تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟ فناوری استفاده از رسوب کربناته ناشی از میکروبی به عنوان وسیله ای برای بهبود خواص خاک شنی، توجه زیادی را در میان مهندسان عمران یا ژئوتکنیک در دهه گذشته به خود جلب کرده است. این تکنیک‌های تقویت خاک موانعی را برای پذیرش در مقیاس بزرگ، از جمله عدم توانایی در نفوذ به خاک‌های شن و ماسه ریز و سیلت و ایجاد پدیده انسداد زیستی ایجاد کرده اند. امروزه فناوری امیدوارکننده‌ای به وجود آمده که در آن، اوره آز مشتق شده از کشاورزی برای ایجاد بارش کربنات در خاک استفاده می‌کند. ویژگی‌های بهبود یافته این فناوری شامل القای بارش کربنات در خاک‌های دانه‌دار ریزتر از جمله خاک‌های شنی و سیلتی است. علاوه بر این، فناوری جدید به ستون های خاک اجازه می دهد تا با بارش کربناته به جای سیمان کردن کل توده خاک، بهبود یابد.
برنامه های کاربردی بالقوه مهندسی عمران، روش های موثری در مقاوم سازی خاک زیرپی هستند.
- کنترل فرسایش
- پیشگیری از گرد و غبار
- اصلاح در استفاده از خاک های دانه ای
- افزایش استحکام پی در ماسه و سیلت
- اقدامات مقرون به صرفه
- صرفه جویی در هزینه ها در تجهیزات پمپاژ و تزریق، راه اندازی سایت، پاکسازی و نیروی کار
- استفاده های متعدد از تزریق
- قرار دادن جایگزین مناسب غیر مخرب برای تزریق شیمیایی
- تزریق فشرده سیمان ریز و اختلاط عمیق خاک
- تسهیل حذف محصولات جانبی مضر که می توانند واکنش بارش را معکوس کنند.
تکنیک های تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟
موثرترین راه ها برای افزودن اکسیژن به خاک، ترکیب کمپوست است. کمپوست به شکستن خاک کمک می کند و فضایی را که اکسیژن می تواند آزادانه در آن جریان داشته باشد، اضافه می کند. تقویت خاک تکنیکی است که برای بهبود استحکام و سفتی خاک استفاده می شود. تکنیک های مهندسی مختلف برای افزایش استحکام خاک مانند ژئوگرید و ژئوتکستایل استفاده می شوند. این روش ها ترکیبی از پرکننده زمین و نوارهای تقویت کننده است. آنها قادر به تحمل استحکام کششی زیادی هستند. تسلیح خاک یک تکنیک مدرن است که در پروژه های مختلف برای جلوگیری از شکست شیب های خاک به کار می رود و ظرفیت باربری خاک را بهبود می بخشد. تقویت خاک با قرار دادن عناصر کششی در خاک برای افزایش پایداری و استحکام خاک انجام می شود. تقویت خاک یک تکنیک مقرون به صرفه است که برای بهبود مقاومت کششی و باربری خاک استفاده می شود. تقویت خاک برای بهبود خواص مهندسی و مکانیکی خاک، بهترین راهکار مقاوم سازی است. بستر خاک تقویت شده باعث افزایش ظرفیت باربری خاک و کاهش نشست دیفرانسیل بستر خاک می شود. برای کاهش مقدار پر شدن زمین، شیب های خاکریزی تندتر در زمین های مورد نیاز کاهش می یابد.
انواع تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟
تقویت نوارها، یکی از روش های تقویت است. نوارها عناصر خطی انعطاف پذیر هستند. عرض آنها از ضخامت آنها بیشتر است. معمولاً از نوارهای فلزی مانند فولاد گالوانیزه، آلیاژ آلومینیوم- منیزیم، فولاد ضد زنگ کروم استفاده می شود. برخی از انواع دیگر نوارها شامل نوارهای بامبو، نوارهای پلیمری و نوارهای پلاستیکی تقویت شده با الیاف شیشه هستند. ضخامت آرماتورهای نواری ممکن است بین 3 تا 9 میلی متر و عرض آن بین 40 تا 120 میلی متر متغیر باشد. ابزار تقویت نوار را می توان از سیم فولادی ساده یا گالوانیزه ساخت. هنگامی که تقویت کننده برای مقاومت در برابر نیروی کششی ارائه می شود، از ژئوگریدها استفاده می شود. برای آگاهی بیشتر در مورد اینکه تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود، باید دانست که ژئوگریدها مواد ژئوسنتتیک هستند که از پلیمرها ساخته می شوند. مواد اولیه مورد استفاده در ژئوگریدها پلی پروپیلن یا پلی استر است. با استفاده از ژئوگریدها در مهندسی عمران میزان زمین قابل استفاده در یک سایت افزایش می یابد. این روش ساخت دیوارها یا شیب های تند، ساخت جاده ها در شرایط نامناسب زمین، کاهش ضخامت محل دفن زباله مورد نیاز برای ساخت و ساز جاده را امکان پذیر می کند. در روش دیگر مقاوم سازی، خاک های مستعد و مناسب برای حفاری در بالای آب های زیرزمینی و در تکنیک تقویت خاک استفاده می شوند. این تکنیک شامل سازه های خاکی تقویت شده با نمای عمودی است. روکش ها معمولاً از پانل های پیش ساخته بتنی یا فولادی تشکیل شده است که توسط مکانیزمی به هم متصل شده اند. در مواردی که خاک دانه ای با ریزدانه های کمتر از 15 درصد باشد، امکان ایجاد اصطکاک زیاد بین خاک و آرماتور فراهم می شود. بیشترین استفاده از تقویت کننده ها نوارهای فولادی است زیرا دارای استحکام کششی زیاد و کشش کم هستند.تکنیک تقویت ورق آرماتور
ورق می تواند از فولاد گالوانیزه، پارچه یا فلز منبسط شده ساخته شود. استفاده از ورق ژئوسنتتیک به جای نوارهای فولادی مقرون به صرفه است. این مقاومت در برابر خوردگی بیشتر از نوارهایی است که معمولاً از نوع ورق های تقویت کننده ژئو فابریک استفاده می شود. پارچه ژئو پارچه متخلخلی است که از مواد مصنوعی مانند پلی استر، پلی آمید، پلی اتن، پلی پروپیلن و الیاف شیشه تولید می شود. ضخامت ورق ممکن است بین 0.125 تا 7.5 میلی متر باشد. این مواد اثرات تقویت خاک، تقویت استحکام و ظرفیت باربری خاک را بهبود می بخشد و موجب مقاوم سازی خاک می شوند. افزایش تعداد لایه ها و فشار محدود منجر به بهبود عملکرد خاک مسلح می شود. رفتار فشردگی خاک تحت‌تاثیر گنجاندن الیاف قرار می‌گیرد و با افزایش محتوای الیاف، چگالی خشک کاهش می‌یابد و افزایش حاشیه‌ای در مقدار رطوبت بهینه مشاهده می‌شود. تقویت الیاف با افزایش چگالی خشک، استحکام کششی خاک را افزایش می دهد. رفتار خاک با گنجاندن الیاف بازالت از شکننده به شکل پذیر تغییر خواهد کرد.تسلیح خاک برای تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟
تسلیح خاک تکنیکی است که معمولاً برای بهبود استحکام و سختی خاک با استفاده از روش‌های مهندسی زمین استفاده می‌شود. این کار به خاک اجازه می دهد تا در برابر بار بیشتری مقاومت کند. سال‌ها پیش از الیاف طبیعی برای تقویت خاک استفاده می‌شد اما این تکنیک قدیمی عملکرد بالایی نداشت و به زمان کافی برای بازیابی خاک نیاز داشت. خاک از طریق توزیع مواد معدنی و مواد مغذی خاک تقویت و احیا می شود. در مهندسی ژئوتکنیک، تقویت خاک در زمین هایی که فرسایش زیاد است، حیاتی و ضروری است. تکنیک‌های تقویت خاک معمولاً در مناطقی با خاک نرم استفاده می‌شوند زیرا از هیچ ساختمانی پشتیبانی کافی نمی‌کند. این نوع خاک ها در برابر عوامل طبیعی و محیطی متعددی مانند مقاومت برشی ضعیف، تراکم پذیری بالا و تغییرات دما بسیار حساس هستند.
روش های تاریخی برای تقویت خاک
مفهوم تقویت خاک و مقاوم سازی سال های بسیاری است که مطرح شده است. در گذشته تقویت خاک شامل مخلوط کردن کاه با گل یا با نی های بافته شده و استفاده از شاخه ها و سایر الیاف گیاهی برای بهبود استحکام و ظرفیت کلی برای تحمل بارهای بیشتر می شد. نمونه‌های متعددی از تقویت‌کننده‌ها برای خاک‌ها وجود دارد که قدمت آنها بسیار طولانی است. استفاده از شاخه‌های درختان به عنوان عناصر کششی یکی از روش ها است. در دوران مدرن، مفاهیم و اصول تقویت خاک به طور کلی توسعه یافت. وارد کردن عناصر تقویت کننده در یک توده خاک باعث افزایش مقاومت برشی آن محیط می شود. از زمان اکتشافات ویدال، نزدیک به 4000 سازه در بیش از 37 کشور با استفاده از مفاهیم تقویت کننده خاک ساخته شده است. چگونه انجام می شود؟ خاک با قرار دادن عناصر کششی در خاک تقویت می شود تا استحکام و پایداری طبیعی آن بهبود یابد. این امر با ترکیب عناصر تقویت کننده با سطوح در سنگدانه ها و زیر پایه توده خاک انجام می شود. هنگامی که فشار بر روی توده خاک اعمال می شود، باعث ایجاد فشار بر روی آرماتور می شود و بار کششی ایجاد می کند که اکنون می تواند در برابر حرکت خاک مقاومت کند و پشتیبانی اضافی ایجاد کند. با انجام این کار، خاک تقویت شده و مقاومت برشی بسیار بیشتری نسبت به جرم خاک به تنهایی ایجاد می کند.مواد تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟
مواد و انواع تقویت خاک از مفاهیم مهم هستند. برای تقویت خاک ماده اصلی وجود دارد که معمولاً در ساخت خاک مسلح استفاده می شود که شامل خاک یا ماتریس پر، سیستم تقویت یا لنگرو ژئوسنتتیک است. این مواد بر اساس خواص خاک مورد استفاده قرار می گیرند. خاک یا ماتریس پر خواص برشی خاک را می توان افزایش داد زیرا از نظر تئوری می توان از هر خاکی از زمین استفاده کرد. معمولاً خاک مورد استفاده از خاک های بدون چسبندگی یا اصطکاکی چسبنده خوب درجه بندی شده است، با این حال در بسیاری از موارد از خاک های منسجم خالص با موفقیت استفاده شده است. در پاسخ به این‌سوال که تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود، نمی توان تاثیرات چسبندگی را فراموش کرد. خاک بدون چسبندگی مزیت های زیادی دارد که باید آنها را بررسی کرد.- این خاک ها پایدار هستند.
- مستعد یخ زدگی نیستند.
- آن ها نسبت به عناصر تقویت کننده خورنده نیستند.
- نقطه ضعف اصلی هزینه است زیرا مصالح مناسب بین مزایای خاک های بدون چسبندگی و مزایای اقتصادی خاک های چسبنده باعث می شود خاک های اصطکاکی منسجم ترجیح داده شوند.
سیستم تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟
در سیستم تقویت خاک طیف گسترده ای از مواد مانند فولاد، شیشه، بتن، الیاف، چوب، آلومینیوم، لاستیک و ترموپلاستیک ها می توانند به عنوان عوامل تقویت کننده مورد استفاده قرار گیرند. این آرماتورها می توانند اشکال ساختاری نوارها، لنگرها، تخته ها، زنجیره مواد، طناب یا ترکیبی از اینها را داشته باشند. از توری ها نیز به عنوان تقویت کننده استفاده می شود. آنها از فولاد به شکل جوش ساده یا گالوانیزه (فلز منبسط شده) تشکیل شده اند. این سیستم مقاوم سازی ممکن است از پارچه یا فلزاتی مانند ورق فولادی گالوانیزه و فلزات منبسط شده تشکیل شود. به طور مشابه، تقویت‌کننده‌های کامپوزیت را می‌توان با ترکیب مواد و اشکال مختلف متناسب با شرایط خاک توسعه داد. الزامات اصلی مواد تقویت کننده استحکام، پایداری، دوام، جابجایی، ضریب اصطکاک و سازگاری با خاک است. عواملی مانند هزینه و در دسترس بودن نیز در نظر گرفته شده است. ژئوسنتتیک به محصولات ساخته شده توسط انسان اطلاق می شود. آنها از نظر ماهیت انعطاف پذیر و مسطح هستند. این مواد از پلیمرهای مصنوعی ساخته می شوند و گاهی اوقات از مواد طبیعی نیز تشکیل می شوند. اینها در زمینه مهندسی حیاتی هستند زیرا به عنوان فیلتر، زهکش، تقویت کننده، موانع و کاربردهای کنترل فرسایش استفاده می شوند.انواع تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟
ژئوگریدها یک ماده ژئوسنتتیک با ساختار مشبک هستند که دارای دهانه های مربع یا مستطیل شکل بزرگتر از ضخامت دنده ها هستند. ضخامت دنده ها از 5 تا 15 میلی متر و جرم آن از 200 تا 1500 گرم متغیر است. به همین ترتیب، ژئونت‌ها شباهت‌های زیادی به ژئوگریدها دارند، با این حال آنها دارای روزنه‌های زاویه‌دار شنی عضو ریزتر هستند و به جای داشتن دهانه‌های مربع یا مستطیل، از متوازی الاضلاع تشکیل می‌شوند. تکنیک‌های تقویت خاک را می‌توان به دو گروه اصلی تقویت‌کننده و تسلیح کننده خاک طبقه‌بندی کرد. آرماتور تکنیکی است که در آن آرماتورها در خاک توزیع نشده قرار می گیرند تا ساختار خاک تقویت شده را تشکیل دهند. این روش شامل تکنیک میخکوبی خاک و دولینگ خاک است. نیلینگ خاک روش مقاوم سازی موثر و اقتصادی برای ساخت دیوار حائل و تکیه گاه گودبرداری، تکیه گاه پل، بزرگراه و غیره می باشد. میخ ها تحت فشار کششی، برشی و لنگر خمشی قرار می گیرند. هنگام مطرح کردن این مسئله که انواع تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود، سلامت خاک به عنوان امری ضروری شناخته می شود. خاک ریزدانه، خاک های دانه ای متراکم تا بسیار متراکم با انسجام ظاهری، از خاک های مناسب هستند.
مزایا و معایب روش های تقویت خاک چیست و در چه مواردی انجام می شود؟
- مزایا. با توجه به شرایط خاک مناسب، نیلینگ وسیله ای سریع و اقتصادی برای ساخت سیستم های نگهدارنده زمین است.
- دیوارهای حائل به صورت جانبی در خاک محکم می شوند و شمع ها و پایه های فونداسیون را حذف می کنند.
- معایب. تمایل به تلفات زیاد زمین به دلیل تکنیک حفاری، به ویژه در خاک دانه‌دار کمتر مناسب برای خاک های دانه دار و خاک های رسی نرم است که زمان خودپایداری کوتاهی دارند.