیکلی به منظور بهسازی غیرفعال سایت می باشد. نتایج بیانگر آن است که به طور کلی بهسازی با گروت نانو سیلیکای کلوییدی مقاومت روانگرایی ماسه سیلتی را در برابر بار سیکلی به میزان قابل توجهی افزایش و تغییر شکل ها را کاهش داده است و همچنین بهسازی با 5 درصد وزنی سیلیکای کلوییدی پتانسیل و خطر روانگرایی را به طور چشمگیری کاهش می دهد و راندمان بهسازی آن، بیشتر از 10 و 15 درصد وزنی سیلیکای کلوییدی می باشد.

در این کار پژوهشی امکان بهسازی خاک رسی آلوده به محلول گلیسرول با استفاده از MgO مورد بررسی قرار گرفت. برای آلوده کردن خاک از محلول 50% گلیسرول که در درصدهای وزنی 4، 8 و 12% به خاک اضافه شده بود، استفاده گردید. آزمایش های حدود اتربرگ، تراکم، مقاومت تک محوری و عکس برداری SEM روی نمونه های خاک طبیعی، آلوده و بهسازی شده با MgO در درصدهای وزنی 5، 8 و 12% صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که افزودن محلول گلیسرول به خاک سبب کاهش حدود اتربرگ، درصد رطوبت بهینه و مقاومت تک محوری و افزایش وزن واحد حجم خشک بیشینه در مقایسه با خاک طبیعی می شود. تغییرات این پارامترها تابعی از درصد آلاینده بوده به گونه ای که هر چه درصد آلاینده بیشتر باشد، تغییرات بیان شده بیشتر می شود. با اضافه کردن MgO به خاک طبیعی و آلوده، افزایش مقادیر حدود اتربرگ و مقاومت تک محوری نمونه ها مشاهده شد که این افزایش در نمونه های مقاومتی تابعی از درصد MgO و زمان عمل آوری می باشد. همچنین نتایج عکس برداری SEM نشان دهنده تغییر ساختار خاک و فولکوله تر شدن ذرات آن در مقایسه با خاک طبیعی با اضافه کردن محلول گلیسرول به خاک می باشد.

خاک های رسی و خاک های رسی آلوده به مواد هیدروکربنی، دارای خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب نمی باشند. بنابراین قبل از کاربرد آنها به عنوان منبع قرضه جهت اجرای یک پروژه و یا بستر مناسب جهت احداث سازه های عمرانی بر روی آنها، می بایست بهسازی شوند تا خواص مطلوب در آنها ایجاد گردد و ایمنی پروژه ها حاصل شود. بدین منظور در این پژوهش، خواص فیزیکی و مکانیکی یک خاک رسی آلوده به ماده هیدروکربنی فنانترن و امکان بهسازی آن با اضافه کردن سیمان مورد بررسی قرار گرفت. خاک رسی به صورت مصنوعی با فنانترن آلوده گردید و سیمان در درصدهای وزنی 5، 10 و 20% به خاک طبیعی و خاک آلوده به فنانترن اضافه گردید. سپس آزمایش های فیزیکی و مکانیکی خاک شامل حدود اتربرگ، تراکم و مقاومت تک محوری روی نمونه هایی از آنها صورت پذیرفت. جهت آزمایش های مقاومتی، نمونه های آزمایشگاهی به روش تراکم استاتیکی تهیه گردید و تعیین مقاومت آنها در زمان های عمل آوری 3، 14،7 و 28 روز تعیین شد. نتایج نشان می دهد که افزودن فنانترن به خاک منجر به کاهش حدود اتربرگ و درصد رطوبت بهینه خاک می شود. همچنین نتایج بیانگر افزایش مقاومت خاک غیرآلوده و آلوده به فنانترن با افزودن سیمان می باشد که این افزایش مقاومت تابعی از درصد سیمان اضافه شده و زمان عمل آوری می باشد. مقایسه نتایج نشان داد که در درصد ثابت سیمان و زمان عمل آوری یکسان، مقاومت ایجاد شده در نمونه خاک آلوده بهسازی شده با سیمان بیشتر از خاک-سیمان می باشد. این موضوع می تواند ناشی از اکسیده شدن فنانترن و ترکیب مواد تولید شده با اکسیدهای سیلیکات های سازنده خاک و یون های OH- محیط باشد که در نتیجه این امر سبب تشکیل پیوندهای قوی بین ذرات خاک آلوده بهسازی شده و افزایش مقاومت در مقایسه با خاک طبیعی بهسازی شده می گردد. همچنین نتایج SEM بیانگر تغییر و پراکنده شدن ساختار خاک در حضور ماده آلی فنانترن می باشد. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد که بهسازی خاک به کار رفته در این پژوهش که آلوده به فنانترن شده است، با افزودن سیمان امکان پذیر می باشد.

طیف طرح ساختگاه در آیین نامه های مختلف بر مبنای طیف های میانگین پاسخ نرمال سیستم تک درجه آزادی بدست می آید که پارامترهای گوناگونی نیز در این خصوص تاثیرگذار هستند. این مطالعه با هدف بررسی طیف های پاسخ شبه سرعت، جابجایی نرمال و همچنین نرمال دوسویه متناظر با رکوردهای نیرومند حوزه نزدیک حاوی اثرات جهت داری پیشرو، بر مبنای پریود غالب و گام زمانی پالس سرعت انجام شده است. بدین منظور تعداد 18 شتاب نگاشت دو مولفه ای انتخاب گردیده است. با توجه به اهمیت دامنه انرژی جنبشی و پارامترهای حداکثر سرعت و شتاب زمین، شتاب نگاشت ها دسته بندی شده و تاثیر هر پارامتر بر طیف های پاسخ شبه سرعت، جابجایی نرمال، نرمال دوسویه ارزیابی شده است. طیف پاسخ نرمال NRS از نسبت عددی این طیف در یک پریود خاص (T) بر پارامتر طیفی بیشینه رکورد زلزله حاصل می شود. همچنین، با نرمال کردن محور پریود طیف پاسخ NRS با توجه به محتوای فرکانسی، طیف پاسخ نرمال دوسویه BNRS حاصل می شود. توضیح آن که طیف BNRS نمایش گر پاسخ طیفی سیستم تک درجه آزادی است که با استفاده از حل انتگرال دوهامل، به ازای نسبت عددی پریود ارتعاش سیستم بر پریود غالب زلزله (T/Tp) بدست می آید. بر پایه نتایج این تحقیق، ارزیابی طیف های پاسخ مذکور نشان داد که طیف پاسخ سرعت نرمال با معیارهای سنجش مختلف، بویژه در پریودهای بزرگ دارای تغییرات به شدت ناهمگون و با ماهیت تصادفی است. همچنین، تحلیل طیف پاسخ نرمال دوسویه با معیار پریود غالب (Tp)، مبین آن است که حساسیت محاسباتی مولفه های این طیف به ویژه در بازه پریودیک نزدیک به Tp (پریود غالب) افزایش دوچندان می یابد. ملاحظه شد که فراز و نشیب های طیفی در بازه با نسبت پریودی بزرگتر، با نمود کمتری بروز پیدا می نماید. نرمال کردن محور پریود طیف پاسخ با توجه به پالس سرعت، سبب کاهش اثرات تغییرات پارامترهای سنجشی مختلف در ساختار طیف پاسخ جابجایی و سرعت می شود.